填充墻在框架結構中的影響

侯若峰

(山西路晟交通建筑設計有限公司，山西 太原 030001)

框架結構填充墻合理布置可有效提高建筑結構承載力、抗側剛度及抗變形能力，不過填充墻在施工中會因為剛度效應的影響，導致框架結構在地震作用下存在扭轉破壞等問題，進而使關聯結構受到破壞，降低結構支撐和穩定效果，發生坍塌等事故。為此，需要對填充墻展開分析和探討，解決其中存在的問題，以維護結構的安全性。

1 填充墻

填充墻指的是框架結構中具有分隔和圍護功能的結構構件，屬于非承重結構的一種，在較強地震荷載或風荷載作用下，容易出現各種病變，進而破壞框架結構性能，引發一系列連鎖反應，降低建筑質量。

2 填充墻在框架結構中的影響

2.1 積極影響

2.1.1 增大承載能力，維持結構穩定性。填充墻與框架結構屬于一個完整的整體，在水平荷載作用下，填充墻可為框架結構承擔一大部分的側向力，從而提高單體框架結構的承載能力，增強結構穩定性。曾有學者利用體系模型和計算公式，對框架填充墻結構在地震狀態下存在的彈性能力、開裂方式及損壞情況，與配筋率和截面尺寸相等的純框架結構展開對比分析。得出最終結果顯示，前者的承受荷載在294kN左右，后者的承受荷載在191kN。這足以說明，前者承載能力強于后者，填充墻在框架結構中的應用可有效增大結構承載力。

2.1.2 加強剛度，防控位移問題。框架結構中應用填充墻可增強側向剛度能力，尤其是早期側向剛度，這樣在結構形成后，不會因為地震荷載及風荷載的影響，使結構出現側向位移問題。

在90年代初期及末期，均有專家學者對框架填充墻結構的剛度進行試驗檢測，初期對輕質砌塊的填充墻框架結構剛度展開試驗，末期則是對空心磚材質的填充墻剛度展開試驗。通過與純框架結構的對比了解到，框架填充墻結構的剛度要明顯高于純框架結構剛度的7倍左右。這足以說明，填充墻設置可增大框架結構剛度，避免側移情況的發生。

2.1.3 縮短結構自振周期。自振周期是結構動力性能的一種體現，與框架質量和剛度有緊密聯系。自振周期的增加，會降低結構剛度，產生各種病害問題。而剛度又受到填充墻的影響，所以在框架結構設計中，需合理規劃填充墻，縮短自振周期，增大建筑結構的剛度。

2.1.4 加強抗變形能力。框架結構和墻體的連接作用共同組成建筑主要結構，用以抵抗外界不良因素的影響。填充墻作為框架結構中的重要組成部分，科學開展設計工作，可優化框架結構性能，避免變形問題的產生。與填充墻容易發生的脆性破壞有所不同，設置填充墻能顯著強化結構的變形性能。

2.1.5 降低地震能量影響。在建筑結構設計中，抗震設計是非常重要的一個環節，提高抗震等級可延長建筑使用壽命。框架填充墻因其較好的承載能力和剛度，在建筑結構設計中得到廣泛應用，同時填充墻對于消散地震產生的能量，降低地震能量對結構的損壞和不良影響起到顯著效果。增強填充墻設置的合理性，可為框架結構提供天然保障，利用填充墻承擔大部分地震剪力作用，利用變形及與墻體間的摩擦力、框架結構體系與填充墻間的滑移，以及材料自身阻尼等消耗部分地震能量，使結構擁有二道抗震防線，將結構發生損壞的嚴重程度和發生坍塌的可能性降低到最小。

2.2 負面影響

2.2.1 填充墻缺失部分性能過于薄弱。在水平地震荷載作用下，填充墻缺失部位的承載力和剛度比上層框架小得多，底層框架的側移大于上層框架的側移，大量的地震能量集中在底層，當大于極限值時，底層結構就會出現嚴重的損毀現象。另外，某一層墻體很可能會因為設計不合理，導致該層墻體結構受力減弱，變成薄弱層，增加墻體不穩定性。如在觀察建筑某層平面圖時發現，設計中墻體雖然采用的是框架填充墻結構，不過靠近街道的兩側墻體上填充墻數量較少，雖然整體結構以對稱方式加以分布，但在受力劃分上則因為存在不均衡情況，變成薄弱層，框架柱會在荷載加大時發生變形、位移，容易出現坍塌事故。所以在設計中必須對填充墻結構予以科學探究，以免薄弱層的出現。

