浅析框架结构填充墙对抗震性能的影响

董梅

摘 要：通过分析震害报告中提供的框架结构中填充墙的破坏形式，总结了填充墙对框架结构抗震性能的影响。填充墙与框架结构之间的连接方式决定了所要采用的结构设计方法。

关键词：框架结构；填充墙；抗震性能；连接方式

中图分类号：TU352.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.06.084

框架结构的平面布置灵活，是一种常见的结构形式。建筑的外墙和内部分隔墙是用与混凝土不同的砖石或砌体等材料填充的。为了保证填充墙的稳定性，使施工更加便利，一般采用填充墙与框架梁柱周边嵌实的做法，从而形成刚性连接。这样做，有利于隔音、防水、保温和隔热。但是，相关人员应高度重视填充墙对框架结构的影响及其具体的破坏形式。

1 填充墙对框架结构抗震性能的影响

1.1 有利影响

填充墙的加入对框架结构的抗震性能有很大的影响。如果填充墙布置得当，有利于提高结构的整体性能。

填充墙对框架结构抗震性能的有利影响主要有以下几点：①增加了框架结构的抗推刚度，缩短了自震周期，增加了作用于整个建筑上的水平地震力，其增加幅度为30%～50%. ②改变了框架结构的地震剪力分布状况。由于砌体填充墙参与抗震，分担了一大部分水平地震力，所以，减小了框架所承担的楼层地震剪力。③由于砌体填充墙具有较大的抗推刚度，限制了框架变形，所以，减小了整个框架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，进而提高了整个建筑的抗震能力。

1.2 不利影响

如果填充墙在框架结构中布置不当，就会使原本均匀规整的框架结构的刚度中心偏移，从而进一步加大框架结构在地震作用下的扭转反应。

填充墙对框架结构抗震性能产生的不利影响有以下几点：①在平面内，填充墙应均匀、对称地分布。如果填充墙偏置于框架结构的某一侧，就会使楼层质心和刚心发生较大的偏移。在地震的作用下，将会使框架结构发生严重的平面扭转，进而破坏框架结构。②填充墙沿房屋的竖向分布应上下连续、贯通。框架结构沿竖向的刚度分布也要求要均匀，并逐步变化，不应出现突变。但是，通常情况下，由于建筑或使用的需要，与框架结构相邻层的填充墙不能保证竖向连续，比如底层大空间需要或结构中存在不能避免的错层等。这些因为使用用途改变或受地势条件限制等而布置不规则的填充墙，都会使框架结构竖向刚度分布不均匀、甚至突变，所以，框架结构容易在填充墙少的楼层形成薄弱层。在地震作用下，薄弱层柱端将会产生很大的塑性集中变形，使楼层同时发生很大的侧移，进而导致建筑坍塌。③因为框架结构受出入和采光等条件的制约，所以，要在墙上设置门窗洞口，这样就很容易形成短柱现象。在地震的作用下，框架柱在形成短柱后，极易在弯曲强度发挥之前发生脆性的剪切破坏。④填充墙的数量分布直接影响了框架结构的整体刚度。因此，为了使各层的刚度尽量接近，各层的填充墙数量要基本保持一致，相差不能太多。这样，其质量和刚度都会比较均匀，分布也会比较均匀。但是，有时的功能要求会使填充墙的布置数量相差较多，这样会使结构刚度变化不均匀，从而削弱框架结构的抗震能力。

2 填充墙的材料和强度对抗震性能的影响

砌体强度高的填充墙嵌砌在框架和梁中间，形成了一道强度和刚度都较大的填充墙。当发生地震时，会产生水平地震作用力。由于墙体强度、刚度较大，便会顶推框架梁柱，进而使得节点处被破坏。所以，填充墙的强度越大，刚度越大，对框架梁柱的破坏也就越严重。由此可知，强度较大的填充墙并不会增强框架结构的抗震性能。

