填充墙框架结构国内外试验研究现状

填充墙框架结构国内外试验研究现状

摘要：填充墙作为一种承担围护作用的非结构构件，广泛应用于框架结构体系中。在实际框架结构设计中，通常将填充墙视为非结构构件进行处理，不考虑填充墙对结构抗震性能的影响，仅考虑填充墙的附加刚度效应，对结构周期进行折减。从填充墙结构在国内外的实验方面进行论述，这方面的研究均表明填充墙的存在可很大程度地增加框架结构的承载力和刚度，但对结构抗震性能带来许多不利的影响，对框架柱形成明显约束效应，可能会使框结构发生短柱剪切破坏、形成薄弱层、扭转破坏等。

关键词：填充墙；框架结构；约束效应、附加刚度

引言

填充墙和框架结构是一个共同受力的体系。由于填充墙的存在可较大地增加框架结构的承载力和刚度，因此也有不少学者建议将填充墙的这些有利作用作为结构抗震的安全储备，把填充墙看作抗震的第一道防线。但往往在地震中，填充墙会遭受十分严重的破坏，甚至发生倒塌，严重威胁人们的生命财产安全；不仅如此，填充墙的门窗开洞位置、非连续布置、布置的空间位置等因素对结构抗震性能也带来许多不利的影响，可能会使框结构发生短柱剪切破坏、形成薄弱层、扭转破坏等

国内外试验研究现状

1956年，Polyakov为研究填充墙与框架之间的作用、以及填充墙面内刚度和强度进行了静力试验，并首次提出了等效斜撑的力学模型。

1967年Bryan Stafford Smith通过对不同梁和柱截面的带填充墙多层框架施加侧向荷载，研究了其受力性能。试验中框架采用刚接框架，而填充墙与框架之间无粘结，填充墙材料采用均质各向同性材料。在试验的基础上根据等效撑杆的概念，提出了近似的理论方法来预测结构的侧向刚度及承载力。通过四组试验对这种方法进行验证和修正。结果表明，结构抗侧刚度以及极限承载力主要取决于框架柱和填充墙的相对刚度，而与梁的刚度无关。

1976年，Klingner通过拟静力试验对一个三分之一缩尺的11层框架的下三层和一个三层填充墙框架结构进行抗震性能研究。

1980年吴绮云等对9榀填充墙框架（无孔洞）结构进行拟静力试验，提出了填充墙框架结构的极限强度和从弹性到破坏的三个不同阶段的刚度计算公式，并给出了填充墙框架模型的恢复力模型和弹塑性特征参数。

1982年童岳生等通过对填充墙框架结构进行拟静力试验试验，确定了填充墙框架结构的层间相对位移限值，提出了填充墙钢筋混凝土框架层间剪切模型的恢复力特性曲线, 可供填充墙结构进行弹塑性动力反应分析时采用。

1995曹万林等通过对4个三层轻质填充墙框架结构进行拟静力分析，对轻质填充墙异形柱框架的弹性阶段层刚度、结构的弹塑性形状以及轻质填充墙层刚度衰减过程进行分析。

1996年关国雄对一个1/3比例的四层填充墙框架模型进行地震振动台试验，提出了填充墙框架结构的层间刚度和抗力的简化估计方法和计算公式。

1999年Chaker对空框架和填充墙框架结构进行振动台试验，主要研究了两种模型的动力特性，试验结果表明填充墙框架结构的侧向刚度是空框架的7倍。 2002年PB-shing对于内填砖墙钢筋混凝土框架,等做了详细的分析,认为框架与填充构件的相互作用会导致钢筋混凝土柱的脆性剪切破坏和短柱破坏现象。基

于试验现象,填充框架主要有五种破坏模式模式,框架和填充构件共同作用,成为一

个整体的弯曲构件模式,填充构件在半高处出现贯穿裂缝,可能导致短柱行为模式,

对角裂缝使填充构件逐渐表现为单压杆,最终,填充构件角部压碎,框架出现塑性铰

模式,各层砌块间发生相对滑移模式,两组斜裂缝,明显的单压杆现象。

2009年Kakaletsis 和 Karayannis对八个1/3比例的填充墙框架结构进行试验研究，主要研究填充墙的开洞形状和大小对结构的抗震性能影响，试验结果表明各

种形式的墙体开洞都会对结构的刚度、强度和耗能能力都会产生显著的影响；针

对有开口的砌体填充墙，提出了一种基于等效支撑的连续力变形模型。

2010年Hashemi , Mosalam 对五层的空框架和五层的填充墙框架进行振动台

试验，对比了两种模型的抗震性能，试验结果分析填充墙对结构的强度以及延性

影响很大，填充墙的作用应在分析和设计中均要予以考虑；由于填充墙的存在，

填充墙框架的刚度是空框架的3.8倍；阻尼增加4%-12%，使结构周期降低50%，

同时填充墙会影响结构的传力路径和内力分布。

2011年Tasnimi和Mohebkhah对大比例的单层开洞填充墙框架结构和无开洞

填充墙框架结构进行拟静力试验，以研究墙体开洞对结构抗震性能的影响，是研

究结果表明填充墙有无开洞都能都改善框架结构的抗震性能；与一些文献相悖的

是开洞的填充墙框架结构的延性并不比无开洞填充墙框结构好，这主要取决于填

充墙的失效模式。

2012年侯和涛等人为了研究带节能复合墙板钢框架结构的滞回性能，考虑墙

板厚度、墙板类型、墙板位置、钢框架柱的强弱轴方向、钢框架的节点形式以及

墙板与钢框架的连接方法，设计了8 榀单层单跨试件并进行了低周反复荷载试验。试验中使连接墙板的钢板的孔径大于螺杆直径来实现墙板的柔性连接。试验结果

表明墙板与钢框架之间的连接方式和墙板厚度是影响结构抗震性能的主要因素，

墙板越厚，连接钢板越多，结构的抗侧刚度越大。

2014年陈晓对3榀带柔性连接的叠合填充墙板框架试件和1榀纯框架试件进

行试验，对框架试件的承载能力、滞回性能、延性以及刚度等方面进行研究，试

验结果表明由于合理地使用柔性连接，叠合填充墙板框架试件与纯框架试件的的

滞回曲线发展趋势相似，两者的刚度退化水平相当，叠合填充墙板可有效地减弱

对框架的约束作用。

结论

传统的填充墙对框架结构产生很明显的附加刚度效应和约束效应，这些效应

在某些情况下对框架结构的抗震性能产生严重的不利影响，而在常规的结构设计中，往往把填充墙作为非受力构件去考虑，在填充墙未来发展趋势应该着重于填

充墙的柔性连接，这种墙体，能够较大地减少填充墙对框架的附加刚度和约束效应，以达到保护结构和保护填充墙的目的。

参考文献

[1] Polyakov S V. On the interaction between masonry filler walls and enclosing frame when loaded in the plane of the wall. (English translation by Cairns G L.

1963)Translation in Earthquake Engineering Institute, Moscow, Russia, 1956, 47(5):

223-245

[2] Bryan Stafford Smith. Methods for predicting the lateral stiffness and strength

of multi-storey infilled frames[J]. Building Science. 1967,2(3): 247-257.

[3] Klingner R E, Bertero V V. EARTHQUAKE RESISTANCE OF INFILLED FRAMES[J]. Journal of the Structural Division, 1976, 104(6):973-989.1

[4] 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