李 強(qiáng)

(中鐵十六局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，北京100018)

以往歷次大地震尤其是汶川大地震的震害情況表明，框架結(jié)構(gòu)剛性連接填充墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件均遭到不同程度破壞，有的損害甚至超過(guò)了主體結(jié)構(gòu);在實(shí)際中也發(fā)生過(guò)受較大水平風(fēng)荷載作用而導(dǎo)致墻體破壞從而損害建筑、行人的事件。這種現(xiàn)象引起了工程界的廣泛關(guān)注，研究出防止或減輕填充墻體的震害及強(qiáng)風(fēng)作用的有效方法已成為工程界的急需和共識(shí)。鑒于當(dāng)前研究只集中于論證柔性連接的合理性，本文將研究視角轉(zhuǎn)換到柔性連接的具體方式上，以期推動(dòng)此項(xiàng)研究的進(jìn)展。

1 填充墻與框架結(jié)構(gòu)的相互作用及連接方式

1.1 填充墻與框架結(jié)構(gòu)的相互作用

圖1 填充墻與框架梁底剛性連接

填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，取決于填充墻采取何種方式與框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。目前，填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間主要有剛性連接和柔性連接兩種方式。剛性連接是指將填充墻作為整體結(jié)構(gòu)抗震的第一道防線(xiàn)，填充墻與周邊框架進(jìn)行可靠連接，并沿結(jié)構(gòu)豎向連續(xù)布置。在施工中主要采用斜砌頂緊的砌筑方式、豎向設(shè)置拉結(jié)筋、墻中設(shè)置構(gòu)造柱進(jìn)行縱橫拉結(jié)的方法使填充墻與框架結(jié)構(gòu)形成整體(見(jiàn)圖1)，它的優(yōu)點(diǎn)是增加了結(jié)構(gòu)的初始剛度，減少了位移，降低了框架構(gòu)件的部分內(nèi)力，提高了結(jié)構(gòu)的承載能力和耗能能力，減小結(jié)構(gòu)倒塌可能性，施工也比較簡(jiǎn)便，比較經(jīng)濟(jì)。

但是填充墻的剛性連接所產(chǎn)生的剛度效應(yīng)、約束效應(yīng)改變了框架結(jié)構(gòu)的受力方式，雖然增加了結(jié)構(gòu)的剛度，但是地震時(shí)也吸引了更大的地震力，而填充墻本身又不足以抵抗，這勢(shì)必引起主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力增大，最終導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的破壞，所以在地震時(shí)剛性連接的優(yōu)點(diǎn)就變成了它的缺點(diǎn)，所以需要新的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

1.2 柔性連接的作用機(jī)理

鑒于剛性連接的弊端以及填充墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)主體結(jié)構(gòu)的重要影響，在新版《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011－2010)中專(zhuān)門(mén)增加了對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的有關(guān)規(guī)定，明確要求在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算時(shí)要計(jì)入非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響，而《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50003－2011)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《砌規(guī)》)對(duì)填充墻與框架的連接也給出了脫開(kāi)與不脫開(kāi)兩種做法。不脫開(kāi)即剛性連接，脫開(kāi)即柔性連接。具體采用何種連接要根據(jù)設(shè)計(jì)的要求選定。

柔性連接的目的就是克服剛性連接的弊端，減小填充墻剛度對(duì)框架主體的影響，將填充墻與框架結(jié)構(gòu)脫開(kāi)一定間隙，允許框架結(jié)構(gòu)主體在地震中適度變形，避免填充墻參與地震力的分配和對(duì)框架主體的約束作用，從而減輕震害提高結(jié)構(gòu)的安全性。

