孙 晓 霞

(1.太原理工大学，山西 太原 030024； 2.大同市建筑设计研究院，山西 大同 037006)



带填充墙框架的抗震性能分析及设计

孙 晓 霞1，2

(1.太原理工大学，山西 太原 030024； 2.大同市建筑设计研究院，山西 大同 037006)

总结了设计有填充墙的框架结构时常见的问题，分析了框架结构中填充墙对结构刚度和承载力的影响，指出设计中应合理布置填充墙，避免出现软弱层或薄弱部位，减少对结构产生的不利影响。

框架结构，填充墙，刚度，承载力

历次地震中，框架结构都表现出了良好的抗震性能，但是框架结构的填充墙引起的震害却不少，而且都很严重。填充墙破坏形式有很多样，有水平的裂缝、交叉斜裂缝、平面外的倾斜等等，最严重的甚至出现整体倒塌的情况。而对于主体结构，则因为填充墙的布置，使结构刚度中心发生偏移，造成较大的扭转，框架柱和梁柱节点被破坏。

在设计有填充墙的框架结构的时候，主要涉及两种问题：第一种是结构的整体刚度会受到填充墙的影响；第二钟是填充墙与主体结构的梁和柱的拉结，还有填充墙墙体自己本身的稳定问题。在做设计的时候，工程设计人员一般对第二种问题比较重视，对第一种问题就考虑不多，特别是对于填充墙在框架结构平面布置中的位置，仅被当作了非结构构件，只把它当成竖向荷载来考虑。但实际上填充墙与框架主体之间存在着相互作用，是参与结构体系的地震剪力分配的。

工程设计中，为了满足功能的需要，有时会把填充墙仅仅布置在结构平面的一端，结果导致此端刚度增大，引起结构的偏心和扭转；或者是结构的某一个楼层或者几个楼层只在外围有填充墙，而其余楼层不仅外围有填充墙，而且内部也布置有较多填充墙，这样可能会使结构的上下层刚度差异过大而形成软弱层。当建筑进行改造时，当把小开间改为大开间，需要减少分隔墙，结构层的质量和刚度就会减少，地震作用也会减少；当把大开间改为小开间，需要增加分隔墙，结构层的质量和刚度都会增大，地震作用也会增加。

除了刚度效应，填充墙还会对框架柱产生约束效应。有两种情况，一种是每层框架柱高度范围的中部没有填充墙，柱上下两端受到设置的刚性填充墙的约束，这样就会使框架柱的中部形成短柱，整个结构的变形能力就会变差，延性大大降低，柱本身所受的剪力就会大大增加，在地震作用下容易造成剪切破坏。二是填充墙在层高范围满布时，通常设计中是忽略填充墙的抗剪承载力的，层间剪力全部由柱来承担，相当于填充墙刚度引起的剪力也由柱按D值分配，但实际情况是与墙相连的柱刚度大，会受到更大的地震力，而且由于填充墙受震时的单向斜撑作用使各个柱并非按各自的D值分配地震力，当墙顶斜砌砖过早被压坏的时候，填充墙就会把边柱剪坏。

目前，难以比较准确地就填充墙对结构刚度的影响进行量化分析，也不能准确地计算出由此产生的结构偏心程度和上下两层刚度差异值的大小。结构设计人员设计的时候，就应当从概念设计出发，计算和构造两个方面一起来考虑：

1)为了控制整个框架结构因为刚度偏心而造成的扭转，同时也为了避免出现上下层刚度差别太大的情况，建筑设计时，应尽量使填充墙在平面和竖向的布置均匀、对称。并应采取可靠的构造上的措施，尽量减少由于填充墙平面、竖向布置的不均匀、不对称而造成的不利影响。结构分析的时候，宜根据填充墙、隔墙的实际布置情况，用较为合理的偏心距来反映平面布置的不均匀，用层刚度增大系数来反映竖向布置的不均匀，并取按此计算的结果和不考虑这些因素的计算结果两者中的最不利情况作为设计依据。对上下层填充墙、隔墙数量变化很大的框架结构，宜考虑按薄弱层设计。

