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第 卷 第“期建筑结构 年“月 新砌体结构设计规范关于墙梁设计内容的修订 龚绍熙 （同济大学上海 ） ［提要］ 简要介绍新砌体结构设计规范关于墙梁设计等内容的修订。提出合理简便的统一计算模式， 补充连 续墙梁和框支墙梁设计方法， 简化简支墙梁托梁计算并提高可靠度， 改进墙体受剪承载力计算， 补充墙梁抗震 设计。对圈梁、 过梁和挑梁设计也做了若干改进。 ［关键词］ 规范墙梁设计修订砌体结构 “ 2 1 . /7 8 8 0 2 0 8 1 . - . ,. 7 4 2 /7 * 2 ,0 . 1 2 , . 3. 3 2 7 2 8 / （ /8 6 0 2 / ;- . 7 . A / 3 / 7 2 A . 1 . 0- . 0 . 2 - . ；2 0 8 1 . . / 7； , 8 / 0 E, 7 0 9 7 9 0 . 一、 引言 新修订的 砌体结构设计规范（／ .仅为全载法的’ （无 洞口） 和 ’（有洞口） 。 可见新规范墙梁设计更为合理、 简便， 托梁承载力 可靠度有不同程度提高， 且比全载法节省纵筋和箍筋。 三、 连续墙梁、 框支墙梁设计和墙体计算的改进 （一） 连续墙梁的试验研究和有限元分析 , “试验研究 从国内已完成的 ,个连续墙梁试 验结果看 ［ , 0］， 连续墙梁在弹性阶段如同托梁和墙体 （包括顶梁） 组合的连续深梁， 托梁跨中大部分区段偏 心受拉， 中支座托梁少部分区段大偏心受压。连续托 梁跨中段先出现竖向裂缝并上升至墙中， 随后中支座 上方顶梁出现竖向裂缝且延伸至墙中； 中支座或边支 座上方墙体出现斜裂缝并延伸至托梁； 连续墙梁变为 连续组合拱体系。连续墙梁的弯曲破坏使托梁跨中段 偏拉破坏， 支座截面大偏压破坏 （偏于安全， 可按受弯 考虑） ； 由于连续托梁分担的剪力比简支托梁更大， 中 支座处托梁剪切破坏更易发生； 墙体剪切破坏和托梁 支座上部砌体局压破坏与简支墙梁类似， 但中支座处 更容易发生。 “有限元分析 对两跨不等跨连续墙梁和’ 跨等跨无洞口和有洞口连续墙梁进行有限元分析 ［, ,］。 计算构件采用正交设计， 各因素的变化水平如前所述。 在内力系数回归公式的基础上， 曾建议连续墙梁托梁 跨中截面按下列公式计算 “ （““ ／ ’） （） ““ * ／ （’） , ““- ／ （. ） （二） 框支墙梁的试验研究和有限元分析 . 试验研究 国内共进行过/ 个框支墙梁构件 试验 ［. / 0 . ］。单跨和多跨框支墙梁工作性能类似简支 墙梁和连续墙梁， 在弹性阶段是框支组合深梁。竖向 裂缝首先出现于托梁跨中段并上升至墙中， 随后在中 支座上方顶梁出现竖向裂缝且延伸至墙中， 随着支座 上方墙体出现斜裂缝使框支墙梁变为框支组合拱体 系。框支墙梁弯曲破坏使托梁跨中段偏心受拉， 托梁 支座截面或柱上截面偏心受压。墙体剪切破坏和框支 柱上方砌体局压破坏类似于简支墙梁和连续墙梁。 / 有限元分析 对两跨不等跨框支墙梁和/ 跨等 跨 无 洞 口 和 有 洞 口 的 框 支 墙 梁 进 行 有 限 元 分 析 ［. *，. 1］。在内力系数回归公式的基础上， 曾建议框支 墙梁托梁跨中截面采用下列公式计算 “ （/ “ ／ ） （. .） “ . *’ ／ （. /） ,. “/ “- ／ （. “） （三） 连续墙梁和框支墙梁的托梁和框支柱承载力 为简化计算， 在上述两套建议公式 （）（. ） 和 （. .）