填充墙对框架结构抗震性能的影响分析

摘要：填充墙砌体工程一般采用空心砖、蒸压加气混凝土砌块、轻骨料混凝土小型空心砌块等材料进行砌筑。框架-填充墙结构是指填充墙砌体在框架结构中起围护、分隔作用，不承担荷载，属于非结构构件。在地震力的作用下，填充墙的材料、种类、位置、数量等的不同布置方法对框架结构的刚度影响很大，因此，地震剪力对填充墙框架结构与纯框架结构所造成的破坏程度是不一样的。所以，在填充墙框架结构的设计规范中都有明确的要求，必须考虑到填充墙的布置对框架结构的刚度影响。所以本文通过分析填充墙对框架结构的抗震影响，得出填充墙的有利和不利影响，并总结规律，提出填充墙合理布置的一些建议。

关键词：填充墙框架结构抗震性能

0引言

1906年4月18日发生在美国旧金山的大地震中，框架结构采用了砖砌体做填充墙，并因此抵御了地震的冲击，发挥了很好的结构性能。然而，在1989年10月17日的奥克兰地震中，这种结构有一些受到了严重的地震破坏影响。直到2008年5月12日发生在汶川的8.0级大地震的考察研究中发现，很多填充墙框架结构由于填充墙的不合理布置造成了结构更严重的破坏；也有填充墙对结构的贡献使得结构避免发生倒塌的情况存在。因此，填充墙框架结构中，填充墙如何布置，布置多少，与主体结构怎么进行很好的连接都成了许多科学技术人员力图解决的一个工程难题。如果能合理考虑填充墙在地震力作用下对框架结构承载能力的影响并合理进行设计，将大大减轻地震

破坏的影响程度，从而更好的保护人们的生命和财产安全。

1 框架结构中填充墙的影响分析

1.1填充墙对框架结构水平承载力的影响分析

在拟动力地震反应试验[1]中，填充墙框架结构所测得的水平承载力是294KN，而纯框架结构所测得的水平承载力为191KN。可见，布置了填充墙的框架结构比纯框架结构的承载力要高出许多。

1.2填充墙对框架结构的变形影响分析

在填充墙框架结构体系中，墙体部分和框架部分材料选用不同，受力性能也不同。因此，在地震剪力作用下，这两部分结构共同作用，相辅相成，共同抵御地震影响，改善了自身结构的变形能力，使整个结构体现出很好的延展性，这与砖墙的脆性破坏是不同的。可见，填充墙的存在对框架结构的变形起到了约束的作用。

1.3填充墙对框架结构刚度的影响分析

在填充墙框架结构体系中，填充墙的存在增加了整体结构自身的重量，同时也影响了整体结构的刚度。在1999年，Amar A.C.和Arslan C.做了一个关于填充墙框架结构和纯框架结构的刚度试验，试验发现，填充墙框架结构的侧移刚度是纯框架结构侧移刚度的7倍[2]。同样，早在1995年，曹万林和王光远也做过类似的试验研究，研究发现，设置了轻质砌块填充墙的框架结构侧移刚度是纯框架结构侧移刚度的10倍左右[3]。可见，填充墙的存在增大了框架结构自身的侧移刚度，这种刚度效应迫使整个结构在地震剪力作用下产生扭转以及加大薄弱层的破坏，使结构遭受更严重的倒塌破坏。

1.4填充墙对框架结构柱、梁的影响。在填充墙框架结构体系中，当相邻柱间开设窗洞时，其填充墙的弹性约束力作用在柱的两端，从而使框架柱的计算高度减小，形成了短柱[4]（图1.4.1），降低了框架柱本身的延展性，从而极易发生脆性破坏。其次，当开设门洞时，填充墙作用于框架梁上如同一个弹性支座，减小了框架梁的计算跨度，从而形成了短梁[5]（图1.4.2）。短柱短梁结构在遭遇地震剪力破坏时，抗剪能力差，裂缝发展迅速，极为危险。

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填充墙对框架结构柱的影响 填充墙对框架结构梁的影响

图1.4.1 图1.4.2

2 填充墙的有利和不利因素

2.1有利因素

①填充墙框架结构比纯框架结构抗震性能好。在地震影响初期，框架结构柱、梁对填充墙具有耦合作用，这种作用力能抵御地震剪力的影响。

②填充墙的存在能消耗大部分的地震能量。在地震剪力进一步加大的时候，填充墙面出现裂缝，并伴随主框架结构开始破裂，填充墙与主框架发生脱离。但是，只要填充墙没有倒塌，其刚度仍然存在，并且和主框架一起共同消耗地震产生的巨大能量。

2.2不利因素

①由于填充墙的布置不恰当，致使吸收地震能量的方式会发生改变。

②在地震作用力下，填充墙框架结构中容易形成短梁短柱结构，抗剪能力差，极易发生破坏。

③填充墙的不合理布置会加大整体结构的侧移刚度，从而使结构发生扭转及剪力破坏。

3 对填充墙框架结构的几点建议

3.1填充墙应优选轻质的、强度高的、耗能性能好的墙板，尽量不采用刚度大、强度低的砌体填充墙。如必须采用时，应在砌体内配置水平钢筋加强填充墙与梁柱界面的拉接。同时沿框架柱全高布设箍筋，并进行抗剪承载力验算，并沿梁全长按梁端剪力配置箍筋，防止框架梁在洞口处发生剪切破坏。

3.2对于高层框架结构，建议在底部增设钢筋混凝土剪力墙，加大结构的整体刚度，避免非结构构件发生弹塑性变形。

3.3填充墙应尽量按照在竖向上整体结构竖向刚度的均匀分布，刚度中心与整体结构重心重合的原则布置，避免形成软弱层；在平面上尽量使质量中心和刚度中心重合，以免结构发生扭转。同时应有可靠的措施加强填充墙与框架主体结构的连接，对于可能出现的短梁短柱，应在设计中予以加强。

4 结语

本文通过分析填充墙对框架结构承载能力、结构变形能力、结构刚度、梁柱的影响，得出填充墙在框架结构体系中所扮演的有利和不利角色，最后针对填充墙的不利影响，提出几点关于改进填充墙框架结构的建议，为填充墙框架结构的抗震性能研究提供理论基础。

参考文献：

[1]朱荣华，沈聚敏.砖填充墙钢筋混凝土框架拟动力地震反应试验及理论分析[J].建筑结构学报，1996，17(4)：27-34.

[2]Chaker Amar A，Cherifati Arslan.Influence of Masonry Infill Panels on the Vibration and Stiffness Characteristics of R/C Frame Buildings[J].Earthquake Engineering and Structural Dynamics，1999，12(3)：1061-1065.

[3]曹万林，王光远，吴建有等.轻质填充墙异形柱框架结构层刚度及其衰减过程的研究[J].建筑结构学报，1995，16(5)：20-31.

[4]黄靓，施楚贤，熊辉.带砌体填充墙结构在地震作用下的安全性质疑[J].建筑结构学报，2005，35(3)：57-65.

[5]朱志达，郑玉伦，涂鸣等.提高约束钢筋混凝土短梁抗震性能的设计方法研究[J].建筑结构学报，1997，15(4)：32-39.