RC框架填充墙的计算模型探讨

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砌体填充RC框架的非线性静力推覆分析

砌体填充RC框架的非线性静力推覆分析砌体填充RC框架的非线性静力推覆分析摘要：随着现代建筑技术的不断发展，砌体填充RC框架在建筑结构中得到了广泛应用。

本文通过对砌体填充RC框架的非线性静力推覆分析进行研究，探讨了该结构在地震荷载下的力学响应和破坏机制，为结构设计和工程实践提供了一定的参考价值。

1. 引言砌体填充RC框架结构是由钢筋混凝土构件和砌体填充墙组合而成的一种新型建筑结构体系。

其具有成本低、施工速度快和抗震性能优越等优点，因此被广泛应用于各类建筑工程中。

然而，由于砌体填充墙和钢筋混凝土构件之间的相互作用关系较为复杂，结构的力学性能和破坏机制需要进行深入研究。

2. 砌体填充RC框架力学模型砌体填充RC框架的力学模型可以简化为弹性节点和弹塑性梁柱模型的组合。

其中，砌体填充墙的强度和刚度可以通过试验和理论分析进行确定，钢筋混凝土构件的受力性能可以采用现有的弹塑性材料本构模型进行描述。

3. 地震荷载下的非线性静力推覆分析在地震荷载作用下，砌体填充RC框架结构会出现非线性行为。

首先，填充墙和框架柱之间的相互作用会导致结构的刚度和强度变化，从而影响结构的抗震性能。

其次，填充墙和框架柱之间的摩擦力会对结构的稳定性产生重要影响。

最后，结构的破坏模式和破坏机制需要进行分析，以确定结构的安全性和可靠性。

4. 结构设计和工程实践根据砌体填充RC框架的非线性静力推覆分析结果，可以对结构的受力性能和破坏机制进行评估和优化。

在结构设计中，应采用合适的结构模型和材料参数，确保结构的抗震安全性。

在工程实践中，可以通过监测和维护等手段，提高结构的抗震性能和耐久性。

总结：本文通过对砌体填充RC框架的非线性静力推覆分析进行研究，揭示了该结构在地震荷载下的力学响应和破坏机制。

砌体填充RC框架结构具有抗震性能优越的特点，但也存在一些问题，例如填充墙和框架柱之间的相互作用和摩擦力等。

为了确保结构的安全性和可靠性，在结构设计和工程实践中需要采取相应的措施。

框架填充墙结构刚度计算模型比较

பைடு நூலகம்，
ａｄｎｗｔｅｄｓｇｆｍｏｔｂｉｉｇｌｏｓｄｒｇｔｅｅｅｔｏｅｉｆｌｄｗａｌｓｆｅｓ１ｌａｅｈｗｓｍｅｎｏｈｅｉｎｏｓｕｌｎｓａｅｃｎｉｅｉｈｆｃｔｒｌｉｄｎｆｈｒｅｉｓｔｎｓ．１ｓｐｐｒｓｏｏｉｉＣｌｕａｉｎｍｏｅｓ，ｕａｃｌｔｄｌｓｍｍａｙｉｄａｔｇｓａｄｄｓｄａｔｇｓｉｅｔｙｉｏｅｉｈｃａｅｅｏｇｃｕａｙａｏｒｔａｖｎａｅｎｉａｖｎａｅ，ｎｉｔＳｐｎｗｉｈｈｖｎｕｈａｃｒｃｔｓｄｆｓｃｈａｍｅｔｅｓｍｅｔ．ｉ
填充墙在工程设计中被视为 “ 结构 ” 件，实际上它仍然非构但
导致地震作用结果有大的偏差，终影响房屋的性能：最同时
它对是否考虑砌体填充墙，别是混凝土砌块之类砌体填充特墙的承载力存有争议。
●合述综论
婕建材
２１Ｉ年）１
框架填充墙结构刚度计算模型比较
杨春侠。晓辉侯（沙理工大学建筑工程学院，南长沙４００）长湖１００摘要对于填充墙在框架结构中所起的刚度作用的认识是一个从无到有的过程。现今大部分建筑的设计
的刚度效应不仅较复杂同时也具有较大的价值，引起了国就内外相关学者的广泛关注，多人在此方面进行了大量的工许作，出了许多框架结构填充墙刚度计算模型。现今关于填提

单榀RC框架与填充墙协同工作的受力性能分析

单榀RC框架与填充墙协同工作的受力性能分析作者：雷明文夏证钦来源：《中国集体经济》2012年第05期摘要：文章以一单榀RC框架填充墙为研究对象，采用有限元方法建立计算模型对填充墙在框架中的作用进行弹塑性分析，通过对不同填充墙高度的结构模型的对比分析，研究填充墙对框架结构的影响。

结果表明，由于填充墙的作用，结构侧向变形、框架柱的刚度和应力以及填充墙的裂缝分布都有了明显变化，并分析了产生这些现象的原因。

关键词：填充墙片；RC框架；有限元分析；对角斜撑一、引言RC框架结构是建筑中应用非常广泛的一种结构体系。

在历次地震中，由于填充墙的不合理布置或者填充墙对结构抗震性能影响的忽略造成了许多相关震害的发生。

例如，由于填充墙在水平方向布置不均匀，导致许多框架结构在地震作用下发生扭转破坏。

还有一些框架结构由于填充墙上下布置不均匀，刚度在竖直方向发生突变，形成明显的薄弱层，地震作用时，柱端剪切破坏严重，而梁端震害较轻，违背了“强柱弱梁”的抗震设计思想。

因此，在RC框架的抗震设计中，考虑填充墙对结构的影响是非常必要的。

国内外学者也在重视填充墙在结构中的作用，做了相关方面的研究。

本文运用有限元软件来模拟单榀RC框架填充墙片，对该结构进行了有限元弹塑性分析，分析填充墙对结构侧向变形、框架柱应力、刚度的影响以及填充墙在框架结构中所起的作用。

二、结构模型本文将利用有限元软件对一单榀RC框架填充墙片进行弹塑性分析，该墙片结构模型A尺寸如图1所示。

三、本构关系的选取第一，混凝土的本构关系。

本章混凝土单轴受压的应力-应变曲线上升段采用《混凝土设计规范》（GB50010-2002）中建议的方程。

下降段则采用Hongnestad的处理方法，第二，钢筋的本构关系。

本章选用的钢筋本构关系曲线为双线性等向强化理想弹塑性模型BISO。

第三，填充墙砌体的本构关系。

砌体的本构关系采用施楚贤教授提出普通砖砌体受压应力-应变全曲线公式。

四、有限元模型的建立（一）单元和参数的选取本文采用有限元软件ANSYS进行建模，模型中的单元类型主要有soild65、Targel70、Contacl73单元。

填充墙对RC框架结构抗震性能的影响

（三）混凝土浇筑控制
３３０
１．
３３０
Ｉ．
３３０
Ｉ＿
３３０
１）混凝土浇筑作业开始前应再次对模板支架进行全面检查，合格后方能浇筑混凝土，混凝土浇筑过程中模板支架下不得有其他作业人员。
（五）拆除过程控制
１）搭设前、进场时检验钢管及其配件的质量及其出厂质量证明书，并保证满足方案及规范要求。２）搭拆支架（或小圆钢管）必须由专业架子工担任，并按现行国家标准
１）要对于现浇的混凝土强度进行检测，通过混凝土事件的强度报告来分析是否达到强度指标，在满足了拆模强度的相关参数后才可以进行模板的拆除。２）拆除过程必须严格的遵循从上至下的原则，坚决不允许为了方便施工从下部开始拆除模板。３）搭拆过程中，地面设置围栏和警戒标志，并派专人看守，严禁非操作
Ｉ建筑结构
．一一 — —
四墨囵翻
建筑结构
２）抗剪强度验算Ｔ＝０．６９Ｎ／ｍｒ３＜ｆ￣＝１．４０Ｎ／ｍｒｄ满足要求。３）挠度验算ｕ＝０．０３ｍｍ＜：Ｍ＝１．３２ｍｍ，满足要求。
次，测量３ｄ后停止观测。观测包括沉降观测及位移观测。

新型RC网格式框架结构墙体试验研究

口四口口口
口口口口口
图４应变片、位移计布置图
Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｓｔｒａｉｎｇａｕｇｅｓａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｎｓｔｕｒｍｅｎｔｓ
万方数据
第４期
卢亚琴等：新型ＲＣ网格式框架结构墙体试验研究
开裂后，试件ＧＷ一１进入带裂缝工作阶段，侧向刚度降低，顶点水平位移增大，底部墙体出现多条水平裂缝，裂缝宽度也逐渐增大，此后墙体底部右侧边柱钢筋应变值最大，分别达到了１１２０卢Ｅ和１１０２胆（当钢筋应变达到￡＝ａｌＥ一１１２０胆时，认为钢筋屈服）．按照材性试验得出的模型钢材的弹性模量Ｅ
ａｓ
ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅ鲥ｄｗｉｔｈ
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ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
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ｉｎｆｉｌｌｅｄｗａｌｌｓｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｍａｘ
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填充墙RC框架结构抗连续性倒塌研究

ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｎｉｆｌｌｗｌｌａｓｗｅｅｎｒｏｔｏｎｌｙｓｕｐｐｏｒｔａｃｅｒｔａｉｎｄｅｇｒｅｅｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｌｏａｄｓｂｕｔｌａｓｏｅｘｔｅｎｄｔｈｅＲ￣ｎｌａｉｎｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｕｃｔｉｌｉｙａｔｎｄｈｅｔｅｘｔｅｎｄ
ｈｅｌｔｏｃａｉｔｏｎｏｆｈｅｌｔａｙｏｕｔｏｆｔｈｅｉｎｌｉｌｌｅｄｗａｌｌｏｎｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｃｏｌｌａｐｓｅ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｓｎｇｉ．Ａｆｏｕｒ－ｓｔｏｒｙｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｉｓｅｓａｂｔｌｅｌｉｓｈｅｄｆｏｒｎａａｌｙｓｉｓｐｕｒｅｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｈｅｃｔｏｎｓｉｄｒｅｅｄｌａｙｏｔｏｕｆｈｅｔｉｎｆｉｌｌｄｅｗａｌ１．Ｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆｃｏｌｕｍｎ￣ｗｅｒｅｒｅｍｏｖｅｄｆｒｏｍａｎａｌｓｉｙｓｎｄｔａｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｅｍａｉｉｎｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｏｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ’ ａｂｓｒｂｍｅｅｍｂｅｒｌｏｓｓｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｄ．ｅｈｅｓＴｉｍｕｌａｔｉｏｎ

