填充墻對框架結構抗震性能的影響分析

徐寧霞

摘要：填充墻砌體工程一般采用空心磚、蒸壓加氣混凝土砌塊、輕骨料混凝土小型空心砌塊等材料進行砌筑。框架-填充墻結構是指填充墻砌體在框架結構中起圍護、分隔作用，不承擔荷載，屬于非結構構件。在地震力的作用下，填充墻的材料、種類、位置、數量等的不同布置方法對框架結構的剛度影響很大，因此，地震剪力對填充墻框架結構與純框架結構所造成的破壞程度是不一樣的。所以，在填充墻框架結構的設計規范中都有明確的要求，必須考慮到填充墻的布置對框架結構的剛度影響。所以本文通過分析填充墻對框架結構的抗震影響，得出填充墻的有利和不利影響，并總結規律，提出填充墻合理布置的一些建議。

關鍵詞：填充墻框架結構抗震性能

0引言

1906年4月18日發生在美國舊金山的大地震中，框架結構采用了磚砌體做填充墻，并因此抵御了地震的沖擊，發揮了很好的結構性能。然而，在1989年10月17日的奧克蘭地震中，這種結構有一些受到了嚴重的地震破壞影響。直到2008年5月12日發生在汶川的8.0級大地震的考察研究中發現，很多填充墻框架結構由于填充墻的不合理布置造成了結構更嚴重的破壞；也有填充墻對結構的貢獻使得結構避免發生倒塌的情況存在。因此，填充墻框架結構中，填充墻如何布置，布置多少，與主體結構怎么進行很好的連接都成了許多科學技術人員力圖解決的一個工程難題。如果能合理考慮填充墻在地震力作用下對框架結構承載能力的影響并合理進行設計，將大大減輕地震

破壞的影響程度，從而更好的保護人們的生命和財產安全。

1 框架結構中填充墻的影響分析

1.1填充墻對框架結構水平承載力的影響分析

在擬動力地震反應試驗[1]中，填充墻框架結構所測得的水平承載力是294KN，而純框架結構所測得的水平承載力為191KN。可見，布置了填充墻的框架結構比純框架結構的承載力要高出許多。

1.2填充墻對框架結構的變形影響分析

在填充墻框架結構體系中，墻體部分和框架部分材料選用不同，受力性能也不同。因此，在地震剪力作用下，這兩部分結構共同作用，相輔相成，共同抵御地震影響，改善了自身結構的變形能力，使整個結構體現出很好的延展性，這與磚墻的脆性破壞是不同的。可見，填充墻的存在對框架結構的變形起到了約束的作用。

1.3填充墻對框架結構剛度的影響分析

在填充墻框架結構體系中，填充墻的存在增加了整體結構自身的重量，同時也影響了整體結構的剛度。在1999年，Amar A.C.和Arslan C.做了一個關于填充墻框架結構和純框架結構的剛度試驗，試驗發現，填充墻框架結構的側移剛度是純框架結構側移剛度的7倍[2]。同樣，早在1995年，曹萬林和王光遠也做過類似的試驗研究，研究發現，設置了輕質砌塊填充墻的框架結構側移剛度是純框架結構側移剛度的10倍左右[3]。可見，填充墻的存在增大了框架結構自身的側移剛度，這種剛度效應迫使整個結構在地震剪力作用下產生扭轉以及加大薄弱層的破壞，使結構遭受更嚴重的倒塌破壞。

1.4填充墻對框架結構柱、梁的影響。在填充墻框架結構體系中，當相鄰柱間開設窗洞時，其填充墻的彈性約束力作用在柱的兩端，從而使框架柱的計算高度減小，形成了短柱[4]（圖1.4.1），降低了框架柱本身的延展性，從而極易發生脆性破壞。其次，當開設門洞時，填充墻作用于框架梁上如同一個彈性支座，減小了框架梁的計算跨度，從而形成了短梁[5]（圖1.4.2）。短柱短梁結構在遭遇地震剪力破壞時，抗剪能力差，裂縫發展迅速，極為危險。

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填充墻對框架結構柱的影響 填充墻對框架結構梁的影響

圖1.4.1 圖1.4.2

2 填充墻的有利和不利因素

2.1有利因素

①填充墻框架結構比純框架結構抗震性能好。在地震影響初期，框架結構柱、梁對填充墻具有耦合作用，這種作用力能抵御地震剪力的影響。

②填充墻的存在能消耗大部分的地震能量。在地震剪力進一步加大的時候，填充墻面出現裂縫，并伴隨主框架結構開始破裂，填充墻與主框架發生脫離。但是，只要填充墻沒有倒塌，其剛度仍然存在，并且和主框架一起共同消耗地震產生的巨大能量。

2.2不利因素

①由于填充墻的布置不恰當，致使吸收地震能量的方式會發生改變。

②在地震作用力下，填充墻框架結構中容易形成短梁短柱結構，抗剪能力差，極易發生破壞。

③填充墻的不合理布置會加大整體結構的側移剛度，從而使結構發生扭轉及剪力破壞。

3 對填充墻框架結構的幾點建議

3.1填充墻應優選輕質的、強度高的、耗能性能好的墻板，盡量不采用剛度大、強度低的砌體填充墻。如必須采用時，應在砌體內配置水平鋼筋加強填充墻與梁柱界面的拉接。同時沿框架柱全高布設箍筋，并進行抗剪承載力驗算，并沿梁全長按梁端剪力配置箍筋，防止框架梁在洞口處發生剪切破壞。

3.2對于高層框架結構，建議在底部增設鋼筋混凝土剪力墻，加大結構的整體剛度，避免非結構構件發生彈塑性變形。

3.3填充墻應盡量按照在豎向上整體結構豎向剛度的均勻分布，剛度中心與整體結構重心重合的原則布置，避免形成軟弱層；在平面上盡量使質量中心和剛度中心重合，以免結構發生扭轉。同時應有可靠的措施加強填充墻與框架主體結構的連接，對于可能出現的短梁短柱，應在設計中予以加強。

4 結語

本文通過分析填充墻對框架結構承載能力、結構變形能力、結構剛度、梁柱的影響，得出填充墻在框架結構體系中所扮演的有利和不利角色，最后針對填充墻的不利影響，提出幾點關于改進填充墻框架結構的建議，為填充墻框架結構的抗震性能研究提供理論基礎。

參考文獻：

[1]朱榮華，沈聚敏.磚填充墻鋼筋混凝土框架擬動力地震反應試驗及理論分析[J].建筑結構學報，1996，17(4)：27-34.

[2]Chaker Amar A，Cherifati Arslan.Influence of Masonry Infill Panels on the Vibration and Stiffness Characteristics of R/C Frame Buildings[J].Earthquake Engineering and Structural Dynamics，1999，12(3)：1061-1065.

[3]曹萬林，王光遠，吳建有等.輕質填充墻異形柱框架結構層剛度及其衰減過程的研究[J].建筑結構學報，1995，16(5)：20-31.

[4]黃靚，施楚賢，熊輝.帶砌體填充墻結構在地震作用下的安全性質疑[J].建筑結構學報，2005，35(3)：57-65.

[5]朱志達，鄭玉倫，涂鳴等.提高約束鋼筋混凝土短梁抗震性能的設計方法研究[J].建筑結構學報，1997，15(4)：32-39.