淺談圈梁-構造柱結構的重要性

魏宇軒 曹澤濤 吳燁楓

摘 要： 我國是一個多地震國家，包括唐山大地震、汶川大地震在內的多次地震表明，砌體結構的震害較為嚴重。事實上，1976年以前，無筋砌體結構還是我國建筑普遍采取的結構模式。隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，我們逐漸認識到，這種原始的結構模式并不能有效抗擊地震等自然災害對房屋帶來的破壞。而目前應用于震區(qū)的多層砌體房屋的圈梁-構造柱結構，已經(jīng)得到了大多數(shù)國家的認可。圈梁-構造柱結構穩(wěn)定性強，抗震性能顯著。近些年，大量建筑學家對該結構進行了卓有成效的改進，可有效解決施工條件惡劣、使用成本高等建筑難題。圈梁-構造柱結構是未來建筑行業(yè)及抗震研究的一大發(fā)展趨勢。

關鍵詞： 圈梁-構造柱;重要性

【中圖分類號】TU37 【文獻標識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.25.082

1 我國抗震形式

我國位于世界兩大地震帶，歐亞地震帶與環(huán)太平洋地震帶之間。受印度板塊、太平洋板塊和菲律賓海板塊的擠壓，地震斷裂帶十分活躍。而我國地震區(qū)域分布也較為分散——包括臺灣省、西南地區(qū)、西北地區(qū)、華北地區(qū)、東南沿海地區(qū)在內的五大地區(qū)。

一組權威數(shù)據(jù)顯示，20世紀以來，我國共發(fā)生6級以上地震近800次，遍布除浙江、貴州兩省和香港特別行政區(qū)以外所有的省、自治區(qū)、直轄市，死于地震的人數(shù)超過了55萬，占同期全球地震死亡人數(shù)的53%。

雖然我國是世界上受震害最為嚴重的國家之一，但我國居民的抗震意識依舊薄弱。城市高樓林立，缺少相應的緊急避難所。而農(nóng)村地區(qū)的情況更為嚴峻。我國廣大鄉(xiāng)村地區(qū)的建筑依舊停留在無筋砌體結構時代。2015年，相關人士在進行了大范圍的走訪調查后發(fā)現(xiàn)，農(nóng)村地區(qū)及部分城鎮(zhèn)地區(qū)的居民受技術條件、地理條件、經(jīng)濟條件等多方因素的制約，所居住房屋并未廣泛設置類似于圈梁-構造柱等抗震結構，抗震效果不理想。因此，要想有效提高我國居民的抗震意識并降低地震帶來的巨大損害，就必須大力推廣抗震結構的使用、減少無筋砌體結構房屋所占的比例。

2 圈梁-構造柱結構在抗震方面的作用

地震時，地震波以波浪的形式傳遞，房屋位于波底時所受的震害較小，相反，位于波峰時受到的震害較大。尤其是位于震源附近的房屋，會劇烈的上下震動。而圈梁-構造柱結構的設計就是為了增強縱橫墻體的連接，同時使房屋具有較高的變形能力，以此來抵抗地震波對房屋帶來的巨大危害。

在這個體系中，圈梁與構造柱分別扮演了不同的角色。大體上來說，圈梁提高了房屋的穩(wěn)定性，構造柱提高的則是房屋的韌性。如果細分，圈梁可以提高樓蓋的水平剛度，提高承重墻的抗剪、抗拉強度，當?shù)卣饋砼R時，可限制墻體的大面積開裂和延伸。一般情況下，現(xiàn)澆圈梁的混凝土強度等級不應低于C15，圈梁的厚度也不應低于墻體的2/3厚度。而裝配了構造柱的墻體具有更高的韌性，據(jù)實驗數(shù)據(jù)顯示，構造柱可有效提高砌體結構抗剪強度的20%-30%，尤其是與圈梁配套使用后，構造柱的作用會更加顯著，兩者相互作用而形成的空間構造框架體系可有效提高墻體的變形能力，同時承擔地震波帶來的豎向壓力。當?shù)卣饋砼R時，墻體不至于坍塌。

