填充墻在框架結(jié)構(gòu)中的影響

侯若峰

(山西路晟交通建筑設(shè)計有限公司，山西 太原 030001)

框架結(jié)構(gòu)填充墻合理布置可有效提高建筑結(jié)構(gòu)承載力、抗側(cè)剛度及抗變形能力，不過填充墻在施工中會因為剛度效應(yīng)的影響，導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)在地震作用下存在扭轉(zhuǎn)破壞等問題，進而使關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)受到破壞，降低結(jié)構(gòu)支撐和穩(wěn)定效果，發(fā)生坍塌等事故。為此，需要對填充墻展開分析和探討，解決其中存在的問題，以維護結(jié)構(gòu)的安全性。

1 填充墻

填充墻指的是框架結(jié)構(gòu)中具有分隔和圍護功能的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，屬于非承重結(jié)構(gòu)的一種，在較強地震荷載或風(fēng)荷載作用下，容易出現(xiàn)各種病變，進而破壞框架結(jié)構(gòu)性能，引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，降低建筑質(zhì)量。

2 填充墻在框架結(jié)構(gòu)中的影響

2.1 積極影響

2.1.1 增大承載能力，維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。填充墻與框架結(jié)構(gòu)屬于一個完整的整體，在水平荷載作用下，填充墻可為框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)一大部分的側(cè)向力，從而提高單體框架結(jié)構(gòu)的承載能力，增強結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。曾有學(xué)者利用體系模型和計算公式，對框架填充墻結(jié)構(gòu)在地震狀態(tài)下存在的彈性能力、開裂方式及損壞情況，與配筋率和截面尺寸相等的純框架結(jié)構(gòu)展開對比分析。得出最終結(jié)果顯示，前者的承受荷載在294kN左右，后者的承受荷載在191kN。這足以說明，前者承載能力強于后者，填充墻在框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用可有效增大結(jié)構(gòu)承載力。

2.1.2 加強剛度，防控位移問題?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中應(yīng)用填充墻可增強側(cè)向剛度能力，尤其是早期側(cè)向剛度，這樣在結(jié)構(gòu)形成后，不會因為地震荷載及風(fēng)荷載的影響，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)側(cè)向位移問題。

在90年代初期及末期，均有專家學(xué)者對框架填充墻結(jié)構(gòu)的剛度進行試驗檢測，初期對輕質(zhì)砌塊的填充墻框架結(jié)構(gòu)剛度展開試驗，末期則是對空心磚材質(zhì)的填充墻剛度展開試驗。通過與純框架結(jié)構(gòu)的對比了解到，框架填充墻結(jié)構(gòu)的剛度要明顯高于純框架結(jié)構(gòu)剛度的7倍左右。這足以說明，填充墻設(shè)置可增大框架結(jié)構(gòu)剛度，避免側(cè)移情況的發(fā)生。

2.1.3 縮短結(jié)構(gòu)自振周期。自振周期是結(jié)構(gòu)動力性能的一種體現(xiàn)，與框架質(zhì)量和剛度有緊密聯(lián)系。自振周期的增加，會降低結(jié)構(gòu)剛度，產(chǎn)生各種病害問題。而剛度又受到填充墻的影響，所以在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需合理規(guī)劃填充墻，縮短自振周期，增大建筑結(jié)構(gòu)的剛度。

2.1.4 加強抗變形能力?？蚣芙Y(jié)構(gòu)和墻體的連接作用共同組成建筑主要結(jié)構(gòu)，用以抵抗外界不良因素的影響。填充墻作為框架結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，科學(xué)開展設(shè)計工作，可優(yōu)化框架結(jié)構(gòu)性能，避免變形問題的產(chǎn)生。與填充墻容易發(fā)生的脆性破壞有所不同，設(shè)置填充墻能顯著強化結(jié)構(gòu)的變形性能。

2.1.5 降低地震能量影響。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，抗震設(shè)計是非常重要的一個環(huán)節(jié)，提高抗震等級可延長建筑使用壽命。框架填充墻因其較好的承載能力和剛度，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用，同時填充墻對于消散地震產(chǎn)生的能量，降低地震能量對結(jié)構(gòu)的損壞和不良影響起到顯著效果。增強填充墻設(shè)置的合理性，可為框架結(jié)構(gòu)提供天然保障，利用填充墻承擔(dān)大部分地震剪力作用，利用變形及與墻體間的摩擦力、框架結(jié)構(gòu)體系與填充墻間的滑移，以及材料自身阻尼等消耗部分地震能量，使結(jié)構(gòu)擁有二道抗震防線，將結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞的嚴重程度和發(fā)生坍塌的可能性降低到最小。

2.2 負面影響

2.2.1 填充墻缺失部分性能過于薄弱。在水平地震荷載作用下，填充墻缺失部位的承載力和剛度比上層框架小得多，底層框架的側(cè)移大于上層框架的側(cè)移，大量的地震能量集中在底層，當(dāng)大于極限值時，底層結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)嚴重的損毀現(xiàn)象。另外，某一層墻體很可能會因為設(shè)計不合理，導(dǎo)致該層墻體結(jié)構(gòu)受力減弱，變成薄弱層，增加墻體不穩(wěn)定性。如在觀察建筑某層平面圖時發(fā)現(xiàn)，設(shè)計中墻體雖然采用的是框架填充墻結(jié)構(gòu)，不過靠近街道的兩側(cè)墻體上填充墻數(shù)量較少，雖然整體結(jié)構(gòu)以對稱方式加以分布，但在受力劃分上則因為存在不均衡情況，變成薄弱層，框架柱會在荷載加大時發(fā)生變形、位移，容易出現(xiàn)坍塌事故。所以在設(shè)計中必須對填充墻結(jié)構(gòu)予以科學(xué)探究，以免薄弱層的出現(xiàn)。

