施工中如何设置砌体工程构造柱和圈梁

作者：雷朝华

　　砌体结构是我国使用最为广泛的一种结构形式。尤其在民用建筑上和部份公共建筑中占有很大的比例。但由于其所使用材料的脆性性质，因而决定了它的抗震性能较差。为增强砌体的整体性，提高其抗震能力，通过大量的试验研究和多年的工程实践证明，以及出现过的地震区域地震后的情况实践分析，在多层砌体房屋中设置构造柱和圈梁，是一种很有效的抗震措施。

　　采用传统粘土砖或新型免烧砖、加气砼砖、空心砖等与水泥砂浆砌筑的墙体却属脆性材料，在抵御地震等水平力、防止房屋倒塌等方面极为不利，在适当的部位增设构造柱，并配置些构造钢筋，能达到增强结构整体稳定性的作用，从而增强了建筑物的抗震能力。因此，在砖混结构中设置现绕钢筋混凝土圈梁、构造柱是相当重要。
　　一、 圈梁、构造柱的定义及设置要求
　　砌体结构房屋中，在砌体内沿水平方向设置封闭的钢筋砼梁，以提高房屋空间刚度、增加建筑物的整体性、提高砖石砌体的抗剪、抗拉强度，防止由于地基不均匀沉降、地震或其他较大振动荷载对房屋的破坏。在房屋的基础上部的连续的钢筋混凝土梁叫基础圈梁，也叫地圈梁；而在墙体上部，紧挨楼板的钢筋混凝土梁叫上圈梁。因为圈梁是连续围合的梁所以叫做圈梁。圈梁是在房屋的檐口、窗顶、楼层、吊车梁顶或基础顶面标高处，沿砌体墙水平方向设置封闭状的按构造配筋的混凝土梁式构件。按要求圈梁应该在同一水平面上连续、封闭，但当圈梁被门窗洞口（如楼梯间窗口洞）隔断时，应在洞口上部设置附加圈梁进行搭接补强。附加圈梁的搭接长度不应小于两梁高差的两倍，亦不小于1000mm.圈梁通常设置在基础墙、檐口和楼板处，其数量和位置与建筑物的高度、层数、地基状况和地震强度有关。圈梁是沿建筑物外墙四周及部分内横墙设置的连续封闭的、梁。其目的是为了增强建筑的整体刚度及墙身的稳定性。圈梁可以减少因基础不均匀沉降或较大振动荷载对建筑物的不利影响及其所引起的墙身开裂。在抗震设防地区，利用圈梁加固墙身就显得更加必要。在砌体结构中，圈梁有钢筋砖圈梁和钢筋混凝土圈梁两种。一般人可能会觉得，框架结构中只有主梁和联系梁，其实不然。构造柱和圈梁主要起一个抗震作用，维持砌体结构的稳定性，虽然框架结构中一般都是填充墙，但是在框架结构中，为了加强墙体的稳定，防止墙体开裂等情况，在一些情况下还是有要设置圈梁和构造柱的：
　　(1)   设计要求说明部位该设置圈梁、构造柱 ；
　　(2)   墙体横跨度超过4m（一般情况），墙中间要设置构造柱。其次，砖砌体端部没有框架柱或剪力墙时，一般也会设置构造柱；
　　(3)   墙体高度超过6m（一般情况），要设置圈梁（注意圈梁与过梁的区别，圈梁应该是一个闭合的整体）；
　　(4)   墙体中间开较大的通长洞口、墙体边缘、转角部位，一般会设置构造柱；
　　(5)   对圈梁的设置，除了第2点的情况外，还有设计图纸要求的高度要求进行设置（如图纸设计当层建筑门窗洞口较多且顶标高一致时，可能设置圈梁来代替过梁）；
　　(6） 现场施工时遇到需要墙体加强加固的情况，经过三方协商而设置圈梁；
　　二、 圈梁
　　 圈梁： 因为圈梁是连续围合的梁所以叫做圈梁。
　　(1)  圈梁的作用
