砌体基本力学性能及高层配筋砌块砌体剪力墙抗震性能分析

　　摘要：目前配筋砌体结构被广泛应用于建造高层建筑。随着建筑科技的发展，配筋砌块砌体剪力墙的建造高度与钢筋混凝土剪力墙结构日趋一致，尤其是在美国、欧洲、日本等国家。研究砌体基本力学性能及高层配筋砌块砌体剪力墙抗震性能具有重要的现实意义。
　　关键词：力学性能、数学模型、高层配筋砌块砌体剪力墙、抗震性能
　　
　　砌体结构是最为古老的结构形式之一，著名的金字塔即是古代砌体结构的代表。与钢筋混凝土结构、钢结构相比，砌体结构具有造价低的优势，因此目前砌体结构被广泛应用于建造高层建筑，特别是在美国、欧洲等西方国家和地区，配筋砌块砌体剪切力墙的建造高度与钢筋混凝土剪切力墙结构日趋一致，因此研究砌体的基本力学性能及高层配筋砌块砌体剪切力墙抗震性能具有很重要的意义。
　　一、砌体基本力学性能
　　砌体基本力学性能涉及范围广，主要包括气体受压、受剪、受弯及在各种复合受力状态下的性能。本文重点介绍砌体受剪及灌芯砌体抗压性能。
　　1、砌体受剪性能
　　砌体的受剪包括无压应力作用下的纯剪与剪压复合作用下的受剪，其中前者只能在实验室条件下获得，绝大多数砌体受剪往往以剪压复合受力状态的形式受剪。影响砌体抗剪强度的因素较多，主要包括竖向应压力、块体和砂浆的强度、动力特性、高宽比效应、开洞情况、施工质量等。
　　目前我国国内普遍认为砌体在剪压复合作用下破坏形态为：随着竖向压应力的增加，剪切破坏形态一次表现为剪摩、剪压和斜压三类破坏形态。且有实验结果表明，砌体剪压相关曲线是一条光滑连续的曲线。
　　经过国内大量学者不懈的努力，已建立了多种理论模型，不但能够准确模拟三类破坏性太，而且能够满足相关曲线的光滑连续。理论模型和理论公式主要包括主拉应力理论、摩尔库伦破坏理论、洪峰的拉摩强度理论公式、刘桂秋的三线段公式、蓝贵禄的综合模型公式等。其中我国现行规范采用的公式为：
　　
　　其中：
　　
　　但上述理论也存在着一定的缺陷，如：单一强度理论无法准确描述砌体剪压复合作用下的各种破坏形态；曲线上存在不连续性，与光滑曲线不符；未考虑高轴压比的斜压破坏等。
　　2、灌芯混凝土砌块砌体受压性能
　　国内外众多学者对灌芯混凝土砌块砌体受压性能进行了研究，成为进行灌芯砌体结构设计和分析的重要依据，研究内容包括砌体的破坏形态、破坏机理、弹性模量、本构关系、泊松比以及芯柱混凝土与砌块强度匹配等基本力学性能指标。其中影响灌芯砌体抗压性能的因素有：混凝土砌块、芯柱混凝土的强度及灌芯率、芯柱混凝土与砌块的强度比、砂浆等。
　　
　　未灌芯砌块砌体与灌芯砌块砌体应力-应变曲线对比
　　目前，关于普通砌体受压的本构模型较多，如对数函数型、指数函数型、多项式型、有理分式型和折线形等。与未灌芯砌块砌体相比，灌芯砌体由于受芯柱混凝土的影响，其受压性能要优于未灌芯砌体，关于灌芯砌体受压本构模型相对较少。
　　目前关于计算灌芯砌体抗压强度的计算方法主要有弹性理论分析法、基于变形协调分析法、基于强度破坏理论分析法、有限元分析法和试验统计分析法等。
　　二、高层配筋砌块砌体剪力墙抗震性能分析
　　1897年美国建成世界上第一栋砌块建筑，经过一百多年的发展，配筋砌块砌体作为目前高层砌体结构的主要承重结构形式已趋于完善，其建筑高度与钢筋混凝土结构几乎相当。但与国外相比，高层配筋砌块砌体剪力墙结构在我国高层结构的应用上受到很大限制，最主要原因是目前国内关于高层配筋砌块砌体剪力墙结构抗震性能研究尚待完善。
　　1、配筋砌块砌体剪力墙结构
　　配筋砌块砌体剪力墙结构顾名思义就是利用钢筋砌体墙片作为主要承受水平作用力构件的结构型式，按照《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）的定义，即由承受竖向和水平作用的钢筋砌体剪力墙和混凝土楼、屋盖所组成的房屋结构，也就是在原来的砌体中增加竖向钢筋和横向钢筋，用来提高房屋的承载能力和抗震能力，从而可以应用于高层建筑。目前规范规定配筋砌块砌体剪力墙结构房屋适用的最大高度在7度设防烈度时为45米。
　　配筋砌块砌体剪力墙结构是一种预制装配整体式RC剪切强体系，其受力特点破坏机理完全不同于混合结构及一般无筋的中型空心混凝土砌块结构，它具有钢筋混凝土剪力墙类似的性能，但其变形能力比混凝土剪力墙大得多，这是因为配筋混凝土砌块墙片有缝隙存在。从强度上讲，配筋砌块砌体剪力墙结构由于灌孔混凝土的特性在砌体抗压和抗剪方面都有很大程度提高。
　　2、抗震构造性能分析
　　为提高配筋砌块砌体剪力墙结构的抗震性能，在剪力墙抗震构造设计时必须遵循以下原则：
　　一是为形成完整的砌块砌体剪力墙结构，竖向钢筋一般采用单排布置，最小直径8mm以上，最大间距不超过60cm，顶层和顶层应适当减少；横向钢筋应采用双排布置，最小直径8mm，最大间距不超过60cm,顶层和底层应不大于40cm。目的在于防止砌体开裂脆性破坏丧失承载力。
　　二是竖向及横向钢筋分布的最小配筋率，抗震等级一级时及加强部位均应大于0.13%；抗震等级二级、三级、四级时均应大于0.10%。
　　三是为确保抗剪墙的构建，还应明确在墙段底部，应按加强部位配制横向和竖向钢筋。
　　四是严格要求构造，因该结构体系横向和竖向钢筋不易绑扎搭接，因此搭接长度钢筋直径、锚固长度应大于42倍钢筋直径。
　　五是重力荷载代表值下的轴压比，一般情况下不大于0.5，二级、三级不宜大于0.6；主要原因是因为轴压比大，容易出现剪切破坏、延性差，也是为了避免砌块裂缝压坏。
　　六是连梁是保证各剪力墙共同协调工作的关键，因此分级规定要求竖向钢筋锚入墙内长度，全长箍筋加密布置等。
　　三、结束语
　　随着建筑业的迅猛发展，砌体机构特别是配筋砌块砌体剪力墙结构因其结构性能好、成本低等优势越来越多的应用到建筑行业中，分析砌体的基本力学特性，并研究配筋砌块砌体剪力墙结构抗震性能有助于提高配筋砌块砌体剪力墙结构建筑物的抗震性能，促进配筋砌块砌体剪力墙结构在高层建筑中的进一步应用。
　　
　　参考文献
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