建筑结构中填充墙抗震设计论文

建筑结构中填充墙抗震设计

【摘要】近年来，随着国内墙体改革的快速发展，文中以现阶段我国应用最广泛的一种建筑结构形式作出了论述，提出了填充墙的结构概念设计建议及方法。

【关键词】框架结构；抗震设计;应用方法

近几年，作为现阶段我国应用最广泛的一种建筑结构形式—填充墙框架结构。随着墙体改革的发展，黏土砖作为传统的填充墙材料正逐步被多孔砖、空心混凝土砌块、粉煤灰砌块和加气混凝土砌块等新型墙体材料所取代。抗震设防区的框架结构设计，都不可避免的要考虑到砌体填充墙的刚度问题，按照建筑抗震设计规范

(gb5001l一2001)定义砌体填充墙为非结构构件，在具体的工程设计中按照框架填充墙数量的多少来确定周期折减系数，通过适度增加地震作用来解决这个问题。事实上框架填充墙结构抗震设防是个比较复杂的课题，在充分考虑了砌体填充墙的刚度情况下，不同的结构平面、竖向刚度都对整个结构有着重要的影响。目前pkpm系列等国内绝大多数结构计算分析软件中，都考虑将砌体填充墙折算为平面荷载来确定计算模型，忽略其间的刚度。这样会导致结构分析的结果会与工程实际有很大差别，在一些情况下会造成结构在发生震害时会偏于不安全，所以在应用中必须增加这方面的概念设计来弥补工程实际与计算模型的很大差别。

1.对抗震效果的影响

事实上大量的震情调查和模型试验表明，在合理的结构布局中，

砌体填充墙钢筋混凝土框架结构远比空框架的抗震性能好。在震害初期砖填充墙和框架均处于弹性工作阶段，框架梁、柱对填充墙的偶合作用能共同工作抵御地震剪力的不利影响。随着侧力的逐步加大，填充墙面出现微裂缝并发展成贯通的斜裂缝，主框架开裂并发展。此时，整体结构处于最大的承载力弹塑性阶段。在地震作用下，上部填充墙与框架共同参与工作，即使填充墙先开裂，且开裂后的刚度迅速下降，但由于填充墙的作用，结构进入塑性阶段后仍具有较大的耗能能力。但若填充墙布置及构造不恰当，也将对整个结构产生负面效应，其主要表现为：(1)减低在结构振动的固有周期，因而改变地震能量的吸收和基本结构的地震应力。(2)重新分配结构的侧向刚度，因而改变应力分布状态。(3)致使结构过早地发生通常是剪切或斜压的破坏。在具体的工程设计中要做到如何趋利避害，增加在框架砌体填充墙结构中的概念设计：仍按框架填充墙数量的多少来确定周期折减系数，适当考虑填充墙为抗侧力墙，根据结构的变形性能和应力情况来修改结构设计。

2.提出几点建议和方法

2.1砌体填充外墙因为门窗洞口的设置，只填充到框架的局部高度，填充砌体或现浇混凝上板约束了框架柱底部的自由变形，减小了框架边、角柱的有效计算高度，增大该部分柱的侧移刚度。而地震作用效应按本层抗侧力构件刚度比进行分配。这部分增加了刚度的柱子必将分配到较大的地震剪力。而因为柱的抗剪强度不足导致的破坏却发生在填充墙洞口的临界部位，所以按正常框架在节点区

设置加密箍筋不符合这部分柱的受力特性。严重时可能会导致框架柱因抗剪承载力不足而发生破坏。建议框架边、角柱箍筋全高加密设置，必要时需按调整后的柱抗侧刚度进行抗剪承载力验算。同时为防止框架梁在洞口处发生剪切破坏，沿梁全长按梁端剪力配置箍筋。

2.2对于采用柱下独立基础形式的框架结构，其填充外墙下宜设计为带肋梁钢筋混凝土条基与柱下独立基础同时施工。一方面因为填充墙的刚度效应使之承受较大的一部分地震倾覆力矩和剪力。若采用基础拉梁来解决，明显的不足之处在于基础拉梁的设计中若考虑地震作用的附加荷载，这必然增加柱下独基的负担，使柱下独基地基承载力pkmax很容易超过1.2fa的规范限值。若不考虑地震作用的附加荷载，则拉梁强度明显不够，在地震作用下可能先于破坏，从而导致填充墙体的破坏。其附属的各种设备、设施、管道将一并受到殃及。使震后修复的费用及难度都会增加很多。另一方面，采用带肋梁的墙下条基，将明显结构的整体性能，减小地震作用下结构扭转的不利效应。同时增加柱下独基的变形协调能力，抵抗可能发生的地基不均匀沉降。