填充墙对RC框架结构抗震性能影响及其模型研究

础上，探讨了建立合理的填充墙模型对研究过程的难易程度及研究结果精确度的重要性，并对此进行了分析，出提了相关建议，为今后填充墙模型研究提供参考．
关键词：筋混凝土框架结构；充墙模型；震性能钢填抗中图分类号：Ｕ７．Ｔ３５４文献标识码：Ａ文章编号：１０－１２２１０－７－５０７７６（００）１０１００
填充墙结构（充墙满跨布置）填的侧移刚度是同样
切破坏（图１ｃ）见（）．
（）填充墙不合理设置造成结构实际层刚度不３
均匀，致底部楼层侧移过大（图１ｄ）并导致导见（），
倒塌（图１ｅ）或导致结构实际刚度偏心使结构见（）；
１汶川地震中的框架结构震害
叶列平等介绍了汶川地震中钢筋混凝土框架结构的主要震害现象，进行了简要分析，并主要震害
现象有：
置填充墙）一个同样的纯框架结构进行刚度测试和（）填充墙严重开裂和破坏（１见图１ａ、１ｂ）（）图（）．后发现前者的侧移刚度是后者的７倍．王本兴等（）填充墙不合理设置（错层）成短柱剪进行了框架轻质砌块填充墙刚度的试验研究．试２或造从验得到的数据可以知道，个三层两跨的框架轻质一

RC框架填充墙结构自振周期及裂缝发展研究

RC 框架填充墙结构自振周期及裂缝发展研究随着建筑行业的发展，RC 框架填充墙结构被广泛采用。

RC 框架填充墙结构的自振周期及裂缝发展是衡量其性能的重要指标。

本文将探索RC 框架填充墙结构自振周期及裂缝发展的研究。

一、RC 框架填充墙结构的自振周期RC 框架填充墙结构的自振周期是指结构受到外部激励时，结构发生共振的周期。

自振周期的计算是结构动力学分析的关键。

因此，RC 框架填充墙结构的设计中需要考虑其自振周期的因素。

1.1RC 框架填充墙结构的自振周期计算RC 框架填充墙结构的自振周期计算主要基于结构的质量、刚度和阻尼等因素。

其中，质量是指结构的质量分布，即各结构构件的质量分布情况；刚度是指结构受力时的刚度系数，包括弹性刚度和塑性刚度；阻尼是指结构在振动时受到的阻尼力，包括结构材料自带的阻尼以及添加的附加阻尼等。

一般情况下，RC 框架填充墙结构的自振周期等于结构主振型的周期。

主振型是指结构在振动时占主导地位的一种振动模式。

主振型的周期是通过结构的动力特性分析得出的。

1.2影响RC 框架填充墙结构自振周期的因素RC 框架填充墙结构的自振周期受到影响的因素非常多，主要包括以下几个方面：（1）结构的质量分布情况：结构各部分质量分布情况的不同会影响结构的自振周期。

假设结构的质量集中在底部，则结构的自振周期会变长；反之，若结构的质量集中在顶部，则结构的自振周期会变短。

（2）结构的刚度系数：结构的刚度系数会影响结构的自振周期。

结构的刚度系数越大，自振周期越短；反之，结构的刚度系数越小，则自振周期越长。

（3）结构的阻尼：结构的阻尼会影响结构的自振周期。

结构的阻尼越大，自振周期越短；反之，结构的阻尼越小，则自振周期越长。

二、RC 框架填充墙结构的裂缝发展在RC 框架填充墙结构使用过程中，裂缝的发展情况是决定其性能的关键因素。

因此，了解RC 框架填充墙结构的裂缝发展情况，并采取相应的预防和治疗措施，可以有效提高RC 框架填充墙结构的使用寿命和安全性。

带填充墙RC框架结构抗震性能分析

中图分类号：３５４ＴＵ７．文献标识码：Ａ
见）填充墙框架结构是目前在民用住宅和商业建筑中广泛采用种梁也易发生剪切脆性破坏（图２。的结构形式，填充墙起到围护和分割空间的作用，常在设计中，通成荷载施加到框架主体结构中计算，并且考虑了填充墙对结构周
因此薄弱层的层位移远大于相邻层，甚至超过规范规定的最大层位移，发生因层位移过大或层转角过大而结构破坏的情况。又因为水平荷载作用下，结构受到的剪力是随高度增大而减小，因此底层薄弱层现象最明显。经ＡＮＹＳＳ建模分析，输入Ｔｆ波，ａｔ峰值
式，与计算所采用的纯框架模型有很大的差异。在做结构设计２填充墙对结构抗震性能的影响
时，为满足抗震设防的要求，构件都要满足延性的要求，框架柱一２１填充墙对结构刚度的影响．般都设计为长柱，如果开通窗，窗上下部的墙体约束了柱的变形，经过大量学者的理论和实验证实，填充墙能增大结构的侧移
措施：沿柱设置加密箍筋，并单独分析是否满足承载力要求。
１３短粱破坏．
Ｋ－
３ ’
（）
这种破坏主要发生在门窗洞口上部，口两边的墙体和梁共洞同工作，以支撑的作用，给梁限制了变形，小了梁的计算长度，减洞口上部的墙和梁共同工作，增加了梁的计算高度，成为深梁，这
带填充墙Ｒ框架结构抗震性能分析Ｃ
蒲秀娟
摘要：总结了填充墙框架结构的破坏模式，分析各种破坏的原因，出避免这些破坏的措施，提分析填充墙对结构刚度、周期、承载力的影响，并运用ＡＹＳ建立单层单跨模型分析对比，出填充墙框架结构设计时应考虑的因素。ＮＳ提关键词：填充墙，框架，震抗

填充墙对于rc框架结构抗震性能的影响研究

(5) The effects of different Infill wall materials on seismic performance of frame structure were investigated. The results show that the light-weight infill wall occupies obvious advantages on controlling displacement of the structure under the elastic analysis and the light-weight infill wall shows good seismic performance on the vertical irregular arrangement of infill wall. Under rare earthquake, the heavy brick wall caused the frame structure to bear more horizontal load. Once the infill wall is damaged, the pure frame structure will dissipate all the energy by deformation, which also does great harm to aseismic design. Therefore, the selection of light-weight infill wall material is more consistent with the concept of seismic fortification.Keywords: infill wall; vertical irregular arrangement; seismic performance; plastic hinge; infill wall materials目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2填充墙对框架结构的影响 (2)1.2.1 对框架结构承载能力的影响 (2)1.2.2 对框架结构抗侧刚度的影响 (2)1.2.3 对框架结构变形能力的影响 (3)1.2.4 对框架结构的约束效应 (3)1.2.5 对框架结构耗能能力的影响 (3)1.3填充墙框架结构国内外研究现状 (3)1.3.1 国外填充墙框架研究现状 (3)1.3.2 国内研究现状 (4)1.4本文研究的主要目的和内容 (6)1.4.1 本文研究的主要目的 (6)1.4.2 本文研究的主要内容 (6)第二章填充墙等效模型的研究 (8)2.1填充墙简化模型的研究 (8)2.1.1 层模型 (8)2.1.2 墙框并联模型 (8)2.1.3 等效平面框架模型 (9)2.1.4 等效斜撑模型 (10)2.1.5 三对角斜撑模型 (11)2.1.6 有限元模型 (12)2.1.7 填充墙简化模型的对比 (12)2.2砌体填充墙的本构关系 (12)2.3本章小结 (13)第三章填充墙框架结构的抗震性能分析 (14)3.1工程实例 (14)3.1.1 工程概况 (14)3.1.2 等效斜撑有效宽度的计算 (14)3.1.3 填充墙框架结构模型的建立 (15)3.2模态分析 (16)3.2.1 模态分析概述 (16)3.2.2 模态分析结果 (16)3.3振型分解反应谱分析 (20)3.3.1 振型分解反应谱法概述 (20)3.3.2 振型分解反应谱法位移响应分析 (20)3.3.3 振型分解反应谱法剪力响应分析 (22)3.4罕遇地震作用下的时程分析 (23)3.4.1 时程分析法概述 (23)3.4.2 地震波的选取 (23)3.4.3 地震波的调整 (24)3.4.4 罕遇地震作用下位移响应分析 (25)3.4.5 罕遇地震作用下剪力响应分析 (28)3.5本章小结 (29)第四章填充墙框架结构的静力弹塑性分析 (30)4.1概述 (30)4.2Pushover分析原理 (30)4.2.1 Pushover分析方法的基本思路 (30)4.2.2 静力弹塑性分析方法的基本步骤 (31)4.3填充墙框架结构的Pushover分析 (32)4.3.1 Pushover分析模型的建立 (32)4.3.2 塑性铰的本构模型 (32)4.3.3 侧向荷载加载模式 (33)4.3.4 塑性铰的发展过程与分析 (33)4.3.5 Pushover曲线及性能点分析 (37)4.3.6 各模型性能点处层间位移角分析 (39)4.4本章小结 (40)第五章填充墙竖向不规则布置的改进措施及验证 (42)5.1引言 (42)5.2填充墙竖向不规则布置的改进措施 (42)5.3有限元模型的建立 (42)5.4非线性时程分析对改进措施的有效性验证 (43)5.5Pushover分析对改进措施的有效性验证 (45)5.5.1 改进前后pushover曲线及性能点对比分析 (45)5.5.2 改进前后各模型达到性能点时塑性铰发展对比分析 (47)5.5.3 改进前后性能点处层间位移角对比分析 (48)5.6本章小结 (49)第六章不同填充墙材料对框架结构抗震性能的影响 (50)6.1填充墙材料的选取 (50)6.2等效斜撑有效宽度计算 (50)6.3有限元建模 (50)6.4多遇地震下反应谱分析结果 (51)6.5罕遇地震作用下非线性时程分析结果 (52)6.6本章小结 (54)第七章结论与展望 (56)7.1本文研究的主要结论 (56)7.2不足与展望 (57)插图清单图1.1填充墙典型震害 (1)图2.1层模型示意图 (8)图2.2墙框并联模型示意图 (9)图2.3等效平面框架模型示意图 (9)图2.4等效斜撑模型示意图 (11)图2.5三对角斜撑模型示意图 (11)图3.1结构平面布置图 (14)图3.2填充墙等效模型 (16)图3.3反应谱工况下各模型弹性层间位移角 (21)图3.4模型一与模型二中框架柱所受剪力 (22)图3.5地震波的选取 (24)图3.6不同地震波作用下模型一~三的弹塑性层间位移角 (26)图3.7不同地震波作用下模型三~五的弹塑性层间位移角 (27)图4.1能力谱法计算流程 (31)图4.2塑性铰本构模型 (32)图4.3模型一的塑性铰发展 (34)图4.4模型二的塑性铰发展 (34)图4.5模型三的塑性铰发展 (34)图4.6模型四的塑性铰发展 (35)图4.7模型五的塑性铰发展 (35)图4.8基底剪力—位移曲线 (37)图4.9 FEMA440等效线性化能力谱曲线 (38)图4.10性能点处各模型层间位移角 (40)图5.1填充墙等效模型 (43)图5.2不同地震波作用下模型三改进前后弹塑性层间位移角 (44)图5.3基底剪力—位移曲线 (45)图5.4 FEMA440等效线性化能力谱曲线 (46)图5.5各模型性能点处的塑性铰发展 (47)图5.6改进前后各模型性能点处层间位移角 (48)图6.1填充墙等效模型 (51)图6.2反应谱工况下各模型弹性层间位移角 (52)图6.3不同地震波作用下各模型弹塑性层间位移角 (54)表格清单表3.1等效斜撑有效宽度 (14)表3.2模型一自振周期与质量参与系数 (17)表3.3模型二自振周期与质量参与系数 (17)表3.4模型三自振周期与质量参与系数 (18)表3.5模型四自振周期与质量参与系数 (18)表3.6模型五自振周期与质量参与系数 (19)表3.7各模型周期折减系数 (19)表3.8反应谱工况下各模型弹性层间位移角 (20)表3.9模型一与模型二中框架柱所受剪力 (22)表3.10Ⅱ类场地地震波地震动参数 (23)表3.11时程分析所用地震加速度时程的最大值（cm/s2） (25)表3.12不同地震波作用下模型一~三的弹塑性层间位移角 (26)表3.13三条地震波作用下模型三~五的弹塑性层间位移角 (27)表3.14不同地震波作用下各模型Y向的楼层剪力（kN） (28)表4.1罕遇地震作用下各模型的性能点值 (39)表4.2性能点处各模型层间位移角 (39)表5.1不同地震波作用下模型三改进前后弹塑性层间位移角 (43)表5.2模型三改进后弹塑性层间位移角降低幅度 (45)表5.3罕遇地震作用下各模型的性能点值 (46)表5.4改进前后各模型性能点处层间位移角 (48)表6.1等效斜撑有效宽度 (51)表6.2反应谱工况下各模型弹性层间位移角 (51)表6.3不同地震波作用下各模型弹塑性层间位移角 (53)第一章绪论第一章绪论1.1 引言地震是一种对工程结构极具破坏性的自然现象。

