浅议填充墙对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响

【摘要】大连金州热电有限公司供暖扩建改造工程，扩建主厂房为五层建筑，总长度为25m，宽度为36.81m，建筑高度27.5m，占地面积为932.6㎡，建筑面积约2054.6㎡。厂房内设有锅炉间、除氧煤仓...

【摘要】本文从结构承载力、刚度、薄弱层等方面分析了填充墙对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响,提出了在对框架填充墙进行结构设计时的一些建议和加强措施,供设计人员参考。

【关键词】填充墙；框架结构；抗震性能；结构设计

1 概述

填充墙框架结构是目前最常见的一种建筑结构形式，具有结构平面布置灵活等优点，利用框架受力，填充墙来维护和分割建筑空间。填充墙对框架结构的承载力、刚度及其变形性能都有着很大的影响，而忽略填充墙对框架结构的影响是不安全的，历次地震震害也表明，框架结构填充墙对框架结构的抗震性能有着重大影响。因此，我们平时在框架的抗震设计中，考虑填充墙对结构的影响是具有重要意义的。

2 工程实例

大连金州热电有限公司供暖扩建改造工程，扩建主厂房为五层建筑，总长度为25m，宽度为36.81m，建筑高度27.5m，占地面积为932.6㎡，建筑面积约2054.6㎡。厂房内设有锅炉间、除氧煤仓间、泵房、配置装置间、输煤层、运转层、休息室、卫生间等。本工程为混凝土框架结构，填充墙在此工程中的应用非常广泛，并且布置的很合理。

3 填充墙对于钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响

3.1 填充墙对结构承载能力的影响。

填充墙在结构上与整个框架是相互联系，共同发挥作用的，因此对框架整个结构的抗侧能力给予了一定的改变，两者相互作用，一直到整个结构的破坏，填充墙自始至终都可以承担着特定数量的荷载。通过对大量的地震灾害的研究、理论探索、模型试验等，得出填充墙钢筋混凝土框架远比空框架的抗震性能好,它有一定的抗侧力作用。填充墙和框架工作,其抗侧力总承载力大于框架和填充墙单独试验的抗侧力之和。

3.2 填充墙布置对结构刚度的影响。

结构刚度在抗震设计中起着重要的作用，然而在实际工程中，仅充当维护作用的框架填充墙，在布置时仅仅考虑了建筑功能的要求，却忽略了填充墙对结构刚度的影响，使结构刚度在平面内做到均匀、对称、分散，在强震或烈风时,由于结构刚度增加,侧移减小,结构中由P-Δ效应引起的柱子轴力也随之减小。

3.3 填充墙对结构变形能力的影响。

因为填充墙和框架相互之间的作用，使得整个填充墙在实际使用的过程中，具备了良好的形变性能，结构从开始的加载到整个受力过程的被破坏，其变化的过程是比较平缓的，这一特性与填充墙自身的脆性有差异，具备了良好的延性。延性框架在脆性砌体开裂后，其荷载以及相关的位移值，要比纯砌体结构的值大很多。在框架结构里面将填充墙加入以后，因为填充墙里面各个裂缝相互之间的摩擦等，使得框架结构的耗能能力在很大程度上增加；而且填充墙的构建，使得建筑物整体结构倒塌的可能性大大的减小。

3.4 填充墙竖向布置不合理可能会使结构存在薄弱层。

填充墙沿竖向分布不均匀时,由于填充墙的刚度效应往往会在填充墙布置较少的楼层产生沿竖向的软弱层。例如,我们通常所做的工程中，为了满足底层大开间的建筑功能要求,现行的建筑物在底层设置锅炉间,上部作为休息或办公用途,如此使得底层刚度发生突变,造成底层为薄弱层。在地震作用下本来底层的层间剪力最大,而底层由于填充墙数量较少而刚度较小,会产生较大的层间弹性变形,同时结构的倾覆力矩作用几乎全部由底层框架柱承担。因此,底层框架柱的弹塑性变形集中会非常明显,容易在地震作用下产生底层框架柱的错断。

