填充墙对钢筋混凝土框架结构连续倒塌影响研究

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1、填充墙对钢筋混凝土框架结构连续倒塌影响研究　　摘要：本文分析填充墙对框架结构连续倒塌的影响，介绍了连续倒塌的机理及破坏形式，从填充墙的内力、对抗侧刚度的影响以及对结构性能的改善三个方面分析了填充墙的作用。分析表明，合理布置填充墙可以改善结构的受力和变形性能，提高抗连续倒塌的能力。关键词：填充墙；框架结构；破坏；连续倒塌中图分类号：TU323.5文献标识码：A引言7填充墙钢筋混凝土框架具有结构建筑平面布局灵活、空间大、在一定程度上节约成本的优点，因此，在实际工程中得到了应用广泛，框架填充墙结构如图1所示。在设

2、计过程中，大多将填充墙用于维护结构，一般情况下将填充墙的自身重量作为均布载荷加载在框架结构中，并折减框架的自振周期以消除填充墙对框架结构固有频率的影响，填充墙对结构体系的刚度具有增大作用。施工过程中，填充墙被嵌入框架的梁、柱周边，或用拉接筋连接框架与填充墙，使二者形成整体，以提高填充墙的稳定性[1]。实际上，框架结构的质量、刚度及振动周期都会因为填充墙的加入而变化，并且与无框架结构的条件下具有很大不同，因此形成很多不同于无填充墙框架结构的破坏形式。通过对我国发生的几次地震的震害分析，结果表明，框架结构主体的

3、破坏一般，而造成财产和人身安全的主要因素是填充墙等非结构性构件的严重损毁。国家新制定的建筑设计规范对填充墙等非结构性构件进行了强制规定，应充分估计框架结构的填充墙等的设置对建筑物抗震性能的不利影响，避免因设置不合理而引起的主体框架结构的破坏，以提高填充墙等非结构性构件的抗震性能，提高其安全性。填充墙的设计对主体框架结构的破坏具有十分重要的影响，为此，单纯注重结构主体的抗倒塌性能的传统设计观念应该改变，同时更加注重非结构构件的合理设计。本文论述了填充墙对钢筋混凝土框架结构连续倒塌的影响，以提高建筑物的结构安全

4、性，避免人们的生命和财产损失。连续倒塌机理所谓结构的连续倒塌是由局部破坏向其他部分扩散，最终导致结构上的大范围坍塌。局部破坏由意外载荷引起，载荷进一步引发连锁反应，使结构破坏扩散。结构的连续倒塌最终使结构的主体丧失承载能力。连续倒塌的最终破坏与初始破坏不成比例，设计或者建造上的失误以及设计考虑之外的不定因素均可能导致连续倒塌的发生。7根据材料力学中的强度理论，应力达到最大允许承载力时，结构将发生破坏。在剧烈震动载荷作用下，一方面结构发生变形。当变形发生在强度极限内时，结构不会发生破坏效应；当变形超过强度极限

5、，结构变形形成结构破坏，建筑物产生裂纹，甚至发生连续倒塌。另一方面，如果震动为连续载荷，结构塑形耗能积累，结构内部产生裂纹等损伤，随着载荷的加载，当达到一定限度时，结构将发生低周疲劳破坏。结构的最大变形与累积损伤不是相互独立的，二者之间相互影响，破坏是变形和能量消耗共同发生的过程。7常见的填充墙体破坏形式如图2所示。第一种裂缝为剪切破坏。裂缝为阶梯型，此种裂缝是由于砌体墙缝中的水平方向上剪应力的作用形成水平裂缝，裂缝突然向下，并逐层延伸形成的。第二种裂缝为斜拉破坏。墙体斜裂缝由于受到垂直于主对角线的拉应力作

6、用，发展成为贯穿墙体的一条或多条，裂缝与主对角线平行。垂直拉应力方向与主应力方向相垂直，扩散发生在墙体中间及附近区域，同时，斜裂缝也在墙体中间区域形成并向其他区域发展，因此墙体中间部位的拉应力最大，为危险部位。裂缝发展到压力角附近便停止几乎不再继续发展，此处的拉应力与压应力相互平衡。第三种形式为斜压破坏。如图所示，墙角部分沿着框架被压碎，这是由斜压杆一端在墙角处的压力过大所致。由此可见，具有填充墙的混凝土框架结构，填充墙在一定程度上对外部载荷具有支撑作用，可以大大改善主结构的受力及抗倒塌性能。因此，合理的设

7、计方法应当是考虑将填充墙作为抗侧力墙，在框架设计中就将填充墙的抗力作用考虑在内，并修改框架的变形性能[2]。图1框架填充墙结构图2填充墙破坏形式填充墙对框架结构连续倒塌影响3.1填充墙的内力结构受到外部水平剪力的作用，同时填充墙受到框架的挤压，墙内各点具有正应力和剪应力，两向的应力同时作用导致剪切破坏。应力最大值点即墙体危险部位，位于墙体中心。最大应力由经验公式得出：剪应力竖向压应力式中，为填充墙的长度；为填充墙的高度；为填充墙的厚度；为框架作用于填充墙上的水平剪力。内部斜向拉应力达到强度极限时，填充墙出现

8、内部裂缝，最终产生斜拉破坏。斜向拉应力最大值出现在墙体的中间部位。斜向拉应力由如下经验公式确定：由于应力产生于填充墙的中心，距离框架较远，因此应力主要是由填充墙的性能决定，框架自身的刚度相对来说影响较小。在斜压破坏中，柱的抗弯刚度决定了同填充墙的接触长度，且强度极限值与填充墙的支撑刚度相关——柱的刚度和接触长度越大，接触面上的压力越小。73.2对抗侧刚度的影响通过对填充墙框架结构抗侧刚度分析知，当薄弱层位于底层时