2 填充墻與框架結(jié)構(gòu)柔性連接的三種方式

填充墻與框架主體結(jié)構(gòu)的柔性連接目前還沒(méi)有形成統(tǒng)一的施工方法，目前常用的有三種方法。

2.1 《砌規(guī)》中的要求

在新修訂的《砌規(guī)》6.3.4條規(guī)定:填充墻與框架的連接，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用脫開(kāi)或不脫開(kāi)方法。有抗震設(shè)防要求時(shí)宜采用填充墻與框架脫開(kāi)的方法(見(jiàn)圖2)。

圖2 《砌規(guī)》中要求填充墻與框架柔性連接示意圖

采用脫開(kāi)的方法要求如下:

(1)填充墻與框架之間要留出不小于20 mm的間隙;縫隙采用聚苯乙烯泡沫塑料板條或聚氨酯發(fā)泡材料充填，并用硅酮膠或其他彈性密封材料封縫。

(2)填充墻端部設(shè)置構(gòu)造柱，構(gòu)造柱豎向鋼筋與框架梁或其挑出的預(yù)埋件或預(yù)留鋼筋連接，柱頂與框架梁板預(yù)留15 mm的縫隙，用硅酮膠或其他彈性密封材料封縫。

(3)填充墻兩端宜卡入設(shè)在梁、板底及柱側(cè)的卡口鐵件內(nèi)，墻側(cè)卡口板的豎向間距不大于500 mm，墻頂卡口板的水平間距不大于1 500 mm。

(4)墻體高度超過(guò)4 m時(shí)宜在墻高中部設(shè)置與柱連通的水平系梁，截面高度不小于60 mm。

此法降低了填充墻對(duì)框架主體結(jié)構(gòu)的約束，提高了在地震時(shí)主體結(jié)構(gòu)的安全性，但也存在不足:如果設(shè)置的縫隙過(guò)小，其間的連接鋼筋仍會(huì)傳遞部分水平作用力，設(shè)置過(guò)大會(huì)對(duì)墻體開(kāi)裂產(chǎn)生不利影響;在梁底預(yù)埋鋼筋、鐵件等也不利于施工，增加了造價(jià)。

2.2 《砌體填充墻構(gòu)造詳圖(二)》(10SG614－2)中的要求

國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集《砌體填充墻構(gòu)造詳圖(二)》(10SG614－2)給出了填充墻與主體結(jié)構(gòu)柔性連接的兩種方案，即構(gòu)造方案A(與框架柱完全脫開(kāi))和方案B(與框架柱脫開(kāi)但仍有水平鋼筋連接)(見(jiàn)圖3)。二者都是要在墻內(nèi)設(shè)置砌體組合柱，柱頂端與主體的梁或板鉸接，底部為固端連接。方案A適用于8度設(shè)防地區(qū)，包括建筑場(chǎng)地為Ⅲ、Ⅳ類(lèi)地區(qū)以及高檔裝修的框架結(jié)構(gòu);方案B適用于小于等于7度地區(qū)，包括建筑場(chǎng)地類(lèi)別Ⅰ、Ⅱ類(lèi)及中低檔裝修的框架結(jié)構(gòu)。

此法的優(yōu)點(diǎn)在于給出了做法詳圖利于施工，可操作性強(qiáng)，提高了墻體的整體性能及對(duì)平面抗彎能力相當(dāng)有利，但是鋼筋施工較為繁瑣，也增加了工程造價(jià)。圖4為連接間隙做法節(jié)點(diǎn)詳圖。

2.3 《框架填充墻(輕集料砌塊)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)程》(DB11/T 742－2010)的做法

《框架填充墻(輕集料砌塊)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)程》(DB11/T 742－2010)是北京市地方標(biāo)準(zhǔn)，適用于內(nèi)、外填充輕集料砌塊墻的設(shè)計(jì)和施工。該規(guī)程也要求用柔性連接的方式來(lái)避免框架和填充墻相互作用而造成的破壞，其最大的特點(diǎn)是用水平系梁代替填充墻與框架柱的豎向拉結(jié)鋼筋，這是與其他兩種做法最大的不同(見(jiàn)圖5)。

