构造柱在地震区砖混结构建筑中的应用

王侃

摘要：作为常见的建筑模式，砖混结构的建筑是城镇建筑的主要形式，构造柱在砖混建筑中可以提高建筑的承载能力以及强度，也可以提升建筑的抗震能力，因此在地震区应合理选择构造柱的形式和设计规范，可以突出其应用的效果。

关键词：构造柱；砖混建筑；应用问题；设计要点

一、构造柱在砖混结构中的作用

首先构造柱在建筑结构中往往与墙体共同构成一个联合结构，而不是两个构件的简单连接。因为地震中有一种反复水平的运动，可以导致建筑破坏，所以在地震中墙体出现X型的裂缝，如墙体过长甚至会出现水平裂缝，墙体被分解成多块，形成的三角形碎块会因为累积位移而最终脱落，此时构造柱就可对脱落的趋势进行约束，即构造柱自上下两端出现塑性铰，阻止破损的墙体出现倒塌，同时可以承载一部分竖向载荷。另外构造柱与墙体之间的相互作用可以消耗部分地震能量，如果构造柱与墙体的联合结构与圈梁扥构成一个整体框架，则可最大限度的避免地震对结构的破坏。

二、构造柱应用中存在的问题

1、构造柱的数量问题：如果在常见的7度震区，通常要求三层以上的建筑设置构造柱，外廊式结构、单面走廊的多层砖混建筑以及学校、医院等这样横墙数量不多的建筑可以适当在增加层数时增加构造柱，但是如果建筑横墙数量较多，也应设置构造柱，但是实际设计中数量的控制往往没有明确的要求。

2、7度抗震地区，5-6层建筑和8度地区的4层建筑，规范要求山墙和内部纵向墙连接的位置应设置构造柱，但是一些设计采用的是山墙与外纵墙转角的位置设置构造柱。

3、建筑中较大的洞口和房间两侧的墙体应设置构造柱，但是一些设计采用隔间或者隔二间设置形式，对大房间则是一侧布置而另一侧没有布置，较大的洞口也没有重点研究合理布置。

4、层数较多的建筑按照抗震烈度不同，构造柱应适当的增加，如7度防震区的7层以上建筑，8度防震区的5-6层，应在内墙和外墙交接位置、内墙局部的小墙垛等位置设置构造柱，但是一些7度抗震地区的5-6层的建筑中每一间都设置构造柱显然数量太多而增加了成本负担。

5、通常楼梯和电梯间的墙体的两端；中间的走道两端不对齐的墙体两端应设置构造柱，但是有的工程中只是对横向墙和纵向外墙的连接处设置构造柱而忽视了内侧连接的位置。

6、构造柱在联合使用中，一些工程中构造柱和圈梁之间没有实现连接，孤立的构造柱仅仅与墙体相连，这样的情况会导致构造柱的作用减弱。因为研究发现虽然构造柱与圈梁连接的结构刚性不强，但是抗变形的能力却可以提高几倍，如果不设置圈梁而仅仅依靠构造柱对墙体进行约束，是不能达到抗变形的效果的，这样的设置并没有获得综合性的抗震效果。

7、地震能量对于建筑的破坏会出现尖端破坏增加的情况，即在墙角位置释放的能量最大，所以墙角受到破坏的程度最大也明显。在墙角的构造柱应适当的改变形状，如包角柱形式。而在一些工程中构造柱没有进行适应性的调整，所以降低了抗变形的能力。

