輕質填充墻對鋼筋混凝土框架建筑結構抗震能力的影響

陳 燚 中國建筑一局(集團)有限公司，北京 100161

鋼筋混凝土框架建筑結構是時下中國最廣泛運用的建筑結構之一，其結構的特點就是在框架間填充多種材料組成的輕質填充墻。在現(xiàn)實的情況中，輕質填充墻的設計與施工并沒有完全按照國家相關的規(guī)范要求，因此在地震等災害的影響下，這種被視為非結構部件的、比例欠協(xié)調的并且與規(guī)范要求不完全相符的輕質填充墻受損情況十分嚴重。結構的設計只有符合規(guī)范與計算要求，才能夠有效抵御無法預測的地震災害。因此，除了對結構構件的準確計算和設計，設計人員還必須要加強對非結構構件的研究和設計。

1 輕質填充墻對鋼筋混凝土框架建筑結構抗震能力的作用

輕質填充墻對于鋼筋混凝土框架建筑結構的抗震能力存在有利的作用，其作用主要有以下方面:

1.1 提升框架建筑結構承載力

據相輕質填充墻框架建筑結構基于性能的抗震分析表明，輕質填充墻與框架建筑結構密切聯(lián)系，協(xié)同工作的。兩者作為組合的結構，能夠一起承受地震的強烈作用。通過低周往復循環(huán)加載實驗中不難看出，在模擬崩裂、破壞等階段時，純框架與一定比例輕質填充墻框架建筑結構的承載力有較大差距:純框架測得水平承載能力不足200kN，然而1:2.5 比例輕質填充墻在實驗中所測得的水平承載能力接近300kN，輕質填充墻框架建筑結構的水平承載力明顯大于純框架。

1.2 增強框架建筑結構的耗能能力

輕質填充墻相較于純框架在一定程度上更能夠承擔地震前期的沖擊力。因為輕質填充墻的剛度較大，在地震時利用材料本身的變形以及相互之間的作用，能夠有效的吸取地震所釋放的部分能量。從這個角度來說，在地震時輕質填充墻具有一定阻擋作用，使得框架在耗能上的作用退居“二線”。因此，輕質填充墻通過增強框架建筑結構的耗能能力，使得結構的整體穩(wěn)定性得到加強，減輕了地震作用對框架建筑結構的破壞程度。相關實驗進一步指出，實體輕質填充墻的耗能能力最強，是純框架建筑結構兩倍有余。

1.3 強化框架建筑結構的整體變形能力

輕質填充墻與框架協(xié)同工作，兩者的緊密聯(lián)系提高了框架的穩(wěn)定性。框架在輕質填充墻的支撐作用下，自身的剛度得到提升，自身的變形能力與側向位移有所降低。相關的實驗研究顯示，實體材料的輕質填充墻框架建筑結構的剛度至少是純框架建筑結構的五倍，并且其位移角是純框架建筑結構的百分之一。輕質填充墻對框架建筑結構的剛度貢獻，進一步強化框架建筑結構的整體變形能力。

2 輕質填充墻對鋼筋混凝土框架建筑結構抗震能力的不利影響

2.1 導致框架建筑結構出現(xiàn)薄弱層

導致框架建筑結構出現(xiàn)薄弱層的直接原因就是施工方為使得底部的空間再變大，滿足相關功能建筑的需求，因此在施工的過程中對于底部的輕質填充墻的設置缺乏規(guī)范性甚至忽視對于輕質填充墻的設置。相反，上部空間的輕質填充墻大量設置增大了上部結構的豎向剛度，在地震作用下，剛度較小的底部空間易于變形、突變，造成薄弱層破壞。薄弱層的出現(xiàn)使得地層在地震中極易發(fā)生災難性后果。《建筑抗震設計規(guī)范》明確要求應避免上下層剛度差距過大的情況。但是在現(xiàn)階段的結構設計中，僅僅把輕質填充墻作為荷載輸入計算模型，而沒有在計算中引入輕質填充墻的剛度影響，從而造成計算模型不能完全反映實際結構的剛度變化。這就需要設計人員根據實際工程經驗調整計算模型，人為考慮輕質填充墻的設置可能造成的剛度影響。

