钢筋混凝土梁柱构架含砖墙耐震分析

姚姗姗　李焱

摘要：低层建筑物大多由钢筋混凝土构筑形成抗弯矩构架系统，除构架的梁柱本身外，其中常以红砖或RC构造加入隔间墙或剪力墙，影响整个梁柱构架系统的行为仍不容忽视；低层建筑的墙构造物以红砖最为普遍，主要原因是其造价低廉、取材容易，防火、隔热、隔音效果良好，形状规则、容易施工。文章对钢筋混凝土梁柱含砖墙耐震进行了分析。

关键词：钢筋混凝土；梁柱构架；砖墙耐震；低层建筑物；隔间墙；剪力墙 文献标识码：A

中图分类号：TU375 文章编号：1009-2374（2016）09-0110-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.053

1 建筑物含砖墙研究

在低层建筑物以红砖构筑的砖墙除了有隔间功能外，还具备相当的强度，除可抵抗垂直载重外，亦可抵抗部分的剪力和提供韧性，对于结构耐震能力多少都有些帮助；对于建筑物含砖墙的构造尚无规则可循，唯有一些论文和研究报告显示，砖墙的确对于结构耐震能力具有相当的影响。

1.1 含砖墙行为分析

一般来说，砖墙结构承受垂直及水平荷重时，其破坏机构大致可分成拉力分裂破坏与剪力滑动破坏两种，而砖墙填缝的砂浆较无刚性，因此受垂直压力时，砂浆向侧向位移趋向将大于砖，唯砖与砂浆黏结成一体时，界面处砖与砂浆的变形应相同，砂浆向侧向位移的趋势受限于砖，此时砂浆受双向压应力，而砖则受双向拉应力，因此产生了拉力分裂破坏。而当砖墙承受垂直与水平载重时，则于接口处将产生垂直应力与剪应力，因此将引起砖墙的剪力滑动破坏，在破坏的前砖墙的确可承受垂直及水平载重。

1.2 含砖墙钢筋混凝土构架耐震分析

低矮楼层的钢筋混凝土建筑物，近几年来所发生的严重震害显示其破坏模式都是弱柱强梁，在支撑柱或墙体剪裂破坏，而梁仅轻微受损，并未达到规范所要求强柱弱梁的准则，因此一些耐震评估方法探究建筑物其耐震能力，有关建筑结构初步耐震诊断方法其耐震能力初步评估中，与墙有关的评估项分别有墙量指标及砖墙造成短梁严重性两项，在墙量指标中提到建筑物若具剪力墙或构架间若填满非结构RC墙或砖墙，则可承担一部分的地震力，则构架发生的一些不良破坏模式对耐震能力的影响就没有那么大，另外在砖墙造成短柱严重性，提到短柱在地震时会引致较高的剪力，因此可能会发生较不具韧性的剪力破坏，降低建筑物的耐震能力。

另外亦有简易耐震评估方法，采用简单计算公式推估建筑物底层的极限强度及其相对应的韧性容量，由于一般建物倒塌与否的主要因素，大都决定于一楼支柱及墙是否能抵抗地震时产生的水平力，所以利用计算一楼极限层剪力则可略以估算建筑物的耐震能力如何，其简化计算方法如下：

计算单柱降伏所提供的层剪力。因为柱的破坏可能为剪切破坏，也有可能是挠曲破坏，因此须先比较单柱的降伏剪力及柱两端产生塑性铰时对应力的剪力，来求得柱降伏时所能提供的剪力强度（VcoL），计算式可表示为：

VcoL=min（2My/Ln，Vy） （1）

式中：Ln为柱的净高；Vy=Vc+Vs为柱剪力强度，Vc为混凝土提供剪力强度，Vs为钢筋所提供的剪力强度；My为柱的降伏弯矩，可另依下式估算：

My=0.85Asfyd+0.5Pd[1-P/（fc′Ag）] （2）

式中：

As——柱断面拉力钢筋面积

fy——钢筋降伏强度

d——考虑剪力方向柱的宽度

Ag——柱断面总面积

fc′——混凝土轴压强度

P——静载重加考虑活载重所造成柱子的轴力

P=0.15fc′Ag

此公式计算时假设柱顶及柱底皆产生塑性的情形，计算单支柱所提供层剪力，并不考虑与柱连接的梁是否产生降伏情形，此为代表评估公式。

砖墙常作为建筑物隔间墙使用，因此砖墙本身所能提供层剪力Vbw即为砖墙破坏强度，其计算方法则依据许茂雄教授等所建议值进行计算。

单一RC墙破坏所提供的层剪力，由于建筑物中也常充填RC墙作为隔间墙使用，其提供层剪力为：

Vsw=0.53+ （3）

式中：

——剪力方向垂直的平面剪力钢筋比

Acv——平行剪力方向的长度乘以墙原厚度所得混凝土断面积

因此一楼的极限层剪力评估公式如下：

Vtot=∑Vcol+∑Vbw+∑Vsw （4）

2 砖墙的强度模拟

2.1 砖墙的劈裂强度

由砖礅与砖墙基本力学试验研究所建议劈裂强度为：

Ft=0.13fm+0.435（ftb+fmb） （5）

式中：

fm——砂浆劈裂强度

ftb——红砖劈裂强度

fmb——红砖与砂浆界面劈裂强度

砂浆劈裂强度由试验得，若无则其强度约为单轴抗压强度的10%，红砖劈裂强度约为红砖单轴抗压强度的22%，砖墙横缝砂浆厚度介于10～15mm之间，砂浆单轴抗压强度介于204～306kg/cm2之间，红砖与砂浆界面劈裂强度=2.04kg/cm2。