2.3在《建筑抗震设计规范》中第7．1．7条对于多层砌体结构：楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。主要是考虑在房屋的尽端和转角处容易受到在地震作用下结构发生扭转的不利作用。楼板的平面内刚度无限大假定的作用在此处受到削弱，且整体结构对于此部分墙体约束减少，导致此部分墙体变形较大。在框架填充墙结构

中情况也较类似。在楼梯间填充墙一般较长(>=4．8米)，高度沿竖向全高，且很少开洞口，使整片墙体的刚度较大。因为楼梯休息平台的设置，柱计算高度在此处减半，导致抗侧刚度进一步加大，相应分配到更大的地震剪力。发生地震时，楼梯间的疏散功能突出，决不能让楼梯间结构先于其它结构发生破坏，故对此部分的结构设计，尤其重要和突出。主要设计技术措施：

(1)支承楼梯问墙体的框架梁宜按第7．5．4条托墙梁设计：

a.梁的截面宽度不小于300mm梁的截面高度不小于跨度的1/10。

b.箍筋的直径不小于8 mm，间距不大于200mm；梁端在1.5倍梁高且不小于1／5梁净跨范围内，以及上部墙体的洞口处和洞口两侧各500且不小于梁高的范围内，箍筋间距不大于l00mm。

c.沿梁高设置腰筋，数量不少于2￠14间距不大于200mm。

d.梁的主筋和腰筋按受拉钢筋的要求铺同在柱内，且支座上部的纵向钢筋在柱内的锚同长度应符合钢筋混凝土框支梁的有关要求。

(2)此处墙体拉结钢筋沿楼梯间砖砌填充墙通长设置，适度减小每层拉结钢的间距。砖砌填充墙与柱连接也可采用柔性连接方式，减小墙柱偶合效应的抗侧刚度以减小层间剪力的分配比，从而达到减轻震害的目的。

(3)柱箍筋按短柱要求沿全长加密设置。

2.4在房屋内部竖向连续的砖砌填充墙，设法将其中关键性墙体设计成永久墙体，按照适度分散，刚度中心与整体结构重心尽量重

合的原则布置。充分利用这部分砖砌填充墙对结构有利作用。支承此类砖砌填充墙的框架梁轴线宜与柱轴线重合，或尽量减小偏心值。同时应有可靠措施加强砖砌填充墙与框架主体的连接，避免在发生震害时，这些墙体有可能脱离主框架而被横向甩出，从而起不到作为结构抗侧力体系组成部分的作用。对于竖向不连续的砖砌填充墙，则需充分考虑此类墙的不利作用。若此类墙占所有填充墙的比例>50％，除了此处框架梁需按托墙梁设计外．还需将其中抗侧刚度较大的部分墙体与框架柱采用柔性连接方式。

2.5在当前城镇建设中底部几层开设商场、上部作住宅或办公用房等建筑较多地采用框架填充墙结构，为满足使用要求，底部几层填充墙数量少、间距大，且层高较高；上部填充墙数量大、分布广。同时，框架柱截面册竖向没有变化或变化很小。计算出底部层间屈服强度系数明显小于上部，成为结构的薄弱层。在中强地震作用下，造成较为突出的底部弹塑性变形集中现象。另外，填充墙提供一定的侧移刚度，使得上部与底部层间刚度比较大，不能满足规范要求。因此，建筑竖向体型布置必须控制楼层竖向承载力和侧向刚度的均匀性，设计这类结构时，需要在底部几层增设钢筋混凝上剪力墙以解决刚度、强度不足的问题，避免底部出现弹塑性变形集中现象。

3.结束语

本文针对现行抗震规范和结构计算分析软件的差异，对在结构设计施工图的过程中增加概念设计内容来保证整个结构在地震作

用下的安全性，同时也使结构施工图设计更加符合工程实际中的具