2.2.2 框架柱長度較短?？蚣芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計中，框架柱的長度一般不會太短，以免形成約束效應(yīng)，削弱框架結(jié)構(gòu)的抗變形能力。但在填充墻加入以后，如果結(jié)構(gòu)上設(shè)置門窗，因為填充墻的作用，會在窗裙墻位置上產(chǎn)生對框架柱的約束效應(yīng)，進而縮短框架柱長度，出現(xiàn)短柱。短柱出現(xiàn)后，柱子上部和下部的側(cè)向承載能力存在較大的不均衡性，上部明顯高于下部結(jié)構(gòu)，加劇了約束效應(yīng)，降低了框架柱的抗變形能力，減弱了框架柱的延性，發(fā)生危險事故。

2.2.3 平面布置問題導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)危害?？蚣芙Y(jié)構(gòu)在受到地震荷載影響時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件會根據(jù)自身剛度特點分配地震荷載，以此削弱地震荷載帶來的破壞，維護結(jié)構(gòu)的安全性。其中結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度的確定與平面連續(xù)對稱布置有直接關(guān)系，連續(xù)對稱性越強，構(gòu)件抵抗外界荷載影響的能力越高，結(jié)構(gòu)較不容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)問題。但在實際作業(yè)中，由于設(shè)計、技術(shù)人員考慮問題的不全面，填充墻側(cè)向抵抗能力得不到發(fā)揮，降低了框架結(jié)構(gòu)的剛度參數(shù)，使剛度中心偏離原定位置，剛度較小且距離剛度中心相對較遠的構(gòu)件，其側(cè)向位移比剛度較大且距離剛度中心較近的構(gòu)件大，承擔(dān)的地震荷載也相對較大，這樣容易破壞構(gòu)件，也就是結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

2.2.4 強柱弱梁問題。建筑施工中，框架結(jié)構(gòu)一般是砌筑在梁結(jié)構(gòu)上的，以降低發(fā)生框架梁彎曲變形的可能，但這會導(dǎo)致梁結(jié)構(gòu)剛度明顯增加，承載結(jié)構(gòu)也逐漸轉(zhuǎn)移到梁結(jié)構(gòu)上，使梁先一步發(fā)生屈服變化。

3 如何減小填充墻對框架結(jié)構(gòu)的不利影響

填充墻在建筑結(jié)構(gòu)施工中起著非常重要的作用，為優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)性能，解決因填充墻處理不到位產(chǎn)生的各種問題，在設(shè)計中，需要對填充墻加以重點考慮和把控，采用有效措施降低填充墻設(shè)計中存在的不良影響，縮小外界荷載帶來的損失。為削弱填充墻對框架結(jié)構(gòu)的不利影響，可從兩方面加以考慮：

一是直接將填充墻作為框架一部分開展綜合考量和分析。在該方案設(shè)計中，重點考慮地震初期階段內(nèi)，框架填充墻的性能作用及對框架結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的不良影響，且由于兩種結(jié)構(gòu)選用材料不同，設(shè)計中要做好細節(jié)的全面分析和處理，以免破壞最終性能效果。具體來說，需要考慮的重點內(nèi)容有：

在初期方案敲定中，融入結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容，對填充墻的對稱性、連續(xù)性展開分析，確定不會出現(xiàn)薄弱層或扭轉(zhuǎn)等問題。如果一定要在底層等部位設(shè)置開敞大空間，可以考慮在底層加鋼支撐，增加結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，避免結(jié)構(gòu)上下層剛度的突變；對門窗所在位置墻體結(jié)構(gòu)展開分析，降低短柱情況的出現(xiàn)；科學(xué)使用連接方式，保證填充墻與框架結(jié)構(gòu)緊密銜接。通常情況下，會采用構(gòu)造柱、水平系梁、拉結(jié)鋼筋等方式，密切兩者連接，增強結(jié)構(gòu)抗變形和抗彎矩能力，使發(fā)生地震災(zāi)害時,填充墻發(fā)生的開裂不至于過大并可以及時修復(fù)，且確保大震下填充墻不倒塌；材質(zhì)不同的填充墻，設(shè)計中必須考慮剛度和強度等級。

二是實現(xiàn)填充墻與框架結(jié)構(gòu)的隔離區(qū)分。這就需要在設(shè)計過程中合理規(guī)劃填充墻與框架結(jié)構(gòu)間距，設(shè)置合理的可供變形的空間，以降低地震能量帶來的影響。不過由于該方法在我國技術(shù)上的不成熟性，還未直接應(yīng)用到實際作業(yè)中。

4 結(jié) 語

框架填充墻技術(shù)對于建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起到重要作用。不過在該技術(shù)使用中，會因為填充墻與框架結(jié)構(gòu)間的相互制約，出現(xiàn)一些問題。為此，就有必要在設(shè)計中，深度考慮填充墻對框架結(jié)構(gòu)帶來的積極和消極影響，制定針對性的解決措施，以增大建筑結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，強化整體的建筑施工效果。