多层砌体房屋结构设计中的常见问题
摘 要 阐述多层砌体房屋结构设计中的常见问题，结合现行《工程建设标准强制性条文》及设计规范，对常见问题进行剖析和总结，保证设计的合理性，供设计者参考。
关键词 结构概念设计；荷载取值；构造柱的设置；配筋砌体结构
目前，住宅的结构型式6层以下以砖混结构最为广泛，人们在注重住宅的适应性，居住的舒适度的同时，对结构的安全性、耐久性及其将来的可改造性提出更高的要求。下面笔者就多层砌体房屋设计中经常遇到的问题，结合现行《工程建设标准强制性条文》及设计规范，进行归纳总结。
1 结构概念设计
开发商在征地费昂贵，用地紧张的今天，为了获取最大的经济效益，往往为了满足层高限值，在地下室和顶层阁楼设计上大做文章。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）7.1.2条规定了多层房屋的层数和高度应满足的要求，注：1 房屋的总高度指室外地面到主要屋面板板顶或檐口的高度，半地下室从地下室室内地面算起，全地下室和嵌固条件好的半地下室应允许从室外地面算起；对带阁楼的坡屋面应算到山尖墙的1/2高度处；嵌固条件较好一般是指以下情况：
（1）半地下室顶板（宜为现浇混凝土板）的标高在1m以下即顶板不高于室外地面约1m，地面以下开窗洞处均设有窗井墙，且窗井墙又为内横墙的延伸，如此形成加大的半地下室底盘，有利于结构的总体稳定，半地下室在土体中具有较有利的嵌固作用。
（2）半地下室的室内地面至室外地面间的高度大于地下室净高的1/2，无窗井，且地下室部分的纵横墙较密。在这两种嵌固条件较好情况下，带半地下室的多层砌体房屋的总高度允许从室外地面算起。若半地下室层高较大，顶板距室外地面较高，或有大的窗井而无窗井墙或窗井墙不用，周围的土体不能对多层砖房半地下室起约束作用，则此时半地下室应按一层考虑，并计入房屋总高度。随着住宅楼功能的增多，如底层作为商店或车库等，但又不是底框结构，设计人员往往忽略结构的整体性，混淆结构概念，陷入只凭计算的误区。事实上，目前的结构设计计算水平，难以保证结构的抗震性能，所以设计人员应分清设计的结构型式，不要在砖混结构中为了开大洞口而内插一榀框架。
2 某些情况下的荷载取值
2.1 楼梯活荷载取值
《建筑结构荷载规范》（GB50003-2001）（以下简称《荷载规范》）规定住宅楼梯活荷载标准值：2.0kN/m2，但实际工程设计中，建筑师常常将使用楼梯与消防疏散楼梯合二为一，其实基本都应该取到3.5kN/m2，楼梯常处于建筑物的抗震不利部位，楼梯本身也有其不利抗震的特殊性，理想的楼梯是在地震或火灾时不塌坍或坚持时间最长，其安全度和耐久性应予重视。
2.2 荷载分项系数取值
《荷载规范》在荷载效应组合时有一项规定，就是当基本组合中的永久荷载效应起控制作用时，其分项系数取1.35，虽然SATWE程序中已写入此条，交由程序自动分析永久荷载效应组合与可变荷载效应的相对大小，但是许多民用建筑中，填充墙特别是有可能任意移动的，填充墙的荷载如何计算才能和此规定相协调？以往做法常常是将其折算成等效均布活荷载计入楼面活载，这样会带来两个问题：
（1）当楼面活荷已经比较大时，计入墙体的折算均布荷载有可能超过4.0kN/m2，而《荷载规范》规定对于楼面活荷载大于此值时，其分项系数取1.3而非1.4。由于程序对这些规定总是硬性执行，如果在计算之处加以干预，有可能出现：①永久荷载中由于漏掉了填充墙荷重而失去控制作用，其分项系数取了1.2；②楼面活荷由于计入了墙体的折算荷载而超过限值，其分项系数取1.3。
（2）《荷载规范》对不上人屋面的活荷载取值为0.5kN/m2，仅考虑了施工或文修荷载，如果把该计入永久荷载的墙体自重算入活荷载，可能反而是不利的。
3 构造柱的设置
砖混结构中的构造柱分为两种，一种是考虑到砌体的脆性性质，在地震中容易开裂并降低墙体承受垂直荷载的能力而倒塌，因此《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规定，对于多层砖房应按要求设置钢筋混凝土构造柱，其目的主要是为了加强墙体的整体性，增加墙体抗侧延性，在一定程度上利用其抵抗侧向地震力的能力。其设置和构造应注意两点：
（1）对于大房间两侧墙，由于大开间砌体墙体相对来说将受到较大的地震水平力作用，因此对于4.2m或以上开间两侧墙应设置构造柱加强，此时构造柱的截面和配筋均应加强。
（2）当建筑布置局部墙垛不能满足《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）限定的局部尺寸时，可以对局部墙垛增设构造柱，或加大原有构造柱截面，以避免在地震作用下局部墙垛破坏而引起连锁反应，导致房屋倒塌。但不可以将局部墙垛全改为钢筋混凝土柱，否则将带来在平面的同一轴线上形成部分砖墙、部分钢筋混凝土墙垛的局面，这是不允许的。