框架填充墙结构刚度计算模型比较_杨春侠

（4）预留钢筋要确保规格数量正确、位置准确、固定牢固，需要相连的接头还要互相对应，同时接头还要满足规范规定的长度和错接要求。
（5）施工缝必须按照方案规定的位置留设，接茬前必须将施工缝剔凿到位，清洗干净并充分湿润。
元模型来模拟，其中用墙板单元（如图 4）来摸拟被粱柱隔开
的填充墙块。根据实际工程中框架填充墙的联接与实际传力
特征，墙板单元上、下端设刚性横梁，与粱柱节点铰接，且填
充墙元之间也是通过铰接来联接的。单元的厚度、长度和宽
度取砖填充墙的实际厚度、长度和宽度。
填充墙元模型的优点是其与实际情况比较接近，计算结
1 调整系数法
调整系数法：即在框架房屋动力特性计算时，对填充墙只考虑重量而不计算其刚度，将计算所得框架房屋的基本周期采用调整系数予以降低，由计算之地震荷载全部分配给所有框架，而不考虑填充墙本身承受地震荷载的能力。这同时也是《建筑抗震设计规范》（GBJ11 - 89）[2]建议的常用方法，即按纯框架刚度计算的基本周期乘以折减系数（一般为 0.6~ 0.7），而且在内力计算时，水平地震作用全部由所有框架承担而不考虑填充墙承受水平地震作用的强度。但它所具有的缺陷也较明显：即过于简单，与工程实际刚度、周期不符，从而
限状态[3]进行计算。既考虑了填充墙的刚度作用，又不至于因
刚度取值过大也与实际情况出入较大。所以取填充墙开裂后
的刚度（填充墙初始刚度值的 0.2）[4]作为计算用的刚度：
Kcw =Kc +0.2Kw
（2）
式中：Kc — ——框架结构的弹性侧移刚度，采用 D 值法进

RC框架结构中砌体填充墙的利弊分析及建议

R C 框架结构中砌体填充墙的利弊分析及建议Analysis of Advantages and Disadvantages of Masonry-Infilled Walls in RC FrameStructures and Suggestions金焕，于松(广东石油化工学院，广东茂名525000)J IN H uan, Y U Song(Guangdong University o f Petrochemical Technology, Maoming 525000, China)【摘要】砌体填充墙是RC 框架结构中不可缺少的非结构构件，对框架结构的作用非常重要，不容忽视。

填充墙对框架结构的影响有利有弊，一方面，填充墙提高了框架结构的抗震能力；另一方面，填充墙易引起“薄弱层”“柱铰”及“短柱”等失效破坏机制。

通过砌体填充墙作用的利弊分析，提出避免填充墙对框架柱不利作用的相关建议。

【Abstract 】Masonry-infilled walls are indispensable nonstructural components in RC frame structure, which can take significant effects on theframe structure and can not be ignored. Infill walls have both advantages and disadvantages on the frame structure. On the one hand, infill wallsimprove the seismic capacity o f f rame structure; on the other hand, infill walls are prone to cause "weak layer", "column hinge", "short column"and other failure mechanisms. Based on the analysis of the advantages and disadvantages o f masonry infill wall, some suggestions are putforward to avoid the negative effect o f i nfill wall on frame column.【关键词】RC 框架结构;砌体填充墙;短柱;薄弱层;破坏机制【Keywords 】RC frame structure; masonry-infilled walls; short column; weak layer; failure mechanism【中图分类号】TU 375.4 【文献标志码】A 【文章编号】1007-9467 (2020) 10-0003-03[DOI ] 10.13616/j .cnki .gcjsysj .2020.10.001建筑与结构设计<4 rchiteclural and Structural Design1引言砌体填充墙在建筑结构中具有隔热、保温、分隔及围护等功能，是RC 框架结构中不可替代的结构构件。

填充墙对RC框架结构抗震性能的影响分析及其相关规范探讨

的框支剪力墙结构。为此，高规》．．规定，《口６１３框架结构如采用砌体填充墙，避免形成上、下层刚度变化
过大。但没有给出具体的设计方法和参数，由设计人员根据经验自行决定，而造成了工程实际应用中均从
出现了大量的不合理的填充墙布置，导致在地震中遭到破坏。对于这种结构，建议设计人员按底层框架一
中图分类号：Ｕ１Ｔ３８文献标识码：Ａ文章编号：０５５２２１）４一Ｋ２３２９ —２６（２０（Ｉ —００７
目前我国多高层建筑中，填充墙钢筋混凝土框架结构是常用的一种结构形式，这种结构为了进行房间分隔或外部围护，在梁柱间嵌砌由各种材料制作而成的填充墙。研究表明，在地震作用下，充墙与框架填是相互作用、同工作的，方面墙体受到框架的约束，一方面框架受到填充墙的支撑［。因此，抗共一另１３《
填充墙在构造上是与框架联系在一起的，者相互作用与共同工作，样，充墙框架结构是作为一两这填种组合结构体系，同承受水平地震作用。文献［］１２５比例的填充墙框架结构进行了拟动力地震反共４对：．应试验，研究了砖填充墙框架结构模型在弹性、裂和破坏各个阶段的地震反应和破坏状态，与纯框架开并
１２填充墙加强了框架结构整体变形能力．
由于填充墙与框架之间的相互作用，框架受到填充墙的支撑，高了框架结构的抗侧移刚度，制了提限

211274267_不同填充墙布置对RC框架结构抗震计算的影响

0 引言近年来，针对不同填充墙布置对 RC 框架结构抗震计算的影响研究取得了一些进展。

周晓洁等[1]通过研究填充墙与框架梁或柱之间的连接方式对抗震计算产生的影响，探讨不同连接方式对 RC 框架结构抗震计算的影响。

填充墙数量和位置对抗震计算的影响。

张永兵等[2]通过研究填充墙数量和位置对 RC 框架结构抗震计算的影响，探讨不同数量和位置填充墙对 RC 框架结构抗震计算产生的影响。

陈欢欣等[3]通过研究填充墙布置与 RC 结构其他构件之间连接方式与地震作用下混凝土柱和梁塑性变形时钢筋应力应变关系的研究。

填充墙布置对于 RC 框架结构抗震计算有着重要意义。

研究不同填充墙布置方式对 RC 框架结构抗震计算和稳定性影响具有重要价值和意义。

本文在不同填充墙布置方式对 RC 框架结构抗震计算和稳定性影响机制，以及在地震作用下混凝土柱和梁塑性变形时钢筋应力应变关系等方面进行深入研究。

1 地震作用下带填充墙分析本文采用SAP2000有限元软件，采用振型分解反应谱法进行多遇地震作用下的弹塑性时程分析，按照规范要求，将填充墙高度分别为40m、60m、80m、100m 的框架结构模型沿高度方向沿两个方向进行弹塑性时程分析，随着填充墙高度的增加，框架结构的最大层间位移角不断增大，而最大层间剪力则呈先增大后减小的趋势。

