基于填充墙刚度的框架结构抗震设计影响分析

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1、基于填充墙刚度的框架结构抗震设计影响分析基于填充墙刚度的框架结构抗震设计影响分析摘要：阐述了填充墙对结构刚度的影响以及现浇楼板对框架梁的承载力及刚度的影响。对某工程楼层抗剪承载力、自振周期、地震反应力及楼层剪力进行了计算和比较。并提出了相应的抗震设计措施。　　　　钢筋混凝土框架结构由于其自身的侧向刚度较小，地震作用引起的侧向位移较大，故合理的抗震措施成为框架结构抗震性能实现的有力保证。其中“强柱弱梁”是一项关键控制措施，其目的是使框架结构在强震下形成具有较好抗震性能的稳定的屈服后塑性耗能机构。实际工程中，影响强柱弱

2、梁的因素很多。填充墙是一个最复杂因素，影响也是最大的，所以要明确填充墙的抗震设计目标和相应的配套构造措施。同时应该把这个墙作为整体结构抗震的组成部分，在整体结构的抗震分析和设计中就要给予足够的考虑，相应的措施要跟上，施工中也要落实如果不参与结构受力，目标很明确，那么就跟周边的框架有足够的隔开、分开。　　目前规范及现有计算手段尚无法将填充墙对结构刚度的影响进行量化分析。建议设计时可以将填充墙按等强代换的原则换算成较薄的混凝土墙输入模型中，粗略地考察一下填充墙刚度对整体结构的影响，尤其是在结构体型较为复杂且填充墙数量较

3、多的情况下，对于结构扭转效应的控制，此举有一定的参考意义。　　从工程实际情况来看，框架结构的填充墙往往由于建筑功能要求而无法均匀布置。如沿街建筑底层往往为商业用房，大空间的要求使填充墙的数量远少于上层；又如底层作为停车使用时，几乎没有填充墙。类似情况比比皆是，设计人员此时必须充分考虑、认真分析其对结构抗震的不利影响，并采取相应的抗震加强措施以确保安全。《建筑抗震设计规范》中的第条规定了应考虑填充墙对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏，但未能提出具体的设计计算方法，汶川地震后对规范进行了修编，将该

4、规定修改为强制性条文，但由于填充墙的种类较多、情况复杂，且框架主体的连接情况多种多样，难以规定统一的分析模型及计算参数，因此仍未能提出配套的计算分析方法。通过对震区某框架结构宿舍楼的震害及抗震设计情况进行分析思考，希望获得考虑填充墙对结构抗震不利影响的设计思路和方法。　　结构布置　　该四层宿舍楼采用外走廊钢筋混凝土框架结构，平面呈长方形，纵向沿东西向十个开间，底层东侧三个开间为会议室，接着是楼梯间和四个开间的大会议室，其后是另一个楼梯间和卫生间，底层层高为，二至四层为标准的小开间宿舍用房，向北悬挑作为外走廊，层高均

5、为，结构采用单跨框架，跨度为，每榀框架的距离为。该工程建成即遭遇汶川大地震，工程所处位置实际烈度强于7度，宿舍楼局部遭到破坏，底层东部墙体局部塌落，框架柱顶破坏或开裂，未出现所预期的“强柱弱梁”的破坏形态。　　主要抗震设计参数　　按照修编前《建筑抗震设计规范》规定，该建筑抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为，设计地震分组为第一组，建筑抗震设防类别为丙类，框架抗震等级为三级。　　计算模型　　从结构平面布置情况看，该工程刚度不均匀情况出现在底层，由于布置了两个大会议室，造成Y方向底层填充墙只剩下6幅横墙，远少于二

6、至四层11幅，X方向竖向填充墙的布置基本一致。结构抗震设计计算分别按照模型一不考虑填充墙刚度影响及模型二考虑其影响两种模型进行：　　模型一填充墙按照常规仅作为作用于梁上的荷载进行分析，忽略其对框架结构刚度的影响；模型二考虑填充墙的刚度，仅考虑其剪切变形，不考虑其弯曲变形，其侧向刚度按照K=EmAm/3h计算，其中Em为填充墙体的弹性模量，Am为填充墙水平截面面积，h为填充墙体的高度。抗震计算按照《建筑抗震设计规范》规定，采用PKPM软件进行。　　计算结果及分析　　由于该工程X方向竖向填充墙的布置基本一致，因此计算结

7、果的对比分析主要针对Y方向进行。　　楼层抗剪承载力　　楼层抗剪承载力比值主要反映结构是否存在明显的薄弱部位，以避免结构首先从该部位发生破坏而导致结构的整体垮塌。该工程本层与上一层的楼层抗剪承载力比值可详见表1。　　表1楼层抗剪承载力比值表　　从表1可以看到，不考虑填充墙的刚度影响时，结构是一个规则框架；考虑填充墙的刚度影响后，一层成为明显的薄弱层，表明结构将首先从一层开始破坏，与工程实际发生的震害情况一致。　　自振周期　　该工程自振周期计算结果详见表1。　　从计算结果看，X向竖向填充墙的布置基本一致，两种模型的侧向

8、刚度因此基本一致，X向的第一自振周期的计算结果反映了这一情况。而Y向的平动自振周期及以扭转为主的第一自振周期两种模型的计算结果相差较大，模型二的计算结果大致为模型一的倍。计算结果充分显示，填充墙的刚度对自振周期的影响不可忽视，所造成的扭转效应同样应引起高度重视。　　地震反应力及楼层剪力　　小震作用下各楼层的地震反应力及楼层剪力可详见表2。　　表2楼层地震反应