谈填充墙体布置对框架结构整体分析的影响★

陈 小 才

(山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001)



谈填充墙体布置对框架结构整体分析的影响★

陈 小 才

(山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001)

介绍了非承重填充墙体在结构布置中的规范处理方法，对其存在的问题进行了思考，结合实际案例，对填充墙体布置设置不同的工况进行了分析，并提出了相对应的设计对策，为今后同类工程提供参考。

填充墙体，框架结构，抗震性能，薄弱层

0 引言

钢筋混凝土框架结构是我国目前应用较为广泛的一种结构形式，该结构类型框架间通常采用砌体、砌块、砖块或其他材料作为非承重墙体填充材料。国内外对框架结构震害调查研究发现，填充墙体框架结构与纯框架结构力学性能并不完全一致，填充墙体对框架结构抗震性能有较大影响，有时甚至完全改变框架结构的受力模式。

1 规范处理方法

在结构分析中，非承重填充墙体在结构布置中对结构整体计算的影响，由于材质不同及填充墙体失效行为复杂，依现有的简化模型难以实现一体化分析。但只考虑主要结构构件(梁、柱、剪力墙等)的刚度，不考虑非承重墙体的刚度，结构计算自振周期结果会偏大，而按此周期计算地震力，结构计算地震力会比实际结构受的地震力小，对结构偏不安全。为此，为充分考虑非承重墙体对结构刚度的影响，GB 50011—2010建筑抗震设计规范第13.2款给出了计算要求：对柔性连接的建筑构件，可不计入刚度；对嵌入抗侧力构件平面内的刚性建筑非结构构件，应计入其刚度影响，可采用周期调整等简化方法；一般情况下不应计入其抗震承载力。以砌体、砌块、砖块为材料的非承重墙体在结构中布置就属于“嵌入抗侧力构件平面内的刚性建筑非结构构件”情况，需考虑其刚度影响。

在JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程的第4.3.17款中给出了不同结构形式计算自振周期折减系数值，用于考虑结构中非结构构件——非承重墙体刚度影响，其中框架结构折减系数可取0.6～0.7。

2 问题的思考

在实际设计中，由于建筑功能布置要求，可能出现非承重墙体上下不对称，左右不对称及上下左右均不对称的布局。如何在填充墙体布置复杂的情况下解决填充墙体刚度给结构分析带来的困难，值得思考。并根据不同情况采取有效措施，防止结构在地震下失效倒塌。

非承重填充墙在框架、框架—剪力墙、剪力墙结构中均会出现，但由于框架结构跨度空间大，布置灵活，出现非承重墙体上下不对称，左右不对称等情况尤为突出，本文仅就框架结构中此类情况进行进一步探索，以便对此类问题可以做一定有益解析。

3 算例

为进一步说清楚问题，现就同一框架结构设置6种不同的填充墙设置分析工况：第1种工况，纯框架结构，不设任何填充墙体；第2种工况，1层不设填充墙体，2层往上均匀布置；第3种工况，左半边1～顶层均匀设置填充墙体，右半边不设填充墙体；第4种工况，从1层至顶层，纵向第一、二排无填充墙，纵向三、四排设填充墙体，横向均匀设置；第5种工况，1层不设填充墙体，左半边2～顶层均匀设置填充墙体，右半边不设填充墙体；第6种工况，填充墙体设置同工况1，但按JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程要对框架结构自振周期进行折减，系数取0.6。工况1～工况6分析模型如图1～图5所示。

该基本框架结构设置如下：纵向设置6跨，横向设置3跨，每跨跨度均为6.6 m，层高3.6 m，共4层；柱截面为600 mm×600 mm，梁截面为250 mm×500 mm，楼板厚度为180 mm，混凝土强度等级均为C30，弹性模量为3.0×104MPa；填充墙厚度200 mm，折算梁间线荷载为5 kN/m，填充墙弹性模量为2.4×103MPa，密度为8 kN/m3。各工况中凡不设填充墙体作为分析单元时，均按梁间线性荷载考虑其荷载，以便保持各工况结构整体分析一致性，方便各工况结果可对比性。

通过分析可得上述6种工况结构总质量、结构周期、层间位移比及振型，具体详见表1；各工况计算基底剪力详见表2。

本次分析按8度(0.2g)小震计算，场地类别取Ⅲ类，场地特征周期取0.55 s。

表1 6种工况模型框架的总质量、周期与振型

表1小结：填充墙体布置均匀或不布置，结构整体分析振型基本保持一致，结构失效形式以典型的框架剪切破坏形式为特征。局部层刚度太小如工况2，结构薄弱层转移至该层，变形突变。而其他填充墙体布置形式并结合表1分析结果可知：扭转效应:工况3>工况5>工况4；结构整体抗扭性:工况3<工况5<工况4。