当填充墙高度为80m 时，最大层间位移角最小。

且随着填充墙高度的增加，最大层间剪力呈不断增大的趋势。

随着填充墙高度的增加，柱的轴力也在不断增大。

在结构底部剪力较小且在底部出现较多塑性铰的位置出现了大量塑性铰。

框架结构的初始刚度随着填充墙高度增加而有所增大，但其增幅有限。

在整个结构中，随着填充墙高度增加，框架结构的延性逐渐提高。

在填充墙高度为60m 时，框架结构的延性达到最大值；而当填充墙高度为80m 时，框架结构的延性降低不明显[4-5]。

因此，在实际设计过程中应考虑填充墙对框架结构延性的影响。

1.1 填充墙布置方案建筑物采用框架结构，其中1～5层为框架结构，6～10层为剪力墙结构，11～12层为填充墙结构。

填充墙竖向不规则布置RC框架结构考虑SSI效应的MPA分析

填充墙竖向不规则布置RC框架结构考虑SSI效应的MPA分析作者：陈大川湛洋王海东刘举来源：《湖南大学学报·自然科学版》2020年第07期摘要：通过周期等效原则提出了考虑土-结构相互作用（SSI）的模态Pushover 分析方法（MPA），并验证了此方法的可行性. 以一10层填充墙竖向不规则布置的RC框架结构为研究对象，调整层刚度比和“薄弱层”布置位置，运用本文方法分析该类结构在不同场地和设防烈度条件下的地震响应规律. 结果表明：1）罕遇地震时，在“薄弱层最敏感楼层”设置“薄弱层”会使薄弱层效应更加显著，且随层刚度比增大该结构的层间位移角增大;“薄弱层敏感区域”外楼层的填充墙不规则布置不会使结构形成明显的薄弱层. 2）考虑SSI效应时，填充墙竖向不规则布置的RC框架结构的变形向底部楼层集中更加明显，随着场地土变软，结构倒塌时的层间刚度比降低，因此结构设计时需要更加严格控制层刚度比来确保该类结构在地震作用下的延性.关键词：动力分析;土-结构相互作用;填充墙;RC框架结构;模态静力推覆分析中图分类号：TU375.4;P315.92 文献标志码：AAbstract：A modal pushover analysis （MPA） method based on the soil-structure interaction （SSI） was proposed through the principle of periodic equivalence， and the feasibility of this method was verified. Taking a 10-story RC frame structure with vertical irregular filling walls as the research object，we adjust the stiffness ratio between stories and the layout position of “weak stories”，and use this method to analyze the seismic response regular pattern of this kind of structure under the condition of different sites and seismic precautionary intensity. The results indicate that：1）In strong earthquakes，setting up “weak layer” in “the most sensitive layer of weak layer” makes the effect of weak layer more significant， and the greater the ratio of stiffness between layers，the more adverse the displacement angle between layers of RC frame structure. Irregular arrangement of filled walls in the outer floor of "sensitive area of weak layer" makes the structure form the distinct weak layer. 2）With regard to SSI effect， the deformation of RC frame structure with filled wall concentrates more obviously to the bottom floor， and the stiffness ratio between layers decreases when the structure collapses and the site soil becomes soft. Therefore，it is proposed to control the stiffness ratio between stories more strictly to ensure the ductility of such structures under earthquake effect.Key words：dynamic analysis（MPA）;soil-structure interaction（SSA）;infill wall;RC frame structure;modal pushover aralysis静力弹塑性（Pushover）方法由于其概念简洁、操作简便和计算高效的特点，在实际工程中得到广泛应用. Chopra等[1]从结构动力学基本原理出发，考虑高阶振型和结构屈服后惯性力重分布对结构地震反应的影响，提出概念简单、运算简洁的模态Pushover方法，提高了计算精度. MPA方法能够确定结构在罕遇地震下潜在的破坏机制，找到相应的薄弱环节，从而使设计者可以对局部薄弱环节进行加强，使整体结构达到预定的使用功能，在实际工程中得到广泛应用.黄华等[2]通过对29个框架填充墙模型进行地震分析，指出随着薄弱层的位置不同，填充墙对框架抗侧移刚度的参与率不同，同时提出了采用截面面积比来评定薄弱层的经验方法. 刘举[3]指出对于底层为空框架的RC框架填充墙结构，考虑SSI和填充墙刚度效应的结构倒塌时变形主要集中在结构的底部两层，致使框架结构的耗能能力明显减弱，表现出类似薄弱层的效应. Daniele等[4]从不同角度研究填充墙对结构周期响应的影响，分析不同高度的结构模型，提出了一个新的线性结构周期响应规律. Konstantinos等[5]通过对比纯框架、框架填充墙结构在连续地震作用下的地震响应，发现框架填充墙结构地震响应会更大. 黄靓等[6]通過对比带节能砌体填充墙的RC框架与纯框架的试验结果，指出填充墙的存在使得框架结构的强度和刚度退化加快，但却表现出较强的抗倒塌能力.传统的模态Pushover分析方法（MPA）是建立在刚性地基假定条件下的，当需要考虑SSI 效应时，传统的MPA不再适用. Galal等[7]指出在考虑SSI效应时结构的抗震需求与刚性地基假定时存在明显差异. Rajeev等[8]指出高层结构进入非线性状态时，结构变柔，SSI效应的影响更加显著. 岳庆霞等[9]指出考虑SSI效应结构变柔，结构的顶层位移增加，抗倒塌能力降低. 王海东等[10]指出地震作用下考虑重力二阶效应与SSI效应之后，塑性铰主要集中在结构的底部楼层，变形集中效应明显.本文通过周期等效原则，提出考虑SSI的MPA方法，并对其进行验证. 以一10层带竖向不规则填充墙的RC框架结构为研究对象，调整层间刚度比和“薄弱层”的布置位置，运用此方法分析该类结构在不同场地和设防烈度条件下的地震响应规律，为带填充墙的RC框架设计提供参考.1 考虑SSI效应的MPA方法研究传统模态Pushover分析方法（MPA）通过将多自由度结构等效成多个不耦连的等效单自由度体系，并求解这些等效单自由度体系的最大变形Dn来计算结构的反应[1].然而，传统MPA方法是建立在刚性地基假定下的，并未考虑SSI效应. 下面给出考虑SSI 效应的MPA方法，并对此方法进行简单的验证.1.1 弹性阶段考虑SSI效应的MPA基本原理本文依据ATC40和FEMA440中的简化方法，采用土弹簧模型来模拟土对结构的作用，即通过在基础上施加水平、竖直以及绕轴方向的弹簧来模拟地基土对基础的约束，3个弹簧对应刚度Kx、Kz和Kθy具体计算方法参照文献[3].1.3 考虑SSI效应的MPA方法的验证分析1.3.1 模型介绍本文采用与文献[3]相同的计算模型，为10层RC框架结构，跨度为5 m，底层层高3.9 m，其他层层高3.6 m，图2所示为其平、立面图，表1列出了梁、柱基本设计参数，图3给出了梁柱截面配筋图. 柱的混凝土强度等级为C40，梁、板的混凝土强度等级为C35，钢筋采用HRB400，纵筋配筋情况见表1，梁箍筋直径10 mm，间距150 mm，板厚100 mm，钢筋混凝土自重为25 kN/m3. 在模拟分析中，选择中间一榀框架進行分析，混凝土本构模型选用Mander模型，钢筋本构模型选用Park模型;梁柱均使用集中塑性铰模型，在距离梁端分别为0.1和0.9倍梁长处布置考虑弯矩的M3铰;在距离柱端分别为0.1倍和0.9倍柱长处布置考虑轴力与弯矩相互作用的P-M2-M3耦合铰.为方便表述，在后文中以本节介绍的模型为基础，刚性地基假定条件下，不考虑填充墙刚度效应的模型简称模型M;考虑SSI（三类场地土）时，不考虑填充墙刚度效应的模型简称模型N.1.3.2 SSI效应的实现本文采用柱下独立基础，基础尺寸4 m × 4 m，厚度为1 m，埋深为1.8 m，采用ATC40和FEMA440推荐的土弹簧模型来模拟地基对结构的作用. 土弹簧简化模型选用ATC40中的简化模型，如图3所示;土弹簧简化模型的部分刚度计算公式如表2所示;不同场地土体的具体参数如表3所示.1.3.3 填充墙的实现本文研究填充墙对框架结构整体的影响，采用对角受压斜撑有限元模型来模拟填充墙[12]，其具体简化模型如图4所示.刚度和屈服力均只与填充墙的弹性模量和物理尺寸有关，故本文通过不断调整Em的大小来改变填充墙的刚度和强度，得到不同大小的层间刚度比，以此来模拟不同种类填充墙对于结构抗震性能的影响.1.3.4 验证结果本文对上述考虑SSI效应的MPA可行性进行验证：在设防烈度7度条件下，对RC框架填充墙结构（在模型N的基础上在2～10层加入填充墙，调整值使一二层刚度比为1.4）分别进行考虑SSI效应（Ⅲ类土）的MPA分析和时程分析，各阶模态参数如表4所示.考虑到时程分析的不确定性，结构的地震响应与场地土特征、结构自身特性以及地震动输入选取有关，因此必须保证地震波选取的合理性. Northbridge、San Fernando和Northbridge 3条地震波的反应谱均值与设计反应谱在统计意义上相符[3]，因此选用这3条地震波进行时程分析，结果采用3条地震波作用下的平均结果来讨论. 多遇地震和罕遇地震下结构的层间位移角分布如图5所示，表5给出了时程分析与考虑SSI的MPA对比分析得到的结构层间位移角误差.从图5和表5可看出，多遇地震作用下，结构最大层间位移角误差为4.50%;罕遇地震作用下，结构最大层间位移角误差为9.56%. 说明在结构处于弹性状态与弹塑性状态时，考虑SSI 的MPA分析结果与时程分析结果基本一致，此简化方法可行.2 层间刚度比对填充墙框架结构响应的影响分析2.1 反应谱分析反应谱分析方法通过振型分解的方法计算结构在弹性阶段的动力响应，为了说明弹性状态下结构响应规律，本文对模型M、N进行反应谱分析. 图6、图7给出了其中模型M、N的层间位移角，表6列出了反应谱分析下不同模型的最大层间位移角.本文研究填充墙不均匀分布对结构抗震性能的影响，若某一层没有布置填充墙而其他层均布满填充墙，则将没有布置填充墙的这一层定义为“薄弱层”. 为了方便研究结构进入弹塑性状态时薄弱层的位置对结构地震响应的影响，根据文献[3]将反应谱分析中层间位移角超过最大层间位移角75%的楼层区域称为“薄弱层敏感区域”，以模型M为例，即2～6层区域;将反应谱分析中层间位移角最大的楼层称为“薄弱层最敏感楼层”，以模型M为例，即第3层，如图6、图7所示.传统的模态Pushover分析方法（MPA）是建立在刚性地基假定条件下的，当需要考虑SSI 效应时，传统的MPA不再适用. Galal等[7]指出在考虑SSI效应时结构的抗震需求与刚性地基假定时存在明显差异. Rajeev等[8]指出高层结构进入非线性状态时，结构变柔，SSI效应的影响更加显著. 岳庆霞等[9]指出考虑SSI效应结构变柔，结构的顶层位移增加，抗倒塌能力降低. 王海东等[10]指出地震作用下考虑重力二阶效应与SSI效应之后，塑性铰主要集中在结构的底部楼层，变形集中效应明显.本文通过周期等效原则，提出考虑SSI的MPA方法，并对其进行验证. 