探索填充墻對框架結(jié)構(gòu)剛度影響因素

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1、探索填充墻對框架結(jié)構(gòu)剛度影響因素　　摘要：框架填充墻結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中常用形式之一，目前大多數(shù)設(shè)計人員在對其設(shè)計計算時，只計入了框架部分的剛度，填充墻只作為外荷載加在計算模型上，而忽視了填充墻對框架結(jié)構(gòu)剛度的影響。根據(jù)常見的框架填充墻結(jié)構(gòu)的破壞情況，總結(jié)了幾點填充墻對框架結(jié)構(gòu)剛度的影響因素。關(guān)鍵詞：填充墻；框架結(jié)構(gòu)；剛度；薄弱層中圖分類號：TQ327文獻標(biāo)識碼：A填充墻框架結(jié)構(gòu)由于其空間布置靈活，在民用建筑中應(yīng)用廣泛，尤其是商住樓，因為在使用上它既能滿足底層營業(yè)的需要，也能滿足上部住宅的使用要求。同時從受力的角度來說框架結(jié)構(gòu)能承擔(dān)荷載和地震作用，而填充墻分隔房間，布置靈活，房間使用功能能夠得到滿

2、足，造價也較為經(jīng)濟，地震作用下變形能力強，能較好的抵抗地震作用。目前結(jié)構(gòu)設(shè)計師們在采用PKPM7軟件對于填充墻框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算時往往僅考慮了框架的受力，只計入了框架部分的剛度，而填充墻只作為外荷載加在計算模型上。在地震等荷載作用下，考慮填充墻對框架結(jié)構(gòu)體系的剛度系數(shù)自震周期的影響，根據(jù)填充墻的數(shù)量，對框架結(jié)構(gòu)的自震周期進行折減，使框架獲得較大的力，但未考慮填充墻與框架的協(xié)調(diào)作用。然而事實上，無論填充墻是磚墻還是輕質(zhì)隔墻，它對框架結(jié)構(gòu)的剛度影響都是存在的，且不容忽視。填充墻的存在及布置不合理使得建筑物在遇到地震時震害嚴(yán)重，而填充墻及內(nèi)部預(yù)埋管道的損壞使得震后修復(fù)工作量很大，維修費用高，因此對于

3、填充墻對結(jié)構(gòu)剛度影響應(yīng)該予以重視。本文針對常見的框架填充墻結(jié)構(gòu)的破壞情況，總結(jié)了以下幾點影響框架填充墻整體剛度的因素。1不同材料的填充墻對結(jié)構(gòu)剛度的影響在填充墻框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，只考慮了填充墻的質(zhì)量，對結(jié)構(gòu)整體近似的采取一定的折減系數(shù)，而沒有考慮不同材料的填充墻對結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的影響，在建筑隔墻中通常采用普通燒結(jié)磚、空心磚、加氣混凝土砌塊等材料，由于材料的選擇不同，隔墻自身的剛度不同，對框架結(jié)構(gòu)剛度的貢獻也會不同，一般情況下普通燒結(jié)磚的自身剛度較其它材料大，空心磚及加氣混凝土砌塊等由于空心部分的存在則自身剛度減弱，那么對整體剛度的貢獻也減弱。2不同形式布置的填充墻對結(jié)構(gòu)剛度的影響2.1填充墻豎向

4、布置不均勻引起薄弱層對框架剛度的影響7填充墻豎向布置不均勻會造成結(jié)構(gòu)豎向剛度不均勻從而形成薄弱層，隨薄弱層位置的不同分為以下幾種：底部薄弱層、頂部薄弱層、中部薄弱層、多個薄弱層見圖1。由于建筑或使用功能不同，底層作為營業(yè)用房或活動用房不設(shè)置填充墻，而二樓及其以上作為住宅根據(jù)用戶的使用要求設(shè)置了隔墻，那么就會形成底部薄弱層，這種結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生頭重腳輕的結(jié)果，在水平地震作用下基底剪力完全由框架柱承擔(dān)，同時結(jié)構(gòu)底層承受的地震剪力又是最大的，底層會產(chǎn)生較大的層間位移，使得底部薄弱層結(jié)構(gòu)的底層柱很容易在地震作用下發(fā)生嚴(yán)重破壞。有些結(jié)構(gòu)的建筑填充墻從基層延續(xù)到上部，但是在建筑的頂層由于使用功能為會議室、練功房

5、等寬敞的大房間而沒有設(shè)置填充墻，則往往形成頂部薄弱層。薄弱層的存在使得結(jié)構(gòu)的變形在薄弱層部位突變，對結(jié)構(gòu)抗震非常不利，當(dāng)結(jié)構(gòu)的變形超過結(jié)構(gòu)的變形能力時就會在薄弱部位發(fā)生破壞。我國大多數(shù)臨街建筑都為商住樓，這種結(jié)構(gòu)往往形成底部薄弱層，地震發(fā)生時房屋結(jié)構(gòu)很容易破壞甚至倒塌。上部結(jié)構(gòu)由于填充墻的存在，使得結(jié)構(gòu)底部剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于上部結(jié)構(gòu)，在底部形成薄弱層，底部框架承受了較大的基底剪力的較大的集中層間位移，底層框架柱整體傾斜，柱頂、柱腳出現(xiàn)塑性鉸。2.2填充墻水平布置不當(dāng)引起扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對框架剛度的影響7在框架結(jié)構(gòu)的一般計算時，往往假定水平荷載合力的作用線通過結(jié)構(gòu)的剛度中心，因此結(jié)構(gòu)沒有繞豎軸的扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生。然而

6、當(dāng)結(jié)構(gòu)的平面布置或剪力墻的設(shè)置較復(fù)雜且不對稱時上述假定就不成立。當(dāng)填充墻在結(jié)構(gòu)平面的布置不均勻使結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心不一致時，在水平地震作用下結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)或者使結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進一步增大。如圖2所示結(jié)構(gòu)平面布置，建筑物本身對稱，質(zhì)量均勻分布，在計算時如果不考慮填充墻，那么在水平荷載如風(fēng)荷載或地震荷載的合力作用下通過結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心O1，然而若考慮填充墻的作用，因填充墻對x軸，墻A不對稱布置，墻B對稱布置；對y軸，墻A不對稱布置，墻B對稱布置，結(jié)構(gòu)的剛度中心O2較質(zhì)量中心O1偏右，以ex表示；偏上，以ey表示。此時在水平力作用下，結(jié)構(gòu)不僅會發(fā)生橫向平移，同時還會繞剛度中心扭轉(zhuǎn)，從而造成框架結(jié)

7、構(gòu)的破壞。3開洞填充墻對框架剛度的影響3.1開洞填充墻造成短柱破壞對框架剛度的影響框架結(jié)構(gòu)的建筑，就框架柱的受力狀態(tài)和破壞形態(tài)而言，一般情況下屬于中長柱，當(dāng)框架填充墻在相鄰柱間7樓梯間、通窗等時，由于窗下墻對框架柱的約束作用，縮短了框架柱的計算高度，使其變?yōu)榱硕讨?。短柱以剪切破壞為主，屬于脆性破壞，在?gòu)件破壞之前無明顯征兆，無法在事前采取有效措施，往往會造成很大的危害，嚴(yán)重危及人身和財產(chǎn)安全。從受