（. “） 的基础上进行统一， 即为新规范所规定的 内力系数公式。 . 内力分析 在’.， .作用下， 采用一般结构力学方法求得连 续托梁或框支托梁内力. ， . 2 ，* . 2 和框支柱内力 . 3，. 3； 在’/作用下， 采用一般结构力学方法求得 连续托梁或框支托梁内力/ ， / 2 ， * / 2 和框支柱内力 / 3，/ 3。 / 托梁正截面承载力 跨中截面应按混凝土偏心受拉构件计算， 及 4 可按式 （.） ， （/） 计算， 内力系数为 “ （/ “ ／ ） （. ） ““ ／ （. *） , / 1“- ／ （. 1） 支座截面应按混凝土受弯构件计算， 2 可按式 （“） 计算， 无洞口时弯矩系数取 ， 有洞口时可按 下式计算 *／ （. ） 以 上 式 中 当“ ／ .／时， 取“／ 5.／； 当 “-／ .时， 取“-／ 5.；／ “ *时， 取／ 5 “ *。 “ 托梁斜截面受剪承载力 应按混凝土受弯构件 计算， * 2 可按式 （） 计算。剪力系数6， 无洞口时， 边 支座取 1， 中支座取 ； 有洞口时， 边支座取 ， 中 支座取 。取值简单， 且偏于安全。 框支柱承载力 新规范依据 “强柱弱梁” 原则并 简化计算， 不再考虑由于墙梁组合作用使柱端弯矩的 减小。对多跨框支墙梁的边柱， 当柱轴压力增大不利 时， 考虑墙梁的 “大拱效应” ， 取柱轴力系数,5. /。 新规范反映了连续墙梁和框支墙梁的受力性能和 破坏机理， 将众多影响因素， 且有墙体开洞这样复杂的 墙片和杆系的复合问题化简为一般结构力学方法分析 内力， 并采用， ,和6考虑墙梁组合作用， 方法简 单， 便于操作。新规范比原规范提高了托梁可靠度， 比 全截面节省钢筋和减小托梁截面高度。 （四） 墙体计算的改进 . 墙体受剪承载力 原规范公式 （1 “ 0 .） 建立在简支墙梁 （托梁加墙 体） 模型试验基础上， 由于该式给出的承载力较低， 往 往成为墙梁设计的控制指标。试验表明， 墙梁顶面圈 梁 （简称顶梁） 是由构造要求设置的， 如同墙体上的弹 性地基梁能将楼层荷载部分传至支座， 并与托梁一起 约束墙体横向变形， 延缓和阻滞墙体斜裂缝开展， 提高 受剪承载力 ［. ］。根据个设置顶梁的连续墙梁剪切 破坏试验结果， 考虑顶梁作用的墙体受剪承载力回归 公式为 *7 /“ / * / “4 （） , “ “- （. ） 新规范规定墙体受剪承载力应按下列公式计算 */“./ /“ “4 （） , “ “- （. ’） 式中， .为翼墙或构造柱影响系数， 考虑多层墙梁楼 盖荷载向翼墙或构造柱传递使墙体剪力减小及其约束 作用对墙体受剪性能的改善； / 为洞口影响系数， 多 层墙梁仍取 ’， 单层墙梁不再采用原规范公式， 而取 最小值 1； 取消原规范 /系数。 / 托梁支座上部砌体局压承载力 新规范仍采用原规范第1 “ 条的公式， 但式中 ’/不再考虑翼墙对楼盖荷载的折减系数， 以免重复考 虑翼墙的有利作用。故新规范公式 （ “ . 0 .） 和原规 范公式 （1 “ 0 .） 形式相同， 但可靠度提高了。 计算分析表明， 在常用开间、 层高和荷载情况下， 当翼墙- 8 ／“*或设置落地构造柱时， 可盖层商0住 楼而不必验算局压承载力。 四、 墙梁的抗震设计 （一） 墙梁的抗震性能 . ’ 年以来， 国内共进行了“ 个框支墙梁的拟 1 静力试验和个房屋模型的振动台试验和拟动力试 验 ［“ ，“ ，“ ’ ’］。