关于填充墙对钢框架结构体系影响的静力非线性研究

【摘要】地震是自然灾害最为严重的一种灾害。在建筑工程设计的过程中，都需要将建筑的抗震效果考虑在内。在人类历史上，地震给人们带来的人员伤亡是巨大的。随着建筑行业的不断完善，人们在建筑工曾建设的过程中，逐渐开始注重建筑的抗震性能。本文就填充墙框架结构体系进行简单的分析，以期能够对框架的抗震设计提供参考的依据。

【关键词】填充墙；框架结构；静力非线性研究

中图分类号：TU391文献标识码： A

0.引言

在建筑设计的过程中，在不考虑填充墙的受力作用下，通常将填充墙框架侧力作为一种非结构性构件。经过大量的实践表明，空框架的填充墙抗震效果较好，但是与砖填充墙相比较，砖填充墙的抗震效果更加明显[1]。在实际工程建筑的过程中，砖填充普遍适用于建筑工程中。在建筑设计中，通过填充墙抗侧力对整个框架受力的作用，从中分析出结构性框架的破坏机制。通常情况下，抗震性能多从建筑的顶点、层间移位以及构件塑造等方面综合考虑。唯有在建筑设计的过程中，综合考虑建筑各组成部分的抗震效果，才能够更好地将抗震性能考虑到建筑的设计中。

1.静力非线性（Pushover）分析方法的基本原理

静力非线性（Pushover）分析方法是在建筑工程设计的过程中对结构抗震的能力进行分析的一种方法[2]。静力非线性分析方法是在建筑的过程中一种与谱相互结合的静力非线性分析方法。静力非线性分析方法中钢构件塑性铰关系和性能判断指标主要来源于ATC-40。静力非线性分析方法的过程主要体现在以下几点：首先，在建筑工程建设过程中，应当对填充墙的结构进行经历非线性分析，对其进行分后就会得到填充墙结构的基底剪力-顶点的移位(V-Dn)。其次，在对填充墙静力非线性分析中获得的曲线转化为等效的单自由度体系的能力谱曲线，即谱加速度-位移(Sa-Sd)形式[3]。经过经历非线性分析，可以更为直观的将其运用于建筑工程的建设中。同时，经过相对应的静力非线性分析方法，可以将建筑设计中与之相关连的关系等式计算出来，促使其更好的运用于实际中。最后，经过设计谱曲线之后，还应当建立适当的需求谱。需求谱与建筑设计的阻尼比弹性Sa-Sd曲线和不同延性比弹塑性曲线。弹性自由度在地震产生的过程中，其自由度与地震的作用力大小具有重要的联系。对经历非线性分析方法分析之后，还应对其性能进行确定。需求谱与能力谱结合在一起，使之两条谱曲先相互连接，构成若干个交点。这些交点在建筑设计中统称为性能点。性能点在地震中产生的的震动以及位移就是等效自由度体系在震中产生的谱位移。可见，在经过相应的分析可知非线性的性能结构，进而可以判断在建筑设计中，各构件的变形力是否与实际建筑设计的要求相吻合。

2.结构模型的建立

对填充墙框架结构体系模型的建立，为使得模型的建立与实际建筑更相符，笔者认为模型的建立应选择等效斜压杆模型。在模型建立的过程中，当填充墙墙体弹性阶段与弹塑性阶段都处于临界状态时，等效斜压杆的长度取用于主对角线的长度d，在模型设计中，将截面假定设计为矩形面，而斜杆的厚度b则与墙砌体的厚度相等。在模型建立的过程中，斜压杆轴向弹性的模量采用了模型初始状态的模量Eq[4]。通过上述条件的可知，力学在等效斜压杆模型中的运用主要取决于墙砌体对斜压杆的处事状态。根据相关的公式我们可以得知，要想在填充墙设计的过程中，能够很好的运用各项参数，还需要根据设计的实际情况。在模型建立的过程中，为促使填充墙框架相较于空框架具有更好地抗震效果，应当采用两种不同的模型进行对比运用。两种模型的对比通常采用两层两跨框架的填充结构模型，另外一种就是两层两跨空钢框架。只有对该两种结构模型进行对比之后，才能更为明确直观的表现出填充框架结构比空框架结构的抗震效果更好。

3.计算结果和性能分析

对结构夹在进行分析，在实际操作的过程中通常采用两种侧向加载模式分析。均匀的加载模式通常适用于工况一中，倒三角形的加载模式通常适用于工况二中。

3.1对工况进行经历非线性分析的破坏过程

笔者在此仅对填充墙和空框架在工况一的作用下，其各个构件是如何变化的。详细情况见表1。有图表可知，填充墙受到框架作用力的影响，其各自的承受力都在不同程度的提升。承受力的提升有助于建筑工程抗震性能的提高，使得建筑更能够低于地震的抗击。

表1工况一下钢框架进行pushover的破坏过程

3.2地震作用下性能点出层间移位的曲线

通过对工况一和工况二在地震中抗震能力分析可知，工况一和工况二结构位移出于相对应的状态[5]。在不考虑填充墙和考虑填充墙在工作中的性能进行对比的情况下，考虑填充墙唯一呈均匀分布状态，其结构延展性较好。但是，考虑填充墙对墙体的框架承受力更大，底层形变情况更具有优势。因此，填充墙对建筑底层的薄弱性不利，应在设计中多加考虑。根据实际经验可知，填充墙框架结构的破坏性最早出现在等效斜压杆的两端。通过对等效斜压杆的破坏，使得相互之间的作用力互相影响，将建筑的承受力大大降低。以达到破坏的效果。因此，从整个建筑设计来看，应根据设计的需要对填充墙的钢架结构体系之间进行分析，提高建筑的抗震性能。

4.结语

总之，静力非线性分析方法在实际实施过程中具有简单性。同时，静力非线性分析方法概念清晰，在地震产生的过程中可以体现出建筑底层对地震的抗震效果。相关模型的建立是为现实运用而服务。因此，在关于填充墙对钢框架结构体系影响的经历非线性分析中，根据实际情况进行设计，使得建筑更具有实用性。

【参考文献】

[1]贾连光,胡伟政,王宇.弹性楼板开洞的多层钢框架地震反应[J].沈阳建筑大学学报:自然科学版,2010,21(1):8-11.

[2]耿耀明,黄鼎业.预应力混凝土框架结构抗震能力的静力弹塑性分析方法[J].工业建筑,2013,33(9):29-31.

[3]童岳生,钱国芳.填充墙框架的工作性能及设计计算[J].西安冶金建筑学院学报,2011,6(1):13-28.

[4]朱丽佳,张俊发,闻建军.钢筋混凝土框架结构考虑P-$效应的Pushover分析[J].西安理工大学学报,2010,21(2):212-215.

[5]樊江.陶燕.砖填充墙框架结构中填充墙的应力分析.[J]昆明理工大学学报,2012,23(1):34-44.