對框架填充墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的思考

【摘要】本文以框架工程為例，對其填充墻與純框架機構(gòu)進(jìn)行各方面的對比，從而從框架填充墻的短柱效應(yīng)、剛度突變等入手，分析了其可能造成的對結(jié)構(gòu)方面的不利影響，在此基礎(chǔ)上，積極探討了其抗震設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】抗震設(shè)計；框架；填充墻；結(jié)構(gòu)

綜合以往的相關(guān)事件看來，框架結(jié)構(gòu)的大量震害一般發(fā)生于柱端和節(jié)點，如5.12汶川地震，并不是強柱弱梁類型的破壞，而是呈現(xiàn)梁強柱弱形態(tài)，即框架柱的上下端出現(xiàn)塑性鉸，最終導(dǎo)致了機構(gòu)破壞現(xiàn)象的出現(xiàn)。抗震設(shè)計的原則是強柱弱梁，目前，我國普遍用輕質(zhì)混凝土砌塊和空心磚砌體建造填充墻，二者均會改變框架結(jié)構(gòu)的受力性能，從而導(dǎo)致框架房屋的剛度、質(zhì)量等出現(xiàn)較大的不同，這些現(xiàn)象的存在，加之當(dāng)前的抗震設(shè)計人員對此類變化并未靠考慮，所以導(dǎo)致用結(jié)構(gòu)計算軟件求得的力學(xué)模型與實際情況相去甚遠(yuǎn)，使得相應(yīng)的抗震設(shè)計無法滿足防震需要，亟待結(jié)合具體情況進(jìn)行改進(jìn)。

一、框架填充墻結(jié)構(gòu)、純框架結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的對比分析

（—）層間剛度分析

工程框架結(jié)構(gòu)一直處于抗震設(shè)防區(qū)域，借助剛度測試的方法，筆者對一個三層五跨的框架空心磚填充墻結(jié)構(gòu)測試后，同時測試了同純度框架結(jié)構(gòu)，得出在側(cè)移剛度方面，前者是后者的7倍，從此不難看出，在框架填充墻結(jié)構(gòu)中，即使所用的為輕質(zhì)填充墻，也具備了十分明顯的剛度效應(yīng)。

（二）力學(xué)模型分析

綜合以往的相關(guān)試驗來看，在側(cè)向力較小的情況下，會形成框架填充墻會與框架協(xié)同作用，這樣，逐漸增大的內(nèi)填充墻隨著側(cè)向力，促使其于斜向受拉的角點上與框架脫開，而基于斜桿作用的影響，跟純框架相比看來，對應(yīng)的框架填充墻結(jié)構(gòu)剛度明顯增大，這種前提下，其比純框架受到的地震作用也大得多，增加填充墻結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢在于可使得框架柱產(chǎn)生軸力和附加剪力，隨時在其梁端會對應(yīng)產(chǎn)生彎矩和附加剪力[1]。

二、填充墻可能帶來的不利影響及抗震設(shè)計

結(jié)合美國做的相關(guān)框架填充墻的試驗得出，填充墻具備了讓框架結(jié)構(gòu)的抗震能力得到提高的作用，耗能能力較好，但其填充墻一般都滿跨布置在框架結(jié)構(gòu)中，但在現(xiàn)實建造環(huán)節(jié)，基于建筑使用功能的各異，添加填充墻具備了較大的隨意性，設(shè)計方面，先入為主的思想，易產(chǎn)生不利于結(jié)構(gòu)整體抗震性能的設(shè)計，針對此，筆者結(jié)合添加填充墻可導(dǎo)致不利影響的實例，對其針對性解決方法進(jìn)行了探究。

（一）框架柱形成短柱

具體分析看來，由于梁上有填充墻的作用，使得在在框架填充墻結(jié)構(gòu)中，會造成強梁弱柱的情況，這樣，梁的塑性鉸很可能在地震的作用下出現(xiàn)于柱子產(chǎn)生塑性鉸后，基于柱子受到剪力的緣故，促使短柱兩端形成塑性鉸而明顯增大。針對此，筆者認(rèn)為在設(shè)計方面，應(yīng)當(dāng)直接按短柱的處理方法，去進(jìn)行對柱子易形成短柱的部位的設(shè)計，杜絕短柱過早出現(xiàn)塑性鉸情況的出現(xiàn)。

