框架填充墙对框架结构抗震性能的影响

框架填充墙对框架结构抗震性能的影响

摘要: 历届地震震害表明，框架填充墙对框架结构的抗震性能有着重要的影响，本文从框架填充对框架结构刚度及框架柱的约束效应等方面分析了框架填充墙对框架结构抗震性能的影响，并就此提出框架填充墙在抗震设计时的合理设计方案。

关键词：框架结构；框架填充墙；刚度；约束效应；抗震概念设计

0 前言：

框架结构填充墙在实际工程设计时，仅考虑其维护作用而不参与实际受力，因此在设计时仅将填充墙的自重计算到结构荷载中去。然而历次地震震害表明，框架结构填充墙对框架结构的抗震性能有着重大影响，以下分析了框架填充墙对框架结构抗震性能的影响，并对抗震设计的框架填充墙提出了符合结构抗震概念设计的方案。

1 框架填充墙对框架结构抗震性能的影响因素

1.1框架填充墙刚度对框架结构刚度的影响

第一、框架填充墙布置对框架结构刚度的影响

结构刚度在抗震设计中起着重要的作用，然而在实际工程中，仅充当维护作用的框架填充墙，在布置时仅仅考虑了建筑功能的要求，却忽略了填充墙对结构刚度的影响，使结构刚度在平面内没有做到均匀、对称、分散，致使结构的刚度中心与质量中心偏离较大，使其在地震作用下产生扭转或应力集中。如图1所示，汶川地震中某结构由于平面刚度不均匀、对称而产生震害。另外，由于框架填充墙使结构沿竖向的刚度突变，而导致结构出现薄弱层。例如许多建筑下部为较大空间的商场、超市，而上部则为开间较小的写字间、宾馆标准间等，该类框架结构由于上部的填充墙较下部的多，使得结构底部刚度较小，竖向刚度突变。而在实际工程设计时，并没有考虑到在竖向刚度突变处设置加强层，或对底部采取加强措施，在地震作用下结构极易在此处破坏。如图2所示，某框架结构在地震中，由于底层大空间使其结构下柔上刚而造成底层震害。

第二、不同框架填充墙材料对框架结构刚度的影响

填充墙材料性质的不同会影响其自身刚度的不同，进而影框架的抗侧刚度。不同填充墙材料对框架刚度影响程度的大小，依次是标准砖、空心砖、加气混凝土砌块，但即使采用低强度砌块，填充墙刚度对框架结构的影响也不能完全忽略【1】。因此框架结构在抗震设计中，应考虑不同材料对框架抗震性能的影响。

1.2框架填充墙对框架柱的约束效应

近年大量的框架填充墙震害表明，框架中填充墙的开洞对框架结构的抗震性能有着显著的影响。文献2通过对框架中填充墙不同布置方式的结构构件的实验研究表明，全高填砌的填充墙框架试件与空框架试件的变形能力差别不大, 但全高填砌的填充墙因填充墙的破损过程参与了结构的滞回耗能, 使结构的耗能能力得到增加。另外，半高填砌的填充墙框架试件由于发生短柱破坏使其延性系数明显降低, 其延性仅为空框架的0. 47倍【2】。在汶川地震中这种因填充墙而形成的短柱震害也表明了这一点（如图3所示）。

2.抗震设计时，对框架填充墙合理设计的几点建议

2.1由于填充墙对框架结构刚度影响所采取的措施

抗震设计的框架填充墙在布置时应尽量考虑其对称、均匀及上下刚度连续，以避免其在地震作用下的扭转震害及薄弱层的震害。如建筑功能要求，使得填充墙的布置不能满足均匀、对称，或有薄弱层出现时，应采取调整填充墙材料、填充墙与框架结构柔性连接或加强薄弱部位刚度等方法解决。

2.2对由于框架填充墙对框架柱的约束效应所采取的措施

当由于建筑要求，而在填充墙中开有洞口时，应注意避免此处的框架柱形成短柱而发生震害。如必须开洞，应考虑采取对框架柱在柱全长布置加密箍筋或其他构造措施或填充墙与框架连接处考虑柔性连接，来减少由短柱所造成的破坏。

3 结束语

在地震作用下，由于框架填充墙与框架结构间存在着复杂的受力关系，框架填充墙对框架结构抗震性能的影响还缺乏一定的理论研究。因此在实际工程设计时，应注意运用结构抗震概念设计的观点去解决框架填充墙对框架结构抗震性能的影响。参考文献3，填充墙要发挥其抗侧力构件的作用，必须要嵌砌于框架柱中，四边需与梁、柱界面顶紧。没有嵌砌于框架柱中的填充墙，其侧向刚度与GBJ 11 －89 的计算结果大相径庭，对结构的整体刚度影响甚微，一般仅作为荷载考虑【3】。因此，笔者认为在抗震设计时，解决框架填充墙对框架抗震性能影响的主要途径是如何在施工过程中处理好框架与填充墙之间的连接，这也是有待进一步研究的问题。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。