2.2.2 框架柱長度較短。框架結構設計中，框架柱的長度一般不會太短，以免形成約束效應，削弱框架結構的抗變形能力。但在填充墻加入以后，如果結構上設置門窗，因為填充墻的作用，會在窗裙墻位置上產生對框架柱的約束效應，進而縮短框架柱長度，出現短柱。短柱出現后，柱子上部和下部的側向承載能力存在較大的不均衡性，上部明顯高于下部結構，加劇了約束效應，降低了框架柱的抗變形能力，減弱了框架柱的延性，發生危險事故。

2.2.3 平面布置問題導致的扭轉危害。框架結構在受到地震荷載影響時，結構構件會根據自身剛度特點分配地震荷載，以此削弱地震荷載帶來的破壞，維護結構的安全性。其中結構構件剛度的確定與平面連續對稱布置有直接關系，連續對稱性越強，構件抵抗外界荷載影響的能力越高，結構較不容易發生扭轉問題。但在實際作業中，由于設計、技術人員考慮問題的不全面，填充墻側向抵抗能力得不到發揮，降低了框架結構的剛度參數，使剛度中心偏離原定位置，剛度較小且距離剛度中心相對較遠的構件，其側向位移比剛度較大且距離剛度中心較近的構件大，承擔的地震荷載也相對較大，這樣容易破壞構件，也就是結構的扭轉效應。

2.2.4 強柱弱梁問題。建筑施工中，框架結構一般是砌筑在梁結構上的，以降低發生框架梁彎曲變形的可能，但這會導致梁結構剛度明顯增加，承載結構也逐漸轉移到梁結構上，使梁先一步發生屈服變化。

3 如何減小填充墻對框架結構的不利影響

填充墻在建筑結構施工中起著非常重要的作用，為優化建筑結構性能，解決因填充墻處理不到位產生的各種問題，在設計中，需要對填充墻加以重點考慮和把控，采用有效措施降低填充墻設計中存在的不良影響，縮小外界荷載帶來的損失。為削弱填充墻對框架結構的不利影響，可從兩方面加以考慮：

一是直接將填充墻作為框架一部分開展綜合考量和分析。在該方案設計中，重點考慮地震初期階段內，框架填充墻的性能作用及對框架結構可能產生的不良影響，且由于兩種結構選用材料不同，設計中要做好細節的全面分析和處理，以免破壞最終性能效果。具體來說，需要考慮的重點內容有：

在初期方案敲定中，融入結構設計內容，對填充墻的對稱性、連續性展開分析，確定不會出現薄弱層或扭轉等問題。如果一定要在底層等部位設置開敞大空間，可以考慮在底層加鋼支撐，增加結構抗側剛度，避免結構上下層剛度的突變；對門窗所在位置墻體結構展開分析，降低短柱情況的出現；科學使用連接方式，保證填充墻與框架結構緊密銜接。通常情況下，會采用構造柱、水平系梁、拉結鋼筋等方式，密切兩者連接，增強結構抗變形和抗彎矩能力，使發生地震災害時,填充墻發生的開裂不至于過大并可以及時修復，且確保大震下填充墻不倒塌；材質不同的填充墻，設計中必須考慮剛度和強度等級。

二是實現填充墻與框架結構的隔離區分。這就需要在設計過程中合理規劃填充墻與框架結構間距，設置合理的可供變形的空間，以降低地震能量帶來的影響。不過由于該方法在我國技術上的不成熟性，還未直接應用到實際作業中。

4 結 語

框架填充墻技術對于建筑結構穩定性起到重要作用。不過在該技術使用中，會因為填充墻與框架結構間的相互制約，出現一些問題。為此，就有必要在設計中，深度考慮填充墻對框架結構帶來的積極和消極影響，制定針對性的解決措施，以增大建筑結構的安全系數，強化整體的建筑施工效果。