浅谈结构设计中构造柱的工程应用

【关键词】构造问题；圈梁；构造柱；延性 

　　1、引言 

　　经过1976年唐山大地震和2008年汶川大地震及其他多次地震的考验证明，地震能量在房屋结构上的反应犹如尖端放电一样，即在墙角处地震能量最大，直接导致墙角处墙体的破坏最为严重。假设能增设竖向钢筋或者混凝土，能有效地提高砖房的抗侧刚度，进而抵抗地震力的破坏。倘能将墙角的竖向钢筋、门窗旁的竖向钢筋以及窗洞上方的圈梁的水平钢筋连接在一起使用，则又比单纯在墙角加竖向钢筋更为有效。在砖混结构的住宅工程中，为了提高地震区的抗震能力，增加整体刚度和延性，一般通过增设圈梁和构造柱来提高抗拉与抗剪强度。构造柱与圈梁能够形成简单的框架体系，即使在没有圈梁的情况下也能增加整体结构的抗侧刚度，进而更有效的抵抗地震力。 

　　这种加约束墙体（含构造柱）在遭遇强烈地震时，能提高整体结构的延性。不仅具有较大的非弹性变形能力，而且在墙体开裂后仍能承担竖向荷载和水平向地震作用，从而避免了强震对结构物的损伤，保证室内人员的安全和财产损失。由于经济合理，施工方便，经济和社会效益明显越来越被人们接受。 

　　2、构造柱在结构中的作用 

　　构造柱是主要用于设防烈度较高的砌体结构中，旨在提高建筑物抗震能力，同时也能在非地震时承当竖向荷载。在房屋结构的适当部位内设置构造柱（和圈梁共同作用），共同加强建筑物的稳定性。与构造柱的组合砖砌体柱，是当砌体受压构件偏心距e较大的无筋砌体，承载能力不足而柱截面受限制，在砌体的外表面附上加强型混凝土或抹砂浆面层从而共同组成受压构件。这种组合砌体的一般要求在砌体结构设计规范中有相应的规定，而构造柱做法是被包围在砌体结构内部的现浇混凝土柱。 

　　在框架结构填充墙中的构造柱是主要是为了增强结构的整体性，保证填充墙与混凝土结构有着可靠连接。当发生地震时，使填充墙和构造柱整体结构由脆性破坏向延性破坏转变，构造柱由弹性向弹塑性发展的同时吸收大部分地震能量，满足“中震可修”的设防标准，甚至同时达到“大震不倒”的设防目标。构造柱对框架梁的作用同样很重要。由于填充墙多采用轻质高强块材，不符合墙梁的要求，难以形成墙梁整体效应，在结构设计中多把墙体当作荷载处理。在框架结构设计中，常忽略构造柱的受力作用，故设置构造柱可能降低框架梁的受力以及配筋，同时也更能发挥与框架梁的整体性能。在规则框架结构中，各层荷载大小大致相同，在重力荷载作用下未设置构造柱时，框架梁的受力模式按荷载大小和框架梁柱的刚度分配弯矩和位移；增设构造柱后，由于跨度相对减小，使得分配弯矩和位移减小。增加了抗侧刚度，有助于避免重力二阶效应的发生，符合强度弱梁的概念设计。 

　　在砌体结构中的构造柱作用不尽相同，旨在提高砌体结构（或混合结构）抵抗水平地震作用的能力。从建筑结构的构造上来说，砌体结构中的钢筋混凝土构造柱在增强内外墙的结构整体性的同时还与圈梁共同作用从而增强了抵抗地震作用的能力。所以，对于地震地区及基础薄弱的地区，确保房屋安全使用和降低灾害性损坏的程度，混凝土构造柱是不可忽视的结构构件。施工时先砌砖墙后浇筑混凝土柱（构造柱），这样能增加横墙的有机结合，往往可以提高砌体的整体承载能力约25%，同时在水平剪力作用下能明显约束墙体的开裂。再者，构造柱与圈梁的共同工作时可以把墙体分割包围，当墙体开裂时能迫使裂缝在所包围的范围之内，避免进一步扩展。即使墙体出现裂缝后也能限制它的错位，使其保持承载能力的前提下吸收振动能量而不易较早倒塌。构造柱作为竖向承载构件，可以阻止或延缓倒塌时间给室内人员有足够时间逃生。构造柱与圈梁连接又可以起到类似框架结构的作用，其作用效果非常明显。 

