浅谈圈梁-构造柱结构的重要性

魏宇轩 曹泽涛 吴烨枫

摘 要： 我国是一个多地震国家，包括唐山大地震、汶川大地震在内的多次地震表明，砌体结构的震害较为严重。事实上，1976年以前，无筋砌体结构还是我国建筑普遍采取的结构模式。随着建筑行业的不断发展，我们逐渐认识到，这种原始的结构模式并不能有效抗击地震等自然灾害对房屋带来的破坏。而目前应用于震区的多层砌体房屋的圈梁-构造柱结构，已经得到了大多数国家的认可。圈梁-构造柱结构稳定性强，抗震性能显著。近些年，大量建筑学家对该结构进行了卓有成效的改进，可有效解决施工条件恶劣、使用成本高等建筑难题。圈梁-构造柱结构是未来建筑行业及抗震研究的一大发展趋势。

关键词： 圈梁-构造柱;重要性

【中圖分类号】TU37 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.25.082

1 我国抗震形式

我国位于世界两大地震带，欧亚地震带与环太平洋地震带之间。受印度板块、太平洋板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分活跃。而我国地震区域分布也较为分散——包括台湾省、西南地区、西北地区、华北地区、东南沿海地区在内的五大地区。

一组权威数据显示，20世纪以来，我国共发生6级以上地震近800次，遍布除浙江、贵州两省和香港特别行政区以外所有的省、自治区、直辖市，死于地震的人数超过了55万，占同期全球地震死亡人数的53%。

虽然我国是世界上受震害最为严重的国家之一，但我国居民的抗震意识依旧薄弱。城市高楼林立，缺少相应的紧急避难所。而农村地区的情况更为严峻。我国广大乡村地区的建筑依旧停留在无筋砌体结构时代。2015年，相关人士在进行了大范围的走访调查后发现，农村地区及部分城镇地区的居民受技术条件、地理条件、经济条件等多方因素的制约，所居住房屋并未广泛设置类似于圈梁-构造柱等抗震结构，抗震效果不理想。因此，要想有效提高我国居民的抗震意识并降低地震带来的巨大损害，就必须大力推广抗震结构的使用、减少无筋砌体结构房屋所占的比例。

2 圈梁-构造柱结构在抗震方面的作用

地震时，地震波以波浪的形式传递，房屋位于波底时所受的震害较小，相反，位于波峰时受到的震害较大。尤其是位于震源附近的房屋，会剧烈的上下震动。而圈梁-构造柱结构的设计就是为了增强纵横墙体的连接，同时使房屋具有较高的变形能力，以此来抵抗地震波对房屋带来的巨大危害。

在这个体系中，圈梁与构造柱分别扮演了不同的角色。大体上来说，圈梁提高了房屋的稳定性，构造柱提高的则是房屋的韧性。如果细分，圈梁可以提高楼盖的水平刚度，提高承重墙的抗剪、抗拉强度，当地震来临时，可限制墙体的大面积开裂和延伸。一般情况下，现浇圈梁的混凝土强度等级不应低于C15，圈梁的厚度也不应低于墙体的2/3厚度。而装配了构造柱的墙体具有更高的韧性，据实验数据显示，构造柱可有效提高砌体结构抗剪强度的20%-30%，尤其是与圈梁配套使用后，构造柱的作用会更加显著，两者相互作用而形成的空间构造框架体系可有效提高墙体的变形能力，同时承担地震波带来的竖向压力。当地震来临时，墙体不至于坍塌。

一般情况下，构造柱会设置在每道墙体的阳角，而近端山墙等部位也会有相应的设置。若与圈梁配套使用，二者会在墙体的顶部相连接，形成稳定的圈梁-构造柱结构。

对于多层砌体来说，圈梁和构造柱是必不可少的抗震结构。

2008年汶川大地震发生后，建筑学家对当地损毁的建筑进行了实地考察，并得出了诸多结论。汶川地区的砖混结构房屋受害最为严重，尤其是较为低矮的两到三层的居民楼，大部分只在一层设置了圈梁，二到三层只在墙体连接处设置了极少数的构造柱。结果可想而知，房屋坍塌严重，承重墙几乎完全松散。与之形成鲜明对比的是多层砌体结构房屋，各层均设置圈梁，同时构造柱与其配套使用，极大的限制了墙体的错位与开裂。虽然房屋整体的框架结构与层间位移有明显变化，但房屋不至大面积坍塌，有效减小了经济损失和人员伤亡。

经过多次地震后的实地考察，建筑学家明确指出，圈梁-构造柱结构确实可以有效抗击地震带来的灾害，圈梁与构造柱连接后形成的空间构造框架也确实可以在很大程度上提高砌体的稳定性。所以，不管是城镇还是乡村，这种结构都值得大力推广并使用。

3 圈梁-构造柱结构的改进

近年来，随着圈梁-构造柱结构的不断推广以及其安装流程的不断完善，建筑学家和一些大型建筑公司开始着手改进这一结构，期望在节省材料、节约空间、简化工艺的同时，提升抗震效果。

2017年12月，福建省广智智能科技有限公司成功申请了一款实用新型专利，而这款专利的本质，就是对圈梁-构造柱结构在用料、施工上的改进。传统圈梁-构造柱结构需要沿墙体均匀布置构造柱，但实际上经过严谨的实验分析和实地测量，只需在房屋的四角布置一定数量即可。构造柱上马牙槎的数量和大小也不是一成不变的，按照传统工艺，马牙槎在与构造柱配套使用时，其形状细而窄，且安装时需大量使用。建筑学家提出了不同方案——适当增加马牙槎的厚度，并在安装时增大马牙槎的间距，如此一来，可大大减少原材料的使用。通过设计相应的低周反复实验和振动台实验，经研究表明，改进后的圈梁-构造柱结构的抗震性能在一定程度上得到了提高。

除此之外，一些学者也提出了预制空心砌块和局部现浇的工艺流程。西南科技大学工程结构与材料动载特性实验室的张春涛认为，圈梁上部局部现浇形成整体和构造柱预制块内部现浇钢筋混凝土芯柱，可有效减少一系列复杂的施工工序，例如支模板、后期养护等等。

结束语：随着科学技术的不断发展，对于圈梁-构造柱结构的改进也在不断深入。包括纵墙、横强、固定桩、底支梁在内的多个方向都有众多建筑学家在跟进研究。在保证施工质量的前提下，节省施工周期;在提高墙体承载能力的前提下，减少施工用料。未来的圈梁-构造柱结构会更适合房屋的整体布局，抗震性能也会得到极大的改善。综上所述，不管是现在还是将来，圈梁-构造柱结构在抗震设防地区都起着至关重要的作用。

参考文献

[1] 张建新，李震东，吴东云，等.砂加气混凝土砌块砌体结构承重性能研究[J].建筑技术，2017（1）.

[2] 陈红媛，房贞政.设有圈梁与构造柱的砌体结构预应力筋抗震加固试验研究[J].地震工程与工程振动，2011（04）：120-126.