填充墻對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌影響研究

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1、填充墻對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌影響研究　　摘要：本文分析填充墻對框架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的影響，介紹了連續(xù)倒塌的機理及破壞形式，從填充墻的內(nèi)力、對抗側(cè)剛度的影響以及對結(jié)構(gòu)性能的改善三個方面分析了填充墻的作用。分析表明，合理布置填充墻可以改善結(jié)構(gòu)的受力和變形性能，提高抗連續(xù)倒塌的能力。關(guān)鍵詞：填充墻；框架結(jié)構(gòu)；破壞；連續(xù)倒塌中圖分類號：TU323.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A引言7填充墻鋼筋混凝土框架具有結(jié)構(gòu)建筑平面布局靈活、空間大、在一定程度上節(jié)約成本的優(yōu)點，因此，在實際工程中得到了應(yīng)用廣泛，框架填充墻結(jié)構(gòu)如圖1所示。在設(shè)

2、計過程中，大多將填充墻用于維護(hù)結(jié)構(gòu)，一般情況下將填充墻的自身重量作為均布載荷加載在框架結(jié)構(gòu)中，并折減框架的自振周期以消除填充墻對框架結(jié)構(gòu)固有頻率的影響，填充墻對結(jié)構(gòu)體系的剛度具有增大作用。施工過程中，填充墻被嵌入框架的梁、柱周邊，或用拉接筋連接框架與填充墻，使二者形成整體，以提高填充墻的穩(wěn)定性[1]。實際上，框架結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度及振動周期都會因為填充墻的加入而變化，并且與無框架結(jié)構(gòu)的條件下具有很大不同，因此形成很多不同于無填充墻框架結(jié)構(gòu)的破壞形式。通過對我國發(fā)生的幾次地震的震害分析，結(jié)果表明，框架結(jié)構(gòu)主體的

3、破壞一般，而造成財產(chǎn)和人身安全的主要因素是填充墻等非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的嚴(yán)重?fù)p毀。國家新制定的建筑設(shè)計規(guī)范對填充墻等非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件進(jìn)行了強制規(guī)定，應(yīng)充分估計框架結(jié)構(gòu)的填充墻等的設(shè)置對建筑物抗震性能的不利影響，避免因設(shè)置不合理而引起的主體框架結(jié)構(gòu)的破壞，以提高填充墻等非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的抗震性能，提高其安全性。填充墻的設(shè)計對主體框架結(jié)構(gòu)的破壞具有十分重要的影響，為此，單純注重結(jié)構(gòu)主體的抗倒塌性能的傳統(tǒng)設(shè)計觀念應(yīng)該改變，同時更加注重非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的合理設(shè)計。本文論述了填充墻對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的影響，以提高建筑物的結(jié)構(gòu)安全

4、性，避免人們的生命和財產(chǎn)損失。連續(xù)倒塌機理所謂結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌是由局部破壞向其他部分?jǐn)U散，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上的大范圍坍塌。局部破壞由意外載荷引起，載荷進(jìn)一步引發(fā)連鎖反應(yīng)，使結(jié)構(gòu)破壞擴散。結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌最終使結(jié)構(gòu)的主體喪失承載能力。連續(xù)倒塌的最終破壞與初始破壞不成比例，設(shè)計或者建造上的失誤以及設(shè)計考慮之外的不定因素均可能導(dǎo)致連續(xù)倒塌的發(fā)生。7根據(jù)材料力學(xué)中的強度理論，應(yīng)力達(dá)到最大允許承載力時，結(jié)構(gòu)將發(fā)生破壞。在劇烈震動載荷作用下，一方面結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。當(dāng)變形發(fā)生在強度極限內(nèi)時，結(jié)構(gòu)不會發(fā)生破壞效應(yīng)；當(dāng)變形超過強度極限

5、，結(jié)構(gòu)變形形成結(jié)構(gòu)破壞，建筑物產(chǎn)生裂紋，甚至發(fā)生連續(xù)倒塌。另一方面，如果震動為連續(xù)載荷，結(jié)構(gòu)塑形耗能積累，結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生裂紋等損傷，隨著載荷的加載，當(dāng)達(dá)到一定限度時，結(jié)構(gòu)將發(fā)生低周疲勞破壞。結(jié)構(gòu)的最大變形與累積損傷不是相互獨立的，二者之間相互影響，破壞是變形和能量消耗共同發(fā)生的過程。7常見的填充墻體破壞形式如圖2所示。第一種裂縫為剪切破壞。裂縫為階梯型，此種裂縫是由于砌體墻縫中的水平方向上剪應(yīng)力的作用形成水平裂縫，裂縫突然向下，并逐層延伸形成的。第二種裂縫為斜拉破壞。墻體斜裂縫由于受到垂直于主對角線的拉應(yīng)力作

6、用，發(fā)展成為貫穿墻體的一條或多條，裂縫與主對角線平行。垂直拉應(yīng)力方向與主應(yīng)力方向相垂直，擴散發(fā)生在墻體中間及附近區(qū)域，同時，斜裂縫也在墻體中間區(qū)域形成并向其他區(qū)域發(fā)展，因此墻體中間部位的拉應(yīng)力最大，為危險部位。裂縫發(fā)展到壓力角附近便停止幾乎不再繼續(xù)發(fā)展，此處的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力相互平衡。第三種形式為斜壓破壞。如圖所示，墻角部分沿著框架被壓碎，這是由斜壓桿一端在墻角處的壓力過大所致。由此可見，具有填充墻的混凝土框架結(jié)構(gòu)，填充墻在一定程度上對外部載荷具有支撐作用，可以大大改善主結(jié)構(gòu)的受力及抗倒塌性能。因此，合理的設(shè)

7、計方法應(yīng)當(dāng)是考慮將填充墻作為抗側(cè)力墻，在框架設(shè)計中就將填充墻的抗力作用考慮在內(nèi)，并修改框架的變形性能[2]。圖1框架填充墻結(jié)構(gòu)圖2填充墻破壞形式填充墻對框架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌影響3.1填充墻的內(nèi)力結(jié)構(gòu)受到外部水平剪力的作用，同時填充墻受到框架的擠壓，墻內(nèi)各點具有正應(yīng)力和剪應(yīng)力，兩向的應(yīng)力同時作用導(dǎo)致剪切破壞。應(yīng)力最大值點即墻體危險部位，位于墻體中心。最大應(yīng)力由經(jīng)驗公式得出：剪應(yīng)力豎向壓應(yīng)力式中，為填充墻的長度；為填充墻的高度；為填充墻的厚度；為框架作用于填充墻上的水平剪力。內(nèi)部斜向拉應(yīng)力達(dá)到強度極限時，填充墻出現(xiàn)

8、內(nèi)部裂縫，最終產(chǎn)生斜拉破壞。斜向拉應(yīng)力最大值出現(xiàn)在墻體的中間部位。斜向拉應(yīng)力由如下經(jīng)驗公式確定：由于應(yīng)力產(chǎn)生于填充墻的中心，距離框架較遠(yuǎn)，因此應(yīng)力主要是由填充墻的性能決定，框架自身的剛度相對來說影響較小。在斜壓破壞中，柱的抗彎剛度決定了同填充墻的接觸長度，且強度極限值與填充墻的支撐剛度相關(guān)——柱的剛度和接觸長度越大，接觸面上的壓力越小。73.2對抗側(cè)剛度的影響通過對填充墻框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度分析知，當(dāng)薄弱層位于底層時