淺析框架結構填充墻對抗震性能的影響

董梅

摘 要：通過分析震害報告中提供的框架結構中填充墻的破壞形式，總結了填充墻對框架結構抗震性能的影響。填充墻與框架結構之間的連接方式決定了所要采用的結構設計方法。

關鍵詞：框架結構；填充墻；抗震性能；連接方式

中圖分類號：TU352.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.06.084

框架結構的平面布置靈活，是一種常見的結構形式。建筑的外墻和內部分隔墻是用與混凝土不同的磚石或砌體等材料填充的。為了保證填充墻的穩定性，使施工更加便利，一般采用填充墻與框架梁柱周邊嵌實的做法，從而形成剛性連接。這樣做，有利于隔音、防水、保溫和隔熱。但是，相關人員應高度重視填充墻對框架結構的影響及其具體的破壞形式。

1 填充墻對框架結構抗震性能的影響

1.1 有利影響

填充墻的加入對框架結構的抗震性能有很大的影響。如果填充墻布置得當，有利于提高結構的整體性能。

填充墻對框架結構抗震性能的有利影響主要有以下幾點：①增加了框架結構的抗推剛度，縮短了自震周期，增加了作用于整個建筑上的水平地震力，其增加幅度為30%～50%. ②改變了框架結構的地震剪力分布狀況。由于砌體填充墻參與抗震，分擔了一大部分水平地震力，所以，減小了框架所承擔的樓層地震剪力。③由于砌體填充墻具有較大的抗推剛度，限制了框架變形，所以，減小了整個框架結構的地震側移幅值。④提高了建筑物的吸收和耗散地震能量的能力，進而提高了整個建筑的抗震能力。

1.2 不利影響

如果填充墻在框架結構中布置不當，就會使原本均勻規整的框架結構的剛度中心偏移，從而進一步加大框架結構在地震作用下的扭轉反應。

填充墻對框架結構抗震性能產生的不利影響有以下幾點：①在平面內，填充墻應均勻、對稱地分布。如果填充墻偏置于框架結構的某一側，就會使樓層質心和剛心發生較大的偏移。在地震的作用下，將會使框架結構發生嚴重的平面扭轉，進而破壞框架結構。②填充墻沿房屋的豎向分布應上下連續、貫通。框架結構沿豎向的剛度分布也要求要均勻，并逐步變化，不應出現突變。但是，通常情況下，由于建筑或使用的需要，與框架結構相鄰層的填充墻不能保證豎向連續，比如底層大空間需要或結構中存在不能避免的錯層等。這些因為使用用途改變或受地勢條件限制等而布置不規則的填充墻，都會使框架結構豎向剛度分布不均勻、甚至突變，所以，框架結構容易在填充墻少的樓層形成薄弱層。在地震作用下，薄弱層柱端將會產生很大的塑性集中變形，使樓層同時發生很大的側移，進而導致建筑坍塌。③因為框架結構受出入和采光等條件的制約，所以，要在墻上設置門窗洞口，這樣就很容易形成短柱現象。在地震的作用下，框架柱在形成短柱后，極易在彎曲強度發揮之前發生脆性的剪切破壞。④填充墻的數量分布直接影響了框架結構的整體剛度。因此，為了使各層的剛度盡量接近，各層的填充墻數量要基本保持一致，相差不能太多。這樣，其質量和剛度都會比較均勻，分布也會比較均勻。但是，有時的功能要求會使填充墻的布置數量相差較多，這樣會使結構剛度變化不均勻，從而削弱框架結構的抗震能力。

2 填充墻的材料和強度對抗震性能的影響

砌體強度高的填充墻嵌砌在框架和梁中間，形成了一道強度和剛度都較大的填充墻。當發生地震時，會產生水平地震作用力。由于墻體強度、剛度較大，便會頂推框架梁柱，進而使得節點處被破壞。所以，填充墻的強度越大，剛度越大，對框架梁柱的破壞也就越嚴重。由此可知，強度較大的填充墻并不會增強框架結構的抗震性能。

如果填充墻的強度過低，便會導致填充墻被破壞，引發倒塌，同樣會造成一定的人員傷亡和財產損失。試驗研究結果表明，目前，將一般鋼筋混凝土框架結構填充墻用砌體的強度暫定為：內墻2.5～3.5 MPa，外墻3.5～5.0 MPa。強度過高或過低的填充墻砌塊都會對抗震產生不利的影響。

3 填充墻與框架的連接方式

從填充墻抗震作用的角度來講，填充墻與框架的連接方式是最關鍵的技術措施。通常情況下，可將其分為剛性連接和柔性連接2種。但是，多年來，國內都采用從柱內伸出拉結鋼筋再砌入填充墻中的做法，它已經成為了剛性連接的做法之一。所謂“剛性連接”，就是使框架梁柱中的填充墻與框架形成一體。在結構設計時，必須考慮到填充墻的剛度和強度對整個框架結構的變形影響。所謂“柔性連接”，就是在結構設計時，忽略填充墻的剛度或忽略一部分其對框架結構造成的影響，采取脫開砌筑或某種柔性連接件的方式消除填充墻對建筑主體結構造成的不利影響。

4 填充墻框架結構的工作階段分析

在彈性工作階段，填充墻和框架均為彈性工作階段框架。根據其連接情況，填充墻與框架很快在接觸面間形成了周邊初裂縫，如圖1所示。

隨著側力的增大，周邊裂縫也在不斷增大。由于填充墻與框架對角接觸部分發生了擠壓，出現了碎裂現象，所以，墻面也逐漸出現了未貫通的斜裂縫，如圖2所示。此時，框架仍然處于彈性工作狀態，填充墻則成為了抗側力構件。

當側力繼續加大時，墻面出現了微裂縫，并發展成了貫通的斜裂縫，而框架柱也已經開裂并逐步發展。此時，框架進入了塑性發展狀態。當其達到了填充墻框架最大的承載側力階段時，填充墻會受擠壓作用而產生抗側力。框架是主要的承載側力構件，整個結構呈彈塑性工作階段。隨著側力的增大，填充墻的框架結構總承載能力達到了極限，框架梁柱形成了明顯的塑性鉸。由于墻體與框架結構之間有拉結鋼筋，所以，一般情況下，墻體是不會倒塌的，如圖3所示。

由填充墻和框架共同作用的機理可知，在地震的過程中，填充墻主要在前兩個階段發生抗側力作用。在多數地震（小強度地震）中，填充墻的抗側力方面發揮了不小的作用；在高強度地震中，填充墻也可以起到吸收地震能量的作用。總之，填充墻在抗側力和抗地震力上都有突出的貢獻。

圖1 彈性工作階段 圖2 彈塑性工作階段 圖3 塑性工作階段

5 結束語

對于框架結構的填充墻設計，過去它并沒有設計規范可循。因為它只是一種非結構構件，既不受建筑師的重視，也不被結構工程師關注。歷次地震災害警告人們，在框架結構中，填充墻開裂、破壞和倒塌的情況時有發生，而它們會造成巨大的財產損失，特別是填充墻倒塌后，會造成嚴重的人員傷亡。因此，設計人員和施工人員應高度重視填充墻及其砌體的主要材料（與混凝土砌塊生產企業有密切的關系）。希望相關人員能夠繼續努力，總結經驗，進一步完善填充墻與主體結構的連接構筑方式，使填充墻在地震時不再成為倒塌傷人的元兇。作為非結構構件存在的填充墻，由于其自身的性質而參與了框架建筑的整體受力，在豎向承重和抗側力方面都起到了一定的作用。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