以一10层带竖向不规则填充墙的RC框架结构为研究对象，调整层间刚度比和“薄弱层”的布置位置，运用此方法分析该类结构在不同场地和设防烈度条件下的地震响应规律，为带填充墙的RC框架设计提供参考.1 考虑SSI效应的MPA方法研究传统模态Pushover分析方法（MPA）通过将多自由度结构等效成多个不耦连的等效单自由度体系，并求解这些等效单自由度体系的最大变形Dn来计算结构的反应[1].然而，传统MPA方法是建立在刚性地基假定下的，并未考虑SSI效应. 下面给出考虑SSI 效应的MPA方法，并对此方法进行简单的验证.1.1 弹性阶段考虑SSI效应的MPA基本原理本文依据ATC40和FEMA440中的简化方法，采用土弹簧模型来模拟土对结构的作用，即通过在基础上施加水平、竖直以及绕轴方向的弹簧来模拟地基土对基础的约束，3个弹簧对应刚度Kx、Kz和Kθy具体计算方法参照文献[3].1.3 考慮SSI效应的MPA方法的验证分析1.3.1 模型介绍本文采用与文献[3]相同的计算模型，为10层RC框架结构，跨度为5 m，底层层高3.9 m，其他层层高3.6 m，图2所示为其平、立面图，表1列出了梁、柱基本设计参数，图3给出了梁柱截面配筋图. 柱的混凝土强度等级为C40，梁、板的混凝土强度等级为C35，钢筋采用HRB400，纵筋配筋情况见表1，梁箍筋直径10 mm，间距150 mm，板厚100 mm，钢筋混凝土自重为25 kN/m3. 在模拟分析中，选择中间一榀框架进行分析，混凝土本构模型选用Mander模型，钢筋本构模型选用Park模型;梁柱均使用集中塑性铰模型，在距离梁端分别为0.1和0.9倍梁长处布置考虑弯矩的M3铰;在距离柱端分别为0.1倍和0.9倍柱长处布置考虑轴力与弯矩相互作用的P-M2-M3耦合铰.为方便表述，在后文中以本节介绍的模型为基础，刚性地基假定条件下，不考虑填充墙刚度效应的模型简称模型M;考虑SSI（三类场地土）时，不考虑填充墙刚度效应的模型简称模型N.1.3.2 SSI效应的实现本文采用柱下独立基础，基础尺寸4 m × 4 m，厚度为1 m，埋深为1.8 m，采用ATC40和FEMA440推荐的土弹簧模型来模拟地基对结构的作用. 土弹簧简化模型选用ATC40中的简化模型，如图3所示;土弹簧简化模型的部分刚度计算公式如表2所示;不同场地土体的具体参数如表3所示.1.3.3 填充墙的实现本文研究填充墙对框架结构整体的影响，采用对角受压斜撑有限元模型来模拟填充墙[12]，其具体简化模型如图4所示.刚度和屈服力均只与填充墙的弹性模量和物理尺寸有关，故本文通过不断调整Em的大小来改变填充墙的刚度和强度，得到不同大小的层间刚度比，以此来模拟不同种类填充墙对于结构抗震性能的影响.1.3.4 验证结果本文对上述考虑SSI效应的MPA可行性进行验证：在设防烈度7度条件下，对RC框架填充墙结构（在模型N的基础上在2～10层加入填充墙，调整值使一二层刚度比为1.4）分别进行考虑SSI效应（Ⅲ类土）的MPA分析和时程分析，各阶模态参数如表4所示.考虑到时程分析的不确定性，结构的地震响应与场地土特征、结构自身特性以及地震动输入选取有关，因此必须保证地震波选取的合理性. Northbridge、San Fernando和Northbridge 3条地震波的反应谱均值与设计反应谱在统计意义上相符[3]，因此选用这3条地震波进行时程分析，结果采用3条地震波作用下的平均结果来讨论. 多遇地震和罕遇地震下结构的层间位移角分布如图5所示，表5给出了时程分析与考虑SSI的MPA对比分析得到的结构层间位移角误差.从图5和表5可看出，多遇地震作用下，结构最大层间位移角误差为4.50%;罕遇地震作用下，结构最大层间位移角误差为9.56%. 说明在结构处于弹性状态与弹塑性状态时，考虑SSI 的MPA分析结果与时程分析结果基本一致，此简化方法可行.2 层间刚度比对填充墙框架结构响应的影响分析2.1 反应谱分析反应谱分析方法通过振型分解的方法计算结构在弹性阶段的动力响应，为了说明弹性状态下结构响应规律，本文对模型M、N进行反应谱分析. 图6、图7给出了其中模型M、N的层间位移角，表6列出了反应谱分析下不同模型的最大层间位移角.本文研究填充墙不均匀分布对结构抗震性能的影响，若某一层没有布置填充墙而其他层均布满填充墙，则将没有布置填充墙的这一层定义为“薄弱层”. 为了方便研究结构进入弹塑性状态时薄弱层的位置对结构地震响应的影响，根据文献[3]将反应谱分析中层间位移角超过最大层间位移角75%的楼层区域称为“薄弱层敏感区域”，以模型M为例，即2～6层区域;将反应谱分析中层间位移角最大的楼层称为“薄弱层最敏感楼层”，以模型M为例，即第3层，如图6、图7所示.传统的模态Pushover分析方法（MPA）是建立在刚性地基假定条件下的，当需要考虑SSI 效应时，传统的MPA不再适用. Galal等[7]指出在考虑SSI效应时结构的抗震需求与刚性地基假定时存在明显差异. Rajeev等[8]指出高层结构进入非线性状态时，结构变柔，SSI效应的影响更加显著. 岳庆霞等[9]指出考虑SSI效应结构变柔，结构的顶层位移增加，抗倒塌能力降低. 王海东等[10]指出地震作用下考虑重力二阶效应与SSI效应之后，塑性铰主要集中在结构的底部楼层，变形集中效应明显.本文通过周期等效原则，提出考虑SSI的MPA方法，并对其进行验证. 以一10层带竖向不规则填充墙的RC框架结构为研究对象，调整层间刚度比和“薄弱层”的布置位置，运用此方法分析该类结构在不同场地和设防烈度条件下的地震响应规律，为带填充墙的RC框架设计提供参考.1 考虑SSI效应的MPA方法研究传统模态Pushover分析方法（MPA）通过将多自由度结构等效成多个不耦连的等效单自由度体系，并求解这些等效单自由度体系的最大变形Dn来计算结构的反应[1].然而，传统MPA方法是建立在刚性地基假定下的，并未考虑SSI效应. 下面给出考虑SSI 效应的MPA方法，并对此方法进行简单的验证.1.1 弹性阶段考虑SSI效应的MPA基本原理本文依据ATC40和FEMA440中的简化方法，采用土弹簧模型来模拟土对结构的作用，即通过在基础上施加水平、竖直以及绕轴方向的弹簧来模拟地基土对基础的约束，3个弹簧对应刚度Kx、Kz和Kθy具体计算方法参照文献[3].1.3 考虑SSI效应的MPA方法的验证分析1.3.1 模型介绍本文采用与文献[3]相同的计算模型，为10层RC框架结构，跨度为5 m，底层层高3.9 m，其他层层高3.6 m，图2所示为其平、立面图，表1列出了梁、柱基本设计参数，图3给出了梁柱截面配筋图. 柱的混凝土强度等级为C40，梁、板的混凝土强度等级为C35，钢筋采用HRB400，纵筋配筋情况见表1，梁箍筋直径10 mm，间距150 mm，板厚100 mm，钢筋混凝土自重为25 kN/m3. 在模拟分析中，选择中间一榀框架进行分析，混凝土本构模型选用Mander模型，钢筋本构模型选用Park模型;梁柱均使用集中塑性铰模型，在距离梁端分别为0.1和0.9倍梁长处布置考虑弯矩的M3铰;在距离柱端分别为0.1倍和0.9倍柱长处布置考虑轴力与弯矩相互作用的P-M2-M3耦合铰.为方便表述，在后文中以本节介绍的模型为基础，刚性地基假定条件下，不考虑填充墙刚度效应的模型简称模型M;考虑SSI（三类场地土）时，不考虑填充墙刚度效应的模型简称模型N.1.3.2 SSI效应的实现本文采用柱下独立基础，基础尺寸4 m × 4 m，厚度为1 m，埋深为1.8 m，采用ATC40和FEMA440推荐的土弹簧模型来模拟地基对结构的作用. 土弹簧简化模型选用ATC40中的简化模型，如图3所示;土彈簧简化模型的部分刚度计算公式如表2所示;不同场地土体的具体参数如表3所示.1.3.3 填充墙的实现本文研究填充墙对框架结构整体的影响，采用对角受压斜撑有限元模型来模拟填充墙[12]，其具体简化模型如图4所示.刚度和屈服力均只与填充墙的弹性模量和物理尺寸有关，故本文通过不断调整Em的大小来改变填充墙的刚度和强度，得到不同大小的层间刚度比，以此来模拟不同种类填充墙对于结构抗震性能的影响.1.3.4 验证结果本文对上述考虑SSI效应的MPA可行性进行验证：在设防烈度7度条件下，对RC框架填充墙结构（在模型N的基础上在2～10层加入填充墙，调整值使一二层刚度比为1.4）分别进行考虑SSI效应（Ⅲ类土）的MPA分析和时程分析，各阶模态参数如表4所示.考虑到时程分析的不确定性，结构的地震响应与场地土特征、结构自身特性以及地震动输入选取有关，因此必须保证地震波选取的合理性. Northbridge、San Fernando和Northbridge 3条地震波的反应谱均值与设计反应谱在统计意义上相符[3]，因此选用这3条地震波进行时程分析，结果采用3条地震波作用下的平均结果来讨论. 多遇地震和罕遇地震下结构的层间位移角分布如图5所示，表5给出了时程分析与考虑SSI的MPA对比分析得到的结构层间位移角误差.从图5和表5可看出，多遇地震作用下，结构最大层间位移角误差为4.50%;罕遇地震作用下，结构最大层间位移角误差为9.56%. 说明在结构处于弹性状态与弹塑性状态时，考虑SSI 的MPA分析结果与时程分析结果基本一致，此简化方法可行.2 层间刚度比对填充墙框架结构响应的影响分析2.1 反应谱分析反应谱分析方法通过振型分解的方法计算结构在弹性阶段的动力响应，为了说明弹性状态下结构响应规律，本文对模型M、N进行反应谱分析. 图6、图7给出了其中模型M、N的层间位移角，表6列出了反应谱分析下不同模型的最大层间位移角.本文研究填充墙不均匀分布对结构抗震性能的影响，若某一层没有布置填充墙而其他层均布满填充墙，则将没有布置填充墙的这一层定义为“薄弱层”. 为了方便研究结构进入弹塑性状态时薄弱层的位置对结构地震响应的影响，根据文献[3]将反应谱分析中层间位移角超过最大层间位移角75%的楼层区域称为“薄弱层敏感区域”，以模型M为例，即2～6层区域;将反应谱分析中层间位移角最大的楼层称为“薄弱层最敏感楼层”，以模型M为例，即第3层，如图6、图7所示.传统的模态Pushover分析方法（MPA）是建立在刚性地基假定条件下的，当需要考虑SSI 效应时，传统的MPA不再适用. Galal等[7]指出在考虑SSI效应时结构的抗震需求与刚性地基假定时存在明显差异. Rajeev等[8]指出高层结构进入非线性状态时，结构变柔，SSI效应的影响更加显著. 岳庆霞等[9]指出考虑SSI效应结构变柔，结构的顶层位移增加，抗倒塌能力降低. 王海东等[10]指出地震作用下考虑重力二阶效应与SSI效应之后，塑性铰主要集中在结构的底部楼层，变形集中效应明显.本文通过周期等效原则，提出考虑SSI的MPA方法，并对其进行验证. 以一10层带竖向不规则填充墙的RC框架结构为研究对象，调整层间刚度比和“薄弱层”的布置位置，运用此方法分析该类结构在不同场地和设防烈度条件下的地震响应规律，为带填充墙的RC框架设计提供参考.1 考虑SSI效应的MPA方法研究传统模态Pushover分析方法（MPA）通过将多自由度结构等效成多个不耦连的等效单自由度体系，并求解这些等效单自由度体系的最大变形Dn来计算结构的反应[1].然而，传统MPA方法是建立在刚性地基假定下的，并未考虑SSI效应. 下面给出考虑SSI 效应的MPA方法，并对此方法进行简单的验证.1.1 弹性阶段考虑SSI效应的MPA基本原理本文依据ATC40和FEMA440中的简化方法，采用土弹簧模型来模拟土对结构的作用，即通过在基础上施加水平、竖直以及绕轴方向的弹簧来模拟地基土对基础的约束，3个弹簧对应刚度Kx、Kz和Kθy具体计算方法参照文献[3].1.3 考虑SSI效应的MPA方法的验证分析1.3.1 模型介绍本文采用与文献[3]相同的计算模型，为10层RC框架结构，跨度为5 m，底层层高3.9 m，其他层层高3.6 m，图2所示为其平、立面图，表1列出了梁、柱基本设计参数，图3给出了梁柱截面配筋图. 柱的混凝土强度等级为C40，梁、板的混凝土强度等级为C35，钢筋采用HRB400，纵筋配筋情况见表1，梁箍筋直径10 mm，间距150 mm，板厚100 mm，钢筋混凝土自重为25 kN/m3. 在模拟分析中，选择中间一榀框架进行分析，混凝土本构模型选用Mander模型，钢筋本构模型选用Park模型;梁柱均使用集中塑性铰模型，在距离梁端分别为0.1和0.9倍梁长处布置考虑弯矩的M3铰;在距离柱端分別为0.1倍和0.9倍柱长处布置考虑轴力与弯矩相互作用的P-M2-M3耦合铰.为方便表述，在后文中以本节介绍的模型为基础，刚性地基假定条件下，不考虑填充墙刚度效应的模型简称模型M;考虑SSI（三类场地土）时，不考虑填充墙刚度效应的模型简称模型N.1.3.2 SSI效应的实现本文采用柱下独立基础，基础尺寸4 m × 4 m，厚度为1 m，埋深为1.8 m，采用ATC40和FEMA440推荐的土弹簧模型来模拟地基对结构的作用. 土弹簧简化模型选用ATC40中的简化模型，如图3所示;土弹簧简化模型的部分刚度计算公式如表2所示;不同场地土体的具体参数如表3所示.。

