填充墙在框架结构抗震性能方面的影响研究
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应 ” 。因此 ， 在设计 中若 忽略填充 墙 刚度贡献 则存在 较大 的安全 隐患。本文运用大型有 限元 分析软 件 Ａ Ｓ Ｓ对 框架 ＮＹ 结构进 行分析计算 ， 通过 计算 结果 的对 比 ， 析 了填充墙 在 分 框架结 构抗 震性能方面 的影响 ｊ 。
填充墙 普通粘土砖 ４Ｘ１ ０
Ｓ ｅ ６ ｈＵ３ Ｌｎ８ ｉｋ
１ 计 算模 型 的建 立
１ １ 计算模型平 面布 置 ． 计 算模型选取某六层框架结构房屋 ， 第一层层高为 ５ｍ， 以上各层均为 ３ｍ， 抗震设防类别为 乙类 ， 框架柱截面尺寸为 ５０ｍｍ ｘ ０ ｍ， ０ ５０ ｍ 框架 梁为 ２ ０ｍ × ０ ５ ｍ ５ ０ｍｍ， 板厚度 为 楼 １０ｍｍ。结构 中钢筋 均采 用 Ⅱ级 钢筋 ， ２ 混凝 土 剪力 墙墙 体
１３ ３ 等 效 三 杆模 型 ．．
等效三杆模 型模 拟实 际的框架 填充墙结构 ， 以反 映框 可 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 。等效 三杆模 型如 图 ４ ，
支撑面积计算公式如式 （ ） Ｉ：
图 １ 计算模 型平面示意图
图 １ 。
等效单杆模 型是将填充墙视为 与墙材性 相同的杆单元 ， 对 角斜撑杆铰接 于框架 平面 ， 与填 充墙 厚度相 同 ， 有效 宽度
取对角线长 的 １ １ 。此斜杆只承受压力不承受拉力 ， 成斜 ／０ 形 撑杆与框架共 同工作 的抗侧 力体 系。等效单 杆模 型简 图如
图 ３ 。
填 充 墙 的重 力 以 及 填 充 墙 对 结 构 周 期 的 影 响 。 然 而 ， 侧 向 在 力 作 用 下 ， 充 墙 的 “ 度 效 应 ” “ 束 效 应 ” 对 结 构 的 填 刚 和 约 会 抗 震 性 能造 成 影 响 。填 充 墙 在 竖 向 分 布 不 均 匀 会 导 致 结 构
１３ 计 算模 型 的 选 取 ． １３ １ 传 统框 架模 型 ．．
模 型只建框架 柱 、 架梁 和楼板 ， 充墙视 为线 荷载 加 框 填
在 梁 上 ， 考 虑 填 充 墙 的 刚 度 ， 型 如 图 ２ 不 模 。 １３ ２ 等 效 单 杆模 型 ．．
纵 、 向配 筋率 均 为 ０ ５ 横 ． ％。各 种 计算 模 型 平 面示 意 图如
； ０ 麓辕 辛 奄
填 充墙 在 框 架 结 构 抗 震 性 能 方 面 的 影 响研 究
毛 锐 李兆惠 ， ， 李 可
（． １西南 科技 大学 土木 工 程与建 筑 学 院 ， 四川 绵 阳 ６ １１ ２００； ２ 四川 省建 筑设 计 院 ， ． 四川成 都 ６ ０ ３ ） １０ ６
【 文献标识 码】 Ａ
框架梁采用 Ｂ ａ ８ ｅｍ１ ８单元。文中的混凝 土构件 根据 《 建筑结
构荷载规范 》 、 ］ 中关于材料属性 的规定 ， 【 钢筋混凝 土构件 采用 刚度 肼 等效 的整体式模 型 。其具体参数如表 ｌ 。
计算模 型采用 三维有 限元模 型 ， 采用 的方法为 由低 图元 向高图元建模 。在 网格划分 中 ， 本文划分成 的单元均 为四面 体 。图 ２一图 ５为整体模型单元划分 以及边界条件示意图。
表 １ 各构件 的单元选用及相关参数 分项 材料 弹性模量 泊松 比 密度 单元选取 （ ／ ） Ｎｍ （ｓｍ ｋ／ ） ０１ ．
０
．
存 在薄弱层 ； 填充墙 在水平 面 内分 布不 均匀可 能造 成“ 扭转
效应 ” 窗下填 充墙 对 附近 框架 柱 的 约束作 用 导致 “ ； 短柱 效
