浅析砌体结构中墙肢刚度的计算问题

发布于：2023-05-05 08:57:05 来自：建筑结构/砖混结构 [复制转发]

众所周知，对于一般的砌体结构而言，其各层地震剪力设计值的确定采用的是底部剪力法。在确定了各层的地震剪力设计值后，根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第5.2.6条的规定，一般按照根据楼面做法不同，按刚性、半刚性和柔性楼盖，其地震剪力设计值的分配方式也有所不同。对于刚性楼、屋盖（现浇或装配整体式楼盖），各墙肢的地震剪力一般按其抗侧刚度分配；对于柔性楼盖（木楼盖或开洞率很大，平面刚度很差的楼盖），各墙肢的地震剪力一般按按墙体负担的地震作用重力荷载代表值分配；对于半刚性楼盖（装配式钢筋混凝土楼盖），各墙肢的地震剪力的分配比例一般取刚性楼盖和柔性楼盖的均值。

这里所讲到的两种分配方法，按抗侧力构件从属面积上的重力荷载代表值的比例分配法基本不存在异议，但对于如何确定抗侧力构件的等效刚度，无论是规范还是有关资料，均存在不少未搞清楚的问题。

首先我们来看看《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中对墙段的层间等效侧向刚度的规定，见《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中的第7.2.3条。

由该段规定，我们可以看出以下问题：

问题1：关于无构造柱的砌体结构层间等效刚度确定

就10版的抗规第7.2.3条的规定而言，对于无构造柱的砌体结构，层间等效刚度的确定可直接按门窗洞口划分后的墙肢确定，对于刚性楼盖，地震剪力的分配可直接按门窗洞口划分后各墙肢的等效侧向刚度按比例分配，并不存在先计算整段墙肢(含洞口)的等效侧向刚度，将地震力在各整段墙肢之间进行第一次分配，再根据整段墙肢的小墙肢的等效侧向刚度进行第二次分配的要求。这与目前PKPM和YJK程序的两次分配方法是存在一定差异的。

或者我们可以从另外一个角度来分析问题，即对于无构造柱的砌体结构，10版抗规未规定整段墙肢(含洞口)的等效侧向刚度的计算方法，因此如何将地震力在各整段墙肢之间进行第一次分配，规范并未明确规定。目前无论是PKPM，还是YJK，对于地震剪力在各整段墙肢之间进行第一次分配的方法均无规范依据。

问题2：关于设置构造柱的砌体结构中，非小开口墙肢的等效刚度

我们看到，在10版抗规第7.2.3条中，仅规定了小开口墙肢的等效侧向刚度的计算方法，并未讲到非小开口墙肢的等效侧向刚度的计算方法。那么我们是不是可以理解为：对于非小开口墙肢，其等效侧向刚度的计算方法与无构造柱墙肢的计算方法一致，即直接按门窗洞口划分后各墙肢来计算其等效侧向刚度呢？这样的话，对于一个砌体结构，若其墙肢既有小开口墙肢，又有非小开口墙肢时，两者的计算方法不同，是不是会带来较大的误差呢？

此外，规范也未讲清什么是小开口墙段？即什么情况开洞时，可以认为其属于小开口墙段。就10版规格而言，从表7.2.3理解，小开口墙段似乎指的是开洞率小于等于0.30的墙段？具体是不是这样，规范应对此做出相应的条文解释。

问题3：关于设置构造柱的砌体结构中，小开口墙肢的等效刚度

根据10版抗规第7.2.3条的条文说明，关于设置构造柱的砌体结构，其小开口墙肢等效刚度的计算参照的是原行业标准《设置钢筋混凝土构造柱多层砖房抗震技术规程》JGJ/T13的相关内容。由于该标准至今尚未修订，因此，其标准号应为JGJ/T13-94。

但查看JGJ/T13-94中关于墙肢等效侧向刚度的计算，显然与10版抗规的计算存在很大的区别。

我们先来看一下10版抗规的规定：

由该段话的意思，我们可以看出，对于设置构造柱的小开口墙段，其刚度为按毛面积计算的刚度乘以洞口影响系数。注意：这里指的是毛面积，即不考虑扣除洞口的面积。而 JGJ/T13-94中是不是这样的呢？

我们来看一下JGJ/T13-94的相关规定：

为了更清楚的看清楚这里的实质性问题，我们先做一个案例分析，设某一个墙肢的高宽比小于1（事实上，对于一大段墙肢而言，这个假定总是成立的），则将公式4.2.7-2带入公式4.2.7-1，可得：

式中，A1为墙段折算水平截面面积，为扣除了孔洞和柱截面面积后的水平截面净面积。为更好的看清楚问题的实质，设构造柱的面积为0，则按 JGJ/T13-94的规定，有洞口墙肢侧向刚度为按 净面积计算的刚度乘以洞口影响系数 。而10版抗规的规定则是按 毛面积计算的刚度乘以洞口影响系数 。这两者之间显然存在明显的不同，10版抗规由于不考虑洞口面积的折减，其刚度计算明显大于考虑洞口面积折减的 JGJ/T13-94的刚度，且由于刚度计算方法的不同，会给墙肢地震剪力的分配带来较大程度的影响。

其次，从10版抗规表7.3.2及后文的条文说明可以看出，10版抗规认为仅开口率小于等于0.30时，墙段的洞口影响系数才是适用的，而超过0.30时，墙段的洞口影响系数是不适用的。