淺談填充墻不均勻布置對框架結(jié)構(gòu)的不利影響

王營濤

【摘要】框架結(jié)構(gòu)中的填充墻對整體結(jié)構(gòu)的不利影響隨著填充墻布置位置的變化而表現(xiàn)出不同的特征，本文結(jié)合實(shí)例分析了填充墻在豎向和平面內(nèi)不均勻布置的兩種情況，進(jìn)一步說明填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的不利影響，提出了填充墻合理布置及框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的一些建議，希望對讀者有一定參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】框架結(jié)構(gòu)；填充墻；地震作用

一.引言

框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，通常的做法是不考慮填充墻的抗側(cè)力作用，在PKPM建模時(shí)只建純框架不建入填充墻，只將墻體重量用線荷載的形式加載到框架梁上，在抗震計(jì)算時(shí)，根據(jù)填充墻的數(shù)量，對框架結(jié)構(gòu)的自振周期進(jìn)行適當(dāng)折減，以此放大計(jì)算得到的地震作用，這是目前普遍采用的計(jì)算處理方法。實(shí)際上這是純框架的計(jì)算方法。但是，這種周期折減系數(shù)的做法是對填充墻作用的大致估計(jì)，不能真實(shí)反映填充墻不均勻布置下結(jié)構(gòu)剛度的變化。有關(guān)試驗(yàn)研究表明，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大水平位移時(shí)，即使采用輕質(zhì)砌塊填充墻，帶填充墻的框架結(jié)構(gòu)的剛度也比純框架結(jié)構(gòu)的剛度大數(shù)倍。因此在遭遇地震，尤其是強(qiáng)震時(shí)，如果不考慮填充墻的剛度影響，會造成結(jié)構(gòu)實(shí)際受到的地震作用大于計(jì)算值，這對結(jié)構(gòu)來說是不安全的。

二.填充墻在豎向不均勻布置對框架結(jié)構(gòu)的不利影響

（1）上下樓層墻體數(shù)量相差過大，導(dǎo)致下柔上剛，相鄰層側(cè)向剛度急劇變化，形成薄弱層，在地震作用下，底層的彈性位移遠(yuǎn)大于上層，且結(jié)構(gòu)傾覆力矩幾乎全由底層承擔(dān)。（附圖1）

（2）填充墻由于門、窗洞口的要求，在柱高范圍內(nèi)不完全布置，使柱獨(dú)立部分長度縮短形成短柱，造成在地震作用下形成脆性彎壓和剪壓破壞。（附圖2）

實(shí)例一：新疆沙雅縣某小學(xué)食宿樓，抗震設(shè)防烈度為7度，建筑場地類別為Ⅲ類，一層層高4.2米，二～三層層高3.6米， X方向9跨共65.8米，Y方向2跨共16.8米，一層為餐廳，二、三層為學(xué)生宿舍，首層平面布置如附圖3?，F(xiàn)將本工程采用兩種計(jì)算模型對比分析。

模型一：所有填充墻均以線荷載的形式加載到框架梁上。

模型二：所有填充墻均以實(shí)墻形式加載到框架梁上。墻體材料為混凝土砌塊，砌體容重取12KN/㎡。

部分?jǐn)?shù)據(jù)對比如下：

參數(shù)名稱 樓層號 模型編號 備注

模型一 模型二

X Y X Y

最大層間位移角 3 1/1780 1/1519 1/9999 1/9999 《抗規(guī)》5.5.1

2 1/1021 1/870 1/9999 1/7756

1 1/1194 1/966 1/8665 1/4327

最大層間位移與平均層間位移比 3 1.02 1.22 1.03 1.20 《高規(guī)》3.4.5

2 1.03 1.19 1.02 1.20

1 1.03 1.19 1.02 1.20

本層與上一層側(cè)移剛度70%或上三層平均側(cè)移剛度80%的比 3 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 （根據(jù)《高規(guī)》3.5.2）規(guī)定，此值不應(yīng)小于1，若小于1則為薄弱層

2 1.5745 1.5109 1.4504 1.6895

1 1.4158 1.4357 0.7247 0.7248

地震作用下樓層剪力 3 1236.17 1258.59 1504.99 1519.79

2 2320.77 2370.22 2650.44 2646.15

1 3515.55 3076.11 3515.45 3492.11

周期比 （Tt/T1） 0.87 0.78 《高規(guī)》3.4.5

通過以上數(shù)據(jù)對比可知：1.模型二的周期比及最大層間位移角減小，說明填充墻的存在使整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度增大；2.由第二層由于填充墻布置較多，其剛度比首層明顯增大很多，這使得結(jié)構(gòu)豎向剛度出現(xiàn)突變，填充墻較少的首層成為了薄弱層。

附圖3：

三. 填充墻在平面內(nèi)不均勻布置對框架結(jié)構(gòu)的不利影響

建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)告訴我們，結(jié)構(gòu)的平面布置宜盡量均勻?qū)ΨQ。實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，我們往往可以做到主體結(jié)構(gòu)的梁柱布置對稱，卻忽視了填充墻平面布置的對稱性，有時(shí)又因?yàn)榧追皆诤笃谑褂眠^程中的盲目改造導(dǎo)致填充墻的嚴(yán)重不均勻布置。這就造成了結(jié)構(gòu)平面剛度不均勻，平面剛心和質(zhì)心不重合，引起在地震作用下結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)破壞。

實(shí)例二：新疆巴里坤縣某賓館，抗震設(shè)防烈度為8度，建筑場地類別為Ⅱ類，地上四層，層高均為3.6米，計(jì)算嵌固端為基礎(chǔ)頂， X方向5跨共39米，Y方向2跨共14米。應(yīng)甲方要求，前后做了兩種方案。方案一：一～三層均為客房，四層右側(cè)兩跨為大會議室。方案二：將一～二層左半側(cè)改為餐廳。現(xiàn)將兩種方案的計(jì)算模型對比分析。所有填充墻均以線荷載的形式加載到框架梁上；方案二所有填充墻均以實(shí)墻形式加載到框架梁上。墻體材料為混凝土砌塊，砌體容重取12KN/㎡。

部分?jǐn)?shù)據(jù)對比如下：

參數(shù)名稱 樓層號 方案編號 備注

方案一 方案二

X Y X Y

最大層間位移角 4 1/1118 1/1114 1/8987 1/5111 《抗規(guī)》5.5.1

3 1/779 1/726 1/5976 1/3488

2 1/661 1/629 1/3890 1/1820

1 1/856 1/863 1/3687 1/1901

最大層間位移與平均層間位移比 4 1.06 1.13 1.05 1.06 《高規(guī)》3.4.5

3 1.07 1.21 1.12 1.17

2 1.07 1.19 1.03 1.35