圖3 10SG614－2中填充墻與框架柔性連接示意圖

此做法主要用水平系梁、芯柱、構(gòu)造柱組成的水平和豎向的拉結(jié)帶，以及砌塊墻端部與主體結(jié)構(gòu)采用柔性連接的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)外輕集料填充墻與框架主體結(jié)構(gòu)的拉結(jié)，填充墻頂端與框架梁采用剛性連接的方式，并要求從地面到頂砌筑時(shí)盡量頂緊。

圖5 DB11/T 742－2010中填充墻與框架連接示意圖

北京市的這種做法可歸納為“剛?cè)岵?jì)”式連接。此做法的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便易行，缺點(diǎn)是只適用于北京地區(qū)的輕集料填充墻的建筑，能否適用于其他地區(qū)還有待理論研究和實(shí)踐的檢驗(yàn)。

2.4 三種柔性連接方式的比較

《砌規(guī)》中柔性連接的做法是對(duì)傳統(tǒng)做法(剛性連接)的修正，通過(guò)使填充墻與框架主體留有一定間隙的方式來(lái)減小填充墻對(duì)框架主體的約束，同時(shí)采用水平和豎向與主體拉結(jié)的形式來(lái)保證填充墻的整體穩(wěn)定性，是三種方式中最穩(wěn)妥的一種，安全性最高，但施工難度最大?！镀鲶w填充墻構(gòu)造詳圖(二)》(10SG614－2)中的做法將砌體組合柱引入，降低了施工難度，但是鋼筋構(gòu)造較復(fù)雜，增加了工程造價(jià)，安全性和施工難度適中?！犊蚣芴畛鋲?輕集料砌塊)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)程》(DB11/T 742－2010)給出的做法施工簡(jiǎn)便，降低了鋼筋用量，輕集料砌塊也符合節(jié)能環(huán)保的要求，是今后發(fā)展的方向，但目前該法適用范圍小，是否適用于其他地區(qū)還有賴(lài)于理論研究和實(shí)踐檢驗(yàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)鑒于填充墻與框架主體結(jié)構(gòu)剛性連接的弊端，通過(guò)工程界的研究和探索，采用柔性連接的方式已成為共識(shí)，并在新修訂的規(guī)范中做了明確要求，這是一大進(jìn)步。但是在工程實(shí)際中，尤其是施工中應(yīng)用較少，在有的施工圖中僅以“構(gòu)造柱上端與梁采用柔性連接”一語(yǔ)帶過(guò)，未給出具體要求和詳細(xì)做法，下一步要加強(qiáng)對(duì)柔性連接做法大力推廣和宣傳，使它真正應(yīng)用到實(shí)際中去，為抗震減災(zāi)、保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全做出貢獻(xiàn)。

(2)當(dāng)前工程界研究成果主要集中于填充墻與框架結(jié)構(gòu)相互關(guān)系的研究，而對(duì)具體的連接方式還缺乏相應(yīng)的研究，具體施工也沒(méi)有統(tǒng)一的做法來(lái)執(zhí)行，這樣既不利于柔性連接技術(shù)的推廣和發(fā)展，也不利于施工質(zhì)量的控制，也對(duì)建筑抗震產(chǎn)生不利影響。下一步要加強(qiáng)對(duì)具體柔性連接方式的研究，探索出一種既技術(shù)先進(jìn)、又經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)能環(huán)保的方法。

(3)柔性連接代替剛性連接，在造價(jià)方面也要做出相應(yīng)的調(diào)整。柔性連接與剛性連接的造價(jià)比較研究也是今后的一個(gè)研究方向。

［1］ GB50003－2011.砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］ GB 50025－2004.濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.

［3］ 10SG614－2.砌體填充墻構(gòu)造詳圖(二)(與主體結(jié)構(gòu)柔性連接)［S］.

［4］ GB 50011－2010.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］ DB11/T742－2010.框架填充墻(輕集料砌塊)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)程［S］.