2.2 砖墙的有效宽度

当砖墙的高宽比大于1时，砖墙可沿对角线开裂，当高宽比小于1时，在形成裂缝过程中，仅在两边受压产生45°斜向裂缝，其间则由水平滑移裂缝联系两角隅的斜向裂缝，故真正抵抗水平外力的墙体宽度仅有斜向裂缝形成的区域，因此砖墙有效宽度所示为：

W=min（H，W） （6）

式中：

H——砖墙实际高度

W——砖墙实际宽度

2.3 砖墙的水平极限剪力

至于有边界柱梁的砖墙耐震试验的成果研究所提出砖墙水平极限剪力为：

3 我国规范砖墙的抗震设计

3.1 我国规范对于砖墙的规定

我国规范对于砖墙的规定如下：（1）考虑黏土砖造填充墙有抗侧力作用时，砖填充墙应崁砌在框架平面内，并与梁柱紧密结合，墙厚不应小于240mm，砂浆强度不应低于M5（51kg/cm2），且宜先砌墙后再浇置RC框架系统，其他各类砌体填充墙，如混凝土小型空心砖、黏土空心砖宜与框架柱柔性连接，但墙顶应与框架梁紧密结合；（2）砌体填充墙框架应沿框架柱高每隔500mm配置2ψ6直径拉筋，拉筋伸入填充墙内长度，一、二级框架宜沿墙全长设置，三、四级框架不应小于墙长的1/5且不应小于700mm，所谓一、二、三、四级框架为依抗震等级区分；（3）框架结构中属于一、二级框架，当采用砖墙时平面和竖向布置宜对称均匀。

3.2 结构含砖墙的抗震设计

结构抗震设计依抗震计算所介绍，另外于计算结构第一自振周期，采用以能量理论为基础的半经验公式：

式中：

Gi——第i层重力荷载代表值（kN）

ui——各水平荷载共同作用下，点i的水平位移（m）

根据经验在框架结构系统中，一般取0.5～0.6，对于不超过5层的二级框架结构和不超过8层的三级框架结构及四级框架结构，若使用实心砖（黏土砖）砌体为填充墙时，为了能更准确地反映砖墙在抗震中的作用，则取1进行计算。

4 结构含砖墙周期的计算

为了探讨砖墙在钢筋混凝土构架中，于计算结构周期究竟有何影响及对于建筑物含砖墙以后所计算地震力的差异性。

4.1 简例一：三层楼钢筋混凝土构架

本例为一、三层楼钢筋混凝土梁柱的构架，每层楼高为3.4m，建筑物高为10.4m，宽为8m，长24m。一层楼重为2450kN，二、三层楼各重1960kN，结构梁断面为40cm×60cm，柱断面为60cm×60cm，计算结构周期如下：（1）我国规范计算周期（不考虑砖墙影响），以能量理论为基础的半理论半经验公式计算，由楼层结构的梁、柱断面，分别计算其线刚度，再由梁、柱的线刚度，依照其边柱、中柱、一般层、首层等不同的区别，分别计算结点转角的影响a，推求该层侧移刚度，再由所求得侧移刚度推求得层间相对位移，取0.55，则可得结构的第一自振周期T1=0.153秒；（2）我国规范计算周期（考虑砖墙影响），仍同上计算步骤并增加砖墙侧移刚度计算，而砖墙开口情形所示，计算砖墙侧移刚度参数，因此由公式可得砖墙侧移刚度。将砖墙侧移刚度并同梁、柱侧移刚度计算楼层侧移，再将其代入公式，此时参数ψ，依规范规定取1计算，则可得结构的第一自振周期T1=0.192秒。

4.2 简例二：六层楼钢筋混凝土构架

（1）我国规范计算周期（不考虑砖墙影响），以能量理论为基础的半理论半经验公式计算，推求各层楼侧移刚度，再由所求得侧移刚度推求得层间相对位移，取0.55，则可得结构的第一自振周期T1=0.298秒；（2）我国规范计算周期（考虑砖墙影响）计算砖墙侧移刚度所示，将砖墙侧移刚度并同梁、柱侧移刚度计算楼层侧移，再将其代入公式，此时参数ψ，依规范规定取1计算，则可得结构的第一自振周期T1=0.369秒。

由此可以看出，砖墙对于结构的影响可由周期看出其变化，很明显的，一旦建筑物考虑砖墙的影响，虽增加该层楼侧移刚度，减少楼层侧移量，唯因规范规定，参数由原来不考虑情况下取0.55，到考虑砖墙的影响取1的情形下，周期就会因该参数影响下而提高，这在低层建筑物尚未见其影响性，但在中层建筑物对周期影响情形将因周期的提高，使得设计地震力减少。

5 结语

多层砌体房屋指的是由各种砌体砌筑而成的墙与装配，砌体包括烧结黏土砖、粉煤灰硅酸盐实心中型砌块、混凝空心中型砌块及小型砌块，此种砌体房屋可以其横墙承重、纵墙承重或是纵横混合承重。但是如果从抗震角度来考虑砌体的结构，由于其材料为脆性，因此砌体本身的抗拉、抗剪、抗弯强度都很低，而且因其自重较大，故地震时因地震作用力也会比较大，所以砌体的房屋抗震能力比较差，也因此特别规范砌体房屋的抗震能力。

参考文献

[1] 李英民.填充墙对框架结构抗震性能的影响[J].地震工程与工程振动，2009，（3）.

[2] 林旭川.汶川地震中典型RC框架结构的震害仿真与分析[J].土木工程学报，2009，（5）.

[3] 刘桂秋.砌体及砌体材料弹性模量取值的研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2008，（4）.

（责任编辑：小 燕）