论述新砌体结构设计规范关于墙梁设计的改进方案

			一、引言 新修订的《砌体结构设计规范》(GB50003—2001)(简称新规范)第7章关于墙梁设计等内容做了以下改进[3,4]:1)提出合理而简便的墙梁承载力计算统一模式,补充了连续墙梁和框支墙梁设计;2)简化了简支墙梁的托梁计算,适当提高可靠度;3)考虑顶梁作用,改进了墙梁的墙体受剪承载力计算;4)提出墙梁抗震设计方法,补充了墙梁抗震设计;5)修订了圈梁、过梁和挑梁的设计。

(一)墙梁的一般规定

1·适用条件:新规范7·3·2条及表7·3·2规定了墙梁设计应满足的条件。与原规范表6·3·2相比,承重墙梁的墙体总高度由15m放宽到18m,以与新修订的《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)(简称新抗震规范)[5]表7·1·2房屋层数和总高度限值的放宽相适应(例如6,7度同为22m,7层)。托梁是墙梁的关键构件,托梁高度限制不仅从本身承载力考虑,而且应有利于墙体抗剪和局压,hb/l0i由≥1/12改为≥1/10(抗震设计不宜小于1/8);但过大的hb/l0i不利于托梁与墙体组合作用的发挥,即使在偏开洞口的情况下也不宜大于1/6。根据试验和工程经验做出的洞宽和洞高限制是为了保证墙体整体性,但取消了bh≤2m的限值。偏开洞对墙梁极为不利,由于洞口外墙肢过小易于剪坏或被推出,限制洞距ai及采取构造措施(如加构造柱等)非常重要,边支座改为ai≥0·15l0i(自承重墙梁0·1l0i),增加中支座ai≥0·07l0i的规定。国内、外混凝土和轻质混凝土砌块砌体墙梁试验表明其受力性能与砖砌体墙梁相似,故采用混凝土小型砌块砌体的墙梁时可参照其使用。

2·计算内容:新规范将墙梁设计从简支墙梁扩大到连续墙梁和框支墙梁。试验表明,在墙梁顶面荷载Q2作用下墙梁将发生下列破坏形态:1)托梁跨中段或墙体洞口处下部纵筋先屈服导致的正截面破坏(偏拉);2)连续墙梁或框支梁的托梁支座处上部纵筋先屈服的正截面破坏(大偏压);3)托梁支座或墙体洞口处斜截面剪切破坏;4)墙体斜截面剪切破坏;5)托梁支座上部砌体局压破坏。为了有效防止这些破坏,应按7·3·5条规定的内容进行承载力计算。

3·荷载计算:试验和分析表明,墙梁顶面以上楼层荷载将逐层传递一部分至落地翼墙或构造柱,原规范采用折减系数ψ来考虑这一影响。为了简化计算和提高托梁承载力可靠度,新规范不再考虑墙梁顶面以上楼层荷载的折减,仅在墙体受剪和局压计算中考虑翼墙或构造柱的有利作用;同时也可避免原规范在墙体计算中重复考虑翼墙或构造柱的影响。此外,1~3跨7层框支墙梁的有限元分析表明,墙梁顶面以上各层集中力(一般不超过该层该跨荷载的30%)可按作用的跨度近似化为均布荷载,以简化计算且偏于安全。

(二)托梁的内力分析和承载力计算1·托梁的内力分析方法:为简化计算,无论在托梁顶面荷载Q1,F1作用下,还是在墙梁顶面荷载Q2作用下,简支托梁、连续托梁和框支托梁的内力均采用设计者习惯的一般结构力学方法进行计算。2·墙梁在Q2作用下的有限元分析:墙梁在墙梁顶面荷载Q2作用下,是平面应力加杆系的复合问题。由于托梁和墙体的组合作用使托梁内力减小且不同于按一般结构力学方法算出的内力。新规范采用弯矩系数αM,轴力系数ηN和剪力系数βV来考虑墙梁组合作用对这部分托梁内力的修正。为了求得托梁内力组合系数αM,ηN和βV,针对一栋6层商住楼的简支墙梁,2~5跨连续墙梁,单跨和2~4跨框支墙梁进行有限元分析并引入正交设计的数学方法。3·托梁承载力计算统一模式:通过试验摸清墙梁的受力性能和破坏形态;通过有限元分析找到托梁主要控制截面的内力,并采用一般结构力学方法分析的内力乘以内力组合系数αM,ηN和βV来确定。为此新规范7·3·6和7·3·8条规定了简支墙梁、连续墙梁和框支墙梁的托梁承载力计算的统一模式:(1)托梁跨中截面应按混凝土偏心受拉构件计算,其弯矩Mbi及轴拉力Nbti可按下列公式计算: (2)托梁支座截面正截面承载力应按混凝土受弯构件计算,其弯矩Mbj可按下式计算: (3)托梁斜截面(包括支座和洞口处)受剪承载力应按混凝土受弯构件计算,其剪力Vbj

(三)简支墙梁托梁计算的改进

1·简支墙梁的有限元分析原规范简支墙梁托梁正截面和斜截面承载力均可能要验算两个截面,且计算繁琐;托梁剪力取值偏小,托梁的纵筋和箍筋偏少。通过无洞口和有洞口简支墙梁的有限元分析,摸清托梁内力分布和主要因素的影响,得到托梁内力系数的回归公式,相关性与符合程度良好。在此基础上进一步简化和提高可靠度,即得到新规范托梁内力系数公式和取值。

2 ·新规范关于托梁内力系数公式及取值 式中当hb/l0>1/