胡嫻敏，肖常安

（貴州大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

填充墻框架結(jié)構(gòu)由于其空間布置靈活，在民用建筑中應(yīng)用廣泛，尤其是商住樓，因?yàn)樵谑褂蒙纤饶軡M足底層營(yíng)業(yè)的需要，也能滿足上部住宅的使用要求。同時(shí)從受力的角度來說框架結(jié)構(gòu)能承擔(dān)荷載和地震作用，而填充墻分隔房間，布置靈活，房間使用功能能夠得到滿足，造價(jià)也較為經(jīng)濟(jì)，地震作用下變形能力強(qiáng)，能較好的抵抗地震作用。

目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師們?cè)诓捎肞KPM軟件對(duì)于填充墻框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算時(shí)往往僅考慮了框架的受力，只計(jì)入了框架部分的剛度，而填充墻只作為外荷載加在計(jì)算模型上。在地震等荷載作用下，考慮填充墻對(duì)框架結(jié)構(gòu)體系的剛度系數(shù)自震周期的影響，根據(jù)填充墻的數(shù)量，對(duì)框架結(jié)構(gòu)的自震周期進(jìn)行折減，使框架獲得較大的力，但未考慮填充墻與框架的協(xié)調(diào)作用。

然而事實(shí)上，無論填充墻是磚墻還是輕質(zhì)隔墻，它對(duì)框架結(jié)構(gòu)的剛度影響都是存在的，且不容忽視。填充墻的存在及布置不合理使得建筑物在遇到地震時(shí)震害嚴(yán)重，而填充墻及內(nèi)部預(yù)埋管道的損壞使得震后修復(fù)工作量很大，維修費(fèi)用高，因此對(duì)于填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度影響應(yīng)該予以重視。本文針對(duì)常見的框架填充墻結(jié)構(gòu)的破壞情況，總結(jié)了以下幾點(diǎn)影響框架填充墻整體剛度的因素。

1 不同材料的填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響

在填充墻框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，只考慮了填充墻的質(zhì)量，對(duì)結(jié)構(gòu)整體近似的采取一定的折減系數(shù)，而沒有考慮不同材料的填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的影響，在建筑隔墻中通常采用普通燒結(jié)磚、空心磚、加氣混凝土砌塊等材料，由于材料的選擇不同，隔墻自身的剛度不同，對(duì)框架結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)也會(huì)不同，一般情況下普通燒結(jié)磚的自身剛度較其它材料大，空心磚及加氣混凝土砌塊等由于空心部分的存在則自身剛度減弱，那么對(duì)整體剛度的貢獻(xiàn)也減弱。

2 不同形式布置的填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響

2.1 填充墻豎向布置不均勻引起薄弱層對(duì)框架剛度的影響

填充墻豎向布置不均勻會(huì)造成結(jié)構(gòu)豎向剛度不均勻從而形成薄弱層，隨薄弱層位置的不同分為以下幾種：底部薄弱層、頂部薄弱層、中部薄弱層、多個(gè)薄弱層見圖 1。由于建筑或使用功能不同，底層作為營(yíng)業(yè)用房或活動(dòng)用房不設(shè)置填充墻，而二樓及其以上作為住宅根據(jù)用戶的使用要求設(shè)置了隔墻，那么就會(huì)形成底部薄弱層，這種結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生頭重腳輕的結(jié)果，在水平地震作用下基底剪力完全由框架柱承擔(dān)，同時(shí)結(jié)構(gòu)底層承受的地震剪力又是最大的，底層會(huì)產(chǎn)生較大的層間位移，使得底部薄弱層結(jié)構(gòu)的底層柱很容易在地震作用下發(fā)生嚴(yán)重破壞。有些結(jié)構(gòu)的建筑填充墻從基層延續(xù)到上部，但是在建筑的頂層由于使用功能為會(huì)議室、練功房等寬敞的大房間而沒有設(shè)置填充墻，則往往形成頂部薄弱層。

圖1 填充墻沿建筑高度布置不均勻形成的薄弱層

薄弱層的存在使得結(jié)構(gòu)的變形在薄弱層部位突變，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震非常不利，當(dāng)結(jié)構(gòu)的變形超過結(jié)構(gòu)的變形能力時(shí)就會(huì)在薄弱部位發(fā)生破壞。我國(guó)大多數(shù)臨街建筑都為商住樓，這種結(jié)構(gòu)往往形成底部薄弱層，地震發(fā)生時(shí)房屋結(jié)構(gòu)很容易破壞甚至倒塌。上部結(jié)構(gòu)由于填充墻的存在，使得結(jié)構(gòu)底部剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于上部結(jié)構(gòu)，在底部形成薄弱層，底部框架承受了較大的基底剪力的較大的集中層間位移，底層框架柱整體傾斜，柱頂、柱腳出現(xiàn)塑性鉸。

2.2 填充墻水平布置不當(dāng)引起扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)框架剛度的影響

