多层房屋中砌体墙与混凝土墙的共同工作问题探讨.pdf
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1、第 3 7 卷 第 1 1 期 建 筑结 构 2 0 0 7年 1 1 月 多层房屋 中砌体墙与混凝土墙 的共 同工作问题探讨 黄际沈 ( 中国建筑标准设计研究院 北京 1 0 0 0 4 4 ) 提要 近年来 , 大开间居住房屋逐渐增多, 在高烈度地震条件下 , 多层砌体房屋中墙体抗震能力可能不足 , 常 出现在纵 向墙 体上 。为解 决这 一问 题 , 设 计 中 曾 出现一 些 处 理方 案 , 其 中之 一是 将 部 分纵 向墙 体用 混 凝 土 墙替换 , 方 案有 一定 合理性 。对 砌体墙 与混 凝 土墙 的共 同工 作 问题 作 了进 一 步 探 讨 , 认 为 两种 墙 体协
2、 调 工 作 时 , 以砌 体墙 为主导 是合 理和 可行 的 , 同时提 出具 体 的设计 方案 。希望 有益 于多层 砌体 房屋设 计 的改进 。 关键词 砌体墙 混凝土 墙 共 同工作 砖混 结构 Di s c u s s i o n o n Co r p o r a t e Wo r k o f M a s o n r y - wa l l a n d C o n c r e t e - wall i n Mu l t i - s t o ry Bu i i d i n g s Hu a n g J i g u a n g( C h i n a I n s t i t u t e o
3、f B u i l d i n g S t a n d a r d De s i g n Re s e a r c h,B e i j i n g 1 0 0 0 4 4,C h i n a ) Ab s t r ac t : I n r e c e n t y e a r s,t he l a r g e r o o m s p a c e r e s i d e n t i a l b ui l d i ng s e x t e n d g r a d u a l l y I n h i g h s e i mi c r e g i o n,t h e s e i mi c r e s i
4、 s t a nc e c a p a c i t y o f mu l t i s t o r y ma s o n ry b ui l di n g s,e s p e c i a l l y a t t h e l o n g i t u d i n al wa l l ,ma y b e u ns a t i s f a c t o ry S o me r e s o l v i n g me t h o d s a l e p r e s e n t e d i n d e s i g n f i e l d ,o n e of wh i c h i s s h i ft i n g
5、 p a r t i al ma s o n ry wall b y c o n c r e t e w a l l a t l o n g i t u d i n al w a l 1 T h e c o r p o r a t e wo r k of ma s o n ry w all a n d c o n c r e t e w a l l i s d i s c u s s e d,a n d i t i s p o i n t e d o u t t h a t r e g a r d i n g t h e ma i n p l a c e t o ma s o n ry w a
6、 l l a s t h e c o rpo r a t e w o rk of t wo w a l l s y s t e m i s r e a s o n a b l e a n d f e a s i b l e Me a n w h i l e,p r a c t i c e d e s i gn me t h o d s a l e p r o v i d e dI t c a n b e r e f e r e nc e f o r t h e d e s i gn of mul t i s t o ry ma s o n ry b ui l d i ng s Ke y wor
7、 ds: ma s o nry wa l l ;c o n c r e t e wall ;c o rpo r a t e wo rk ;ma s o n ry s t r u c t u r e;b r i c k a n d c o nc r e t e c o mp o s i t e s t r u c t ur e 1 问题 的 提 出 大开 间居住 房屋 的逐渐 增多 , 使 得墙 体平 面 面积 与房屋建筑 面积之 比下降 到 5 5 甚 至更低 。在 8度 抗震设 防时 , 纯砌 体墙 的多 层房屋 结构 有可 能表现 出 抗力不足 。在 出现 大 开间 和高 地 震设 防烈