填充墙对RC框架结构抗震性能影响及其模型研究_管民生

第27卷第1期2010年3月广东工业大学学报Journa l of G uangdong Un iver sity of T echnologyVo.l 27No .1 M arch 2010收稿日期:2009210215基金项目:深圳市土木工程重点实验室资助项目(SZ DCCE09-01);广东工业大学青年教师基金资助项目(082031)作者简介:管民生(19792),男,讲师,博士研究生,主要研究方向为工程抗震设计理论与方法.填充墙对RC 框架结构抗震性能影响及其模型研究管民生1,2,万新1,杜宏彪3(1.广东工业大学土木与交通工程学院,广东广州510006;2.华南理工大学土木与交通学院,广东广州510640;3深圳大学土木工程学院,广东深圳518060)摘要:针对填充墙对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响,结合汶川地震,分析了填充墙钢筋混凝土框架结构产生震害的原因.在总结国内外大量关于填充墙对钢筋混凝土框架结构承载能力、刚度、变形等性能影响研究成果的基础上,探讨了建立合理的填充墙模型对研究过程的难易程度及研究结果精确度的重要性,并对此进行了分析,提出了相关建议,为今后填充墙模型研究提供参考.关键词:钢筋混凝土框架结构;填充墙模型;抗震性能中图分类号:T U375.4 文献标识码:A 文章编号:100727162(2010)0120071205在过去的几十年中,人们主要致力于主体结构系统抗震性能的研究,而忽略了填充墙等非结构构件的影响,导致在许多震害中建筑物破坏严重.填充墙等非结构构件对整体结构抗震性能的影响十分复杂,应根据其在整体结构中的作用和影响情况,在结构设计中给予充分考虑.5建筑结构抗震规范6(GB5001122001)[1](以下简称抗震规范)规定:应考虑围护墙和隔墙对结构抗震的不利影响,避免不合理设置而导致主体结构的破坏.但5抗震规范6未给出考虑填充墙对结构抗震不利影响的具体方法.此外,实际工程中的填充墙类型很多,布置复杂,与框架主体结构的连接构造也多种多样,从而造成了工程实际应用中出现了大量的不合理的填充墙布置,并在地震中遭到破坏.1 汶川地震中的框架结构震害叶列平等[2]介绍了汶川地震中钢筋混凝土框架结构的主要震害现象,并进行了简要分析,主要震害现象有:(1)填充墙严重开裂和破坏(见图1(a)、图1(b)).(2)填充墙不合理设置(或错层)造成短柱剪切破坏(见图1(c)).(3)填充墙不合理设置造成结构实际层刚度不均匀,导致底部楼层侧移过大(见图1(d)),并导致倒塌(见图1(e));或导致结构实际刚度偏心使结构产生扭转地震响应.(4)柱端出现塑性铰,未实现/强柱弱梁0屈服机制(见图1(f )).叶列平等[3]还分析了填充墙等非结构构件对/强柱弱梁0破坏机制的影响.汶川地震表明填充墙等非结构构件的严重开裂和破坏,会造成一定的人员伤亡,并导致人们的恐惧心理,且震后修复工作量很大,费用很高,特别是在柔性框架结构中,非结构的破坏及其所造成的损失不能认为是次要的因素,而须加以认真对待.由以上分析可知,应加强填充墙对整体结构抗震性能影响的研究,并根据其在整体结构中作用和影响情况,在结构设计中给予充分考虑.2 填充墙对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响对抗震设防地区的框架结构来说,填充墙框架的影响不仅体现在框架梁荷载的增加,更重要地体现在对结构的刚度具有重大影响.张慧等[4]对一个三层五跨的框架空心砖填充墙结构(正中一跨未设置填充墙)和一个同样的纯框架结构进行刚度测试后发现前者的侧移刚度是后者的7倍.王本兴等[5]进行了框架轻质砌块填充墙刚度的试验研究.从试验得到的数据可以知道,一个三层两跨的框架轻质填充墙结构(填充墙满跨布置)的侧移刚度是同样的纯框架结构的10倍左右.由此可知,即使是在填充墙框架结构中使用轻质填充墙,其刚度效应也是十分明显的.图1框架结构的震害情况我国在20世纪80年代开始关注填充墙框架的整体抗震性能.朱荣华等人[6]通过2个1B215缩尺的无门洞砖填充墙和开门洞砖填充墙框架的拟动力地震反应试验,研究了砖填充墙框架结构模型在弹性、开裂和破坏各个阶段的地震反应和破坏形态.并与纯框架的拟动力地震反应试验结果进行了比较,得出结论:由于砖填充墙与框架的相互作用和相互约束,无论是无门洞的或开门洞的砖填充墙钢筋混凝土框架,其初始刚度和承载能力均比纯框架有明显的提高,而变形能力与纯框架相差不大,吴绮芸等[7]进行了9个1/2比例砖填充墙框架单元模型在单向及反复水平荷载作用下的试验,并为每个填充墙框架设计了相对应的空框架进行对比试验,分别研究了各试件在水平荷载作用下的刚度、承载力及破坏特点,提出了填充墙框架的极限承载力及从弹性到破坏的三阶段刚度计算公式,并给出了构件的恢复力模型及弹塑性特征参数.童岳生等[8]进行了19个1/4比例砖填充墙钢筋混凝土框架模型试验,试件均为单层单跨框架,共分为4类:铰接钢框架填充墙、钢筋混凝土空框架、实体砖填充墙钢筋混凝土框架及带洞口的砖填充墙钢筋混凝土框架.主要研究各试件在水平荷载作用下的力学性能,采用了单向及反复两种加载制度.得出结论:(1)填充墙对填充墙框架承载力及刚度均有较大影响;(2)填充墙与框架之间的共同工作比较显著;(3)对于砖填充墙钢筋混凝土框架的层间相对侧移极限值可取1 %.填充墙框架作为一个整体结构在地震作用下已经不再是填充墙与框架两个部分,而是一个有机的整体,文献[6]指出填充墙框架结构的承载能力略大于填充墙和框架结构单独工作的承载能力之和.人们进一步研究发现,填充墙作为填充墙框架的一部分对结构系统的横向刚度和能量吸收能力作用明显,而且填充墙强度较强的试件有较强的抵抗荷载的能力及较好的能量耗散能力.然而,在峰值强度后,随着位移的增加,填充墙强度较强的试件的承载力下降要快得多.较强的填充墙也被认为非常容易在混凝土柱中引起脆性剪切破坏.因而,填充墙框架的抗震分析和设计研究己为越来越多的专家和工程技术人员所重视.3填充墙模型的研究在国内外的大量研究中,填充墙的模型主要分为两类:微模型和宏模型.微模型试图去模拟每个结构单元的细节行为并尝试表现出所有可能的破坏模式;宏模型重点在于表现出结构的整体行为.3.1微模型关于微模型,国外做了比较多的研究,大量的微模型被用来模拟填充墙框架在单调荷载下的反应,如K i n g and Pandey[9]、Dhanasekar and Page[10]、M al272广东工业大学学报第27卷lick and Garg[11]、R i d di n gton and S m ith[12]、A chyutha 等人[13]、L iauw and Kwan[14]、Kost等人[15],一般都是用梁单元模拟梁柱构件,用四节点或八节点矩形单元模拟填充墙,有些还在填充墙和框架的接触表面引入了接触单元.这些模型中仅K ost等[15]研究了填充墙框架在地面加速度作用下的反应,其它的模型只是进行了填充墙在单调加载作用下的反应. M ehrab iA B[16]通过试验和理论分析研究了砌体填充墙钢筋混凝土框架结构在平面内侧向荷载作用的性能,分析中采用了弥散裂缝填充墙有限元模型,这种有限元模型能够模拟填充墙及混凝土框架的破坏机理.我国台湾学者何象镛[17]等对砖墙也进行了研究,采用不连续变形法的数值分析方式,将水泥砂浆与砖块进行有限元划分,采用二维四节点的接触单元加以模拟,这种模型能够精确预测砖墙4个关键点从开裂、屈服、极限、破坏的强度及位移.3.2宏模型S m ith[18]、Barua and Ma llick[19]用等效斜撑模型研究了钢框架在单调荷载作用下的反应.L iauw and Lee[20]提出了一种可应用于填充墙开口和填充墙与外框架有较强连接时的等效框架法.Thiruvengad2 a m[21]提出了一种多支撑模型,支撑的数量与布置方式取决于填充墙与外框架的接触长度及填充墙的开口形式.Moch iz uk i[22]也用多支撑模型去模拟填充墙的滑移破坏.M osa la m[23]提出了一个对角非线性桁架模型,此模型考虑了填充墙的开口及填充墙与外框架的相互作用.Chrysosto mou总结了影响建立填充墙模型的12个参数,并提出了6支杆模型[24],并用此模型对一个带填充墙钢框架结构进行了非线性动力时程分析.M adan[25]提出了一种基于等效斜撑方法的连续力-位移模型.Karayannis等[26]做了一个1B3规模的单跨单层的钢筋混凝土框架在遭受侧向循环荷载下的试验,做了3个对比样本,1个含有实心粘土砖填充墙,另两个分别是采取了不同加强措施的空框架;同时建立了两个不同原理的等效斜撑模型,一个基于双脆性反应的弹性桁架单元,另一个基于包括下降段反应的弹性单元,通过试验与分析对比,得出采用有下降段反应的弹性等效斜撑模型与试验结果吻合较好.Pererar[27]运用连续损伤力学提出了一种符合砌体填充墙遭受横向循环荷载受力特征的改进等效斜撑模型.