4 砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙的受压承载力计算
砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙是在钢筋混凝土构造柱-圈梁体系上发展而成的一种结构型式，其轴心受压承载力曾提出过几种计算方法，如将无筋墙体的承载力乘以强度系数的方法等。《设置钢筋混凝土构造柱多层砖房抗震技术规程》（JGJ/T13-94）(以下简称《技术规程》)采用下列公式计算：
N≤φcom[(fAn+η（fcAc+fyAs）］
η=［1/(l/bc-3)］1/4(１)
式中各符号意义见《技术规程》第8.2.7条。
按有限元非线性分析，当构造柱间距小于1m后，计算得到的极限荷载与按砖砌体和钢筋混凝土面层的组合砌体构件的公式得到的极限荷载很接近。因而按式（1）计算，当l/bc＜4时，取l/bc=4。式（1）的特点在于这两种组合砖砌体构件的轴心受压承载力不仅计算公式相互衔接，而且在理论体系上具有一致性，轴心受压承载力见图1。 图1 轴心受压承载力示意图
砖砌体和钢筋混凝土面层的组合砌体轴心受压构件，见承载力图1（b），按下式计算：
N≤φcom（fAn+fcAc+fyAs′）(２)
对比式（２）和式（1），它们只相差一个强度系数η，但当l/bc=4时，η=1.0，式（２）与式（1）完全相同。上面已指出，这种组合墙是指按间距l设置钢筋混凝土构造柱，沿房屋楼层设置钢筋混凝土圈梁，且构造柱与圈梁和砌体之间由可靠连接而形成的一种组合结构，为保证其整体受力性能，《技术规程》作出了相应的构造规定。
由于这种组合墙主要用于承受均布荷载的承重横墙，《技术规程》尚未给出它的偏心受压承载力的计算公式，其计算方法有待进一步探讨。
5 砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙的截面抗震受剪承载力计算
在以往对砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙的截面抗震受剪承载力的计算中，可借鉴的方法是提出的验算公式
V≤fvEA1/γRE
A1=A2+ηcEc/Eαs (3)
式中 fvE——砌体抗震抗剪强度设计值；
A1——墙段折算水平截面面积；
A2——墙段扣除孔洞及柱混凝土截面面积后的砖砌体水平截面净面积；
ηc——构造柱参与墙体工作系数；
Ec——混凝土弹性摸量；
Eαs——砖砌体弹性模量；
Ac——墙段构造柱混凝土水平截面面积之和；
γRE——承载力抗震调整系数。
分析表明，该方法存在以下问题：1）随砌体弹性模量的增大，组合墙截面的受剪承载力反而下降；2）混凝土构造柱承担的剪力偏大；3）构造柱参与墙体工作系数的取值，未考虑构造柱所处位置的影响；4）设置构造柱后，组合墙截面的受剪承载力的提高幅度过大。在现行《建筑抗震设计规范》（GBJ0011-2001）中，对普通砖、多孔砖墙体的截面抗震受剪承载力，按规定验算：
（1）一般情况下
V≤fvEA/γRE(4)
(2)当按式（4）验算不满足要求时，可计入设置于墙段中部、截面积不小于240mm×240mm且间距不大于4m的构造柱对受剪承载力的提高作用，按下列方法验算：
V≤1/γRE［ηcfvE(A-Ac)+ξftAc+0.08fyAs］(5)
式中ηc—墙体约束修正系数，一般情况下取1.0，构造柱间距不大于2.8m时取1.1；Ac—中部构造柱的横截面总面积；ξ—中部构造柱参与工作系数，居中设一根时取0.5，多于一根时取0.4。
须注意的是，按式（5）强调中部构造柱的作用不同于设置在墙段边缘的约束构造柱的作用；在《砌体结构设计规范》(GB50003-2001)中，考虑规范体系上和理论上的完整性，将式（4）列在“无筋砌体构件”中。上述钢筋混凝土构造柱对组合墙的受压和受剪承载力的提高及其计算方法，是建立在构造柱要求的水平上的，因此设计时构造柱的截面不宜选择的过大，若承载力不足，减小构造柱间距是合理的选择。
6 结语
在多层砌体房屋结构设计中，选择合理的结构形式，正确的统计荷载，合理的布置构造柱，准确清晰的计算思路，是设计中必须注意的问题。
参考文献
1．扬文斌，刘戈．浅谈土建工程设计中易被忽视的几个问题．煤炭工程，2005(8)．
2．刑双军，何锦云，许瑞萍．砖混结构设计中的几个问题．煤炭工程，2005(1)．