于子金

（遼寧北方建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110014）

0 引言

填充墻框架結(jié)構(gòu)是建筑工程中廣泛應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu)體系，由填充材料砌筑而成的填充墻，起圍護(hù)或分隔作用。對大量的震害調(diào)查、理論分析和模型實(shí)驗(yàn)表明，在水平荷載作用下填充墻和外圍框架是共同工作的，填充墻對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度均有影響。

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，一般把計(jì)算所得的全部層間地震剪力按照框架柱的層間側(cè)移剛度在所有框架柱間進(jìn)行分配，而不考慮填充墻分擔(dān)的地震剪力。這種把地震剪力全部由框架柱承擔(dān)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法似乎偏于安全，而實(shí)際上，由于填充墻在樓層平面布置的不均勻性，將造成框架的設(shè)計(jì)地震剪力減小，從而使結(jié)構(gòu)存在安全隱患。如果把考慮填充墻剛度分配到的填充墻框架剪力全部由框架承擔(dān)，又會(huì)帶來因內(nèi)力過大而存在配筋構(gòu)造復(fù)雜和不經(jīng)濟(jì)等一系列問題。因此，進(jìn)一步研究填充墻框架的剪力分配規(guī)律、不利內(nèi)力取值和設(shè)計(jì)計(jì)算方法，對完善填充墻框架的設(shè)計(jì)計(jì)算理論具有重要的工程實(shí)踐意義。

1 填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響

根據(jù)規(guī)范的相關(guān)要求，填充墻體與主體結(jié)構(gòu)之間應(yīng)有充分的拉結(jié)，這種非柔性連接使得填充墻對結(jié)構(gòu)剛度貢獻(xiàn)不容忽略，僅按現(xiàn)行規(guī)范對結(jié)構(gòu)周期進(jìn)行折減是不夠或不夠全面。非柔性連接填充墻不僅提供了剛度，還改變了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的約束條件，其對結(jié)構(gòu)的影響主要體現(xiàn)在：

(1)減小結(jié)構(gòu)周期，從而在一定程度上增大地震力。

(2)由于布置的不均勻性從而改變了結(jié)構(gòu)剛度分布，平面剛度分布的不對稱可能加劇結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，豎向剛度分布的不均勻可能導(dǎo)致薄弱層的發(fā)生。

(3)特殊情況下，非均勻分布填充墻甚至可能改變結(jié)構(gòu)的薄弱部位和破壞模式，使設(shè)計(jì)預(yù)期的破壞模式不能實(shí)現(xiàn)。

(4)改變了所連接豎向抗側(cè)力構(gòu)件的約束條件，從而改變了其非線性性能，層高范圍內(nèi)局部設(shè)置填充墻(如門窗洞口)造成短柱破壞即為典型實(shí)例。

2 填充墻框架結(jié)構(gòu)破壞形式

填充墻框架結(jié)構(gòu)的破壞包括框架構(gòu)件的破壞和墻面破壞。當(dāng)側(cè)向荷載較小時(shí)，框架與填充墻之間就會(huì)出現(xiàn)界面裂縫，并且隨著側(cè)向荷載的增加逐漸在一定范圍內(nèi)形成一系列裂縫?？蚣芙Y(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞主要是框架柱沿柱高出現(xiàn)裂縫或產(chǎn)生塑性鉸，墻面及框架構(gòu)件的破壞與結(jié)構(gòu)的相對剛度和相對強(qiáng)度有關(guān)，并且砂漿的強(qiáng)度也是一個(gè)重要的影響因素。具體包括以下幾種破壞模式：

(l)彎曲破壞 填充墻框架結(jié)構(gòu)發(fā)生這種破壞模式時(shí)，填充砌體與框架之間的工作性能如同組合梁，在受拉框架柱與填充墻的底部張拉開裂，這種破壞一般發(fā)生在當(dāng)結(jié)構(gòu)高寬比較大且底層柱配筋率較低時(shí)。

(2)填充墻體水平灰縫開裂破壞 在地震發(fā)生時(shí)，在填充墻體半高處形成沿水平灰縫的滑移裂縫是這種破壞模式的主要特征。隨著水平灰縫的不斷發(fā)展，灰縫上部的墻體基本喪失抵抗側(cè)向力的能力，但是下部墻體尚能抵抗側(cè)向力，從而引起框架柱在水平灰縫高度處發(fā)生短柱破壞。

(3)填充墻體對角開裂 這種破壞發(fā)生時(shí)，砌體會(huì)沿著墻體的對角線方向出現(xiàn)斜向開裂，有時(shí)斜向裂縫會(huì)與半高位置處的水平灰縫相交，形成填充砌體斜壓桿傳力機(jī)制，最終導(dǎo)致角區(qū)砌塊壓碎及水平灰縫開裂高度處框架柱的剪切破壞。

(4)水平灰縫剪切滑移破壞 發(fā)生這種破壞的主要原因是砌體砂漿強(qiáng)度較低，其主要特征是沿水平灰縫多處出現(xiàn)剪切滑移。

(5)填充墻體角部壓碎 發(fā)生這種破壞時(shí)，其主要表現(xiàn)為沿對角線方向出現(xiàn)兩條斜向裂縫，砌體壓碎大多發(fā)生在角部，另外在砌體中心部位也有時(shí)出現(xiàn)。

