淺析框架結(jié)構(gòu)填充墻對抗震性能的影響

董梅

摘 要：通過分析震害報(bào)告中提供的框架結(jié)構(gòu)中填充墻的破壞形式，總結(jié)了填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間的連接方式?jīng)Q定了所要采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu)；填充墻；抗震性能；連接方式

中圖分類號：TU352.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.06.084

框架結(jié)構(gòu)的平面布置靈活，是一種常見的結(jié)構(gòu)形式。建筑的外墻和內(nèi)部分隔墻是用與混凝土不同的磚石或砌體等材料填充的。為了保證填充墻的穩(wěn)定性，使施工更加便利，一般采用填充墻與框架梁柱周邊嵌實(shí)的做法，從而形成剛性連接。這樣做，有利于隔音、防水、保溫和隔熱。但是，相關(guān)人員應(yīng)高度重視填充墻對框架結(jié)構(gòu)的影響及其具體的破壞形式。

1 填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響

1.1 有利影響

填充墻的加入對框架結(jié)構(gòu)的抗震性能有很大的影響。如果填充墻布置得當(dāng)，有利于提高結(jié)構(gòu)的整體性能。

填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的有利影響主要有以下幾點(diǎn)：①增加了框架結(jié)構(gòu)的抗推剛度，縮短了自震周期，增加了作用于整個(gè)建筑上的水平地震力，其增加幅度為30%～50%. ②改變了框架結(jié)構(gòu)的地震剪力分布狀況。由于砌體填充墻參與抗震，分擔(dān)了一大部分水平地震力，所以，減小了框架所承擔(dān)的樓層地震剪力。③由于砌體填充墻具有較大的抗推剛度，限制了框架變形，所以，減小了整個(gè)框架結(jié)構(gòu)的地震側(cè)移幅值。④提高了建筑物的吸收和耗散地震能量的能力，進(jìn)而提高了整個(gè)建筑的抗震能力。

1.2 不利影響

如果填充墻在框架結(jié)構(gòu)中布置不當(dāng)，就會使原本均勻規(guī)整的框架結(jié)構(gòu)的剛度中心偏移，從而進(jìn)一步加大框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。

填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能產(chǎn)生的不利影響有以下幾點(diǎn)：①在平面內(nèi)，填充墻應(yīng)均勻、對稱地分布。如果填充墻偏置于框架結(jié)構(gòu)的某一側(cè)，就會使樓層質(zhì)心和剛心發(fā)生較大的偏移。在地震的作用下，將會使框架結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重的平面扭轉(zhuǎn)，進(jìn)而破壞框架結(jié)構(gòu)。②填充墻沿房屋的豎向分布應(yīng)上下連續(xù)、貫通?？蚣芙Y(jié)構(gòu)沿豎向的剛度分布也要求要均勻，并逐步變化，不應(yīng)出現(xiàn)突變。但是，通常情況下，由于建筑或使用的需要，與框架結(jié)構(gòu)相鄰層的填充墻不能保證豎向連續(xù)，比如底層大空間需要或結(jié)構(gòu)中存在不能避免的錯層等。這些因?yàn)槭褂糜猛靖淖兓蚴艿貏輻l件限制等而布置不規(guī)則的填充墻，都會使框架結(jié)構(gòu)豎向剛度分布不均勻、甚至突變，所以，框架結(jié)構(gòu)容易在填充墻少的樓層形成薄弱層。在地震作用下，薄弱層柱端將會產(chǎn)生很大的塑性集中變形，使樓層同時(shí)發(fā)生很大的側(cè)移，進(jìn)而導(dǎo)致建筑坍塌。③因?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)受出入和采光等條件的制約，所以，要在墻上設(shè)置門窗洞口，這樣就很容易形成短柱現(xiàn)象。在地震的作用下，框架柱在形成短柱后，極易在彎曲強(qiáng)度發(fā)揮之前發(fā)生脆性的剪切破壞。④填充墻的數(shù)量分布直接影響了框架結(jié)構(gòu)的整體剛度。因此，為了使各層的剛度盡量接近，各層的填充墻數(shù)量要基本保持一致，相差不能太多。這樣，其質(zhì)量和剛度都會比較均勻，分布也會比較均勻。但是，有時(shí)的功能要求會使填充墻的布置數(shù)量相差較多，這樣會使結(jié)構(gòu)剛度變化不均勻，從而削弱框架結(jié)構(gòu)的抗震能力。

2 填充墻的材料和強(qiáng)度對抗震性能的影響

砌體強(qiáng)度高的填充墻嵌砌在框架和梁中間，形成了一道強(qiáng)度和剛度都較大的填充墻。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，會產(chǎn)生水平地震作用力。由于墻體強(qiáng)度、剛度較大，便會頂推框架梁柱，進(jìn)而使得節(jié)點(diǎn)處被破壞。所以，填充墻的強(qiáng)度越大，剛度越大，對框架梁柱的破壞也就越嚴(yán)重。由此可知，強(qiáng)度較大的填充墻并不會增強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。