2.2 增大了結構地震作用

輕質填充墻的存在一定程度上增大了結構地震作用。這是因為輕質填充墻使得整體的剛度加大，減小了結構的自振周期，而結構的自振周期與地震的作用力成反比關系，因此加大了地震的影響力。上文已經辯證闡述，基于研究材料的匱乏，《建筑抗震設計規(guī)范》只是對于實心磚填的輕質填充墻框架的自振周期有明確規(guī)定，但是如今各種輕質的填充材料十分常見，相應的結構設計規(guī)范對此也只能夠籠統(tǒng)的概括，因此盡快的完善國家的相關規(guī)范規(guī)程對于輕質填充墻框架建筑結構的設計具有重要的指導性。

2.3 造成短柱破壞

長柱的破壞狀況在框架柱中最為常見，但是由嵌磚砌墻而成輕質填充墻因為其窗洞較寬等因素致使其頂部沒有砌筑完全，因此在輕質填充墻對框架柱的約束力的作用下，長柱的有效長度大大縮短，成為短柱。短柱自身的側向剛度比長柱要大得多，同時短柱在水平方向承受的地震作用力要比長柱大，并且短柱的變形量較長柱更大，致使其在地震的過程中的剪切破壞程度變大。在經歷了汶川地震、玉樹地震等災害的慘痛教訓后，國家《建筑抗震設計規(guī)范》明確的規(guī)定由砌體輕質填充墻的框架建筑結構要務必要避免其形成短柱，并且其剪跨比要小于等于2，柱高和橫截面的高度之比要小于等于4。

3 輕質填充墻應用的注意事項

本文通過輕質填充墻對鋼筋混凝土框架建筑結構抗震能力的作用以及對其不利影響的分析，總結了輕質填充墻在應用過程中相關的注意事項。

(1)輕質填充墻對于鋼筋混凝土框架建筑結構抗震能力的利弊影響還有待與進一步的研究和完善。我國的相關規(guī)范規(guī)程應該結合國內外的研究資料具體明確的給出設計標準與方法，從本質上解決相關的設計人員的“無章循”“無理依”的難題。

(2)在實際情況中，為減少地震的破壞所帶來的損失，必須重視輕質填充墻的相關結構設計。必須改變在建設的過程中輕質填充墻的設計圖紙容易被忽視的情況。因此，設計人員需要根據相應規(guī)范規(guī)程與施工經驗，在設計時考慮施工及使用因素，避免因輕質填充墻的不當設置而造成結構不協(xié)調等不利情況。

(3)要通過正確的結構設計，使得計算模型與實際情況中的輕質填充墻的問題相一致。

(4)設計思路要切實可行。在輕質填充墻框架的設計過程中要考慮其破壞程度的可控性以及維修的便利性。

(5)設計人員在的結構動力、剛度控制等設計階段要充分考慮到輕質填充墻剛度的影響。而當輕質填充墻通過柔性連接或其他的連接時，則考慮是否可以忽略其剛度的影響。

(6)輕質填充墻要防止被任意拆遷，只有通過相關部門的允許，并制定規(guī)范的拆遷方案，才能夠實施輕質填充墻的拆遷。

(7)施工方面的重要性亦不可忽視。施工方應嚴格按照相關的規(guī)范要求控制材料質量，加強檢測，對輕質填充墻與框架的連接處，保證施工質量，進而有效加強結構整體的穩(wěn)性與抗震能力。

4 結語

輕質填充墻對鋼筋混凝土框架建筑結構抗震能力的影響有利有弊。我們不僅要充分認識到輕質填充墻對于提高鋼筋混凝土框架建筑結構的承載力、穩(wěn)定性及地震耗能作用等方面的有利影響，而且要通過研究盡量減少由輕質填充墻引起的薄弱層破壞、地震作用增大及框架柱的短柱破壞等不利影響。通過理論指導，逐步完善相關的設計規(guī)范，提高施工技術，從而保證框架建筑結構中輕質填充墻充分發(fā)揮其有利作用，減少不利影響。

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