研究表明， 在水平低周反复荷载作用下， 框支墙梁墙体斜裂缝的走向和竖向荷载作用下墙体斜 裂缝基本一致， 水平作用基本不影响竖向荷载按组合 拱体系传力； 托梁端部形成塑性铰， 墙体发生沿交叉阶 梯斜裂缝或部分水平通缝的剪切破坏 （包括构造柱剪 坏） 。框支墙梁发生水平剪切破坏后， 只要裂而不倒， 仍能继续承担较大的竖向荷载， 具有一定的组合作用。 振动台试验表明， 地震破坏为底层抗震墙和上层构造 柱约束墙体交叉斜裂缝的剪切破坏和底层框支柱的弯 曲型破坏； 水平地震作用使托梁增加的附加应力很小， 对竖向荷载下墙梁组合作用影响不大。底层设置抗震 墙和框支墙梁的房屋能满足抗震设防三水准的要求。 因此框支墙梁的抗震性能是可靠的， 新规范在遵守新 建筑抗震规范的原则和有关规定的基础上补充了墙梁 的抗震设计。 （二） 抗震布置和地震作用 “ 抗震布置原则 框支墙梁房屋抗震布置原则和 底部框架抗震墙房屋相同。 （“） 层 数 和 高 度 应 符 合 新 抗 震 规 范 “ ’条 和 “ 条的要求。 （’） 底层纵、 横向应均匀对称布置 （或基本均匀对 称布置） 一定数量的抗震墙， 其间距不应超过新抗震规 范表 “ *的规定。 （） 第二层与底层侧向刚度比， 在， 度时不应大 于’ *， 在度时不应大于’ ， 且均不应小于“ 。 （） 上层承重墙应按底层框架和抗震墙的轴线布 置， 宜上、 下对齐， 分布均匀， 使各层刚度中心接近质量 中心。 ’ 地震作用计算 框支墙梁房屋的地震作用计算 也与底部框架抗震墙房屋相同。 （“） 框支墙梁的抗震计算， 可采用底部剪力法， 底 层水平地震剪力应乘以增大系数， 全部由抗震墙承担。 （’） 底层框支柱承担的水平地震剪力可按各抗侧 力构件有效刚度比例分配确定。 （） 底层各构件承受的地震倾覆力矩可近似按抗 震墙和框架的侧向刚度比例分配确定。 （） 地震倾覆力矩引起的框支柱附加轴力， 框支墙 梁可视为刚体， 由变形协调条件和静力平衡条件求出。 （三） 抗震验算和构造措施 “ 截面抗震验算 墙梁顶面以上重力荷载代表值 产生的框支墙梁内力计算应考虑墙梁组合作用。水平 地震作用产生的框支墙梁内力计算中， 则不考虑墙梁 组合作用， 以偏于安全。 （“） 重力荷载代表值应按新抗震规范* “ 有关 规定计算， 不得另行折减。计算重力荷载产生的托梁 内力时， 考虑墙体裂缝对墙梁组合作用的影响， 当抗震 等级为一、 二级时， ,， “-应分别乘以增大系数“ “和 “ *。 （’） 墙体开裂后的墙梁刚度比框支柱仍大许多， 根 据试验及有限元分析， 水平地震剪力作用下框支柱反 弯点取距柱底 * *.， 并由此确定柱上、 下端弯矩。 （） 在求得考虑地震组合内力设计值后， 托梁和框 支柱抗震承载力可按相应的混凝土构件进行计算。 （） 试验表明 框支墙梁墙体水平截面抗震抗剪承 载力比一般砌体抗震墙低“ /左右， 故采用的新规范 公式 （“ ’） 或 （“ ’ ’） 右边应乘以降低系数 0。 ’ 抗震构造措施 在满足新抗震规范和新混凝土 结构规范有关构造要求外， 根据抗震试验和工程经验 做一些补充规定。 （“） 材料等级要求更高， 混凝土不应低于1 ， 计 算高度范围内墙体砂浆不应低于, “ 。 （’） 应在墙体中的框架柱上方和纵横墙交接处设 混凝土构造柱， 其截面和配筋应该符合 新 抗 震 规 范 * “条的规定。 （） 托梁处应采用现浇混凝土楼盖， 应在托梁标高 及以上各层纵横墙上均设置现浇混凝土圈梁。 （） 从托梁的受力和抗震特性对托梁的截面、 纵筋 配置锚固、 箍筋配置等方面提出更高要求。 五、 圈梁、 过梁、 挑梁设计的改进 “ 圈梁 新规范加强了多层砌体房屋时圈梁的设置和构造 规定， 比原规范要求更严， 以提高砌体房屋的整体性和 抗倒塌能力； 考虑到钢筋砖圈梁工程应用很少， 新规范 取消了有关规定。 ’ 过梁 新规范仍保留钢筋砖过梁和砖砌平拱的规定， 但 对应用范围限制更严； 混凝土过梁仍按受弯构件计算， 当过梁跨度较大或承受较大的梁板荷载时， 应按墙梁 设计。 挑梁 新规范对计算倾覆点位置明确规定采用近似公式 “2 3， 并规定挑梁下设构造柱时取 *“； 进一 步明确挑梁的抗倾覆荷载4为挑梁尾部上部 * 5扩展 角的阴影范围内本层 （注意 只取一层） 的砌体与楼面 恒荷载标准值之和。 参考文献 “ 砌体结构设计规范 （6 7 8 ）9中国建筑工业出版社，“ 0 9 ’ 唐岱新等9砌体结构设计新规范应用讲评9中国建筑工业出版 社， “ 0 0 ’9 （下转第 ’页） * 压强度， 降低轴压比， 但这方面的研究目前还不充分， 规程中没有给出明确的定量计算公式， 当有可靠依据 时， 可以考虑轴压比降低的影响。柱的抗震加固必须 采用封闭式粘贴并有可靠连接， 搭接长度比受弯、 受剪 加固时的搭接长度要长一些， 以保证加固效果。 六、 施工规定 与其他加固方法相比， 外部粘贴碳纤维片材加固 结构的施工方法具有一定的特殊性， 必须遵循下列工 序进行 施工准备、 表面处理、 涂刷底层树脂、 找平处 理、 粘贴碳纤维片材、 表面防护。这种三步式施工方法 已经实践证明具有较好的效果和较高的效率。 研究结果表明， 在底层树脂表面指触干燥到完全 固化期间进行下一步工序施工的粘结效果最好， 当有 试验依据时也可以在底层树脂完全固化后进行下一步 工序。树脂的指触干燥是指树脂达到凝胶的状态， 用 手指触摸树脂表面有凝胶的感觉， 但不会粘附树脂的 状态。 试验研究和工程经验证明， 只有浸渍树脂充分浸 透在碳纤维布中才能保证碳纤维布的粘贴质量， 否则 对粘贴质量有很不利的影响。用专用滚筒滚压碳纤维 布时， 可以向一个方向， 也可以从中间向两个方向滚 动， 但不允许来回反复滚动， 以免损伤碳纤维， 影响粘 结质量。研究结果表明， 在浸渍树脂表面指触干燥到 完全固化期间进行下一步工序施工的粘结效果最好， 当有试验依据时也可以在浸渍树脂完全固化后进行下 一层碳纤维布的粘贴。 施工现场的环境温度必须符合粘结材料的使用温 度才能保证粘贴质量， 如果不能满足， 必须采取措施使 其满足要求后再进行粘贴。当环境湿度不超过 “ 时， 可以不考虑环境湿度对常温固化树脂的不利影响， 当然如果采用适用于潮湿环境的粘结材料时可不受此 限制。配制底层树脂、 找平材料、 浸渍树脂和粘结树脂 时均应满足产品给出的要求， 在施工中应根据施工进 度和环境温度控制每次的拌合量， 以保证在粘结材料 的规定使用时间内有效地使用拌合好的粘结材料。由 于碳纤维片材为导电材料， 施工碳纤维片材时应远离 电气设备及电源， 或采取可靠的防护措施， 并应保障工 人人身安全， 采取有效的劳动保护措施。 七、 检验与验收 规程规定了从材料检验、 隐蔽工程以及各项工序 质量检验等的检验形式、 检验位置、 检验数量、 检验方 法等， 符合一般工程质量检验要求和碳纤维片材加固 修复混凝土结构技术质量检验的特殊要求。 碳纤维片材与混凝土之间的粘结质量可用小锤轻 轻敲击或手压碳纤维片材表面的方法来检查， 总有效 粘结面积不应低于 。