　　其实圈梁就像水桶外边的抱箍。非抗震设防区，圈梁的主要作用是加强砌体结构房屋的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载等对房屋的不得影响。在地震区，圈梁的主要作用有：增强纵、横墙的连结，提高房屋整体性；作为楼面的边缘构件，提高楼面的水平刚度；减小墙的自由长度，提高墙体的稳定性；限制墙体斜裂缝的开展和延伸，提高墙体的抗剪强度；减轻地震时地基不均匀沉降对房屋的影响。同时，圈梁的受力比较复杂，故对一般圈梁均应按构造要求来进行处理在砌体结构房屋中设置圈梁可以增强房屋的整体和空间刚度,防止由于地基示均匀沉降或较大振动荷载
　　增强砌体房屋整体刚度，承受墙体中由于地基不均匀沉降等因素引起的弯曲应力，在一定程度上防止和减轻墙体裂缝的出现，防止纵墙外突然倒塌。
　　提高建筑物的整体性，圈梁和构造柱连接形成纵向和横向构造框架，加强纵、横墙的联系，限制墙体尤其是外纵墙山墙在平面外的变形，提高砌体结构的抗压和抗剪强度，抵抗震动荷载和传递水平荷载。起水平箍的作用，可减小墙、柱的压屈长度，提高墙、柱的稳定性，增强建筑物的水平刚度。
　　通过与构造柱的配合，提高墙、柱的抗震能力和承载力。在温差较大地区防止墙体开裂。
　　(2) 圈梁的设置
　　外墙和内纵墙的设置：屋面处及每层楼面处均设。内纵墙的设置：地震裂度为6、7度地区，屋面及楼面处设置，屋面处间距不应大于7m，楼面处间距不应大于15m，构造柱对应部位；8度地区，屋面及楼面处，屋面处沿所有横墙，且间距不应大于7m，楼面处间距不应大于7m，构造柱对应部位；9度地区，屋盖及每层楼面处，各层所有横墙。在高度超过5m时要设置圈梁。
　　空旷的单层房屋的设置：砖砌体房屋，檐口标高为5~8m时，应在檐口标高处设置圈梁一道，檐口标高大于8m时应增加圈梁数量；砌块机料石砌体房屋，檐口标高为4~5m时，应在檐口标高处设置圈梁一道，檐口标高大于5m时，应增加圈梁数量；对有吊车或较大震动设备的单层工业房屋，除在檐口和窗顶标高处设置现浇钢筋混凝土圈梁外，尚应增加设置数量。
对建造在软弱地基或不均匀地基上的多层房屋，应在基础和顶层各设置一道圈梁，其它各层可隔层或每层设置。多层房屋基础处设置圈梁一道。在填充墙中应高度不超过4m设置圈梁。
　　(3) 圈梁的构造
　　圈梁应连续设置在墙的同一水平面上，并尽可能的形成封闭圈，当圈梁被门窗洞口截断时，应在洞口上部增设相同截面的附加圈梁，附加圈梁与截面圈梁的搭接长度不应小于其垂直间距的二倍，且不得小于1m。
　　纵横墙交接处的圈梁应有可靠的连接，刚弹性和弹性方案房屋，圈梁应与屋架、大梁等构件可靠连接。圈梁的宽度易与墙厚相同，当墙厚大于等于240mm时，圈梁的宽度不易小于2/3墙厚；圈梁高度应为砌体厚度的倍数，并不小于120mm；设置在软弱粘性土、液化土、新近填土或出现浇圈梁的混凝土强度等级不宜低于C20，钢筋级别一般为1至3级钢，混凝土保护层厚度为20mm，并不得小于15mm，也不宜大于25mm。内走廊房屋沿横向设置的圈梁，均应穿过走廊拉通，并隔一定距离（七度时15m；八度时11m；九度时7m）将穿过走廊部分的圈梁局部加强，其最小高度一般不小于300mm。
