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如何利用軟件準確計算磚砌帶壁柱墻的抗壓承載力

發布時間:2020-07-02 17:15      瀏覽: 0
作者:江蘇同豐工程技術有限公司

一、概述

      事實上,不僅是空斗墻的計算,目前計算軟件對砌體結構的驗算還存在其他許多不足之處的。本期主要針對計算軟件對早期砌體結構中比較常見的磚砌帶壁柱墻抗壓承載力的驗算做一些探討。

二、規范要求

1.抗壓承載力驗算

       對于帶壁柱墻的驗算,《砌體結構設計規范》GB50003-2011規定按T形截面進行驗算,其4.2.8條規定了T形截面翼緣寬度的要求。

image.png

      而根據規范4.2.5條,對于單層房屋的帶壁柱墻而言,可視為上端不動鉸支座,下端嵌固于基礎的豎向構件,對多層房屋的帶壁柱墻而言,可視為兩端鉸支的豎向構件。對于本層梁端傳來的豎向荷載,應考慮對帶壁柱墻的偏心影響,而由上部樓層傳來的荷載,在視為作用在上一樓層柱的截面重心處。其計算簡圖如下圖所示。

image.png

     由規范的規定可知,對有樓面梁的帶壁柱墻的抗壓承載力驗算,應考慮上端和下端兩個截面,其相關截面參數如形狀、折算高度等應按T形截面考慮。

2.高厚比驗算

      根據規范6.1.2條,計算帶壁柱墻的高厚比時,應考慮整片墻和壁柱間墻等兩個高厚比驗算,當驗算整片墻的高厚比時,采用折算厚度hT,確定計算高度H0時,s取與之相交相鄰墻之間的距離,當計算壁柱間墻的高厚比時,s應取相鄰壁柱間的距離。

三、實例分析

       為了比較軟件的驗算結果與規范的驗算結果,構建如下一個四層的磚混結構房屋,房屋各層層高均為3.3m,2軸和3軸位置為混凝土梁,縱墻在2軸和3軸位置設置有扶壁柱,砌筑用磚強度為MU10,砌筑砂漿強度為M5,樓、屋面恒、活載分別為4.0kN/m2和2.0kN/m2。根據以上的計算參數,我們可以對2/A軸位置處的壁柱間墻進行抗壓承載力驗算。

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1.按規范方法計算

     按規范方法對2/A軸位置處的壁柱間墻進行抗壓承載力驗算,驗算結果見表1。

表1  2/A軸位置處的壁柱間墻抗壓承載力驗算結果

計算內容

結果

計算高度H0

3300mm

折算厚度hT

395mm

高厚比β

8.35

影響系數ψ

0.90

抗壓承載力Nu=ψfA

805.3kN

豎向壓力N

666.4kN

抗力/荷載效應之比

1.21

2.軟件計算結果

      由于PKPM和YJK均無法直接按帶壁柱墻建模計算,實際驗算中常見有四種處理方法,如表2所示。

表2 軟件建模時四種建模方式

編號

建模方式

1

不考慮扶壁柱

2

扶壁柱位置加橫墻

3

扶壁柱位置為縱墻變截面

4

扶壁柱位置加磚柱

      四種建模方式的計算結果如下(前一個是PKPM的計算結果圖,后一個是YJK的計算結果圖):

模型1:不考慮扶壁柱

image.png

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模型2:扶壁柱位置加橫墻

image.png

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模型3:扶壁柱位置為縱墻變截面

image.png

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模型4:扶壁柱位置加磚柱

image.png

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四、對規范和軟件驗算結果的分析

       由以上對四種建模方式的軟件驗算結果可知,四種建模方式的計算結果均與規范的計算結果不同,存在較大的計算誤差,具體分析結果如表3所示。

表3  軟件計算結果與規范計算結果分析

編號

建模方式

PKPM與規范結果的誤差

YJK與規范結果的誤差

誤差原因

1

不考慮扶壁柱

-24.0%

-24.0%

未考慮扶壁柱的有利作用,結果過于保守

2

扶壁柱位置加橫墻

19.0%

26.0%

軟件把縱墻和橫墻分別計算,對縱墻而言,增加了側向支撐點,因此高厚比偏小,高估了縱墻承載力,對橫墻而言,取影響系數為1,高估了橫向承載力,若取兩者的平均值作為評價標準,結果偏于不安全

3

扶壁柱位置為縱墻變截面

-7.4%

-9.1%

軟件計算墻體的折算厚度時未按扶壁柱偏置計算,而按居中計算,因此折算厚度比實際折算厚度小,結果偏于保守

4

扶壁柱位置加磚柱

-18.2%

-33.1%

PKPM計算高厚比與規范規定的一致,但在計算抗壓承載力Nu時,墻體面積未考慮扶壁柱的面積,且在計算荷載時重復統計了磚柱與墻體重合部分的荷載,結果偏于保守

YJK未考慮扶壁柱的有利作用,仍按無柱的墻體計算,且荷載統計時增加了柱的自重,結果更加保守

      由以上的驗算結果可以看出,PKPM的QITI用戶手冊中指出的若兩個相交的墻體計算平均值大于1.0,可以認為兩個墻段受壓承載力滿足要求的結論存在較大的問題。

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五、結論與建議

1.對磚壁柱間墻的計算,目前常用軟件無法按實際情況建模,各種變通的建模方式,其計算結果均存在較大的誤差。

2.若要粗略估計,建議采用模型3:扶壁柱位置為縱墻變截面的建模方式,該方式偏于保守,但保守系數相對較小,比較接近實際情況。

3.若要準確驗算扶壁柱的承載力,建議采用PKPM的模型4:扶壁柱位置加磚柱的建模方式,但計算結果應乘以T型截面面積與不考慮扶壁柱的墻體截面面積之比。

4.由于扶壁柱位置一般來說均擱置有橫向梁,會帶來一定的偏心,因此尚應補充對扶壁柱上端截面的驗算。QITI用戶手冊中有如下說明,而YJK用戶手冊無說明。

image.png

5.PKPM模型4:扶壁柱位置加磚柱的建模方式對有扶壁柱的整片墻的高厚比驗算是準確的,但缺少壁柱間墻的驗算,YJK則無法準確驗算帶壁柱墻的高厚比。

6.目前計算軟件對混凝土部分的驗算相對比較準確,對砌體部分的驗算分析相對比較粗略,難以滿足實際工程的需要。


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