填充墙在框架结构中的影响

侯若峰

(山西路晟交通建筑设计有限公司，山西 太原 030001)

框架结构填充墙合理布置可有效提高建筑结构承载力、抗侧刚度及抗变形能力，不过填充墙在施工中会因为刚度效应的影响，导致框架结构在地震作用下存在扭转破坏等问题，进而使关联结构受到破坏，降低结构支撑和稳定效果，发生坍塌等事故。为此，需要对填充墙展开分析和探讨，解决其中存在的问题，以维护结构的安全性。

1 填充墙

填充墙指的是框架结构中具有分隔和围护功能的结构构件，属于非承重结构的一种，在较强地震荷载或风荷载作用下，容易出现各种病变，进而破坏框架结构性能，引发一系列连锁反应，降低建筑质量。

2 填充墙在框架结构中的影响

2.1 积极影响

2.1.1 增大承载能力，维持结构稳定性。填充墙与框架结构属于一个完整的整体，在水平荷载作用下，填充墙可为框架结构承担一大部分的侧向力，从而提高单体框架结构的承载能力，增强结构稳定性。曾有学者利用体系模型和计算公式，对框架填充墙结构在地震状态下存在的弹性能力、开裂方式及损坏情况，与配筋率和截面尺寸相等的纯框架结构展开对比分析。得出最终结果显示，前者的承受荷载在294kN左右，后者的承受荷载在191kN。这足以说明，前者承载能力强于后者，填充墙在框架结构中的应用可有效增大结构承载力。

2.1.2 加强刚度，防控位移问题。框架结构中应用填充墙可增强侧向刚度能力，尤其是早期侧向刚度，这样在结构形成后，不会因为地震荷载及风荷载的影响，使结构出现侧向位移问题。

在90年代初期及末期，均有专家学者对框架填充墙结构的刚度进行试验检测，初期对轻质砌块的填充墙框架结构刚度展开试验，末期则是对空心砖材质的填充墙刚度展开试验。通过与纯框架结构的对比了解到，框架填充墙结构的刚度要明显高于纯框架结构刚度的7倍左右。这足以说明，填充墙设置可增大框架结构刚度，避免侧移情况的发生。

2.1.3 缩短结构自振周期。自振周期是结构动力性能的一种体现，与框架质量和刚度有紧密联系。自振周期的增加，会降低结构刚度，产生各种病害问题。而刚度又受到填充墙的影响，所以在框架结构设计中，需合理规划填充墙，缩短自振周期，增大建筑结构的刚度。

2.1.4 加强抗变形能力。框架结构和墙体的连接作用共同组成建筑主要结构，用以抵抗外界不良因素的影响。填充墙作为框架结构中的重要组成部分，科学开展设计工作，可优化框架结构性能，避免变形问题的产生。与填充墙容易发生的脆性破坏有所不同，设置填充墙能显著强化结构的变形性能。

2.1.5 降低地震能量影响。在建筑结构设计中，抗震设计是非常重要的一个环节，提高抗震等级可延长建筑使用寿命。框架填充墙因其较好的承载能力和刚度，在建筑结构设计中得到广泛应用，同时填充墙对于消散地震产生的能量，降低地震能量对结构的损坏和不良影响起到显著效果。增强填充墙设置的合理性，可为框架结构提供天然保障，利用填充墙承担大部分地震剪力作用，利用变形及与墙体间的摩擦力、框架结构体系与填充墙间的滑移，以及材料自身阻尼等消耗部分地震能量，使结构拥有二道抗震防线，将结构发生损坏的严重程度和发生坍塌的可能性降低到最小。

2.2 负面影响

2.2.1 填充墙缺失部分性能过于薄弱。在水平地震荷载作用下，填充墙缺失部位的承载力和刚度比上层框架小得多，底层框架的侧移大于上层框架的侧移，大量的地震能量集中在底层，当大于极限值时，底层结构就会出现严重的损毁现象。另外，某一层墙体很可能会因为设计不合理，导致该层墙体结构受力减弱，变成薄弱层，增加墙体不稳定性。如在观察建筑某层平面图时发现，设计中墙体虽然采用的是框架填充墙结构，不过靠近街道的两侧墙体上填充墙数量较少，虽然整体结构以对称方式加以分布，但在受力划分上则因为存在不均衡情况，变成薄弱层，框架柱会在荷载加大时发生变形、位移，容易出现坍塌事故。所以在设计中必须对填充墙结构予以科学探究，以免薄弱层的出现。