2)边框架外墙设带形窗，为防止柱发生剪切破坏，框架柱箍筋应全高加密。

3)由于填充墙与框架结构的主体刚性连接，墙的强度和刚度对主体结构有很大的影响。在实际工程中，填充墙对结构的整体刚度会有影响，有时还可能很大。如果不考虑填充墙的刚度，结构的地震作用计算时就会小于实际承受的地震作用，这样就会导致结构的抗震设计偏于不安全。设计时一般用周期折减系数来反映这个影响的大小，但采用的折减系数是统一的，仅仅对填充墙的作用做了大致估算。设计的时候应该根据不同的结构类型和填充墙数量的多少选用周期折减系数(见表1)，使它与结构的实际结构刚度基本符合。

表1 周期折减系数

4)框架结构的填充墙为减轻自重应尽可能选用轻质墙体。震害显示，填充墙破坏后，倒塌会伤人，并且会堵塞通道，对人员疏散形成障碍，刚度较大的填充墙则会加大地震作用。因此，在高层建筑中，轻质墙板应该是较好的选择。

5)地震时填充墙大量破坏，可以消耗部分地震能量，对主体结构起到一定的保护作用，但是它造成的经济损失是很大的。填充墙与主体结构应该设置可靠的拉结，应该能与主体结构不同方向的层间位移相适应，应该具有满足主体结构层间位移的变形能力。如果采用的是柔性连接，通过在墙中按一定间距设置小混凝土构造柱，与框架梁或楼板连接，形成下部固定，上部铰接的支承情况，这样可以不计入填充墙对主体结构刚度的影响，只考虑墙体重量对结构的影响。但这种连接方式在大震作用下，填充墙极有可能发生平面外的倒塌。

6)抗震设计时，框架的填充墙，应该符合以下要求：

a.填充墙应该沿框架柱的全高，每隔500 mm～600 mm设置2φ6的拉筋，6，7度抗震设防的时候，拉筋伸入填充墙的长度宜沿填充墙全长贯通；8，9度抗震设防时应沿填充墙全长贯通。

b.当填充墙的长度大于5 m时，墙顶与梁(板)宜有拉结；填充墙的长度超过8 m或者层高的2倍时，墙内宜设置钢筋混凝土构造柱；当填充墙的高度超过4 m时，墙体的半高处(或门窗洞口上皮)宜设置钢筋混凝土水平系梁，与柱连接且沿墙全长贯通。

c.砌体砂浆强度等级不应低于M5，墙顶应与框架梁或楼板密切结合。

d.楼梯间和人流通道的填充墙，应采用钢丝网砂浆面层加强。

目前，工程设计人员对于带填充墙框架的抗震设计，只采用了周期折减系数来计算填充墙对整体刚度的增大，没有考虑填充墙对强度、刚度和剪力分配的影响，方法比较简化。大量的震害表明，填充墙对结构刚度有影响，对主体结构有约束，会造成扭转破坏、薄弱层破坏和短柱的剪切破坏。因此，非常有必要针对框架结构的震害特点，开展结构试验，研究填充墙不均匀布置对主体结构抗震性能的影响，及在不同的填充墙布置的情况下，框架结构的地震反应和设计的方法。

[1] 李建辉，薛彦涛，王翠坤，等.框架填充墙抗震性能的研究现状与发展[J].建筑结构，2011，41(S1)：12-17.

[2] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[3] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

Seismic performance and design of a frame with a packed wall

Sun Xiaoxia1，2

(1.TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China;2.DatongBuildingDesignInstitute,Datong037006,China)

Sums up the problems in the design for the framework of the filled walls. Analysis of the influence of frame structure filling wall on structure stiffness and bearing capacity, and points out that the design should be reasonable layout of filling wall, avoid weak layer or weak parts, reduces the adverse influence to the structure.

frame structure, filler wall, stiffness, bearing capacity

2016-11-23

孙晓霞(1978- )，女，在读工程硕士，高级工程师

1009-6825(2017)04-0047-02

TU352

A