如果填充墻的強(qiáng)度過低，便會導(dǎo)致填充墻被破壞，引發(fā)倒塌，同樣會造成一定的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。試驗(yàn)研究結(jié)果表明，目前，將一般鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)填充墻用砌體的強(qiáng)度暫定為：內(nèi)墻2.5～3.5 MPa，外墻3.5～5.0 MPa。強(qiáng)度過高或過低的填充墻砌塊都會對抗震產(chǎn)生不利的影響。

3 填充墻與框架的連接方式

從填充墻抗震作用的角度來講，填充墻與框架的連接方式是最關(guān)鍵的技術(shù)措施。通常情況下，可將其分為剛性連接和柔性連接2種。但是，多年來，國內(nèi)都采用從柱內(nèi)伸出拉結(jié)鋼筋再砌入填充墻中的做法，它已經(jīng)成為了剛性連接的做法之一。所謂“剛性連接”，就是使框架梁柱中的填充墻與框架形成一體。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到填充墻的剛度和強(qiáng)度對整個(gè)框架結(jié)構(gòu)的變形影響。所謂“柔性連接”，就是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，忽略填充墻的剛度或忽略一部分其對框架結(jié)構(gòu)造成的影響，采取脫開砌筑或某種柔性連接件的方式消除填充墻對建筑主體結(jié)構(gòu)造成的不利影響。

4 填充墻框架結(jié)構(gòu)的工作階段分析

在彈性工作階段，填充墻和框架均為彈性工作階段框架。根據(jù)其連接情況，填充墻與框架很快在接觸面間形成了周邊初裂縫，如圖1所示。

隨著側(cè)力的增大，周邊裂縫也在不斷增大。由于填充墻與框架對角接觸部分發(fā)生了擠壓，出現(xiàn)了碎裂現(xiàn)象，所以，墻面也逐漸出現(xiàn)了未貫通的斜裂縫，如圖2所示。此時(shí)，框架仍然處于彈性工作狀態(tài)，填充墻則成為了抗側(cè)力構(gòu)件。

當(dāng)側(cè)力繼續(xù)加大時(shí)，墻面出現(xiàn)了微裂縫，并發(fā)展成了貫通的斜裂縫，而框架柱也已經(jīng)開裂并逐步發(fā)展。此時(shí)，框架進(jìn)入了塑性發(fā)展?fàn)顟B(tài)。當(dāng)其達(dá)到了填充墻框架最大的承載側(cè)力階段時(shí)，填充墻會受擠壓作用而產(chǎn)生抗側(cè)力。框架是主要的承載側(cè)力構(gòu)件，整個(gè)結(jié)構(gòu)呈彈塑性工作階段。隨著側(cè)力的增大，填充墻的框架結(jié)構(gòu)總承載能力達(dá)到了極限，框架梁柱形成了明顯的塑性鉸。由于墻體與框架結(jié)構(gòu)之間有拉結(jié)鋼筋，所以，一般情況下，墻體是不會倒塌的，如圖3所示。

由填充墻和框架共同作用的機(jī)理可知，在地震的過程中，填充墻主要在前兩個(gè)階段發(fā)生抗側(cè)力作用。在多數(shù)地震（小強(qiáng)度地震）中，填充墻的抗側(cè)力方面發(fā)揮了不小的作用；在高強(qiáng)度地震中，填充墻也可以起到吸收地震能量的作用。總之，填充墻在抗側(cè)力和抗地震力上都有突出的貢獻(xiàn)。

圖1 彈性工作階段 圖2 彈塑性工作階段 圖3 塑性工作階段

5 結(jié)束語

對于框架結(jié)構(gòu)的填充墻設(shè)計(jì)，過去它并沒有設(shè)計(jì)規(guī)范可循。因?yàn)樗皇且环N非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，既不受建筑師的重視，也不被結(jié)構(gòu)工程師關(guān)注。歷次地震災(zāi)害警告人們，在框架結(jié)構(gòu)中，填充墻開裂、破壞和倒塌的情況時(shí)有發(fā)生，而它們會造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失，特別是填充墻倒塌后，會造成嚴(yán)重的人員傷亡。因此，設(shè)計(jì)人員和施工人員應(yīng)高度重視填充墻及其砌體的主要材料（與混凝土砌塊生產(chǎn)企業(yè)有密切的關(guān)系）。希望相關(guān)人員能夠繼續(xù)努力，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步完善填充墻與主體結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)筑方式，使填充墻在地震時(shí)不再成為倒塌傷人的元兇。作為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在的填充墻，由于其自身的性質(zhì)而參與了框架建筑的整體受力，在豎向承重和抗側(cè)力方面都起到了一定的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 5001—2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]盧村恕，常伏德.建筑抗震設(shè)計(jì)手算與構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3]黃靚，施楚賢，呂偉榮.對框架填充墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的思考[J].建筑結(jié)構(gòu)，2005，35（8）：27-28.

[4]丁圣果，楊恢元，肖常健，等.框架—填充墻體系的彈塑性分析[J].常州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，32（3）：84-85.

[5]關(guān)國雄，夏敬謙.鋼筋混凝土框架填充墻結(jié)構(gòu)抗震性能的研究[J].地震工程與工程振動，1996，16（1）：93-95.

〔編輯：白潔〕