8、度 的情 况 下 , 若 用 常规 厚 2 4 0 mm 的 K P 1砖 墙 ( 或 1 9 0 m m砌 块 墙 ) , 有可能表 现为抗 力不 足 , 需要 予 以加强 。在房 屋 开 间、 进深尺寸较大 的情况下 , 如果配置 较多的芯 柱或 构造柱 , 会 出现下列 的状况 : ( 1 )外墙 窗 问墙 段 长 度 较小 , 有 些 尺 寸 为 6 0 0 9 0 0 m m , 在强震作用下 , 一般在其 中配置 1 2 个芯柱或 构造柱 , 这对墙体施工很不方便 , 由于先砌墙 体尺寸 太 小( 仅 3 7 04 9 0 m m多孔砖墙 , 或 3 9 05 9 0 m m砌块墙
9、 ) , 施工时墙体稳定性较差 , 墙体质量也较难保证 , 实际上 常将 6 0 0 9 0 0 m m的墙段做成混凝 土墙 体。 ( 2 )很多 工程 的纵 向抗 震能 力 往往 不足 , 而在 纵 墙内需配置较 多的 芯柱或 构造 柱 , 在一 些尺 寸不 太长 的墙段上( 如长度 23 m) , 构造柱 的净 距可能 为 3 6 0 4 8 0 mm, 使其形成密构 造柱 ( 或密集小 柱 ) 的墙 段 , 这 样 的墙段更接 近于混凝 土墙段 , 其 承载力更强 , 不 应按砌 体墙来考 虑。 ( 3 )现今 的住宅 楼在墙 体 内配 置有较 多的 电气管 线和电表箱 , 这对 于砌块
10、 墙体与 K P 1 砖墙都很 不方便 , 一 般 墙 体 内需 设 置 的 管 线 多 达 67根 , 管 径 6 0 7 0 mm, 厚 2 4 0 mm的 K P 1砖墙 内集 中设置这 么 多管线 , 必然有损墙体 的强度 。实 际工 程 中, 将 楼梯 间 的内纵 墙或附近墙体均设 置 为混凝 土墙 , 这 在构造 上更 为合 理 , 计算上也可以弥补地 震抗力的不足 , 具体计 算时应 考虑该墙体 中配电箱空洞对墙体刚度的影响 。 2 两类墙体共 同工作协调 关系 2 1以混凝土墙体 为主导 设定在多层 房屋楼梯问四周应布置横 向和 纵向混 凝土墙体 承受 5 0 以上的楼层 地震
11、 剪力 , 在 较强烈 的 地震 作用 下 , 房屋 主体 结构 ( 混凝 土墙体 ) 仍 能保持 较 好 的承载能力 , 而 不致受 到 明显的损 伤 。但 是砌体 墙 的抗震 承载能力偏 弱 , 会 使墙体 较早 出现裂缝 , 这是值 得 注意的 , 这一方案 曾纳 入国家标 准图集 9 7 G 3 2 9中。 2 、 2以砌体墙为主导 认定砌体墙按计算确 定 , 在抗震设 防时 , 应按规范 要求配置构造柱 ( 或芯 柱) , 在 必要 时可配 置混凝 土墙 体 , 或设置其他加强措施 。当配置混凝 土墙 体时 , 墙体 剪力按墙段刚度 进行分 配 , 一 般混凝 土墙 与砌 体墙的 刚
12、度 比为 38 , 实 际设计 中建议取较低值 , 其特征是保 持砌体墙能承担较 大 的剪 力 ( 一般 控制 到砌 体墙 承担 的剪力大 于房屋楼 层地震 剪力 的 7 5 一8 0 ) , 即 : 砌 体墙在构造柱( 或 芯柱 ) 共 同作 用下 , 有较好 的抗 震承 l 0 7 维普资讯 载能力 , 混凝 土墙体分担 了一部分楼层剪力 , 起 到 了降 低砌体墙抗震 剪力 的作 用 , 在强 震作用 下能 有效地 控 制墙 体的变形和裂缝开展 。 3 两种墙体 共同工作的协调过程 3 1墙体变形协 调特征 多层房屋中 由于楼板 的刚性 , 各墙 肢 的变形 是协 调一致的 , 多层砌体
13、墙房屋 变形值很小 , 在抗震 设防烈 度为 8度时 , 多遇地 震作用 下其层 间相对 位移 一般 小 于1 5 0 0 0 1 8 0 0 0 , 甚至更小 , 墙体变形 体现为剪 切变 形模 式。带 芯柱 的砌块 ( 或带构造柱的粘土砖 ) 的荷载 变形曲线 如图 1 所示 , 砌体墙 在开裂 ( A 为初裂 点) 以 前 呈弹性 变形 , 随后 芯柱 间砌 体 的裂 缝 逐 渐 增 多 和扩 大 , 此 时 , 墙 体 已 进 入弹塑性阶段 , 到达 点 时芯柱 开始 出现裂 缝 , 随 着芯 柱 裂 逢 不 断 扩 大 和 增多 , 墙 体逐 渐 进入 塑性 阶段 , 变 形 发 展
14、 加 快 , 直 至 加 载 下 降 5 1 0 图 1 砌体和混凝 土墙 变形协调关 系 ( 即点 ) , 表 明墙体 已丧失承 载能力。图 1中还表示 出了混凝土墙体的荷载 变形 曲线 , 以及 以混凝 土墙 为 主导和 以砌体墙为主导的变形 协调曲线 的变形特征 。 3 2我国对带芯柱 的砌块墙体 的研究 研究结果表 明 , 在水平荷载作用下 , 裂缝首先 在芯 柱间的砌块 中产生 , 且沿 4 5 。 方 向呈 阶梯状发 展 , 在 此 阶段 内荷载 位移曲线 接近于直线 , 结构处 于弹性 阶段 ( 图 1中点 A 以前 的线 段) ; 随着水平 荷载 的增加 , 芯 柱 间已有裂缝
15、缓慢发展 , 并陆续 出现一 些新的裂缝 , 此 时结构 的位移发展也更迅速 , 结构处于弹塑性 阶段 ( 图 1中 A 。一 。之间 的线段) ; 当荷载继续增加 , 出现芯柱 裂缝 贯通 , 进而裂缝 贯穿全 墙时 , 即达 到极限荷 载 ( 图 1中点 c n ) ; 在此 以后 , 继续保持反复加载 , 在经历数倍 于初裂位移的大位移作用下 , 结构的残余变形 较小 , 荷 载下降缓慢 , 最终结 构承 载力下 降约 5 1 0 ( 图 1 中点 D ) , 表现 出较好 的变形能 力 。由于芯柱 与砌 块 良好 的结合 , 增大 了砌块墙的整体刚度 , 导致墙体应 力 分 布的改变
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