砖混结构中承重构造柱的设计与计算

摘要：在砌体结构设计过程中，应根据具体情况区分一般构造柱和承重构造柱。承重构造柱的设计与计算与框架柱基本相同，但有其特点。承重构造柱受力明确，传力路线简捷，其基础的处理要根据构造柱的荷载特点进行设计。
关键词：砖混结构构造柱
1 引言
根据《建筑抗震设计规范》（GBJ50011-2001），在抗震设防地区砖混结构的建筑设计中应设置构造柱。设置构造柱可以加强对砌体结构墙体的约束作用，提高墙体的抗剪能力和结构的极限变形能力，改善砌体结构的整体性，从而提高房屋的抗震性能。在设计过程中，一般不考虑构造柱单独承受荷载，而视其承载能力等同于砌体材料。构造柱的截面尺寸和配筋一般也是按照构造要求进行设计。但是在需要设置大空间房间的工程中，构造柱支承着横梁，这时构造柱就起着承重和抗震的双重作用，如图1。这种构造柱的设计及基础处理与一般的构造柱有一定的区别。

图1 大开间房间的承重构造柱
2 承重构造柱的受力分析
支承横梁的构造柱，如果荷载较小，按砌体强度考虑就能够满足强度要求时，可以视为一般构造柱。其截面及配筋可以按照《建筑抗震设计规范》的有关规定设置即可。但是当支承横梁的构造柱承受的荷载较大，按砌体强度考虑不能够满足强度要求时，此时的构造柱应按照承重构造柱进行设计。
由于构造柱与墙体连接处留有马牙槎，考虑到构造柱与墙体的拉结作用，横梁上的荷载有一部分要扩散到墙体，由墙体来承担。但在实际设计时，由于墙体所承受的这部分荷载较小，为了计算方便，假设横梁上的荷载全部由构造柱来承担，同时假设横（纵）向水平地震力全部由横（纵）墙承受，这样构造柱的传力路线就简单明确了。
3 承重构造柱的计算与设计
在砖混结构中，大空间内横梁与构造柱形成的结构与框架相似但与框架又有区别。如果在大空间房间中加上几榀框架，则在结构中显得比较生硬，而且框架部分与砌体结构部分共同工作的协调性较差，不利于结构整体抗震。而横梁与构造柱相结合的结构形式在荷载传递和抗震性能方面与之相比则优越得多。
承重构造柱的计算与框架柱基本相同，但又有不同之处：
（1）为了减少顶层的弯矩值，从而减少柱的配筋，顶层梁、柱节点设计为 “铰接” ，计算简图见图2。

（2）由于有砖墙及圈梁的约束，承重构造柱仅承受垂直荷载，不考虑承受水平地震力。承重构造柱设计时，应考虑房屋的层数、荷载值的大小，通过框架内力计算，并综合考虑地震烈度及横墙的疏密等情况，来确定承重构造柱的截面尺寸及配筋。柱子的配筋不应小于 4φ14，箍筋不小于φ6@200，而且柱子两侧应有圈梁或与墙体拉结。柱子与墙体及圈梁的拉结、柱子箍筋的加密、纵向钢筋的搭接及一些抗震构造要求与其他普通构造柱相同，按照抗震规范进行处理。
4承重构造柱的基础处理
一般的构造柱可以锚于基础圈梁内，当无基础圈梁时，可以将柱底边扩大，做一个扩大头基础，夹于墙基内。承重构造柱的基础，则应根据柱荷载的大小来区别对待。
4.1 如果构造柱垂直荷载较小，当有基础圈梁时，承重构造柱可以锚于基础圈梁内，但应当对圈梁进行冲切验算。
（1）当基础圈梁满足冲切要求时，承重构造柱直接锚入基础圈梁内，将柱下荷载按照基础刚性角下传到基底，并验算基础底面反力，其验算过程同中心受压柱基础，见图 3：

式中：Р′¬¬¬--基底荷载引起的基底反力，KN/m2;
Р″--砖墙自重引起的基底反力，KN/m2;
F—柱子传来的上部结构荷载设计值，KN；
N—砖墙自重，KN/m;
A—承重构造柱下，按刚性角扩散形成的基底面积，A=b l, m2;
H—基础自重计算高度，m；
—基础和基础台阶上回填土的平均重度，一般取 =20 KN/m3;
f—地基土承载力设计值，KN/m2;
b l—分别为基础按刚性角扩散后的宽和长，m。
当基础底面反力验算不满足要求时，调整基底面积，重新验算，直至满足要求。
（2）当基础圈梁不能满足冲切要求时，可将圈梁局部加宽加高，以满足冲切验算要求，同时进行基础底面反力验算，其计算方法同前。
4.2 如果构造柱垂直荷载较小且无基础圈梁时，可以在承重构造柱下设计扩大头基础，并与墙体的基础有效拉结。同时进行基础底面反力验算，其计算方法同前。
4.3 如果构造柱垂直荷载太大，按照上述方法处理不能满足冲切和承载力的要求时，应设置柱下独立基础，其计算同框架结构柱下独立基础。
5 结语
在砌体结构设计过程中，应根据实际情况区别一般构造柱和承重构造柱。针对承重构造柱的具体位置和荷载特点，进行构造柱的截面选择和配筋，并选择合适的基础处理方案。
参考文献:
[1]薛素铎等编著.建筑抗震设计[Ｍ].北京:科学出版社,2003
[2]建筑抗震设计规范（GBJ50011-2001）[Ｓ].北京:中国建筑工业出版社，2001