不过，情况很快就得到了扭转。“以制度规范，以流程管控，建立全新的绩效评价机制是改变的秘诀。”范玲认为，在遇到阻力之时，医院领导班子的大力支持非常关键。除了进一步调配人力、物力与财力，盛京医院2011年建立的岗位职责与绩效评价指标，以及护理能级激励机制在这一阶段被完善，职称晋升和“评优”也成为做强延伸护理的重要抓手。

表2 6种工况模型框架的基底剪力 kN

表2小结：通过分析可知采用规范折减自振周期的做法(工况6与工况1对比)，能实现地震剪力的放大，与实际设置填充墙体的结构底部剪力较好吻合，但难以解决由于填充墙不合理布置导致结构整体抗扭能力减弱，甚至局部楼层可能转换为薄弱层，使结构破坏效应加剧，与可知框架结构失效形式不同，不利结构抗震安全。

4 实际震害表现及设计对策

北京时间2008年5月12日发生在汶川县里氏8.0级大地震，大量建筑物损坏，给广大人们生产生活造成严重影响。填充墙体不同布置的框架建筑在地震中的破坏形式，也客观上给我们研究框架结构提供了范本，结合文献[1]和文献[2]，对填充墙体不同布置的框架结构地震失效行为进行分析。

4.1 填充墙体竖向布置不均匀导致了薄弱层破坏

一些框架结构，由于建筑功能的需要，将底部设计成空旷层，而上部则作为住宅或办公，有小房间分割，填充墙体上下不均匀，导致结构上刚下柔，此类房屋地震中底层破坏严重，形成薄弱楼层，类似于底框，同分析工况2，底层较上部位移大好几倍，甚至十几倍，形成了薄弱层，如图6所示为汶川地震中都江堰某新建房屋破坏就属此类破坏。

通过分析及实际结构抗震表现，现针对此类框架结构提出设计对策：1)按底层框架—抗震墙砌体房屋的相关要求，验算上下楼层的刚度比值，在底部设置必要的抗震墙(混凝土或砌体)，同时加强构造措施；2)在建筑底部基础部位设置隔震层，通过隔震层提高建筑的阻尼和自振周期，减轻上部结构破坏。

4.2 填充墙体布置复杂，平面不对称，竖向不均匀

通过分析及实际结构抗震表现，针对此类框架结构提出设计对策：

1)在建筑方案阶段对建筑隔墙布置进行考虑，尽量均匀、对称布置，当无法实现时，应将局部刚性材料填充墙体(如砖墙砌体等)改为柔性填充墙体(如轻质隔墙)，以实现结构刚度中心与质量中心不偏离。2)加大结构边榀构件的抗震能力，增强结构的整体抗扭能力。

4.3 填充墙体不合理布置带来的局部构件破坏

通过对汶川地震建筑破坏的总结分析，填充墙体不合理布置不仅对结构整体抗震性能带来影响，局部构件破坏同样值得思考。

情形一，砌筑不到顶，形成短柱剪切破坏，地震中易产生剪切破坏。

设计对策：对局部填充墙砌筑不到顶部位的框架柱，应全高箍筋加密。

情形二，柱单侧布置填充墙，在附加剪力作用下，柱上端易冲剪破坏。

设计对策：考虑附加内力、柱上端加腋、附加斜向配筋等。

5 结语

针对框架结构设计应充分重视填充墙或隔墙的布置，重视填充墙体给结构刚度带来变化造成结构破坏形态的改变，应根据建筑层高及房间分割情况，提前给建筑提供不同的墙体形式的建议，根据建筑墙体布局，在结构设计过程中理清结构抗震性能，加强结构薄弱构件的抗震能力，使结构实现“三个水准”的设防要求。强化结构概念设计理念，对可能形成短柱、柱端可能抗剪破坏的情形做出提前预判，对结构构件(柱、梁)做局部加强。

[1] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S].

[2] JGJ 3—2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] 杨 伟，侯 爽，欧进萍.从汶川地震分析填充墙对结构整体抗震能力影响[J].大连理工大学学报，2009，49(5):770-775.

[4] 潘 毅，杨 琼，林拥军，等.汶川地震中填充墙对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响及分析[J].四川建筑科学研究，2010，36(5):141-144.

Discussion on the impact of filling wall layout upon frame structure integrity analysis★

Chen Xiaocai

(ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001,China)

The paper introduces non-bearing filling wall structure regulating methods, considers its existing problems, analyzes different filling wall setting conditions by combining with examples, and put forwards corresponding design countermeasures, which has provided some guidance for similar engineering in future.

filling wall, frame structure, seismic performance, weak story

1009-6825(2017)18-0015-03

2017-04-20★：山西省建筑科学研究院科研项目(项目编号：1608)资助

陈小才(1980- )，男，硕士，工程师

TU375

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