填充墻RC框架結構地震破壞機理及關鍵抗震措施研究

金 煥

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱 150080）

汶川8.0級特大地震等震害調查結果顯示，通常被認為其抗震設計問題已經解決且具有較強抗震能力的RC框架結構，卻突出地表現出“強梁弱柱”、“薄弱層”、“短柱失效”等一系列超出抗震設計初衷的災難性破壞形式。本文以汶川漩口中學倒塌的RC框架結構教學樓的典型震害為背景，通過典型雙跨填充墻RC框架結構單元偽靜力試驗及框架結構模型地震模擬振動臺對比試驗，結合理論分析和數值模擬，研究了填充墻對RC框架結構破壞機理的作用機制，分析了現澆樓板對實現“強柱弱梁”破壞機制的影響規律，提出了可有效改善RC框架結構抗倒塌機制的技術措施及設計建議。論文主要完成了以下工作：

（1）以汶川漩口中學倒塌的教學樓為原型，設計完成了考慮樓板及填充墻影響的4個1／2縮尺的單層兩不等跨填充墻RC框架結構模型偽靜力試驗，研究了2類填充墻材料、3種布置方式對框架結構整體強度、剛度及延性的影響規律，揭示了填充墻及現澆樓板對框架結構不同地震破壞模式的作用機理。

（2）基于填充墻RC框架結構偽靜力試驗結果，采用DIANA非線性有限元分析程序，實現了填充墻與框架間相互作用模擬；分析了填充墻與RC框架結構的相互作用機理，研究了填充墻對典型雙不等跨RC框架結構破壞及倒塌模式的影響規律。

（3）基于填充墻RC框架結構偽靜力試驗結果，結合理論分析及非線性有限元數值模擬，系統研究了填充墻RC框架結構中的“短柱”破壞機理。選取實際工程中常用的粘土磚、加氣砌塊、蒸壓磚等3種砌體材料，定量研究了不同填充墻砌筑材料、墻－框界面剛度及填充墻布置高度對RC框架結構“短柱”破壞模式的影響規律，提出了可實現避免短柱破壞的理論判別公式及設計措施。

（4）研究提出了可顯著提升框架結構整體抗倒塌能力的現澆樓板四角與梁柱有限斷開的抗震設計措施。按現行規范設計制作了2個2×2跨、15縮尺的4層填充墻RC框架結構模型，通過地震模擬振動臺對比試驗，驗證了橫向兩不等跨RC框架結構中填充墻及現澆樓板對破壞模式的不利影響；通過振動臺試驗與偽靜力試驗及實際震害現象對比分析，揭示了現澆樓板以及填充墻對框架結構破壞模式的作用機理；通過兩RC框架結構模型破壞模式對比試驗及非線性數值模擬分析，進一步證實規范中試圖提高柱端彎矩增大系數的設計方法并不能有效實現預期的“強柱弱梁”破壞機制，而現澆樓板四角與梁柱有限斷開的措施可明顯提高框架結構的整體抗震性能，有效延遲框架柱的破壞。

填充墻RC框架結構；強柱弱梁；短柱；破壞機理；樓板有限斷開；抗震措施