的改变。国内外的试验和理论研究表明。与原结构连接紧密的填充墙能吸收一部分的地震力,填充墙的刚度贡献对结构的抗震性能有一定的改善。 多次地震灾害的现场资料表明:框架建筑由于填充墙的存在,在地震中有明显优势,填充墙破坏的过程中,吸收了塑性发展后的很大一部分能量。这对抗震的设计是有很大优势的。而且,延性框架加上脆性砌体使得开裂后的荷载和位移比纯框架结构达到的最大位移要大。
填充墙对结构抗震性能的有利影响可以总结为以下几点:
(1)使结构抗推刚度增大,自震周期减短,从而使作用于整个建筑上的水平地震力增大,增加的幅度可达30%~50%。
(2)改变了结构的地震剪力分布状况,由于砌体填充墙参与抗震,分担了很大一部分水平地震力,反而使框架所承担的楼层地震剪力减小。
(3)由于砌体填充墙具有较大的抗推刚度,限制了框架的变形,从而减少了整个结构的地震侧移幅值。
(4)提高了建筑物的吸收和耗散地震能量的能力,从而提高了整个建筑的抗震能力。
3.2 填充墙对框架结构抗震性能的不利影响
如果填充墙在结构中布置不当,会造成本来均匀归整的框架结构的刚度中心偏移,从而使结构在地震作用下的扭转反应进一步加大。
在结构计算中,由于水平力的分配未考虑填充墙的影响,水平力全部由框架来承担,并按刚度进行分配,从而使得有填充墙的框架与没有填充墙的框架分配到的地震力是相等的,此结果显然是不合理的。事实上,由于填充墙对刚度的影响,没有填充墙对刚度的影响的框架收到的水平力计算值偏大,而有填充墙的框架部分受到的水平力计算值偏小。建筑设计时,填充墙的布置是为了满足功能分区而设置的,其布置的随意性较大,这样就有可能产生不利于结构整体抗震性能的填充墙布
置方案。另外,由于填充墙平面布置不合理,使得结构质量中心与刚度中心有较大偏移,在地震作用下产生较大的扭转效应。再者,我们的研究均以填充墙连续分布的模型为研究对象。而实际结构中,多数填充墙不是连续均匀分布的,这就使得许多理论结果与实际结构的结果出现偏差。
填充墙加入影响了结构的刚度变化,导致了结构层间刚度的不均匀。同时,不同结构层内,填充墙的数量或布置方式的差异,形成了上下层的填充墙的不连续,这可能导致相邻层间刚度突变,这对结构的抗震十分不利。
填充墙造成框架柱的附加作用。附着框架柱的填充墙对框架柱造成了应力集中。而且同一结构层内,由于填充墙的分布方式不同,是的竖向力的分配和水平地震剪力的分配也发生变化,造成同一层内框架柱的竖向受力和水平受力不均匀。
开洞的填充墙框架可能对框架柱造成“短柱”效应。填充墙的布置和洞口的开设使得框架柱的计算高度减少,形成“短柱”,在水平力作用下,容易提前发生塑性铰破坏,在抗震中非常不利。
填充墙对框架结构抗震性能的不利影响可总结如下:
(1)填充墙在平面内宜均匀、对称地分布。填充墙如偏置于结构的某一侧,会造成楼层质心与刚心产生较大的偏移,地震作用下将使结构发生严重平面扭转而造成框架破坏。
(2)填充墙沿房屋竖向的分布宜上下连续、贯通。结构沿竖向的刚度分布亦要求均匀,并逐步变化,不应出现突变。但通常由于建筑或使用需要,结构相邻层的填充墙不能保证竖向连续,如底层大空间需要或结构不能避免的错层存在等。这些因使用用途的改变或地势条件限制等得到的不规则填充墙布置,都会使结构竖向刚度分布不均匀、甚至突变,则结构容易在填充墙少的楼层形成薄弱层,在地震作用下薄弱层柱端将产生很大的塑性集中变形,楼层同时发生很大侧移而导致建筑坍塌。
(3)结构因出入和采光需要在墙上设置的门窗洞口,易形成短柱现象。在地震作用下,框架柱在形成短柱后极易弯曲强度得到发挥之前、先发生脆性的剪切破坏。
(4)填充墙的数量分布也直接影响整个结构的整天刚度。因此,为使各层刚度能尽量接近,希望各层的填充墙数量相差不多,这样重量和刚度都会比较均匀,分布也会比较均匀。但有时功能的要求使得填充墙的布置数量会相差较多,这样
会使结构的刚度变化不均匀,削弱结构的抗震能力。 四. 在《建筑抗震设计规范》中有关填充墙设计要求的变化
随着近几年地震的频发,填充墙在地震中的震害问题越来越成为不容忽视的问题。在抗震设计规范中,关于填充墙的设计要求也有了新的变化。
在我国的GB50011-2001《建筑抗震设计规范》中,没有将填充墙等非结构构件与结构构件在同一水准下加以考虑设计,而是采用以下抗震设防措施:
(1 作好细部构造,使非结构构件成为抗震结构的一部分。
(2)防治非结构构件参与工作,避免非结构构件对主体结构变形的限制,分析计算时,可只考虑非结构构件的质量,不考虑其刚度。
(3)构造上采取措施,避免出现平面倒塌。
(4)选用合适的抗震结构,加强主体结构的刚度,减小主体结构的变形量。 2008发生了汶川地震,填充墙的震害在框架结构中破坏明显,因此在2008年对2001版规范中填充墙部分做出了修订:
填充墙在平面和竖向的布置,宜均匀对称,避免形成薄弱层或短柱。 在我国的GB50011-2010《建筑抗震设计规范》中,钢筋混凝土结构中的砌体填充墙,尚应符合下列要求:
1. 填充墙在平面和竖向的布置,宜均匀对称,宜避免形成薄弱层或短柱。 2. 砌体的砂浆强度等级不应低于M5;实心块体的强度等级不易低于MU2.5,空心块体的强度等级不易低于MU3.5;墙顶应与框架梁密切结合。
3. 填充墙应沿框架柱全高每隔500mm-600mm 设2 6拉筋,拉筋伸入墙内的长度,6、7度时宜沿墙全长贯通,8、9度时应全长贯通。
4. 墙长大于5mm 时,墙顶与梁宜有拉结;墙长超过8m 或层高2倍时,宜设置钢筋混凝土构造柱;墙高超过4m 时,墙体半高宜设置与柱连接且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平系梁。
5. 楼梯间和人流通道的填充墙,尚应采用钢丝网砂浆面层加强。 五. 砌体填充墙框架结构抗震性能的展望
根据填充墙框架结构的震害特点、研究现状、墙改政策需要和当代抗震设计理念的发展趋势,开展新型砌体填充墙RC 框架结构基于性能的抗震设计理论和方法研究,是工程实践和环境可持续发展的迫切需要。从近年来填充墙框架理论与试验研究成果可知,填充墙框架由于框架与填充墙之间的协同工作,其受力性能与空框架存在明显差异。现阶段的理论与试验研究虽取得一定的成果,但仍不够完善,在设计中全面考虑其影响仍有困难,设计理论的进步和墙体材料的改革也迫切需要开展进一步的研究工作。可以从以下几个方面开展研究。
(1)、目前设计中大部分主要还是沿用基于黏土砖填充墙的规定,使得新型墙体材料的性能优势得不到充分发挥,因此,开展新型砌体填充墙框架抗震性能和设计方法的研究。
(2)建筑物的性能水平是结构性能水平和非结构构件性能水平的综合体现。考虑到以往填充墙的研究工作并不在基于性能的抗震设计理念背景下开展,因此,很有必要针对基于性能的抗震设计理论的需要,开展关于新型砌体填充墙RC 框架
结构的试验和理论研究工作,特别是不同性能水平的损伤状态描述和变形容许值得研究。
(3)目前关于填充墙连接方式和填充墙开洞情况对结构受力性能影响的研究成果尚少见报道。故应对这方面开展进一步的研究,以寻求可靠实用的连接方式和完善填充墙框架的承载能力计算。
(4)框架与填充墙的剪力分配随填充墙与框架刚度比和填充墙所处性能状态的 不同而变化。由于填充墙的刚度和强度在地震作用过程中处于动态变化过程,填 充墙框架中填充墙与框架各自不利地震内力的确定尚有待进一步试验和理论研 究。 参考文献: 【1】 曹万林,王远光,吴建有等。轻质填充墙异形柱框架结构层刚度及其衰 减过程的研究[J]。建筑结构学报。 【2】 陶秋旺,多孔砖砌体基本力学性能研究及有限元分析[D]。长沙,湖南大 学,2005. 【3】 GB50011-2001,建筑结构抗震设计规范[S]。中华人民共和国国家标准 【4】 GB50011-2010,建筑结构抗震设计规范。JGJ3-2002,混凝土结构设计规 范[S].中华人民共和国国家标准。 【5】 柳炳康,沈小璞。工程结构抗震设计(精编本)[M]。武汉,武汉理工大 学出版社,2005. 【6】 丁大钧,砌体结构[M]。北京,中国建筑工业出版社,2004 【7】 苗凤,填充墙对钢筋混凝土框架结构动力性能的影响[D]。长沙,湖南大 学,2006. 【8】 卢村恕,常伏德.建筑抗震设计手算与构造[M]北京:机械工业出版社, 2005. 【9】 GBJ11—89,建筑抗震设计规范 【10】 Mainstone R J.On the stiffness and strwnghs of infill-frames[A].Proc.Institution of Civil Engineers[C],1971 【11】 童岳生,钱国芳.砖填充墙钢筋混凝土框架的变形性能及承载能力 1985 (02) 【12】 史庆轩, 童岳生, 钱国芳.砖填充墙钢筋混凝土框架的地震反应分析, 1996 (04) 【13】 丰定国.王社良 抗震结构设计 2001 【14】 包世华,方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京:清华大学出版社,1998 【15】 李国强,李杰,苏小卒,等.建筑结构抗震设计[M].北京:建筑工业出版 社,2002 【16】 刘建毅。刘建毅.填充墙框架结构基于性能的抗震评估研究[D].西安:西 安建筑科技大学土木工程学院,2008. 【17】 施耀新 砖填充墙框架房屋抗震设计 1985(04) 【18】 朱志达.郑玉伦.涂鸣 提高约束混凝土短梁抗震性能的设计方法研究 1997(04 【19】 朱荣
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