　　(4) 圈梁的配筋
　　圈梁的最小纵筋不应小于4φ10，箍筋最大间距不应大于250mm，钢筋混凝土圈梁的宽度宜与墙厚相同， 当墙厚大于240mm时，其宽度不宜小于墙厚的三分之二，圈梁高度不应小于120mm。纵向钢筋不少于4φ10，绑扎接头搭接长度按照受拉钢筋考虑，箍筋间距不应大于300mm，圈梁兼过梁的配筋如果不合理，对工程质量有一定影响。在有些砖混结构房屋的设计中，存在着圈梁兼过梁配筋不合理的情况，主要有以下两种：(1)当过梁钢筋大于圈梁钢筋时，用过梁钢筋取代圈梁钢筋；(2)当过梁钢筋小于圈梁钢筋时，只设置圈梁钢筋。 
　　三、 构造柱
为提高多层建筑砌体结构的抗震性能,规范要求应在房屋的砌体内适宜部位设置钢筋混凝土柱并与圈梁连接，共同加强建筑物的稳定性。这种钢筋混凝土柱通常就被称为构造柱。
　　在多层砌体房屋,底层框架及内框架砖砌体中，它的作用一般为加强纵墙间的连接,是由于构造柱与其相邻的纵横墙以及牙搓相连接并沿墙高每隔500mm 设置2φ 6 拉结筋，钢筋每边伸入墙内大于1000mm。一般施工时先砌砖墙后浇筑混凝土柱,这样能增加横墙的结合，可以提高砌体的抗剪承载能力10 % ~30 % ,提高的比例幅度虽然不高但能明显约束墙体开裂，限制出现裂缝。构造柱与圈梁的共同工作，可以把砖砌体分割包围，当砌体开裂时能迫使裂缝在所包围的范围之内,而不至于进一步扩展。砌体虽然出现裂缝，但能限制它的错位，使其维持承载能力并能抵消振动能量而不易较早倒塌。砌体结构作为垂直承载构件，地震时最怕出现四散错落倒地,从而使水平楼板和屋盖坠落，而构造柱则可以阻止或延缓倒塌时间、以减少损失。构造柱与圈梁连接又可以起到类似框架结构的作用,其作用效果非常明显。
　　在砌体结构中其主要作用一是和圈梁一起作用形成整体性，增强砌体结构的抗震性能，二是减少、控制墙体的裂缝产生，另外还能增强砌体的强度。
    在框架结构中其作用是当填充墙长超过2倍层高或开了比较大的洞口，中间没有支撑，纵向刚度就弱了，就要设置构造柱加强，防止墙体开裂。
　　（1） 构造柱的作用
　　构造柱能够提高砌体的抗剪强度10%~30%左右，提高幅度与砌体高宽比、竖向压力和开洞情况有关。构造柱通过与圈梁的配合，形成空间构造框架体系，使其有较高的变形能力。当墙体开裂以后，以其塑性变形和滑移、摩擦来耗散地震能量，它在限制破碎墙体散落方面起着关键的作用。由于摩擦，墙体能够承担竖向压力和一定的水平地震作用，保证了房屋在罕遇地震作用下不至倒塌。
　　（2） 构造柱的设置
　　构造柱应当设置在地震时震害较重，连接构造比较薄弱和易于应力集中的部位。外廊式和单面走廊式的多层砖房，应按房屋层数增加一层后，根据下表要求设置构造柱，且单面走廊两侧的纵墙应按外墙处理；当墙体有丁字口 十字口 房屋的四角必须设置构造柱，因为这些部位是最容易在遭受外部作用时产生破坏的故必须在这些部位设置构造柱用来抵御外部作用力，长度超过4m的墙体也必须设置构造柱，构造柱能影响的范围只有在构造柱一侧2m，在大于4m的墙体中构造柱只能为4m范围中的墙体起到作用对超出4m的墙体没有任何作用所以在4m分为内就的设置一根构造柱。在填充墙中有小于15cm的小垛子就用构造柱代替。

