在无筋砌体结构房屋中设置构造柱,其墙体抗剪承载力提高不明显,但墙体的延性显著提高,且设置构造柱能有效耗散地震能量,提高房屋的抗震能力。此外,构造柱和圈梁形成的空间结构对砌体竖向、横向约束,可有效阻止墙体裂缝的进一步开展和延伸,使墙体竖向承载力不至于大幅下降,从而有效提高房屋的整体性和延性,增强房屋地震时抗倒塌的能力。
在墙体中设置构造柱,能提高墙体的稳定性。在墙体高厚比验算时,设置构造柱墙体的允许高厚比比不设置构造柱的无筋砌体墙有所提高。
设计计算时,一般不考虑构造柱的竖向荷载承载力,但当构造柱间距加密到一定程度时,构造柱和砌体具有组合作用,形成了组合墙(见砖墙)。
在地震作用下,砌体房屋受力最大、最容易产生破坏的地方需设置构造柱,设置构造柱的部位包括:①墙长超过5米或层高2倍的砌体墙。②楼梯间、电梯间四角,楼梯斜梯段上下端对应的墙体处。③外墙四角和对应转角。④错层部位横墙与外纵墙交接处。⑤大房间内外墙交接处。⑥较大洞口两侧。⑦纵横墙交接处,构造柱的间距根据抗震设防烈度和房屋层数确定。
构造柱最小截面可采用180毫米×240毫米(墙厚190毫米时为180毫米×190毫米),纵向钢筋宜采用4φ12,箍筋间距不宜大于250毫米,且在柱上下端宜适当加密;抗震设防烈度为7度时超过6层,抗震设防烈度为8度时超过5层,抗震设防烈度为9度时构造柱纵向钢筋宜采用4φ14,箍筋间距不应大于200毫米;房屋四角的构造柱可适当加大截面及配筋。
构造柱的施工应采用先砌筑砌体墙后浇注混凝土的施工顺序,砌体墙与构造柱连接处应砌成马牙槎,沿墙高每隔500毫米设2φ6水平拉结筋和φ4分布短筋平面内点焊组成的拉结网片或φ4点焊钢筋网片,每边伸入墙内不宜小于1米(见图)。
构造柱与墙体连接
根据1976年唐山大地震的震害总结分析和大量试验研究结果,中国于1978年颁布的《工业与民用建筑抗震设计规范》TJ11—78首先提出了设置构造柱和圈梁的砌体结构抗震设计方法,经过2001年和2011年两次修订,得到了进一步完善。汶川地震、玉树地震等震害表明,只要严格按照设计规范设计的无筋砌体房屋,破坏轻微。这种结构体系的设计方法已被欧盟规范、南美各国规范所采纳。
在混凝土空心砌块房屋的墙体上下贯通的孔洞中,插入钢筋并浇灌灌孔混凝土形成钢筋混凝土芯柱,其作用与构造柱相同,简称芯柱。