　　3、构造柱的设置 

　　构造柱的设置原则应根据砌体结构布置体系，砌体类型结构、构件的受力模式、稳定要求，以及使用功能等构造要求，在墙体中的规定部位设置现浇混凝土构造柱，笔者结合规范和设计经验对构造柱的设置进行了总结。构造柱的配筋应满足水平受力的要求。构造柱是保证墙体的稳定，和梁连接有密切有关系。主要体现在以下几个方面： 

　　（1）为提高建筑砌体结构的抗震性能，规范要求应在房屋砌体内适宜部位设置钢筋混凝土柱并与圈梁刚性连接，共同加强建筑物的稳定性。 

　　（2）在多层砌体结构中，结构体系为底层框架及内框架砖砌体时，它的作用一般为：加强纵墙间的连接，是由于构造柱与其相邻的纵横墙同时以牙搓相连接并沿墙高每隔0.5m设置2φ6拉结筋并伸入墙内不小于100mm。 

　　（3）可以考虑在地震作用下易遭受破坏和受力相对复杂的位置设置构造柱，如房屋转角、楼梯间两侧墙体的端部、突出屋顶的电梯间和水箱房的相应位置、房屋转角处受地震扭转效应影响最大处、楼梯间处楼盖不连续处等稳定性较差的地方都是设置构造柱的控制位置。 

　　（4）在能够充分发挥构造柱与墙体共同作用的部位设置构造柱，要尽量做到构造柱沿房屋高度贯通。对于错层时要设置与之交错的构造柱，以达到墙体沿高度方向约束连续的要求。 

　　构造柱的主要功能是房屋的抗震性能，作者就几种质量通病分析其产生原因，并提出有关的防治措施。 

　　（1）构造柱定位不够精确。产生构造柱轴线位移或上部箍筋松动，主筋错位的主要原因体现在砌筑砖墙时，马牙槎退进尺寸控制不到位，导致构造柱钢筋骨架倾斜。在灌注构造柱前，应先校正钢筋骨架位置，牢固安装模板后方可进行下一步。构造柱轴线的定位应在混凝土灌注前纠正，可用剔除部分进槎的办法来纠正偏差。 

　　（2）砖墙鼓肚和灰缝开裂。其主要发生在外墙，特别是外墙转角留槎处，主要是因为其接搓质量难以保证。由于砖墙砌筑后不久便灌注构造混凝土，此时砖墙强度较低，甚至没有达到初凝，不能抵抗新灌注混凝土由于重力产生的侧向压力，构造柱外砖墙按规范要求砌出马牙槎，方法尚不统一同时砌搓方法不尽相同合理；其次，不按规范规定设置拉结筋，拉结筋位置不正确等原因造成。建议砌搓方法尽量统一，且砌墙后待砂浆达到一定强度后方可进行灌注混凝土注构造柱可以避免产生鼓胀和灰缝开裂的现象。 

　　5、结语 

　　综上所述，构造柱在砌体工程中尤为重要。多用于多层砖房的抗震措施，已被广泛采用。笔者介绍了构造柱的作用、布置原则、和施工质量中主要控制措施。作为土木工程技术人员，要明确框架结构和砌体结构中构造柱的工作机理和施工方法，做到概念清晰，设计理念明确以及施工方法正确合理，才能更好的达到预期效果。 

　　参考文献 

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　　[2]靳向红，李国范，李晓芬.抗震构造柱的应用探讨[J].平顶山工学院学报术，2006，15（02） 

　　[3]齐备.浅谈工程设计中构造柱的设置原则[J].民营科技，2010（08）