许多实验证明,框架中的填充墙在侧向力较小时,会与框架协同工作.随着侧向力的增大,内填充墙在斜向受拉的角点上与框架脱开,而在斜向受压的对角线上填充墙形成对角受压斜杆.R i d d i n gton等[28]进行了一系列试验,研究了相对较小的砂浆-钢框架模型在对角斜向荷载作用下的性能,从理论上建立了压杆宽度与表征填充墙体与框架相对刚度的参数之间的联系.此次试验的重点在于确定框架与填充墙界面上的接触长度并以此确定近似的等效压杆宽度.他们从试验中发现两种典型的破坏模型:对角开裂破坏和角部压碎破坏,并得出如下主要结论:(1)只要框与墙之间不出现过早的粘结破坏,将填充墙用对角斜压杆代替的等效框架可用来近似地模拟填充墙框架;(2)假定斜向荷载全部由填充墙的角部承担,给出了斜压杆的有效宽度;(3)框墙之间相对刚度越大,斜压杆宽度越大.总结以上两类模型,微模型虽然建模简单,但是计算需要大量的时间,且经国内外大量试验研究表明,微模型并不能很好地模拟实际情况下填充墙对钢筋混凝土框架结构的作用.宏模型种类很多,现国内外研究较多的主要是3种:等效斜撑模型、3支杆模型和6支杆模型.等效斜撑模型是将填充墙视为与墙材性相同并具有一定宽度的对角斜撑杆铰接于框架平面,此斜杆只承受压力、不承受拉力,形成斜撑杆与框架共同工作的抗侧力体系,这种单一对角支撑模型虽然计算简单,但与墙体破坏时的实际应力分布情况存在一些差异,尚不能真实反映框架梁、柱构件的弯矩和剪力分布特点;3支杆模型近似模拟实际的框架-填充墙结构,可以反映钢框架梁、柱的刚度、变形和内力分布特点,以及填充墙约束框架侧向变形时所发挥的对角支撑作用,用3支杆模型进行有限元分析的结果比实体建模分析结果更接近试验结果,而且可以大大节省数值计算的时间,可用于整个结构体系多榀框架的抗震、抗风快速分析,而且用3个斜支杆简化比仅用一个对角刚性斜支撑模拟,更能反映水平荷载作用下框架填充墙的破坏形态,但是3支杆模型也有其缺点[29]:(1)墙体与框架梁、柱的接触长度计算后固定取为钢框架进入屈服阶段时的长度,忽略了接触长度是随着荷载的增加而不断变化的这一事实;(2)在建模过程中,假定钢框架在进入塑性阶段时,填充墙对角支撑区域已经充分发挥了其材料强度,即3支杆材料的计算抗压强度取试验得到的复合填充墙体的抗压强度;假定3支杆的材料属性也为各向同性,做上述这些假73第1期管民生,等:填充墙对RC框架结构抗震性能影响及其模型研究探讨定,虽为进一步建立有限元模型进行数值分析提供了便利,但在一定程度上提高了钢框填充墙结构的整体刚度,与实际不符;六支杆模型能较好地模拟实际情况,但是其参数较多,不方便应用.4结语(1)填充墙对框架结构抗震性能的影响应根据其在整体结构中的作用,在结构设计中给予充分考虑.现行5抗震规范6可以根据国内外的大量试验及研究,进一步将如何考虑填充墙对结构抗震不利影响的方法具体化.(2)对框架结构填充墙模型的研究中,微模型能够很好地模拟填充墙的震害过程,有助于深入了解填充墙的破坏机理和变形能力;宏模型能够很好地表现出填充墙对整体框架结构的抗震性能影响.当前国内外的研究大多没考虑填充墙开口(包括开口大小、形式、位置)、填充墙加强(如设置构造柱、水平系梁、拉结钢筋)等对宏模型参数的影响,建议今后进一步研究,为工程设计分析提供依据.参考文献:[1]建筑抗震设计规范(GB5001122001)[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.[2]叶列平,曲哲,马千里,等.从汶川地震中框架结构震害谈/强柱弱梁0屈服机制的实现[J].建筑结构,2008,38(11):52259.[3]叶列平,曲哲,陆新征,等.建筑结构的抗倒塌能力)))汶川地震建筑震害的教训[J].建筑结构,2008,29(4):42250.[4]张慧,孙德杰,李连勇.填充墙对框架结构体系抗震性能影响的研究[J].河南大学学报:自然科学版,2006,36(2):1122114.[5]王本兴,王艳晗,朱杰克.框架填充墙结构体系抗震性能评价[J].中国科技信息,2007,1:47248.[6]朱荣华,沈聚敏.砖填充墙钢筋混凝土框架拟动力地震反应试验及理论分析[J].建筑结构报,1996,17(4):27234.[7]吴绮芸,田家骅,徐显毅.砖墙填充框架在单向及反复水平荷载作用下的性能研究[J].建筑结构学报,1980,4:40246.[8]童岳生,钱国芳.砖填充墙钢筋混凝土框架在水平荷载作用下结构性能的试验研究[J].西安建筑科技大学学报:自然科学版,1982(2):3215.[9]K i ng G J W,Pandey P C.The ana l ysi s of infilled fra m es u2s i ng fi nite e le m ents[C].P roc Inst C iv Eng(Lo ndon),1978,65(12):7492760.[10]DhanasekarM,P age AW.Infl uence of br i ck m aso nry i nfillpro perties on the behavi or of i nfill ed fra m es[C].P roc InstC i v Eng(London),1986,81(12):5932605.[11]M a lli ck D V,Garg R P.E ffect of open i ngs o n the latera lstiff ness of i nfill ed fram es[C].P roc Inst C iv Eng(Lo n2 do n),1971,49(6):1932209.[12]R idd i ngto n J R,Sm ith B S.Ana l ysis of infilled fra m es sub2ject to rack i ng w ith desi gn reco mm endati ons[J].StructureEngi neer i ng,1977,55(6):2632268.[13]A chy utha J,Jagadish R,R ao P S,et a.l R ah m an.F i nite el2em ent si m u l a ti on of the e lastic behavi or of i nfill ed fra m es w it h open i ngs[J].Co m puter Struc t ure,1986,23(5):6852 696.[14]Liauw T C,Kwan K H.Nonli near behavior of non2i ntegra linfilled fra m es[J].Co mputer S tructure,1984,18(3):5512 560.[15]Kost G,W eave rW,Barber R B.Non li near dyna m i c analy2si s of fra m es with pane ls[J].Journa l of Struct ure D ivi2si on,ASCE,1974,100(4):7432757.[16]M ehrab iA B.F i nite E l em ent m ode li ng of m asonry2infilledR C frames[J].A M ASCE,1997,123(5):6042613. 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砌体填充墙RC框架的微观有限元分析-建筑结构论文-土木建筑论文

