多遇地震下框架結(jié)構(gòu)填充墻的作用：汶川地震的啟示

摘要：以某3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為分析對(duì)象，考慮不同的填充墻布置，進(jìn)行多遇地震作用下的計(jì)算分析。結(jié)果表明分析模型中考慮填充墻及其不同布置時(shí)，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性、規(guī)則性特征、以及內(nèi)力分布等結(jié)構(gòu)的抗震性能均受到明顯影響。需要指出的是在多遇水平地震作用下，由于填充墻的約束作用，框架柱端節(jié)點(diǎn)彎矩遠(yuǎn)大于梁端彎矩。建議結(jié)構(gòu)抗震分析時(shí)，力學(xué)模型中應(yīng)增加考慮填充墻參與受力計(jì)算。

關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu)；填充墻；規(guī)則性；框架節(jié)點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TU375.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674-4764（2012）06-0025-07

2008年5月12日，四川省汶川縣發(fā)生中國(guó)建國(guó)以來破壞最嚴(yán)重，波及范圍最廣的一次地震，強(qiáng)度達(dá)里氏8.0級(jí)。大量建筑受到不同程度的損壞甚至倒塌，造成了嚴(yán)重的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。根據(jù)震后建筑結(jié)構(gòu)的震害報(bào)告［1-5］統(tǒng)計(jì)，此次地震中砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)破壞程度最為嚴(yán)重，在倒塌的各類結(jié)構(gòu)中所占比例也最大，其中包括不少學(xué)校教學(xué)樓和醫(yī)院等公共建筑。值得注意的是，由于墻板的約束作用，地震中很多框架結(jié)構(gòu)發(fā)生“強(qiáng)梁弱柱”的破壞模式，與抗震設(shè)計(jì)預(yù)期不符；另外大量填充墻出現(xiàn)不同程度和形式的破壞甚至倒塌，嚴(yán)重影響人員的生存空間和災(zāi)后救援工作。慘痛的教訓(xùn)提醒我們必須加強(qiáng)對(duì)框架中填充墻的影響作用的認(rèn)識(shí)，制定相應(yīng)的措施指導(dǎo)工程實(shí)踐。

長(zhǎng)期以來工程界和學(xué)術(shù)界對(duì)填充墻在結(jié)構(gòu)抗震中的影響一直很重視，開展了很多關(guān)于填充墻框架的研究工作［6-13］。然而大量的研究成果是基于對(duì)簡(jiǎn)單填充墻平面框架的定性考察，認(rèn)為填充墻可明顯提高框架的剛度、承載能力及耗能能力，造成目前填充墻框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法過于簡(jiǎn)化和對(duì)填充墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能過于樂觀的估計(jì)［14］。另外對(duì)于含填充墻的框架結(jié)構(gòu)，各國(guó)的抗震規(guī)范也幾乎未涉及對(duì)其進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)地震效應(yīng)計(jì)算的要求，中國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010，以下簡(jiǎn)稱“抗震規(guī)范”）是采取周期調(diào)整的方法計(jì)入填充墻剛度的影響，這僅是設(shè)計(jì)時(shí)考慮填充墻的作用的一種簡(jiǎn)化處理。為考察地震中結(jié)構(gòu)真實(shí)的受力行為，需要進(jìn)行包含填充墻在內(nèi)的三維力學(xué)模型分析。考慮到當(dāng)前結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)是按照現(xiàn)行抗震規(guī)范，以多遇地震作用的計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行構(gòu)件配筋，因此以一個(gè)有典型意義的實(shí)際工程為分析對(duì)象，按相關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)并建立相應(yīng)的力學(xué)模型，考慮填充墻的不同布置方式，進(jìn)行多遇水平地震作用下的系統(tǒng)的計(jì)算分析，考察填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，以期為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供參考。結(jié)果表明，分析模型中考慮填充墻及其不同布置時(shí)，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性、規(guī)則性特征、以及內(nèi)力分布等結(jié)構(gòu)的抗震性能均有明顯變化。需要指出的是，在多遇水平地震作用下，由于填充墻的約束作用，框架柱端節(jié)點(diǎn)彎矩遠(yuǎn)大于梁端彎矩。建議結(jié)構(gòu)抗震分析時(shí)，力學(xué)模型中應(yīng)增加考慮填充墻參與受力計(jì)算。1工程概況

分析對(duì)象為一棟3層的教學(xué)樓，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，底層層高4.2 m，其它層層高3.6 m。抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)防類別為丙類，抗震等級(jí)為3級(jí)。梁、柱和樓板為鋼筋混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C30；填充墻為普通燒結(jié)磚砌體，磚強(qiáng)度等級(jí)為MU10，砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M5。原工程平面布置及各構(gòu)件幾何信息詳見附錄A。張佳超，等：多遇地震下框架結(jié)構(gòu)填充墻的作用：汶川地震的啟示2力學(xué)模型