（二）框架填充墻層間剛度的突變

基于造價等方面的考慮，在設(shè)計7層以內(nèi)的臨街商住樓的結(jié)構(gòu)時，一般為底部框架抗震墻結(jié)構(gòu)，這一前提下，將磚砌體或混凝土空心小砌塊作為上部抗震墻墻體材料，當(dāng)對大于等于10層的房屋進(jìn)行建造時，框架填充墻形式的房屋則成為了設(shè)計人員常采用的形式，而在現(xiàn)行抗震規(guī)范中，關(guān)于底部框架抗震墻結(jié)構(gòu)方面，對應(yīng)指出了房屋側(cè)移剛度比的限值，而設(shè)計人員一般并不重視框架填充墻結(jié)構(gòu)中的側(cè)移剛度比，這樣在特定情況下，這兩種房屋結(jié)構(gòu)有著較為接近的層間剛度及總體剛度，即使沒有轉(zhuǎn)換層，框架填充墻房屋在地震作用下，會在底層柱子處出現(xiàn)塑性鉸，可將其稱為帶柔弱底層的框架填充墻結(jié)構(gòu)，相比于上面各層，底層的屈服強度系數(shù)小得多，一旦出現(xiàn)地震，顯然其側(cè)移大部分集中于底層。

針對此現(xiàn)狀，建議在框架中增加鋼支撐，或局部增加抗震墻，通過這一方式，控制框架填充墻結(jié)構(gòu)上一層與薄弱層，對應(yīng)的層間剛度在1～2之間，與此不同的是，中部或上部的，應(yīng)針對性控制在1～1.3之間，繼而借助時程分析的方式進(jìn)行房屋分析。具體實施方面，如按建筑的要求數(shù)量較少時，薄弱層處抗震墻不宜采用無筋砌體墻，柱子會很快產(chǎn)生塑性鉸而失穩(wěn)，所以砌體抗震墻以及鋼支撐時，可借助滿灌芯的配筋砌塊和鋼筋混凝土抗震墻來實現(xiàn)，增加的剪力墻仍按填充墻考慮，采用現(xiàn)澆板完善薄弱層處，厚度應(yīng)>180mm，這種處理的前提下，對地震作用時層剪力的傳遞有利，利于防震設(shè)計的完善性[2]。

（三）整個框架填充墻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)

在具體的設(shè)計環(huán)節(jié)，加入填充墻這一方法使用后，可能導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)，會造成結(jié)構(gòu)的剛度中心偏移，這樣也會在地震作用下影響到結(jié)構(gòu)，促使其發(fā)生偏移，此外，相關(guān)規(guī)范對填充墻的作用未考慮，這點在框架結(jié)構(gòu)整體剛度計算方面體現(xiàn)的最為明顯，促使得出的剛度出現(xiàn)偏差，距離剛度中心甚遠(yuǎn)，從而會忽略地震作用下的扭轉(zhuǎn)，會破壞結(jié)構(gòu)。針對此，筆者認(rèn)為對于填充墻帶來的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，應(yīng)盡量采用鋼筋混凝土抗震墻等，其對填充墻較少的部分進(jìn)行加強，從而有效減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)作用，在此基礎(chǔ)上，盡量在結(jié)構(gòu)平面的周邊布置一些抗震墻，最終增強結(jié)構(gòu)整體的抗扭剛度。

結(jié)束語：

綜上所述，將框架填充墻結(jié)構(gòu)等同于純框架結(jié)構(gòu)，顯然會嚴(yán)重?fù)p害到國家和人民的生命財產(chǎn)，增加填充墻雖可以增加結(jié)構(gòu)的抗震內(nèi)力，同時卻也存在很多不利方面，如產(chǎn)生短柱等等，基于此，作為設(shè)計人員，應(yīng)當(dāng)在抗震設(shè)計方面多下功夫，借助提高框架填充墻的整體抗震能力等方面，完善整個工程設(shè)計，確保其抗震能力等方面的增強，真正解決框架填充墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]張守愷，周巖.對框架填充墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的思考[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2014，（8）：55-56

[2]劉喜平.填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報，2013， 30（3）：19-22