要控制薄弱层的出现,应参照抗震规范中处理框支剪力墙或底部框架抗震砖房的竖向刚度不规则办法,即控制结构在薄弱层附近的侧移刚度比。建议在我们设计带填充墙的结构时,应考虑填充墙的刚度效应并使薄弱层附近上下层侧移刚度比不应大于 1.8(底部为薄弱层)或1.3(其它层为薄弱层)。

3.5 填充墙水平布置不合理可能造成结构扭转破坏。

在结构设计时,填充墙布置要满足均匀对称,尽量布置在结构,使平面内刚度中心与质量中心重合,以避免地震作用产生扭转破坏。若填充墙在结构中布置不当,将会使结构的扭转响应加大。所以建议为避免房屋产生大的扭转,在计算整体结构的扭转效应时应考虑填充墙的刚度效应。已建成的带填充墙结构可以通过合理补充填充墙或混凝土墙的方法进行加固处理。

3.6 填充墙的存在可能使框架柱形成短柱。

填充墙的存在会对框架柱形成约束作用使柱子形成短柱，柱子形成短柱以后，变形能力差，延性也大大降低，地震作用显著增大，柱子本身所受的剪力大大增加,在地震作用下极易发生脆性的剪切破坏。很多大地震均发生过因为短柱形成而使房屋整个楼层倒塌的现象，所以抗震规范已明确表示避免短柱形成。

3.7 填充墙的存在可能使框架梁形成短梁。

填充墙的存在会对建筑结构的受力性能产生另一种干扰就是使框架梁形成短梁，承重墙间的肩墙形成短墙。由于填充墙的存在，原有的框架梁的计算跨度发生了改变,导致梁的跨高比减小,形成短梁。而试验证明，短梁是一极具脆性的梁,延性差,抗剪能力弱,破坏时易成剪切破坏。在地震中极易产生交叉裂缝。短梁的出现还带来了一个问题，就是原期望中的强柱弱梁的抗震体系的梁进一步的减弱,短梁的脆性破坏使得短梁从开裂到破坏只消耗了为数不多的能量,从而导致了原本希望由延性梁消耗的大部分能量不得不由框架柱的破坏来消耗,这无疑增加了结构在地震中的危险性。

4 框架填充墙结构设计时的注意事项

我们在进行框架梁的设计工作中，要通过构造加强的措施，沿梁全跨完成钢筋箍筋的加密。减少框架梁因为地震产生的剪切破坏。在处理因为填充墙造成的短梁效果时候，要将短梁形成延性约束式，在短梁的中间配以X形交叉筋。为了减少因为填充墙的设置而造成的薄弱处，要在局部配以钢筋混凝土抗震墙、钢支撑等，加固墙体的，提高抗震能力。在进行结构的设计工作时，对于容易形成短柱的位置，要直接的将短柱的处理过程进行事前的设计，减少短柱较早的出现塑性铰。在墙体结构的设计过程中，要全力的做好填充墙产生的扭转效应，尽量减少因为施工材料和施工程序带来的影响。

5 结语

通过对以上内容的分析我们得知，填充墙对结构整体抗震能力的影响是有利有弊的。有利的是，填充墙能够增加结构的整体承载能力，增加结构的抗侧刚度，提高结构整体的变形能力；此外，与结构构件具有较好的变形能力不同，填充墙多为脆性材料，一般要先于结构构件发生破坏，从而吸收地震能量，可作为结构破坏的第一道防线。不利的是，填充墙的刚度效应在地震作用下容易造成薄弱层的破坏、扭转破坏，使结构严重受损甚至倒塌，以及填充墙的约束效应导致的短柱、短梁的破坏，对结构产生不利的影响。

综上可知，应当避开不利的一面，充分有效的利用填充墙有利的一面，明确两个主要问题，一是要清楚填充墙的功能，二是要清楚其设计目标。建议以填充墙作为第一道抗震防线的结构整体抗震设计思想。