对框架填充墙结构抗震设计的思考

文/丁邦全 江苏云成建设工程有限公司 江苏如皋 226500

对框架填充墙结构抗震设计的思考

文/丁邦全 江苏云成建设工程有限公司 江苏如皋 226500

本文以框架工程为例，对其填充墙与纯框架机构进行各方面的对比，从而从框架填充墙的短柱效应﹑刚度突变等入手，分析了其可能造成的对结构方面的不利影响，在此基础上，积极探讨了其抗震设计。

抗震设计；框架；填充墙；结构

综合以往的相关事件看来，框架结构的大量震害一般发生于柱端和节点，如5.12汶川地震，并不是强柱弱梁类型的破坏，而是呈现梁强柱弱形态，即框架柱的上下端出现塑性铰，最终导致了机构破坏现象的出现。抗震设计的原则是强柱弱梁，目前，我国普遍用轻质混凝土砌块和空心砖砌体建造填充墙，二者均会改变框架结构的受力性能，从而导致框架房屋的刚度﹑质量等出现较大的不同，这些现象的存在，加之当前的抗震设计人员对此类变化并未靠考虑，所以导致用结构计算软件求得的力学模型与实际情况相去甚远，使得相应的抗震设计无法满足防震需要，亟待结合具体情况进行改进。

一、框架填充墙结构、纯框架结构力学性能的对比分析

（—）层间刚度分析

工程框架结构一直处于抗震设防区域，借助刚度测试的方法，笔者对一个三层五跨的框架空心砖填充墙结构测试后，同时测试了同纯度框架结构，得出在侧移刚度方面，前者是后者的7倍，从此不难看出，在框架填充墙结构中，即使所用的为轻质填充墙,也具备了十分明显的刚度效应。

（二）力学模型分析

综合以往的相关试验来看，在侧向力较小的情况下，会形成框架填充墙会与框架协同作用，这样，逐渐增大的内填充墙随着侧向力，促使其于斜向受拉的角点上与框架脱开，而基于斜杆作用的影响，跟纯框架相比看来，对应的框架填充墙结构刚度明显增大，这种前提下，其比纯框架受到的地震作用也大得多，增加填充墙结构，其优势在于可使得框架柱产生轴力和附加剪力,随时在其梁端会对应产生弯矩和附加剪力[1]。

二、填充墙可能带来的不利影响及抗震设计

结合美国做的相关框架填充墙的试验得出，填充墙具备了让框架结构的抗震能力得到提高的作用，耗能能力较好，但其填充墙一般都满跨布置在框架结构中，但在现实建造环节，基于建筑使用功能的各异，添加填充墙具备了较大的随意性，设计方面，先入为主的思想，易产生不利于结构整体抗震性能的设计，针对此，笔者结合添加填充墙可导致不利影响的实例，对其针对性解决方法进行了探究。

（一）框架柱形成短柱

具体分析看来，由于梁上有填充墙的作用，使得在在框架填充墙结构中，会造成强梁弱柱的情况，这样，梁的塑性铰很可能在地震的作用下出现于柱子产生塑性铰后，基于柱子受到剪力的缘故，促使短柱两端形成塑性铰而明显增大。针对此，笔者认为在设计方面，应当直接按短柱的处理方法，去进行对柱子易形成短柱的部位的设计，杜绝短柱过早出现塑性铰情况的出现。

（二）框架填充墙层间刚度的突变

基于造价等方面的考虑，在设计7层以内的临街商住楼的结构时，一般为底部框架抗震墙结构,这一前提下，将砖砌体或混凝土空心小砌块作为上部抗震墙墙体材料，当对大于等于10层的房屋进行建造时，框架填充墙形式的房屋则成为了设计人员常采用的形式，而在现行抗震规范中，关于底部框架抗震墙结构方面，对应指出了房屋侧移刚度比的限值，而设计人员一般并不重视框架填充墙结构中的侧移刚度比，这样在特定情况下，这两种房屋结构有着较为接近的层间刚度及总体刚度，即使没有转换层，框架填充墙房屋在地震作用下，会在底层柱子处出现塑性铰，可将其称为带柔弱底层的框架填充墙结构，相比于上面各层，底层的屈服强度系数小得多，一旦出现地震，显然其侧移大部分集中于底层。

针对此现状，建议在框架中增加钢支撑，或局部增加抗震墙，通过这一方式，控制框架填充墙结构上一层与薄弱层，对应的层间刚度在1～2之间，与此不同的是，中部或上部的，应针对性控制在1～1.3之间，继而借助时程分析的方式进行房屋分析。具体实施方面，如按建筑的要求数量较少时，薄弱层处抗震墙不宜采用无筋砌体墙，柱子会很快产生塑性铰而失稳，所以砌体抗震墙以及钢支撑时，可借助满灌芯的配筋砌块和钢筋混凝土抗震墙来实现，增加的剪力墙仍按填充墙考虑，采用现浇板完善薄弱层处，厚度应＞180mm,这种处理的前提下，对地震作用时层剪力的传递有利，利于防震设计的完善性[2]。

（三）整个框架填充墙结构产生扭转

在具体的设计环节，加入填充墙这一方法使用后，可能导致框架结构可能产生较大的扭转，会造成结构的刚度中心偏移，这样也会在地震作用下影响到结构，促使其发生偏移，此外，相关规范对填充墙的作用未考虑，这点在框架结构整体刚度计算方面体现的最为明显，促使得出的刚度出现偏差，距离刚度中心甚远，从而会忽略地震作用下的扭转，会破坏结构。针对此，笔者认为对于填充墙带来的扭转效应，应尽量采用钢筋混凝土抗震墙等，其对填充墙较少的部分进行加强，从而有效减小结构的扭转作用，在此基础上，尽量在结构平面的周边布置一些抗震墙，最终增强结构整体的抗扭刚度。

结束语：

综上所述，将框架填充墙结构等同于纯框架结构，显然会严重损害到国家和人民的生命财产，增加填充墙虽可以增加结构的抗震内力，同时却也存在很多不利方面，如产生短柱等等，基于此，作为设计人员，应当在抗震设计方面多下功夫，借助提高框架填充墙的整体抗震能力等方面，完善整个工程设计，确保其抗震能力等方面的增强，真正解决框架填充墙结构设计的问题。

[1]张守恺,周岩.对框架填充墙结构抗震设计的思考[J].城市建设理论研究：电子版,2014，(8):55-56

[2]刘喜平.填充墙对框架结构抗震性能的影响[J].吉林建筑工程学院学报,2013, 30(3):19-22