一般情況下，構造柱會設置在每道墻體的陽角，而近端山墻等部位也會有相應的設置。若與圈梁配套使用，二者會在墻體的頂部相連接，形成穩(wěn)定的圈梁-構造柱結構。

對于多層砌體來說，圈梁和構造柱是必不可少的抗震結構。

2008年汶川大地震發(fā)生后，建筑學家對當?shù)負p毀的建筑進行了實地考察，并得出了諸多結論。汶川地區(qū)的磚混結構房屋受害最為嚴重，尤其是較為低矮的兩到三層的居民樓，大部分只在一層設置了圈梁，二到三層只在墻體連接處設置了極少數(shù)的構造柱。結果可想而知，房屋坍塌嚴重，承重墻幾乎完全松散。與之形成鮮明對比的是多層砌體結構房屋，各層均設置圈梁，同時構造柱與其配套使用，極大的限制了墻體的錯位與開裂。雖然房屋整體的框架結構與層間位移有明顯變化，但房屋不至大面積坍塌，有效減小了經(jīng)濟損失和人員傷亡。

經(jīng)過多次地震后的實地考察，建筑學家明確指出，圈梁-構造柱結構確實可以有效抗擊地震帶來的災害，圈梁與構造柱連接后形成的空間構造框架也確實可以在很大程度上提高砌體的穩(wěn)定性。所以，不管是城鎮(zhèn)還是鄉(xiāng)村，這種結構都值得大力推廣并使用。

3 圈梁-構造柱結構的改進

近年來，隨著圈梁-構造柱結構的不斷推廣以及其安裝流程的不斷完善，建筑學家和一些大型建筑公司開始著手改進這一結構，期望在節(jié)省材料、節(jié)約空間、簡化工藝的同時，提升抗震效果。

2017年12月，福建省廣智智能科技有限公司成功申請了一款實用新型專利，而這款專利的本質，就是對圈梁-構造柱結構在用料、施工上的改進。傳統(tǒng)圈梁-構造柱結構需要沿墻體均勻布置構造柱，但實際上經(jīng)過嚴謹?shù)膶嶒灧治龊蛯嵉販y量，只需在房屋的四角布置一定數(shù)量即可。構造柱上馬牙槎的數(shù)量和大小也不是一成不變的，按照傳統(tǒng)工藝，馬牙槎在與構造柱配套使用時，其形狀細而窄，且安裝時需大量使用。建筑學家提出了不同方案——適當增加馬牙槎的厚度，并在安裝時增大馬牙槎的間距，如此一來，可大大減少原材料的使用。通過設計相應的低周反復實驗和振動臺實驗，經(jīng)研究表明，改進后的圈梁-構造柱結構的抗震性能在一定程度上得到了提高。

除此之外，一些學者也提出了預制空心砌塊和局部現(xiàn)澆的工藝流程。西南科技大學工程結構與材料動載特性實驗室的張春濤認為，圈梁上部局部現(xiàn)澆形成整體和構造柱預制塊內部現(xiàn)澆鋼筋混凝土芯柱，可有效減少一系列復雜的施工工序，例如支模板、后期養(yǎng)護等等。

結束語：隨著科學技術的不斷發(fā)展，對于圈梁-構造柱結構的改進也在不斷深入。包括縱墻、橫強、固定樁、底支梁在內的多個方向都有眾多建筑學家在跟進研究。在保證施工質量的前提下，節(jié)省施工周期;在提高墻體承載能力的前提下，減少施工用料。未來的圈梁-構造柱結構會更適合房屋的整體布局，抗震性能也會得到極大的改善。綜上所述，不管是現(xiàn)在還是將來，圈梁-構造柱結構在抗震設防地區(qū)都起著至關重要的作用。

參考文獻

[1] 張建新，李震東，吳東云，等.砂加氣混凝土砌塊砌體結構承重性能研究[J].建筑技術，2017（1）.

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