砌体填充墙RC框架的微观有限元分析-建筑结构论文-土木建筑论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——国外对砌体填充墙RC 框架的理论研究主要有两种思路，一种是对宏观简化模型的研究，一种是对微观精细化模型的研究。

框架-填充墙相互作用能够造成多种可能的失效机制，包括填充墙的开裂和压碎以及柱子的抗剪失效。

宏观的简化模型仅仅可以用来研究结构的整体宏观性能，很难反映构件间的相互作用及复杂的失效模式，更无法表征结构的细部破坏特性和失效发展过程。

砌体填充墙RC 框架的微观精细化模型早在1967 年Mallick 和Seven就已提出，采用了微观有限元方法对砌体填充墙RC 框架的作用机制进行理论分析。

目前为止，砌体填充墙RC 框架微观单元建模方法形成了以下几种：第一种方法是仅从整体方面来考虑砂浆，将填充墙简化为均匀实体，RC 框架与填充墙之间通过接触或者耦合连接，当模拟大面积的砌体填充墙RC 框架时该方法较为准确，只考虑整体效应，忽略了细部信息。

Chiou 等、Schmidt 等、Ghosh 等的研究均基于这个方法。

第二种方法是将填充墙视为连续体材料，砂浆采用界面单元相连，RC 框架与填充墙之间通过接触或者耦合连接，Lotfi 等和Attard 等的模拟均是基于连续体方法。

之后，Mehrabi 和Shing提出了一种更为精细化的连接面模型，这种模型可以充分的模拟连接面的剪切膨胀、压缩硬化以及法向压缩等特性，Al-Chaar 等也曾用这种方法对砌体填充墙RC 框架进行有限元模拟分析，Shing 等采用了联合离散裂缝和弥散裂缝的方法模拟砌体填充墙RC 框架的各种破坏机制；第三种方法是将填充墙视为砌块和砂浆形成的复合体材料，这种建模方式对计算机要求较高，能将这种建模思想成功的运用于有限元模拟的还比较少。

本文基于美国加州大学伯克利分校Taylor 教授研发的FEAP 有限元分析平台，结合Shing 等人最新提出的联合弥散和离散裂缝单元等建模方法，成功实现对砌体填充墙RC 框架建模的二次开发，对砌体填充墙RC 框架的研究针对性强，克服了大型通用有限元软件研究此类结构的缺点，直观地得到了填充墙裂缝开展及应力发展趋势、填充墙与RC 框架的相互作用机制和失效模式，准确地模拟了砌体填充墙RC 框架的承载能力与变形能力。

RC框架结构“强柱弱梁”问题的探讨

RC框架结构“强柱弱梁”问题的探讨我国现行抗震规范规定的“强柱弱梁”设计目标在公共建筑(如学校、办公楼)抗震设计中很难实现,主要原因在于梁上半高连续填充墙。

梁上半高连续填充墙使得梁的实际刚度大大增加,并缩短柱的有效高度使之形成短柱,导致结构在实际地震中表现为“强梁弱柱”破坏形式。

本文根据实际震害案例进行振动台模拟实验,采用理论分析和试验研究结合的方法,揭示了填充墙RC框架结构的破坏形式和倒塌机理,结果对指导相关结构的抗震设计有重要价值。

本文以汶川地震中整体倒塌的漩口中学教学楼A为原型,建立了两个1/4缩尺比例的结构模型,利用振动台试验详细地研究了填充墙框架“强梁弱柱”破坏的最主要原因以及该类建筑结构抗倒塌加固方法。

主要成果如下:(1)总结了填充墙RC框架结构的抗震性能的研究现状,以及“强柱弱梁”设计理论的概念和发展沿革。

(2)对基于“强柱弱梁”理论设计的RC框架结构的震害进行剖析。

研究了按我国规范设计的典型RC框架结构的倒塌受力机制和抗力分布规律,为进一步研究抗倒塌设计方法提供了依据。

(3)以漩口中学教学楼为原型建立了缩尺比例为1/4的填充墙RC框架模型,在设置填充墙前对RC框架模型进行模态测试、敲击测试和激振测试。

得到无填充墙条件下,底层柱剪力均匀分配,柱端弯矩大于梁端。

设置填充墙后对模型结构进行模态测试和地震模拟试验,得到填充墙上的应变曲线与柱端应变曲线有很强的一致性,说明填充墙与框架梁、柱协同工作,形成墙梁,增大了梁端的抗弯刚度,导致“强梁弱柱”破坏模式的出现。

(4)提出一种在框架结构柱两侧加设落地剪力墙的加固方法,并以漩口中学教学楼为原型建立缩尺比例为1/4的模型结构进行振动台试验。

试验结果显示加设落地剪力墙可有效使得结构沿纵向各轴线刚度均匀分配,地震力均匀分配,结构破坏塑性铰出现在梁端,“强柱弱梁”破坏模式出现。

基于以上试验现象及对破坏模式的分析结果,为地震作用下填充墙RC框架结构的抗倒塌设计和加固方法提出建议。

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填充墙对框架结构的影响的计算模型，不仅包括填充墙的计
算模型，而且包括填充墙与框架之间连接界面的处理。目前，
填充墙与框架之间存在复杂的相互作用，在设计过程中，采用忽视填充墙的计算模型进行设计，很难准确评估结构的抗震性能。近几年来，大量学者开始对填充墙ＲＣ框架结构展
ｌ７－程建设与设计
瓦
Ｉ
鬲
ＲＣ框架填充墙的计算模型探讨
ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎＭｏｄｅｌｏｆＭａｓｏｎｒｙ－ＩｎｆｉｌｌｅｄＲＣＦｒａｍｅ
【中图分类号】ＴＵ２２７【文献标志码】Ａ【文章编号】１００７ — ９４６７（２０１３）０７．００４２．０３
１引言
填充墙框架结构广泛应用于建筑结构中，填充墙通常被
做为非结构单元考虑，在结构设计过程中填充墙对框架的影
２填充墙计算模型
填充墙是一一种各向异性的非匀质的复合材料，并且填充墙与框架之间存在复杂的相互作用。在框架结构设计过程中，
由于缺少合理而有效的计算模型，结构工程师通常忽视填充墙的作用，从而导致计算结果的不准确，引起结构在地震作用下产生“ 短柱破坏” 、 “ 薄弱层破坏” 及“ 扭转破坏 ” 等。对于分析
的。
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ｏｒｄｅｒｔｏｒｅａｓｏｎａｂｌｙｃｏｎｓｉｄｅｒｔｈｅｒｏｌｅｏｆｉｎｉｆｌｌｗａｌｌｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄｈｔｅ
关于填充墙的计算模型主要包括两种：宏观模型及微观模型，其中斜压杆简化计算模型、匀质化连续有限元模型及精细化
有限元模型是以上两种方法的算模型进行系统
总结及评价。本文将基于国内及国外的填充墙ＲＣ框架平面
ｃａｌｃｕｌａｉｔｏｎｍｏｄｅｌｏｆｍａｓｏｎｒｙ－ｉｎｔｉｌｌｅｄＲＣｆｌａｍｅ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｏｆｍａｓｏｎｒｙｉｎｉｌｆｌｗａｌｌｉｎｃｌｕｄｅｏｂｌｉｑｕｅｓｔｒｕｔｍｏｄｅｌ，ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ
金焕
（哈尔滨商业大学，哈尔滨１５００２８）
ＪＩＮＨｕａｎ
（ＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｏｍｍｅｒｃｅ，Ｈａｅｒｂｉｎ１５００２８Ｃｈｉｎａ）
【摘要】为了使建筑结构设计过程中，合理考虑填充墙的作用，总结并探讨了Ｒｃ框架填充墙的计算模型。砌体填充墙计算模型主要包括斜压杆模型、匀质化连续有限元模型及精细化有限元模型。通过分析及实例验证表明，填充墙采用匀质化连续模型，墙一框截面采用界面单元模型计算，能较好地评价Ｒｃ填充墙框架的性能，应用于实际工程是可行
ｏｆｍａｓｏｎｒｙ－ｉｎｉｌｆｌｅｄＲＣｆｒａｍｅ．
【关键词】填充墙；ＲＣ框架；计算模型；有限元
【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｍａｓｏｎｒｙｉｎｉｆｌｌｗａｌｌ；ＲＣｆｒａｍｅ；ｃｌａｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ；ｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ
响通常被忽视。历次震害表明，填充墙对ＲＣ框架结构的强
度、刚度及破坏机制都会产生明显的影响，尤其在５．１２汶川大地震中，由于设计过程中未合理地考虑填充墙的影响，在地震
中，填充墙引起建筑结构破坏严重，甚至倒塌，经济损失及人
员伤亡惨重。
ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｉｎｆｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍａｃｏ－ｒｍｏｄｅｌ，ｎｄｄａｅｔａｉｌｄｆｅｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｉｃｒｏ— ｍｏｄｅ１．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｈｅｅｘａｍｐｌｅｓｈｏｗｓｈａｔｔｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ
内性能研究现状，对填充墙框架的计算模型进行总结和探讨。
【作者简介】金奂（１９７９一），女，辽宁沈阳人，讲师，从事建筑结构抗
ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｍｏｄｅｌｗａｓａｄｏｐｔｄｆｅｏｒｉｎｉｌｆｌｗａｌｌ，ａｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｅｅｌｅｍｅｎｔｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｌａｆｍｅ — ｉｎｆｉＵｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｃｎｗｅａｌｌｅｖａｌｕａｅｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