概括以上破壞模式，填充墻鋼筋混凝土框架在整個(gè)破壞過程中有七個(gè)特征點(diǎn)，按出現(xiàn)的先后順序如下:

（1）墻框間界面裂隙出現(xiàn)：在此之前，由于拉結(jié)鋼筋等的作用填充墻與框架粘著為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，此后可認(rèn)為是由兩部份組成的并聯(lián)結(jié)構(gòu)；

（2）墻面初裂：在此之前，填充墻面及框架均無裂縫，結(jié)構(gòu)處于整體工作階段；

（3）柱子初裂：墻面裂縫在受壓對角線區(qū)域開始擴(kuò)展，由于結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的不斷增大，框架柱開始出現(xiàn)裂縫；

（4）墻面裂縫貫通：墻面裂縫沿整個(gè)墻寬基本上連續(xù)而貫通，此后結(jié)構(gòu)側(cè)移增長加快；

（5）框架柱出現(xiàn)塑性鉸：墻面裂縫貫通后，水平荷載增量主要由框架承擔(dān)，沿受壓對角線方向，框架柱上出現(xiàn)塑性鉸；

（6）達(dá)屈服荷載：結(jié)構(gòu)側(cè)移顯著增加，水平荷載值略有增加；

（7）極限變形：結(jié)構(gòu)側(cè)移達(dá)一定水平后，荷載開始明顯下降，可將結(jié)構(gòu)此時(shí)的側(cè)移稱為極限變形特征點(diǎn)。

3 填充墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能的量化指標(biāo)

基于性能的抗震評估的前提是結(jié)構(gòu)的性能指標(biāo)的確定，性能指標(biāo)確定后，通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性靜力分析，就可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)與性能指標(biāo)確定結(jié)構(gòu)的性能水平。填充墻框架結(jié)構(gòu)在水平荷載的作用下，側(cè)移形狀通常為剪切型，故用頂點(diǎn)位移作為結(jié)構(gòu)性能水平的評價(jià)指標(biāo)是不夠的，還需有關(guān)位移沿高度分布的更多信息［5］。層間側(cè)移角可不受本層層高的影響能真正反映樓層的變形程度，這就與結(jié)構(gòu)的損傷程度有了量化的對應(yīng)關(guān)系，故以層間位移角作為結(jié)構(gòu)的性能評價(jià)指標(biāo)。具體劃分：

(1)墻面初裂前，鋼筋混凝土框架一般不會(huì)出現(xiàn)裂縫，結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段，可將墻面初裂時(shí)的層間位移角作為性能水平為基本完好時(shí)的評價(jià)指標(biāo)。

(2)當(dāng)墻縫連貫時(shí)，墻面及柱子雖己出現(xiàn)裂縫，但地震過后基本上會(huì)恢復(fù)至震前狀態(tài)，墻面裂縫稍加修復(fù)及可滿足正常使用要求，此時(shí)框架部分工作正常，不需修復(fù)和加固，故可將此時(shí)的層間位移角作為性能水平為輕微破壞的評價(jià)指標(biāo)。

(3)當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入屈服階段達(dá)到最大荷載時(shí)，由于結(jié)構(gòu)在最高荷載點(diǎn)附近，剛度會(huì)發(fā)生驟退，結(jié)構(gòu)變形將迅速加大。當(dāng)達(dá)此狀態(tài)時(shí)，框架構(gòu)件和填充墻均出現(xiàn)明顯損傷，結(jié)構(gòu)只有經(jīng)過修復(fù)才可保證其功能上的連續(xù)性和完整性。修復(fù)從經(jīng)濟(jì)上和人的能力上是可以接受的，故以最高荷載點(diǎn)時(shí)的層間位移角限值作為性能水平為中等破壞時(shí)的評價(jià)指標(biāo)。

(4)當(dāng)結(jié)構(gòu)達(dá)極限變形時(shí)，水平承載能力迅速下降，結(jié)構(gòu)側(cè)移增加較快，建筑物的結(jié)構(gòu)體系已發(fā)生較大的損傷，但與倒塌仍留有一定的余地，其修復(fù)在經(jīng)濟(jì)上和人的能力上是不可接受的，建筑物只能拆除，故以結(jié)構(gòu)極限變形時(shí)的層間位移角限值作為性能水平為嚴(yán)重破壞時(shí)的評價(jià)指標(biāo)。

表1 不同狀態(tài)下填充墻框架的層間位移角

4 結(jié)論與展望

在基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論中，需要確定結(jié)構(gòu)的抗震性能水平、性能目標(biāo)以及反應(yīng)結(jié)構(gòu)性能狀態(tài)的具體量化指標(biāo)。本文結(jié)合國內(nèi)外研究資料根據(jù)填充墻不同工作階段的特點(diǎn)和變形特征，給出了填充墻框架結(jié)構(gòu)的抗震性能水平劃分方法，結(jié)合己有的試驗(yàn)資料給出了以層間位移角劃分的不同性能水平的量化指標(biāo)。

由于研究條件的限制，無法考慮不同影響因素對結(jié)構(gòu)層間位移變化的影響。因此，應(yīng)進(jìn)一步開展試驗(yàn)研究，以獲得不同填充墻體、結(jié)構(gòu)尺寸、墻體開洞等因素對結(jié)構(gòu)層間位移變化的影響，從而使量化指標(biāo)能更好的反應(yīng)結(jié)構(gòu)的性能狀態(tài)。

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