如果填充墙的强度过低，便会导致填充墙被破坏，引发倒塌，同样会造成一定的人员伤亡和财产损失。试验研究结果表明，目前，将一般钢筋混凝土框架结构填充墙用砌体的强度暂定为：内墙2.5～3.5 MPa，外墙3.5～5.0 MPa。强度过高或过低的填充墙砌块都会对抗震产生不利的影响。

3 填充墙与框架的连接方式

从填充墙抗震作用的角度来讲，填充墙与框架的连接方式是最关键的技术措施。通常情况下，可将其分为刚性连接和柔性连接2种。但是，多年来，国内都采用从柱内伸出拉结钢筋再砌入填充墙中的做法，它已经成为了刚性连接的做法之一。所谓“刚性连接”，就是使框架梁柱中的填充墙与框架形成一体。在结构设计时，必须考虑到填充墙的刚度和强度对整个框架结构的变形影响。所谓“柔性连接”，就是在结构设计时，忽略填充墙的刚度或忽略一部分其对框架结构造成的影响，采取脱开砌筑或某种柔性连接件的方式消除填充墙对建筑主体结构造成的不利影响。

4 填充墙框架结构的工作阶段分析

在弹性工作阶段，填充墙和框架均为弹性工作阶段框架。根据其连接情况，填充墙与框架很快在接触面间形成了周边初裂缝，如图1所示。

随着侧力的增大，周边裂缝也在不断增大。由于填充墙与框架对角接触部分发生了挤压，出现了碎裂现象，所以，墙面也逐渐出现了未贯通的斜裂缝，如图2所示。此时，框架仍然处于弹性工作状态，填充墙则成为了抗侧力构件。

当侧力继续加大时，墙面出现了微裂缝，并发展成了贯通的斜裂缝，而框架柱也已经开裂并逐步发展。此时，框架进入了塑性发展状态。当其达到了填充墙框架最大的承载侧力阶段时，填充墙会受挤压作用而产生抗侧力。框架是主要的承载侧力构件，整个结构呈弹塑性工作阶段。随着侧力的增大，填充墙的框架结构总承载能力达到了极限，框架梁柱形成了明显的塑性铰。由于墙体与框架结构之间有拉结钢筋，所以，一般情况下，墙体是不会倒塌的，如图3所示。

由填充墙和框架共同作用的机理可知，在地震的过程中，填充墙主要在前两个阶段发生抗侧力作用。在多数地震（小强度地震）中，填充墙的抗侧力方面发挥了不小的作用；在高强度地震中，填充墙也可以起到吸收地震能量的作用。总之，填充墙在抗侧力和抗地震力上都有突出的贡献。

图1 弹性工作阶段 图2 弹塑性工作阶段 图3 塑性工作阶段

5 结束语

对于框架结构的填充墙设计，过去它并没有设计规范可循。因为它只是一种非结构构件，既不受建筑师的重视，也不被结构工程师关注。历次地震灾害警告人们，在框架结构中，填充墙开裂、破坏和倒塌的情况时有发生，而它们会造成巨大的财产损失，特别是填充墙倒塌后，会造成严重的人员伤亡。因此，设计人员和施工人员应高度重视填充墙及其砌体的主要材料（与混凝土砌块生产企业有密切的关系）。希望相关人员能够继续努力，总结经验，进一步完善填充墙与主体结构的连接构筑方式，使填充墙在地震时不再成为倒塌伤人的元凶。作为非结构构件存在的填充墙，由于其自身的性质而参与了框架建筑的整体受力，在竖向承重和抗侧力方面都起到了一定的作用。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 5001—2010 建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]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.

[3]黄靓，施楚贤，吕伟荣.对框架填充墙结构抗震设计的思考[J].建筑结构，2005，35（8）：27-28.

[4]丁圣果，杨恢元，肖常健，等.框架—填充墙体系的弹塑性分析[J].常州工业大学学报，2003，32（3）：84-85.

[5]关国雄，夏敬谦.钢筋混凝土框架填充墙结构抗震性能的研究[J].地震工程与工程振动，1996，16（1）：93-95.

〔编辑：白洁〕