淺談填充墻不均勻布置對框架結構的不利影響

王營濤

【摘要】框架結構中的填充墻對整體結構的不利影響隨著填充墻布置位置的變化而表現出不同的特征，本文結合實例分析了填充墻在豎向和平面內不均勻布置的兩種情況，進一步說明填充墻對框架結構抗震性能的不利影響，提出了填充墻合理布置及框架結構設計計算時的一些建議，希望對讀者有一定參考價值。

【關鍵詞】框架結構；填充墻；地震作用

一.引言

框架結構的設計計算中，通常的做法是不考慮填充墻的抗側力作用，在PKPM建模時只建純框架不建入填充墻，只將墻體重量用線荷載的形式加載到框架梁上，在抗震計算時，根據填充墻的數量，對框架結構的自振周期進行適當折減，以此放大計算得到的地震作用，這是目前普遍采用的計算處理方法。實際上這是純框架的計算方法。但是，這種周期折減系數的做法是對填充墻作用的大致估計，不能真實反映填充墻不均勻布置下結構剛度的變化。有關試驗研究表明，當結構發生較大水平位移時，即使采用輕質砌塊填充墻，帶填充墻的框架結構的剛度也比純框架結構的剛度大數倍。因此在遭遇地震，尤其是強震時，如果不考慮填充墻的剛度影響，會造成結構實際受到的地震作用大于計算值，這對結構來說是不安全的。

二.填充墻在豎向不均勻布置對框架結構的不利影響

（1）上下樓層墻體數量相差過大，導致下柔上剛，相鄰層側向剛度急劇變化，形成薄弱層，在地震作用下，底層的彈性位移遠大于上層，且結構傾覆力矩幾乎全由底層承擔。（附圖1）

（2）填充墻由于門、窗洞口的要求，在柱高范圍內不完全布置，使柱獨立部分長度縮短形成短柱，造成在地震作用下形成脆性彎壓和剪壓破壞。（附圖2）

實例一：新疆沙雅縣某小學食宿樓，抗震設防烈度為7度，建筑場地類別為Ⅲ類，一層層高4.2米，二～三層層高3.6米， X方向9跨共65.8米，Y方向2跨共16.8米，一層為餐廳，二、三層為學生宿舍，首層平面布置如附圖3。現將本工程采用兩種計算模型對比分析。

模型一：所有填充墻均以線荷載的形式加載到框架梁上。

模型二：所有填充墻均以實墻形式加載到框架梁上。墻體材料為混凝土砌塊，砌體容重取12KN/㎡。

部分數據對比如下：

參數名稱 樓層號 模型編號 備注

模型一 模型二

X Y X Y

最大層間位移角 3 1/1780 1/1519 1/9999 1/9999 《抗規》5.5.1

2 1/1021 1/870 1/9999 1/7756

1 1/1194 1/966 1/8665 1/4327

最大層間位移與平均層間位移比 3 1.02 1.22 1.03 1.20 《高規》3.4.5

2 1.03 1.19 1.02 1.20

1 1.03 1.19 1.02 1.20

本層與上一層側移剛度70%或上三層平均側移剛度80%的比 3 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 （根據《高規》3.5.2）規定，此值不應小于1，若小于1則為薄弱層

2 1.5745 1.5109 1.4504 1.6895

1 1.4158 1.4357 0.7247 0.7248

地震作用下樓層剪力 3 1236.17 1258.59 1504.99 1519.79

2 2320.77 2370.22 2650.44 2646.15

1 3515.55 3076.11 3515.45 3492.11

周期比 （Tt/T1） 0.87 0.78 《高規》3.4.5

通過以上數據對比可知：1.模型二的周期比及最大層間位移角減小，說明填充墻的存在使整個結構的抗側移剛度增大；2.由第二層由于填充墻布置較多，其剛度比首層明顯增大很多，這使得結構豎向剛度出現突變，填充墻較少的首層成為了薄弱層。

附圖3：

三. 填充墻在平面內不均勻布置對框架結構的不利影響

建筑結構的概念設計告訴我們，結構的平面布置宜盡量均勻對稱。實際的設計過程中，我們往往可以做到主體結構的梁柱布置對稱，卻忽視了填充墻平面布置的對稱性，有時又因為甲方在后期使用過程中的盲目改造導致填充墻的嚴重不均勻布置。這就造成了結構平面剛度不均勻，平面剛心和質心不重合，引起在地震作用下結構的扭轉破壞。

實例二：新疆巴里坤縣某賓館，抗震設防烈度為8度，建筑場地類別為Ⅱ類，地上四層，層高均為3.6米，計算嵌固端為基礎頂， X方向5跨共39米，Y方向2跨共14米。應甲方要求，前后做了兩種方案。方案一：一～三層均為客房，四層右側兩跨為大會議室。方案二：將一～二層左半側改為餐廳。現將兩種方案的計算模型對比分析。所有填充墻均以線荷載的形式加載到框架梁上；方案二所有填充墻均以實墻形式加載到框架梁上。墻體材料為混凝土砌塊，砌體容重取12KN/㎡。

部分數據對比如下：

參數名稱 樓層號 方案編號 備注

方案一 方案二

X Y X Y

最大層間位移角 4 1/1118 1/1114 1/8987 1/5111 《抗規》5.5.1

3 1/779 1/726 1/5976 1/3488

2 1/661 1/629 1/3890 1/1820

1 1/856 1/863 1/3687 1/1901

最大層間位移與平均層間位移比 4 1.06 1.13 1.05 1.06 《高規》3.4.5

3 1.07 1.21 1.12 1.17

2 1.07 1.19 1.03 1.35