浅谈框架结构中填充墙的抗震影响

浅谈框架结构中填充墙的抗震影响

发表时间：2020-02-27T13:51:14.320Z 来源：《建筑细部》2019年第17期作者：宣永红[导读] 采取有利的构造措施，尽量避免填充墙对框架主体的不利因素，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。

沈阳铝镁设计研究院有限公司辽宁沈阳 100001 摘要：钢筋混凝土框架填充墙结构由于具有良好的经济性和适用性，在当前建筑行业被广泛采用，但通过历次震害表明框架结构中的填充墙对于框架结构影响不容忽略。本文通过研究带填充墙的框架结构与纯框架结构的区别，分析了框架结构中填充墙对框架结构有利和不利的影响。作为工程设计人员，在结构设计中应全面考虑框架结构中填充墙在结构抗震设计中造成的各种影响，采用有效的设计方法和

构造措施，使得填充墙与主体结构协调工作。关键词：框架填充墙结构；抗震影响；填充墙；构造措施

1.前言钢筋混凝土框架填充墙结构由于具有良好的经济性和适用性，并且建筑平面布局灵活多变，广泛应用于办公楼、医院、学校、商店、住宅等房屋建筑。为了满足框架结构在使用上、功能上、房间布置以及维护要求上的需求，工程中常常采用多孔砖、空心砖、轻集料混凝土小型空心砌块等材质在框架结构内砌筑墙体，在框架结构中砌筑的墙体即为框架填充墙。当前在框架结构的受力分析和设计中，大部分设计人员采用的计算方法是先建立框架结构模型，填充墙一般仅作为荷载考虑。实际上，砌体填充墙的使用，会改变框架结构的某些受力性能，比如说框架结构的质量、重心位置、本身的刚度、自振周期以及整体和局部的变形和位移都会有所变化。作为设计者如果没有考虑这些变化，那么建立的计算模型与实际中工程建设有着较大出入，在地震来临时，部分房屋很有可能满足不了规范规定的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的要求。所以在进行框架填充墙结构和纯框架结构设计中应予以分别考虑。

2.填充墙对框架结构抗震性能有利的影响长期以来，国内外学者对砌体填充墙对框架结构在地震作用下的影响进行了大量的研究，多数研究认为填充墙对框架结构的有利影响主要体现在如下几个方面：增大抗侧移刚度、限制侧向位移、减短自振周期，改变了结构的地震力分布模式，分担了框架部分的层剪力，提高了建筑物吸收和耗散地震能量的能力等，同时以上结论也得到了大量实验研究和实际震害的验证。由文献4可知，通过对纯框架结构、满布填充墙框架结构2个模型进行模态分析，可以得出填充墙的存在增大了结构的刚度，且填充墙越多，刚度增加越多。对各模型进行动力弹塑性分析后得出满布填充墙框架结构的抗震性能最好。沿楼层高度均匀布置填充墙，可有效提高结构的整体刚度，从而限制结构变形。带有填充墙的框架结构比较纯框架结构的抗侧刚度明显增大，抗震性能提高很多。3．填充墙对框架抗震性能不利的影响填充墙的布置在目前规范中没有具体明确的要求，在工程设计中设计人员往往根据建筑、使用、功能等方面的要求进行布置，具有很大的随意性，但实际中如果填充墙布置不当会对框架抗震带来不利影响。

3.1框架柱形成短柱填充墙的约束作用会使框架柱由长柱变为短柱，框架梁变为短梁，并使这些构架的延性降低。历次震害表明，窗台以上填充墙全跨开洞的框架填充墙结构破坏较大。当填充墙在框架结构两柱间开同窗时，如果填充墙是刚性连接，填充墙刚度较大，填充墙会对主体结构的梁柱产生约束效应，对框架柱的约束作用使柱子形成短柱，降低其延性和变形能力。在地震作用下短柱两端很容易形成塑性铰，柱子受到的剪力明显增大，从而发生柱间开同窗短柱破坏。这类结构易出现短柱破坏，改变了结构的实效模式。这种类型的开窗方式对于结构的抗震较不利，所以在实际工程设计中应避免此类结构。

3.2填充墙使得框架结构的层间刚度发生突变为了满足底部大空间，上部小空间多功能建筑的要求，在实际工程中非常广泛的采用底部框架结构，对这种结构，从抗震上说它是一种不合理的结构形式，但限于我国当前的经济发展水平，以及其在使用上的方便性和灵活性，目前还无法完全取消，在我国广大的中西部地区的临街建筑中仍在广泛采用。其具有“头重脚轻”、上刚下柔的特点，在底部形成薄弱层。

3.3框架填充墙整体产生扭转建筑物在使用过程中，由于功能的改变，填充墙的位置、数量会随之改变，改变后会造成与原设计不符。一个本身均匀规则的框架结构由于填充墙的加入，造成结构的刚度中心偏移，从而使结构在地震下产生较大扭转。

3.4填充墙破坏后的修复填充墙作为框架结构唯一的分隔物，破坏后对人们的生活及后期修复带来很大的麻烦，具体表现为：填充墙本身的破坏、外墙装饰的破坏、内部装修得破坏、门窗由于填充墙变形破坏。填充墙及装修震害量大范围广，修复工作量大。

4. 采用的构造措施针对以上填充墙对框架结构的影响，设计人员在工程设计中应采取一定的措施来提高填充墙的整体抗震能力，尽量避免震害的发生。为了减轻填充墙刚度和质量对结构整体计算分析的不利影响，建议在工程设计中尽可能采用轻质填充墙材料，对易形成短柱的部位，直接按短柱的处理方法进行设计，防止形成的短柱过早出现塑性铰；通过局部增加抗震墙或在框架中增加支撑，使得底部为薄弱层的框架填充墙结构的上一层与薄弱层的层间刚度比控制在1~2之间。在结构设计时，尽量使填充墙布置规则。砌体填充墙设置对框架结构的影响，在《建筑抗震设计规范》中了明确规定：框架结构的维护墙和隔墙，应估计其设置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。当有抗震设防要求时宜采用填充墙与框架脱开的方法。脱开或柔性连接是为了保证墙体在地震作用的初始阶段不与主体框架同步变形，即消除了墙体刚度刚度效应和约束效应造成的不利影响，同时避免了墙体充当第一道防线时所遭受的破坏。

5.结论

由本文的分析可知，在地震作用下填充墙与框架结构之间存在复杂的相互作用，对结构的抗震性能有很大的影响。没有考虑填充墙与框架之间相互作用的抗震设计难以保证结构在地震作用下的抗震性能。作为工程设计人员一定充分考虑填充墙在抗震性能作用，充分利用填充墙的有利影响，采取有利的构造措施，尽量避免填充墙对框架主体的不利因素，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。

参考文献：

[1]GB 50011-2010（2016版），建筑抗震设计规范GB 50011-2010（2016），Code for seismic design of buildings

[2]JGJ3-2010（2016版），高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010（2016版），Technical specification for concrete structures of tall building

[3]倪红 . 浅析框架结构中填充墙的应用. 工程抗震与加固改造，2011，33（6）：93-96

Ni Hong. Application Analysis of the Fill Walls in Fram Structure，Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting，2011，33（6）：93-96（in Chinese）

[4]滕军，胡艳容，涂胡兵 .钢筋混凝土框架填充墙结构抗震性能分析及评价方法研究 . 工程抗震与加固改造，2011，33（2）：1-8.

Ten Jun，Hu Yan-rong，Tu Hu-bing . Seismic Performance Analysis and Evaluation Method of RC infilled Frame . Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting，2011，33（2）：1-8（in Chinese）