在框架結(jié)構(gòu)的一般計(jì)算時(shí)，往往假定水平荷載合力的作用線通過結(jié)構(gòu)的剛度中心，因此結(jié)構(gòu)沒有繞豎軸的扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生。然而當(dāng)結(jié)構(gòu)的平面布置或剪力墻的設(shè)置較復(fù)雜且不對(duì)稱時(shí)上述假定就不成立。當(dāng)填充墻在結(jié)構(gòu)平面的布置不均勻使結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心不一致時(shí)，在水平地震作用下結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)或者使結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)一步增大。如圖2所示結(jié)構(gòu)平面布置，建筑物本身對(duì)稱，質(zhì)量均勻分布，在計(jì)算時(shí)如果不考慮填充墻，那么在水平荷載如風(fēng)荷載或地震荷載的合力作用下通過結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心O1，然而若考慮填充墻的作用，因填充墻對(duì)x軸，墻A不對(duì)稱布置，墻B對(duì)稱布置；對(duì)y軸，墻A不對(duì)稱布置，墻B對(duì)稱布置，結(jié)構(gòu)的剛度中心O2較質(zhì)量中心O1偏右，以ex表示；偏上，以ey表示。此時(shí)在水平力作用下，結(jié)構(gòu)不僅會(huì)發(fā)生橫向平移，同時(shí)還會(huì)繞剛度中心扭轉(zhuǎn)，從而造成框架結(jié)構(gòu)的破壞。

圖2 平面布置圖

3 開洞填充墻對(duì)框架剛度的影響

3.1 開洞填充墻造成短柱破壞對(duì)框架剛度的影響

框架結(jié)構(gòu)的建筑，就框架柱的受力狀態(tài)和破壞形態(tài)而言，一般情況下屬于中長(zhǎng)柱，當(dāng)框架填充墻在相鄰柱間 樓梯間、通窗等時(shí)，由于窗下墻對(duì)框架柱的約束作用，縮短了框架柱的計(jì)算高度，使其變?yōu)榱硕讨６讨约羟衅茐臑橹?，屬于脆性破壞，在?gòu)件破壞之前無明顯征兆，無法在事前采取有效措施，往往會(huì)造成很大的危害，嚴(yán)重危及人身和財(cái)產(chǎn)安全。從受力方面，短柱其線剛度（EI/l）相對(duì)較大，承擔(dān)更多荷載，會(huì)最先破壞。在規(guī)范中已有明確規(guī)定，要求加強(qiáng)框架柱的抗震構(gòu)造措施，通過設(shè)置復(fù)合箍或螺旋箍且全高加密來增加框架柱的延性。但是，大多數(shù)設(shè)計(jì)人員并未注意填充墻也會(huì)對(duì)框架梁形成影響。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一直遵循的原則之一就是“強(qiáng)柱弱梁”。可是，當(dāng)框架梁與其上部的填充墻共同作用時(shí)，近似于形成了墻梁的構(gòu)件，大大加大了梁的剛度，形成“強(qiáng)梁弱柱”的結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)易在下層的柱頂部位發(fā)生破壞。

3.2 開洞填充墻造成短梁破壞對(duì)框架剛度的影響

在框架填充墻結(jié)構(gòu)中，由于建筑功能的要求需要在填充墻上開設(shè)門窗洞口，使原有框架梁的計(jì)算跨度發(fā)生了改變，梁的跨高比大大減小，形成短梁，在地震中產(chǎn)生交叉裂縫。這些裂縫發(fā)生的部位常常是門洞和窗洞處。通過試驗(yàn)證明，短梁延性差，抗剪能力弱，容易形成剪切破壞。這樣，由于在實(shí)際的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型中沒有考慮填充墻的作用，使得預(yù)期出現(xiàn)塑性鉸的位置并沒有出現(xiàn)塑性鉸。因此，計(jì)算模型中如果只把填充墻作為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，將使原設(shè)計(jì)意圖發(fā)生嚴(yán)重的偏離。而短梁的脆性破壞使得短梁從開裂到破壞只消耗了為數(shù)不多的能量，意味著本應(yīng)該由延性梁消耗的大部分能量將不得不由，框架柱的破壞來消耗，這將增加結(jié)構(gòu)在地震中的危險(xiǎn)性。

4 結(jié)束語

框架填充墻結(jié)構(gòu)既經(jīng)濟(jì)又使用，今后仍將是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中廣泛采用的結(jié)構(gòu)形式之一。填充墻作為一種重要的構(gòu)件，對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗震性能的影響不容忽視，因此不容忽視填充墻影響框架結(jié)構(gòu)剛度的因素。本文根據(jù)針對(duì)常見的框架填充墻結(jié)構(gòu)的破壞情況，總結(jié)出以下幾點(diǎn)常見的影響因素，希望能給以后的框架填充墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供一個(gè)參考的意見?？偨Y(jié)如下：①填充墻材料性質(zhì)會(huì)造成自身剛度的不同，隨填充墻自身剛度減小，對(duì)框架抗側(cè)剛度的貢獻(xiàn)減小，但即使采用低強(qiáng)度砌塊，填充墻剛度對(duì)框架結(jié)構(gòu)的影響也不可忽略；②填充墻沿平面布置不均勻時(shí)，隨隔墻數(shù)量增加，周期減小，結(jié)構(gòu)剛度變大，剛度突變?cè)絹碓矫黠@，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力影響越大；③結(jié)構(gòu)錯(cuò)層處、樓梯、窗下等部位，填充墻使框架長(zhǎng)柱變成短柱，框架梁變成短梁，使梁的剛度增大，而柱的剛度相對(duì)減小，發(fā)生剪切破壞，結(jié)構(gòu)變形能力差。

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