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填充墙在框架结构抗震性能方面的影响研究一.引言框架结构的设计计算中，通常的做法是不考虑填充墙的抗侧力作用，在PKPM建模时只建纯框架不建入填充墙，只将墙体重量用线荷载的形式加载到框架梁上，在抗震计算时，根据填充墙的数量，对框架结构的自振周期进行适当折减，以此放大计算得到的地震作用，这是目前普遍采用的计算处理方法。
实际上这是纯框架的计算方法。
但是，这种周期折减系数的做法是对填充墙作用的大致估计，不能真实反映填充墙不均匀布置下结构刚度的变化。
有关试验研究表明，当结构发生较大水平位移时，即使采用轻质砌块填充墙，带填充墙的框架结构的刚度也比纯框架结构的刚度大数倍。
因此在遭遇地震，尤其是强震时，如果不考虑填充墙的刚度影响，会造成结构实际受到的地震作用大于计算值，这对结构来说是不安全的。
二.填充墙在竖向不均匀布置对框架结构的不利影响（1）上下楼层墙体数量相差过大，导致下柔上刚，相邻层侧向刚度急剧变化，形成薄弱层，在地震作用下，底层的弹性位移远大于上层，且结构倾覆力矩几乎全由底层承担。
（2）填充墙由于门、窗洞口的要求，在柱高范围内不完全布置，使柱独立部分长度缩短形成短柱，造成在地震作用下形成脆性弯压和剪压破坏。
实例一：新疆沙雅县某小学食宿楼，抗震设防烈度为7度，建筑场地类别为Ⅲ类，一层层高4.2米，二～三层层高3.6米，X方向9跨共65.8米，Y方向2跨共16.8米，一层为餐厅，二、三层为学生宿舍。
现将本工程采用两种计算模型对比分析。
模型一：所有填充墙均以线荷载的形式加载到框架梁上。
模型二：所有填充墙均以实墙形式加载到框架梁上。
墙体材料为混凝土砌块，砌体容重取12KN/㎡。
通过以上数据对比可知：1.模型二的周期比及最大层间位移角减小，说明填充墙的存在使整个结构的抗侧移刚度增大；2.由第二层由于填充墙布置较多，其刚度比首层明显增大很多，这使得结构竖向刚度出现突变，填充墙较少的首层成为了薄弱层。
三. 填充墙在平面内不均匀布置对框架结构的不利影响建筑结构的概念设计告诉我们，结构的平面布置宜尽量均匀对称。
浅谈填充墙对结构抗震的影响框架填充墙结构在水平荷载作用下框架与填充墙二者之间相互作用，包括框架对墙性能的影响以及墙对框架的影响。
框架对墙具有约束作用，极大地提高了填充墙抵抗水平荷载的能力，同时也改善了填充墙在水平荷载下的变形能力。
而墙对框架的影响既有有利的方面，也有不利的一面：一方面填充墙与框架共同工作，对整个框架的承载力、刚度、变形以及耗能能力等都有明显的改善：另一方面，填充墙沿层高的不均匀布置造成结构出现薄弱层而破坏，沿平面不均匀布置造成结构出现扭转破坏，墙的约束效应造成结构形成短柱破坏。
1、填充墙对框架抗震的有利影响历次地震灾害的资料表面，框架结构中因填充墙的加入，在地震中有明显的优势，填充墙与框架联系在一起共同工作，对整个结构的承载能力、刚度以及耗能能力都有明显的改善。
1.1 填充墙对框架结构承载力的影响。
填充墙在构造上与框架联系在一起，二者相互作用改变了整个结构体系的抗侧力，在水平荷载的作用下，填充墙由于受到框架的约束作用而具有相当大的阻力，裂缝发展缓慢，直到结构倒塌破坏以前，填充墙始终分担了一部分水平荷载作用。
因此填充墙框架结构的承载力比纯框架结构有明显的提高。
1.2 填充墙对框架结构刚度的影响。
在框架-填充墙结构体系中，由于填充墙本身具有较大的抗侧刚度，在结构遭受水平荷载作用时，填充墙对框架结构起到一定的约束作用，使结构的早期刚度大大增加，限制了框架的变形，从而减小了整个结构的地震侧移幅值。
1.3 填充墙对结构耗能的影响。
在框架内部有了填充墙之后，结构耗能能力大为增加。
《建筑抗震设计规范》指出在进行抗震概念设计时结构应设计成多道抗震防线，结构应有最大可能数量的内部、外部赘余度，以使结构能吸收和耗散大量地震能量。
对框架而言，砌体填充墙具有很大的初期刚度，建筑物遭受地震力之前几个较大的加速度脉冲时，填充墙承担了大部分地震力，并利用自身的变形以及墙面裂缝的出现和开展，可以大量吸收和消耗建筑物的地震能量，以后随着填充墙的刚度退化和强度减弱，框架所承担的地震力逐渐增多，框架才渐渐变为抗震主要构件。
河南建材201812023年第3期填充墙对框架结构抗震性能的影响陆宝金王鸿斌杨扬陈博智余昕叶中国联合工程有限公司(310052)摘要:框架填充墙对结构的抗震性能有很大的影响。
为了讨论填充墙的竖向不利布置以及不同的填充墙材料对框架结构动力特性的影响,文章通过结构设计软件采用等效斜撑来模拟填充墙,建立了四个等效模型,并从结构的层间位移角出发,对其进行了多遇地震下的反应谱分析。
分析结果表明,填充墙的竖向不利布置会使得结构产生薄弱层;相较于传统的烧结普通砖,轻质的填充墙材料对结构的抗震性能更加优越。
关键词:填充墙;填充墙材料;竖向不利布置;抗震性能0引言地震是对建筑结构具有强大破坏性的一种自然现象。
