填充墙在框架结构抗震性能方面的影响研究

填充墙在框架结构抗震性能方面的影响研究
一.引言
框架结构的设计计算中，通常的做法是不考虑填充墙的抗侧力作用，在PKPM建模时只建纯框架不建入填充墙，只将墙体重量用线荷载的形式加载到框架梁上，在抗震计算时，根据填充墙的数量，对框架结构的自振周期进行适当折减，以此放大计算得到的地震作用，这是目前普遍采用的计算处理方法。

实际上这是纯框架的计算方法。

但是，这种周期折减系数的做法是对填充墙作用的大致估计，不能真实反映填充墙不均匀布置下结构刚度的变化。

有关试验研究表明，当结构发生较大水平位移时，即使采用轻质砌块填充墙，带填充墙的框架结构的刚度也比纯框架结构的刚度大数倍。

因此在遭遇地震，尤其是强震时，如果不考虑填充墙的刚度影响，会造成结构实际受到的地震作用大于计算值，这对结构来说是不安全的。

二.填充墙在竖向不均匀布置对框架结构的不利影响
（1）上下楼层墙体数量相差过大，导致下柔上刚，相邻层侧向刚度急剧变化，形成薄弱层，在地震作用下，底层的弹性位移远大于上层，且结构倾覆力矩几乎全由底层承担。

（2）填充墙由于门、窗洞口的要求，在柱高范围内不完全布置，使柱独立部分长度缩短形成短柱，造成在地震作用下形成脆性弯压和剪压破坏。

实例一：新疆沙雅县某小学食宿楼，抗震设防烈度为7度，建筑场地类别为Ⅲ类，一层层高4.2米，二～三层层高3.6米，X方向9跨共65.8米，Y方向2跨共16.8米，一层为餐厅，二、三层为学生宿舍。

现将本工程采用两种计算模型对比分析。

模型一：所有填充墙均以线荷载的形式加载到框架梁上。

模型二：所有填充墙均以实墙形式加载到框架梁上。

墙体材料为混凝土砌块，砌体容重取12KN/㎡。

通过以上数据对比可知：1.模型二的周期比及最大层间位移角减小，说明填充墙的存在使整个结构的抗侧移刚度增大；2.由第二层由于填充墙布置较多，其
刚度比首层明显增大很多，这使得结构竖向刚度出现突变，填充墙较少的首层成为了薄弱层。

三. 填充墙在平面内不均匀布置对框架结构的不利影响
建筑结构的概念设计告诉我们，结构的平面布置宜尽量均匀对称。

实际的设计过程中，我们往往可以做到主体结构的梁柱布置对称，却忽视了填充墙平面布置的对称性，有时又因为甲方在后期使用过程中的盲目改造导致填充墙的严重不均匀布置。

这就造成了结构平面刚度不均匀，平面刚心和质心不重合，引起在地震作用下结构的扭转破坏。

实例二：新疆巴里坤县某宾馆，抗震设防烈度为8度，建筑场地类别为Ⅱ类，地上四层，层高均为3.6米，计算嵌固端为基础顶，X方向5跨共39米，Y方向2跨共14米。

应甲方要求，前后做了两种方案。

方案一：一～三层均为客房，四层右侧两跨为大会议室。

方案二：将一～二层左半侧改为餐厅。

现将两种方案的计算模型对比分析。

所有填充墙均以线荷载的形式加载到框架梁上；方案二所有填充墙均以实墙形式加载到框架梁上。

墙体材料为混凝土砌块，砌体容重取12KN/㎡。

通过以上数据对比可知：方案一的模型因填充墙布置左右比较对称，质心刚心偏移较小，没有发生较大扭转，层间位移变化较小；方案二模型计算数据中最大层间位移与平均层间位移比在y方向从上到下增大很多，这是由于填充墙布置不均匀导致各层质心刚心偏移较大，结构发生扭转。

四.结论及建议
通过以上分析可以看出填充墙无论是在竖向还是平面内的不均匀布置都对结构产生了很不利的影响。

对于底部放空这类“头重脚轻”的填充墙竖向不均匀布置的情况，必须慎重处理结构计算模型，考虑填充墙对结构刚度的影响，避免薄弱层及短柱的出现，可采取以下办法：（1）加大底层侧向刚度，增强柱子延性，柱箍筋全高加密；（2）尽量减少上部填充墙数量及重量。

（3）SATWE软件框架结构计算中不能根据剪切刚度自动定义薄弱层，对于竖向填充墙数量相差非常大的情况，可根据对计算结果的分析人为指定薄弱层。

对于填充墙平面内不均匀布置的情况，可从以下方面考虑：（1）在设计初期应该与建筑专业密切配合，合理调整房间布置，尽量使填充墙布置左右、上下对称均匀。

（2）严格控制框架结构后期使用过程中的不合理改、扩建，避免填充墙的数量及位置变化过大。

参考文献：
[1] 陈雨蒙，彭伟.填充墙在框架结构抗震性能方面的影响研究[J].四川建筑，2009.29：189-191.。