　　（3） 框架中构造柱设置要求

　　a 当无混凝土墙(柱)分隔的直段长度,120厚墙超过3.6m，180厚墙超过5m时，在该区间加混凝土构造柱分隔；

　　b  120厚墙，当墙高大于3m时，开洞宽度大于2.4m时应加构造柱或钢筋混凝土水平系梁； 

　　c  180厚墙 当墙高大于4m，开洞宽度大于3.5m时应加构造柱或钢筋混凝土水平系梁 ；

　　d 与构造柱连接处的墙应砌成马牙槎，每一个马牙槎沿高度方向的尺寸不应超过300mm或5皮砖高，马牙槎从每层柱脚开始，应先退后进，进退相差1/4砖；

     (4)  构造柱的设置原则  

　　a 应根据砌体结构体系 　　
　　砌体类型结构或构件的受力或稳定要求，以及其他功能或构造要求，在墙体中的规定部位设置现浇混凝土构造柱； 　　
　　b  对于大开间荷载较大或层高较高以及层数大于等于8层的砌体结构房屋宜按下列要求设置构造柱：
　　(1)   墙体的两端；
　　(2)   较大洞口的两侧；
　　(3)   房屋纵横墙交界处；
　　(4)   构造柱的间距，当按组合墙考虑构造柱受力时，或考虑构造柱提高墙体的稳定性时，其间距不宜大于4m，其他情况不宜大于墙高的1.5至2倍及6m，或按有关的规范执行；
　　(5)   构造柱应与圈梁有可靠的连接； 　
　　(6)  下列情况宜设构造柱：
　　a  受力或稳定性不足的小墙垛；
　　b  跨度较大的梁下墙体的厚度受限制时，于梁下设置；
　　c  墙体的高厚比较大如自承重墙或风荷载较大时，可在墙的适当部位设置构造柱，以形成带壁柱的墙体满足高厚比和承载力的要求，此时构造柱的间距不宜大于4m，构造柱沿高度横向支点的距离与此同时与构造柱截面宽度之比不宜大于30，构造柱的配筋应满足水平受力的要求。 　　
　　(6)  构造柱是保证墙体的稳定关系。
　　a  为提高多层建筑砌体结构的抗震性能,规范要求应在房屋的砌体内适宜部位设置钢筋混凝土柱并与圈梁连接，共同加强建筑物的稳定性。这种钢筋混凝土柱通常就被称为构造柱；
　　b  在多层砌体房屋，底层框架及内框架砖砌体中,它的作用一般为加强纵墙间的连接，是由于构造柱与其相邻的纵横墙以及牙搓相连接并沿墙高每隔500mm 设置2φ6钢筋；
　　c  拉结筋，钢筋每边伸入墙内大于1000mm。一般施工时先砌砖墙后浇筑混凝土柱，这样能增加横墙的结合,可以提高砌体的抗剪承载能力10 % ~30 % ,提高的比例幅度虽然不高但能明显约束墙体开裂，限制出现裂缝。构造柱与圈梁的共同工作，可以把砖砌体分割包围，当砌体开裂时能迫使裂缝在所包围的范围之内,而不至于进一步扩展。砌体虽然出现裂缝,但能限制它的错位，使其维持承载能力并能抵消振动能量而不易较早倒塌。砌体结构作为垂直承载构件,地震时最怕出现四散错落倒地，从而使水平楼板和屋盖坠落，而构造柱则可以阻止或延缓倒塌时间、以减少损失。构造柱与圈梁连接又可以起到类似框架结构的作用，其作用效果非常明显；　　
　　d 在砌体结构中其主要作用一是和圈梁一起作用形成整体性，增强砌体结构的抗震性能，二是减少、控制墙体的裂缝产生，另外还能增强砌体的强度；
