基于填充墙对框架结构影响的抗震分析

2012-03-07王珏

山西建筑 2012年26期

王珏

(太原市龙城发展投资有限公司，山西太原 030000)

0 引言

从2008年的汶川地震以及过去的大量震害资料中可以看出:建筑中由于填充墙的破坏而造成的损失不可忽视。尽管填充墙常常被视为非结构构件，在体系中只起围护与隔断的作用而不能用来承重、抗剪。对于带有填充墙的框架结构，规范中通常是在纯框架设计的基础上，把填充墙以荷载的形式加入结构中去，单一地考虑其周期折减，而没有合理地考虑填充墙自身刚度对结构体系的影响。对此，基于科技工作者的研究之上，本文采用框架—填充砌体剪力墙的模型并借助于MIDAS/GEN分析软件来研究填充墙对结构的影响。简单的说，框架—填充砌体剪力墙模型的原理是:把填充墙看作是可以抵抗水平地震作用的剪力墙，并与框架并联计算，且采用填充墙计算刚度，即取用填充墙自身开裂后的刚度(填充墙初始刚度值的0.2～0.3)为计算刚度。在《底层框架和后砌填充墙共同作用的试验研究》一文中王春武等人在对先浇框架而后砌筑填充墙的试验基础上，研究分析了框架与填充墙共同工作的全过程及机理，提出了底层框架承担的地震剪力设计值可以按照抗震规范所规定的方法进行计算。也就是按照底层框架剪力墙的有效刚度(框架刚度不进行折减，砖墙取其弹性刚度的20%)来进行分配。

本文采用框架—填充砌体剪力墙模型，借助MIDAS分析软件来研究填充墙数量对框架抗震性能的影响，并与现行的规范设计方法进行比较，其中，填充墙取20%的弹性刚度作为自身的有效刚度。

1 模型的建立

为了便于计算分析，本文拟采用8层三跨的填充墙框架结构，其中X方向上的跨度均为6.3 m，Y方向上跨度分别为5.4 m，2.7 m，5.4 m，层高均为3.3 m，如图1所示。柱子采用混凝土C35，截面尺寸为600 mm×600 mm，梁采用 C30，截面尺寸为300 mm×500 mm。假定场地类别为Ⅱ类，地震设防烈度为8度(0.2g)，分组为第一组。填充墙所取材料参数为选取混凝土空心砌块，等级为MU15，砂浆等级为Mb7.5，厚度为240 mm，弹性模量为5 776 MPa，线性膨胀系数为10×10-6，重度为11.8 kN/m3，当填充墙以荷载形式加入结构时，梁上荷载为:11.8×3×0.24≈8.496 kN/m。

为了研究填充墙从数量上来说对框架的影响，本文采用框架—砌体剪力墙模型，考虑填充墙的刚度效应(取填充墙刚度的20%)，建立模型A(假定填充率为100%)，B(填充率75%)，C (填充率为50%)，同时为了与规范法进行对比，建立模型D与模型A进行比较。模型见图2～图5。

图1 结构平面布置图

图2 模型A

图3 模型B

图4 模型C

图5 模型D

2 模型分析与结果

在MIDAS结构分析软件中，对模型A，B，C，D进行模态分析、反应谱分析，从所得结果中选取模型A，B，C进行对比，研究填充墙的数量对框架结构的影响;选取模型A与模型D进行对比，来研究采用本文提出的框架—框架填充砌体剪力墙模型考虑刚度的方法与规范法计算结果之间的关系。

2.1 模态分析

各模型在模态分析中采用子空间迭代法，选取振型数量为12来进行分析，其自振周期结果见表1。从表1中选取A，B，C三模型的结果进行对比，并绘制图6。选取模型A和模型D进行对比，并绘制图7。

从表1中的计算结果以及图6可以看出:随着填充墙刚度效应的加入，结构自振周期减小，而且随着填充墙的数量增大，周期降低的幅度逐渐增大。

从表1及图7所示可以看出:模型A采用考虑刚度的方法计算的自振周期要比规范法所得结果明显减小。

图6 模型A，B，C周期对比图

图7 模型A，D周期对比图

表1 各模型的自振周期 s

2.2 反应谱分析

模态分析下各模型的层位移、层间位移见表2及表3，并分别在层位移和层间位移上对A，B，C三个模型以及模型A和D进行对比，并且绘制图表，见图8～图11。

表2 各模型的层位移 mm

表3 各模型的层间位移 mm

在模态分析中，从表2所示计算结果以及图8中可以看出:填充墙数量不一样的时候，层位移也不相同，对于顶层最大位移有随着填充墙数量的增大而显现出递减的趋势。从表2以及图9中可以看出:两种方法计算的层位移有明显的差别，同时，本文采用的考虑刚度法计算结果要比规范法明显小。可见填充墙的刚度效应在计算中有很大的影响。

从表3及图10中可以看出:填充墙从数量上来说对结构层间位移的影响，模型A刚度上下比较均匀，层间位移变化比较平缓，模型B和C由于填充墙布置楼层发生变化，相应的有刚度突变现象，从而导致层间位移发生突变，突变位置分别为第六层、第四层。