框 架 柱 、 筋 混 凝 土 ３ ８ Ｘ１ 钢 ０４ 框 架 梁
．
１９Ｘ１ ． ０
Ｓｅ１３ ｈｌ ６
２
２６×１ Ｂ ａ ８ ． ０ ｅｍｌ８ ３
楼板 钢筋混凝土 ３ ８×１ ． ０ 支撑杆件 钢筋混凝土 ３ ８×１ ． ０
０２ ． Ｏ２ ．
２６Ｘ１ ． ０ ２ ６Ｘ１ ． ０
【 关键词 】 填充墙 ； 框 架结构 ； Ａ Ｓ Ｓ 抗震性能 ＮＹ ；
【 中图分类号】 Ｔ ３２１ Ｕ ５．１
２０ ０ ８年 ５月 １ ２日发生在汶川的 ８０级大地震造 成了 巨 ． 大 的生命和财产损失 ， 也带给了人们沉痛 的经验 和教训 。通 过对汶 Ｊ 大地震震害的分析 ， ｉ Ｉ 发现了很多框 架结构 中 由于填 充墙 的原因而造成 破坏 。 目前 的框架结 构设 计通 常 只考虑
２ １ ．２ ０２０
１ｌ ３
工ｌ“ 程 绪 ； １ ＿ ． 删
Ａ ＝ ｄ
（ １一Ｏ ）／ ｔ Ｏｈｔ …
表 ２ 各 模 型 不 同 振型 周 期 对 比
ｆ ｃｓ ｏｏ０
模型 １ 模型 ２ 模 型 ３ 模 型 ４ 周期 （ ） 期 （） 期 （） 期 （） ｓ 周 ｓ 周 ｓ周 ｓ
【 摘 要 】 地震 中大量的震害表明 ， 充墙 对 于框 架结构的 刚度 和抗震性 能有很 大的影响。文章分 析 填
了多种填 充墙 的计算模 型 ， 并运 用 Ａ Ｓ Ｓ有限元分析 软件 对取 不 同填充墙模 型 的同一框 架结构进行 模拟 ， ＮＹ 通过计 算分析 ， 明了框 架结构 中填充墙对框架结构抗 震性 能的影响 。尤其是 忽略 填 充墙 刚度会 产 生一 定 说 安 全隐患 ， 实际设计 中应根据 不 同情况加 以考虑 。
［ 定稿 日期］０ １ ０ ２ ２ １ — ４— １ １２ 计 算单元参数 ． 本文三维 实体模 型 中墙体 采用 Ｓ ｅ６ ｈｌ ３单 元 ， 架柱 和 ｌ 框
［ 作者简介 ］ 毛锐 （ ９ １一） 男 ， 士研 究生源自文库， 究方 向 １８ ， 硕 研
为建筑结构抗震。
四川 建 筑 Ｉ
第３ ２卷 １期
填充墙 普通粘土砖 ４Ｘ１ ０
Ｓ ｅ ６ ｈＵ３ Ｌｎ８ ｉｋ
１ 计 算模 型 的建 立
１ １ 计算模型平 面布 置 ． 计 算模型选取某六层框架结构房屋 ， 第一层层高为 ５ｍ， 以上各层均为 ３ｍ， 抗震设防类别为 乙类 ， 框架柱截面尺寸为 ５０ｍｍ ｘ ０ ｍ， ０ ５０ ｍ 框架 梁为 ２ ０ｍ × ０ ５ ｍ ５ ０ｍｍ， 板厚度 为 楼 １０ｍｍ。结构 中钢筋 均采 用 Ⅱ级 钢筋 ， ２ 混凝 土 剪力 墙墙 体
１３ ３ 等 效 三 杆模 型 ．．
等效三杆模 型模 拟实 际的框架 填充墙结构 ， 以反 映框 可 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 。等效 三杆模 型如 图 ４ ，
支撑面积计算公式如式 （ ） Ｉ：
图 １ 计算模 型平面示意图
图 １ 。
等效单杆模 型是将填充墙视为 与墙材性 相同的杆单元 ， 对 角斜撑杆铰接 于框架 平面 ， 与填 充墙 厚度相 同 ， 有效 宽度
取对角线长 的 １ １ 。此斜杆只承受压力不承受拉力 ， 成斜 ／０ 形 撑杆与框架共 同工作 的抗侧 力体 系。等效单 杆模 型简 图如
图 ３ 。
填 充 墙 的重 力 以 及 填 充 墙 对 结 构 周 期 的 影 响 。 然 而 ， 侧 向 在 力 作 用 下 ， 充 墙 的 “ 度 效 应 ” “ 束 效 应 ” 对 结 构 的 填 刚 和 约 会 抗 震 性 能造 成 影 响 。填 充 墙 在 竖 向 分 布 不 均 匀 会 导 致 结 构