根据资料统计[1],平均每年发生在地球上的地震次数就会多达数百万次,其中震级超过5级以上的强烈地震就有1000多次。
我国的地理位置比较特殊,位于最为活跃的地震带之间:地中海—喜马拉雅地震带和环太平洋地震带。
由于地壳板块之间常年慢慢的挤压,也使得我国成为地震频发的国家之一。
2008年5月12日,我国就发生了一场惨烈的大地震,地震震级达里氏8级,这次大地震给我国造成了巨大损失,造成了将近8万人死亡及数以亿万的经济财富损失[2],这一次地震给人们敲响了警钟,也对建筑结构的抗震设计提出了更为严格的要求。
带填充墙钢筋混凝土框架结构是我国多层房屋广泛采用的结构形式之一。
传统设计中,填充墙一般只用于分割空间和围护,其作为框架结构中的非受力构件,一般与主体结构采用柔性连接,不承担风、地震等水平荷载的作用。
但历次地震灾害研究发现,填充墙与主体框架是协同工作的,填充墙自身具有一定的刚度,在地震作用下承担了一部分剪力,耗散了地震输入主体结构的能量。
但填充墙如果布置不合理,主体结构的刚度就会分布不均匀,使得结构的抗震性能大大降低。
此外,传统设计中,常常以烧结普通砖作为填充墙的首选材料,这种砌体容重较大,组成填充墙的刚度也就越大,地震作用下其吸收的能量也就越多,这对主体结构而言无疑是有害的。
填充墙对结构抗侧刚度的主要影响因素及节能材料探讨
现在主流框架结构计算方法是先建立框架结构模型，填充墙以荷载的形式输入，但实际情况与研究均证明填充墙在竖向力作用下为非受力构件，在水平力作用下填充墙实际上是一种受力构件，文章同时考虑其质量与刚度。
资源缺乏已经成为了一个全球性的问题，建设绿色节能型建筑已经成为未来建筑发展的重要方向。
文章主要从建筑材料方面进行说明，以Midas gen[1]建立以蒸压粉煤灰砖、灰砂砖、混凝土空心砌块为材料的填充墙，通过层间位移、周期等方面进行比较蒸压粉煤灰砖、灰砂砖、混凝土空心砌块等材料组成的填充墙与普通烧结砖填充墙性能的差别，从理论数据方面得出普通烧结砖是可以替代的。
标签：框架填充墙结构；建筑节能；抗侧刚度；自振周期
建立5个6层一边5跨一边3跨的模型，底层高均为3.9m，其余层高为3m。
框架柱距为6m，框架梁尺寸：650mm×250mm，框架柱尺寸：500mm×500mm，楼板厚度为120mm，填充墙厚度为240mm；梁、柱、板混凝土强度C30[2，3]；通过分析由不同填充墻材料组成的模型1、2、3、4、5，得到不同填充墙材料对结构自振周期、层位移等特性的影响[4]，得出相对经济、适用的良好代替普通烧结砖的材料。
通过上述分析得到：
（1）通过对模型3～模型5与模型2进行比较得知：对于不同的填充墙材料，由于各自的计算弹性模量不同，从而使得计算模型用的刚度不同；各自的容重大小不同，从而使得填充墙体质量不同；通过两方面的影响，得到结构的不同性能的变化情况。
以自振周期举例说明：对于模型3、4，其材料性能相对属于轻质，计算弹性模量为小于模型2普通烧结砖，而容重相差不是很大，但结构自振周期明显增大。
对于模型5，由于混凝土空心小砌块的计算弹性模量很大，虽然此时材料的容重减小很大，但结构自振周期减小仍然很大；这进一步说明填充墙刚度对结构性能的影响。
层间位移表现结果与之类似。
（2）只对模型3和模型4还有模型2进行比较，可以说明在一般设计中考虑的不周全的地方：设计时只考虑填充墙的质量而不直接考虑刚度的影响。
（3）从上面分析得出：在满足结构安全、适用的前提下，填充墙材料应优先选择蒸压粉煤灰砖和灰砂砖，它们的结构刚度相对较低，结构自振周期相对较大，地震作用也相对较小。
同时，比较符合国家可持续发展政策，粘土资源越来越珍贵且不可再生，而粉煤灰和灰砂都是工业废料，经济且资源丰富。
而混凝土产品产生的建筑垃圾比较难处理且其结构自振周期较小，抗侧刚度较大，从而使结构地震力较大，对结构有害，一般不采用。
结论
（1）通过分析，蒸压粉煤灰砖、灰砂砖是较好的替代普通烧结砖的材料，满足安全性、经济性，资源丰富，符合节能减排可持续发展。
（2）通过不同材料填充墙框架结构比较，填充墙刚度对结构性能的影响远远大于其质量的影响，这在设计中是必须予以考虑的。
参考文献
[1]王昌星.MIDAS/Gen应用实例教程及疑难解答[M].中国建筑工业出版社，2010.
[2]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）.
[3]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）.
[4]苗凤.填充墙对钢筋混凝土框架结构动力特性的影响[D].湖南大学，2006.4.
[5]张艳敏，姚谦峰.水平地震作用下填充墙框架结构的刚度计算[J].山西建筑，2004年1月30（1）：9-11.
[6]杨春侠，侯晓辉.框架填充墙结构刚度计算模型比较[J].福建建材，2011.。