2.2.2 框架柱长度较短。框架结构设计中，框架柱的长度一般不会太短，以免形成约束效应，削弱框架结构的抗变形能力。但在填充墙加入以后，如果结构上设置门窗，因为填充墙的作用，会在窗裙墙位置上产生对框架柱的约束效应，进而缩短框架柱长度，出现短柱。短柱出现后，柱子上部和下部的侧向承载能力存在较大的不均衡性，上部明显高于下部结构，加剧了约束效应，降低了框架柱的抗变形能力，减弱了框架柱的延性，发生危险事故。

2.2.3 平面布置问题导致的扭转危害。框架结构在受到地震荷载影响时，结构构件会根据自身刚度特点分配地震荷载，以此削弱地震荷载带来的破坏，维护结构的安全性。其中结构构件刚度的确定与平面连续对称布置有直接关系，连续对称性越强，构件抵抗外界荷载影响的能力越高，结构较不容易发生扭转问题。但在实际作业中，由于设计、技术人员考虑问题的不全面，填充墙侧向抵抗能力得不到发挥，降低了框架结构的刚度参数，使刚度中心偏离原定位置，刚度较小且距离刚度中心相对较远的构件，其侧向位移比刚度较大且距离刚度中心较近的构件大，承担的地震荷载也相对较大，这样容易破坏构件，也就是结构的扭转效应。

2.2.4 强柱弱梁问题。建筑施工中，框架结构一般是砌筑在梁结构上的，以降低发生框架梁弯曲变形的可能，但这会导致梁结构刚度明显增加，承载结构也逐渐转移到梁结构上，使梁先一步发生屈服变化。

3 如何减小填充墙对框架结构的不利影响

填充墙在建筑结构施工中起着非常重要的作用，为优化建筑结构性能，解决因填充墙处理不到位产生的各种问题，在设计中，需要对填充墙加以重点考虑和把控，采用有效措施降低填充墙设计中存在的不良影响，缩小外界荷载带来的损失。为削弱填充墙对框架结构的不利影响，可从两方面加以考虑：

一是直接将填充墙作为框架一部分开展综合考量和分析。在该方案设计中，重点考虑地震初期阶段内，框架填充墙的性能作用及对框架结构可能产生的不良影响，且由于两种结构选用材料不同，设计中要做好细节的全面分析和处理，以免破坏最终性能效果。具体来说，需要考虑的重点内容有：

在初期方案敲定中，融入结构设计内容，对填充墙的对称性、连续性展开分析，确定不会出现薄弱层或扭转等问题。如果一定要在底层等部位设置开敞大空间，可以考虑在底层加钢支撑，增加结构抗侧刚度，避免结构上下层刚度的突变；对门窗所在位置墙体结构展开分析，降低短柱情况的出现；科学使用连接方式，保证填充墙与框架结构紧密衔接。通常情况下，会采用构造柱、水平系梁、拉结钢筋等方式，密切两者连接，增强结构抗变形和抗弯矩能力，使发生地震灾害时,填充墙发生的开裂不至于过大并可以及时修复，且确保大震下填充墙不倒塌；材质不同的填充墙，设计中必须考虑刚度和强度等级。

二是实现填充墙与框架结构的隔离区分。这就需要在设计过程中合理规划填充墙与框架结构间距，设置合理的可供变形的空间，以降低地震能量带来的影响。不过由于该方法在我国技术上的不成熟性，还未直接应用到实际作业中。

4 结 语

框架填充墙技术对于建筑结构稳定性起到重要作用。不过在该技术使用中，会因为填充墙与框架结构间的相互制约，出现一些问题。为此，就有必要在设计中，深度考虑填充墙对框架结构带来的积极和消极影响，制定针对性的解决措施，以增大建筑结构的安全系数，强化整体的建筑施工效果。