当碳纤维布的空鼓面积小 于 ““ “ “’’ 时， 可采用针管注胶的方式进行补救。 空鼓面积大于 ““ “ “ ’’ 时， 宜将空鼓处的碳纤维片 材切除， 重新搭接贴上等量的碳纤维片材， 搭接长度应 不小于 “ “ ’’。这种检查方法经实践检验是有效、 简 便的， 适用于任何条件下的碳纤维片材与混凝土粘结 质量的检查。主要要求有经验的人员完成。 其中现场施工质量检验方法列入附录中， 这是参 考国内外的有关施工检验资料和国内实践经验开发出 来的具有创新性的方法， 该方法在检验设备、 取样方 式、 数据计算与处理、 质量判据等方面都作出了规定。 八、 结语 碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程 对已 经成熟的碳纤维片材加固修复混凝土结构的有关技术 作出了比较详尽的规定和论述， 这里仅作一简单的介 绍， 当然， 规程还有一些有待于补充和完善的地方， 这 也是今后工作内容之一， 希望关心该技术发展的人士 提出各自的见解， 提供有关的研究成果， 共同促进 * 混凝土结构技术在我国的发展。 （上接第, 页） - .砌体结构设计规范 （/ 0 “ “ “ - “ “ ）1 “ “ 1 2 .唐岱新， 龚绍熙， 周炳章1砌体结构新规范的理解与应用1中国建 筑工业出版社， “ “ 1 .建筑抗震设计规范 （/ 0 “ “ “ “ ）1 “ “ 1 , .龚绍熙， 周 瑛， 陈力奋等1墙梁的内力分析与简化计算1建筑结 构， “ “ ，- （）1 .混凝土结构设计规范 （/ 0 “ “ “ “ “ ）1 “ “ 1 3 .墙梁专题组1墙梁研究专题综合报告1华南工学院， 3 21 .易文宗， 杨永新1连续墙梁试验研究和计算1西安冶金建筑学院 学报， ， - （）1 “ .龚绍熙， 郭乐工1连续墙梁竖向荷载试验和受剪承载力计算1见 现代砌体结构， 中国建筑工业出版社， “ “ “1 .龚绍熙， 李 翔， 张晔等1连续墙梁的试验研究、 有限元分析和 承载力计算1建筑结构， “ “ ，- （）1 .龚绍熙， 吴承霞1框支墙梁在均布荷载作用下承载力的试验研究 与塑性分析1建筑结构， ， （ ）1 - .庄一舟1底部框剪组合结构体系的模型试验研究1博士学位论 文， 大连理工大学， ,1 2 .梁兴文， 王庆霖， 易文宗1框支连续墙梁抗震性能研究及设计计 算1建筑结构学报， 3， （2）1 .龚绍熙， 李 翔等1框支墙梁的试验研究、 有限元分析和承载力 计算1建筑结构， “ “ ，- （）1 , .李 翔1框支墙梁组合抗震性能与设计方法的研究1硕士学位论 文， 同济大学， 31 .龚绍熙等1框支墙梁抗震计算与构造研究 （综合报告及分项报 告）1同济大学， 31 3 .龚绍熙， 李 翔， 张晔等1框支墙梁的低周反复荷载试验及抗 震承载力计算1建筑结构， “ “ ，- （2）1 .梁兴文， 王庆霖， 梁羽风1底部框架抗震墙砖房／比例模型拟 动力试验研究1土木工程学报， 3，- （,）1 “ .王凤来1底层大开间框剪组合墙结构框支墙梁试验研究1博士学 位论文， 哈尔滨建筑大学， 1 .高小旺， 孟俊义， 廖兴祥等1七层底层框架抗震墙砖房／比例 模型抗震试验研究1建筑科学， ， （2）1 .夏敬谦， 黄泉生， 丁世文等1八层底两层框剪组合墙模型房屋模 拟地震振动台试验1见 第二届全国砌体建筑结构学术交流会论 文集， 成都， 21