框架结构填充墙影响和强梁弱柱成因研究

石宏彬

（中国地震局工程力学研究所，哈尔滨 150080）

（作者电子信箱：石宏彬：iem－shb＠126．com）

由于对填充墙影响研究的不足，以及又不属于主体结构的一部分，通常将填充墙作为非结构构件，在抗震设计中往往被忽略，然而在地震中填充墙表现为主体结构构件，决定着整体结构的抗震性能，布置不当往往会导致结构薄弱层或扭转破坏；而对于无填充墙的框架结构在地震中更多的表现为“强梁弱柱”破坏，并未实现预期的“强柱弱梁”延性破坏机制。上述震害现象引起了研究人员极大重视，并开展了广泛研究。本文在系统总结国内外相关研究和深入分析的基础上，结合试验和实际震害，就填充墙对整体结构抗震性能的影响以及“强梁弱柱”的成因进行了研究，主要工作如下：

（1）总体上填充墙的存在明显提高了整体结构的抗震性能。在试验基础上，对填充墙框架和空框架结构计算模型进行多遇及罕遇地震下的动力时程分析，对比了两个计算模型的楼层加速度和位移反应，表明填充墙能显著提高框架结构的刚度；通过耗能机制的分析，指出了填充墙是结构非弹性耗能的主要构件，在结构耗能中起着积极的作用；通过破坏模式的分析，表明填充墙与框架结构的相互作用导致柱子先于梁破坏，但在相同地震动作用下，柱子破坏程度明显小于空框架计算模型。

（2）揭示了计算模型误差是产生“强梁弱柱”的原因之一。结合精细有限元模型，分析了目前广泛使用的简化有限元模型误差产生的原因，并通过不同荷载工况下两种计算模型内力分布的比较，指出计算模型误差也是形成“强梁弱柱”的原因之一，在计算中应予以考虑。

（3）提出了板壳耦合梁板模型。针对简化有限元模型不能合理考虑楼板影响的缺点，本文对现有的刚臂耦合梁板模型进行了改进，提出了板壳耦合梁板模型，通过不同荷载工况下内力分布的比较。结果表明，该模型的计算精度较简化有限元模型有较大的改善，在相同精度的前提下，比刚臂耦合梁板模型更具有计算上的优势。

（4）楼板能显著提高梁端负弯矩承载力并影响“强柱弱梁”的形成。将耦合梁板简化为不同有效翼缘宽度的T型梁，进行静力和动力作用下的对比分析，讨论了不同有效宽度楼板对梁端弯矩承载力及屈服机制的影响，指出板筋参与比例是重要参数，并通过耗能机制分析进一步说明了由于楼板的影响，柱子成为主要的耗能构件，在地震中破坏相对较重。