１３ 计 算模 型 的 选 取 ． １３ １ 传 统框 架模 型 ．．
模 型只建框架 柱 、 架梁 和楼板 ， 充墙视 为线 荷载 加 框 填
在 梁 上 ， 考 虑 填 充 墙 的 刚 度 ， 型 如 图 ２ 不 模 。 １３ ２ 等 效 单 杆模 型 ．．
纵 、 向配 筋率 均 为 ０ ５ 横 ． ％。各 种 计算 模 型 平 面示 意 图如
； ０ 麓辕 辛 奄
填 充墙 在 框 架 结 构 抗 震 性 能 方 面 的 影 响研 究
毛 锐 李兆惠 ， ， 李 可
（． １西南 科技 大学 土木 工 程与建 筑 学 院 ， 四川 绵 阳 ６ １１ ２００； ２ 四川 省建 筑设 计 院 ， ． 四川成 都 ６ ０ ３ ） １０ ６
【 文献标识 码】 Ａ
框架梁采用 Ｂ ａ ８ ｅｍ１ ８单元。文中的混凝 土构件 根据 《 建筑结
构荷载规范 》 、 ］ 中关于材料属性 的规定 ， 【 钢筋混凝 土构件 采用 刚度 肼 等效 的整体式模 型 。其具体参数如表 ｌ 。
计算模 型采用 三维有 限元模 型 ， 采用 的方法为 由低 图元 向高图元建模 。在 网格划分 中 ， 本文划分成 的单元均 为四面 体 。图 ２一图 ５为整体模型单元划分 以及边界条件示意图。
表 １ 各构件 的单元选用及相关参数 分项 材料 弹性模量 泊松 比 密度 单元选取 （ ／ ） Ｎｍ （ｓｍ ｋ／ ） ０１ ．
０
．
存 在薄弱层 ； 填充墙 在水平 面 内分 布不 均匀可 能造 成“ 扭转
效应 ” 窗下填 充墙 对 附近 框架 柱 的 约束作 用 导致 “ ； 短柱 效
框 架 柱 、 筋 混 凝 土 ３ ８ Ｘ１ 钢 ０４ 框 架 梁
．
１９Ｘ１ ． ０
Ｓｅ１３ ｈｌ ６
２
２６×１ Ｂ ａ ８ ． ０ ｅｍｌ８ ３
楼板 钢筋混凝土 ３ ８×１ ． ０ 支撑杆件 钢筋混凝土 ３ ８×１ ． ０
０２ ． Ｏ２ ．
２６Ｘ１ ． ０ ２ ６Ｘ１ ． ０
【 关键词 】 填充墙 ； 框 架结构 ； Ａ Ｓ Ｓ 抗震性能 ＮＹ ；
【 中图分类号】 Ｔ ３２１ Ｕ ５．１
２０ ０ ８年 ５月 １ ２日发生在汶川的 ８０级大地震造 成了 巨 ． 大 的生命和财产损失 ， 也带给了人们沉痛 的经验 和教训 。通 过对汶 Ｊ 大地震震害的分析 ， ｉ Ｉ 发现了很多框 架结构 中 由于填 充墙 的原因而造成 破坏 。 目前 的框架结 构设 计通 常 只考虑
２ １ ．２ ０２０
１ｌ ３
工ｌ“ 程 绪 ； １ ＿ ． 删
Ａ ＝ ｄ
（ １一Ｏ ）／ ｔ Ｏｈｔ …
表 ２ 各 模 型 不 同 振型 周 期 对 比
ｆ ｃｓ ｏｏ０
模型 １ 模型 ２ 模 型 ３ 模 型 ４ 周期 （ ） 期 （） 期 （） 期 （） ｓ 周 ｓ 周 ｓ周 ｓ
【 摘 要 】 地震 中大量的震害表明 ， 充墙 对 于框 架结构的 刚度 和抗震性 能有很 大的影响。文章分 析 填
了多种填 充墙 的计算模 型 ， 并运 用 Ａ Ｓ Ｓ有限元分析 软件 对取 不 同填充墙模 型 的同一框 架结构进行 模拟 ， ＮＹ 通过计 算分析 ， 明了框 架结构 中填充墙对框架结构抗 震性 能的影响 。尤其是 忽略 填 充墙 刚度会 产 生一 定 说 安 全隐患 ， 实际设计 中应根据 不 同情况加 以考虑 。
［ 定稿 日期］０ １ ０ ２ ２ １ — ４— １ １２ 计 算单元参数 ． 本文三维 实体模 型 中墙体 采用 Ｓ ｅ６ ｈｌ ３单 元 ， 架柱 和 ｌ 框
［ 作者简介 ］ 毛锐 （ ９ １一） 男 ， 士研 究生源自文库， 究方 向 １８ ， 硕 研
为建筑结构抗震。
四川 建 筑 Ｉ
第３ ２卷 １期