三、构造柱在地震区砖混结构建筑中的应用分析

1、应用优势

1）构造柱在应用中可以发挥一定的承载能力，对于当前的房屋层数增加以及载荷增加的情况有所帮助，在不增加墙体厚度的同时可以合理分担建筑整体的载荷。这样一些建筑可以改变框架结构的设计而利用构造柱结构来替代，从而降低原有设计的造价，缩短工期。2）在设置构造柱的时候采用钢筋混凝土材料并使之与圈梁结合，可以在不增加墙体厚度的同时增加抗震能力，不会因为自重增加而加剧地震的衍生作用。构造柱的合理应用可以与圈梁一起提高房屋的延性，增加了地震区建筑的抗震能力。此外，除了在外墙设置构造柱之外，在内墙交叉处也可设置构造柱，使之与圈梁结合形成了一种弱框架的结构，可以提高房屋立体空间内的结构件连接效果，提高房屋的稳定性。3）构造柱可以替代一些壁柱、配筋砌体等，使得墙体强度提高，也可扩大室内的空间，增加建筑的使用面积。同时构造柱可以减少墙体厚度，节约材料，降低了成本。

2、构造柱的应用范围

1）在多层的教学楼、医院等建筑内，因为横墙少、开窗大，所以多采用框架结构，但是考虑构造柱承重和梁垫的效果时，可以选择多层砖混结构的设计方案节约成本。当然一般的砖混结构使得墙体结构较厚，房屋自重增加其使用面积减小，造成建筑的经济性下降。但如果利用混凝土构造柱为主导的砖混结构，内墙与外墙的厚度可以减少，在主梁下设置构造柱，可以省去梁垫。2）可以用于局部有大会议室的办公楼或者宾馆等，因为设置预留较大的空间，所以导致横墙间距增加，而砖墙承重不足，但是改为框架或者增加变形缝部分用框架结构经济性较差，所以利用增加构造柱的砖混结构可以满足横墙间距增加的问题，同时也保证了建筑稳定性。3）底层为车库的多层建筑。为了充分的利用空间和减少对土地浪费，在车库上布置办公室以及宿舍等情况较为常见，此时可以构造柱帮助提供整体建筑的承载能，且减少墙体厚度。4）一些建筑的外纵墙洞口开口较大，有的洞口则在山墙上，有的则在转角位置，一些则开有带窗，基本没有外纵墙，这些建筑设计砌体结构十分困难，而局部设计框架结构则不够经济，同时容易造成结构不合理，因此采用构造柱的方式来解决这一类问题。

3、构造柱的设计要点

1）在房间的中有承托较大进深的梁的位置设置构造柱，或者在集中载荷较大、局部墙体尺寸小形成薄弱部位，以及其他的一些只能靠砌体承重的部位都可以考虑利用构造柱来辅助支撑。在设计中应保证构造柱上下贯通并對齐。如果仅仅底层或者下面几层承载力不足，则可以在对应位置设计混凝土构造柱，则上部几层利用普通构造柱。2）竖向载荷的计算中，应将带有构造柱的砌体看做是组合体，按照砌体结构设计规范中的组合砌体结构件的计算与设计方式。规范中组合砌体就是钢筋混凝土在砌体的两侧形成墙体构造，而此时构造柱则被包围在砌体中，所以需要适当的对公式进行变化以保证计算准确、组合砌体的稳定性分析中，可以将混凝土构造柱按照弹性模量换算成砌体，即等于墙体加厚。然后利用厚度与高程的比，对构造柱的断面进行选择，分析对比直至整个组合砌体稳定性验算达到标准为止。3）针对水平载荷作用的计算时，应注重对地震水平剪力的研究与分析，将纵向横向墙体的承载，抗震强度的计算，按照多层砖房设置钢筋混凝土结构构造柱的抗震设计规程进行，得到验算的结果。风载方面应按照砌体结构设计规范进行计算与分析。4）组合砌体的结构件，应满足相应的规范要求，同时根据构造柱的特征，要求断面的高度应小于墙体的基本厚度，且应小于240mm，保证强度的同时可以满足外观的需求。

四、结束语

综上，构造柱在砖混结构的建筑中可以帮助建筑获得更好的整体性，保证墙体在地震中呈现一定的强度，并在开裂时不出现倒塌以及承载力完全丧失，配合圈梁的结构更可以提高建筑的抗震延性。同时应注意的是利用混凝土构造柱提高地震区砖混结构的抗震能力时，应按照建筑条件来选择相应的墙体和构造柱的组合形式，以此提高设计效果。

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