　　e 在框架结构中其作用是当填充墙长超过2倍层高或开了比较大的洞口，中间没有支撑，纵向刚度就弱了，就要设置构造柱加强，防止墙体开裂。
　　(7)  构造柱的构造
　　构造柱应与圈梁连接，构造柱的纵筋应穿过圈梁，保证构造柱的纵筋上下贯通。隔层设置圈梁的房屋，应在无圈梁的楼层设置配筋砖带。仅在外墙四角设置构造柱时，在外墙上应伸过一个开间，其它情况应在外纵墙和相应横墙上拉通，其截面高度不应小于四皮砖，砂浆强度不应低于M5级。
构造柱与墙连接处宜砌成马牙槎，并应沿墙高每隔500mm，设2φ6拉结钢筋，每边伸入墙内不小于1m或伸至洞口边。
　　构造柱的最小截面可采用240×180mm，房屋四角的构造柱可适当加大截面尺寸，施工时应先砌墙后浇柱，构造柱的混凝土强度等级不宜低于C15，钢筋级别一般为2级钢，混凝土保护层厚度为25mm，并不得小于15mm，也不宜大于25mm。纵向钢筋应采用4φ12，箍筋间距不宜大于250mm，且在柱上、下端宜适当加密；7度时超过6层，8度时超过5层，9度时构造柱纵向钢筋宜采用4φ14，箍筋间距不应大于200mm。圈梁和构造柱的交接处，圈梁钢筋应放在构造柱钢筋的内侧，即把构造柱当作圈梁的支座，这样对结构有利。
　　构造柱可不单独设置基础，但应伸入地下500mm，宜在柱根设置120mm厚的混凝土座，将柱的竖向钢筋锚固在该座内，这样有利于抗震，方便施工。当有基础圈梁时，可将构造柱竖向钢筋锚固在低于室外地面下50mm的基础圈梁内。若遇基础圈梁高于室外地面（室内、外高差较大），仍应将构造柱伸入室外地面下500mm，在柱根设置120mm厚的混凝土座。当墙体附有管沟时，构造柱埋置深度应大于沟的深度。
　　3.6  构造柱的配筋
　　构造柱纵筋不宜小于4φ12，对于边柱、角柱不宜少于4φ14。七度时超过6层，8度时超过5层，9度时纵向钢筋宜采用4φ14。构造柱的竖向受力钢筋的直径也不宜小于16mm。构造柱的竖向受力钢筋应在基础梁和楼层圈梁中锚固，并应符合受拉钢筋的锚固要求。在不均匀土质上的基础内的圈梁，其截面高度不应小于180毫米。
　　构造柱箍筋最小直径采用φ6，间距不宜大于250mm，柱上、下端大于等于h/6（h为层高）及大于等于450mm范围内箍筋间距加密至100mm。

　　四、实例与应用

最近以云南鲁甸6.5级地震为例：地震后，我们到现场目睹了很多倒塌的房屋都是无圈梁和无构造柱的房屋，只要有钢筋混凝土构造柱且与圈梁组成封闭边框的多层砌体房屋，震后其墙体裂而未倒。由此可见，钢筋混凝土构造柱在多层砌体房屋的抗震中起到了不可低估的作用。 多层砌体房屋应按抗开裂和抗倒塌的双重准则进行设防，而设置钢筋混凝土构造柱则是其中一项重要的抗震构造措施。
　　根据现行规范的规定，分别对砖砌体房屋圈梁和构造柱的作用、设置和配筋、做法、连接等进行了简述。在总结国内外历次地震灾害以及广泛深入的科研基础之上，我国在砌体结构抗震设计领域已取得了显著进步，获得了宝贵的经验，并在全国范围内一般民用建筑工地广泛应用。　

参考文献：

钢筋砼验收规范标准；

钢筋砼设计规范标准；

钢筋砼施工规范标准；

                                              二0一四年九月十日