关于框架砌体填充墙结构概念

关于框架砌体填充墙结构概念分析【摘要】在总结框架砌体填充墙结构的震情调查和震害分析的基础上，针对砌体填充墙在具体工程实际中的刚度效应，作出了对抗震有利和不利的分析，提出了结构概念设计的建议和方法，供参考。【关键词】框架砌体填充墙结构刚度效应一前言在抗震设防区的框架结构设计，都不可避免的要考虑到砌体填充墙的刚度问题，按照建筑抗震设计规范（GB50011-2001）【1】定义砌体填充墙为非结构构件，在具体的工程设计中按照框架填充墙数量的多少来确定周期折减系数，通过适度增加地震作用来解决这个问题。事实上框架填充墙结构抗震设防是个比较复杂的课题，在充分考虑了砌体填充墙的刚度情况下，不同的结构平面、竖向刚度都对整个结构有着重要的影响。目前PKPM系列等国内绝大多数结构计算分析软件中，都考虑将砌体填充墙折算为平面荷载来确定计算模型，忽略其间的刚度。这样会导致结构分析的结果会与工程实际有很大差别，在一些情况下会造成结构在发生震害时会偏于不安全，所以在应用中必须增加这方面的概念设计来弥补工程实际与计算模型的很大差别。二对抗震有利和不利综述事实上，大量的震情调查和模型试验表明【2】【3】，在合理的结构布局中，砌体填充墙钢筋混凝土框架结构远比空框架的抗震性能好。在震害初期砖填充墙和框架均处于弹性工作阶段，框架梁、柱对填充墙的耦合作用能共同工作抵御地震剪力的不利影响。随着侧力的逐步加大，填充墙面出现微裂缝并发展成贯通的斜裂缝，主框架开裂并发展。此时，整体结构处于最大的承载力弹塑性阶段。在地震作用下，上部填充墙与框架共同参与工作，即使填充墙先开裂，且开裂后的刚度迅速下降，但由于填充墙的作用，结构进入塑性阶段后仍具有较大的耗能能力。但若填充墙布置及构造不恰当，也将对整个结构产生负面效应，其主要表现为：（1）减低在结构振动的固有周期，因而改变地震能量的吸收和基本结构的地震应力。（2）重新分配结构的侧向刚度，因而改变应力分布状态。（3）致使结构过早地发生通常是剪切或斜压的破坏。在具体的工程设计中要做到如何趋利避害，增加在框架砌体填充墙结构中的概念设计：仍按框架填充墙数量的多少来确定周期折减系数，适当考虑填充墙为抗侧力墙，根据结构的变形性能和应力情况来修改结构设计。三提出几点建议和方法1．砌体填充外墙因为门窗洞口的设置，只填充到框架的局部高度，填充砌体或现浇混凝土板约束了框架柱底部的自由变形，减小了框架边、角柱的有效计算高度，增大该部分柱的侧移刚度。而地震作用效应按本层抗侧力构件刚度比进行分配。这部分增加了刚度的柱子必将分配到较大的地震剪力。而因为柱的抗剪强度不足导致的破坏却发生在填充墙洞口的临界部位，所以按正常框架仅在节点区设置加密箍筋不符合这部分柱的受力特性。严重时可能会导致框架柱因抗剪承载力不足而发生破坏【4】。建议框架边、角柱箍筋全高加密设置，必要时需按调整后的柱抗侧刚度进行抗剪承载力验算（见图1）。同时为防止框架梁在洞口处发生剪切破坏，沿梁全长按梁端剪力配置箍筋。图1台湾921地震图片资料2．对于采用柱下独立基础形式的框架结构，其填充外墙下宜设计为带肋梁钢筋混凝土条基与柱下独立基础同时施工。一方面因为填充墙的刚度效应使之承受较大的一部分地震倾覆力矩和剪力。若采用基础拉梁来解决，明显的不足之处在于基础拉梁的设计中若考虑地震作用的附加荷载，这必然增加柱下独基的负担，使柱下独基地基承载力Pkmax很容易超过1.2fa的规范限值。若不考虑地震作用的附加荷载，则拉梁强度明显不够，在地震作用下可能先于破坏，从而导致填充墙体的破坏。其附属的各种设备、设施、管道将一并受到殃及。使震后修复的费用及难度都会增加很多。另一方面，采用带肋梁的墙下条基，将明显结构的整体性能，减小地震作用下结构扭转的不利效应。同时增加柱下独基的变形协调能力，抵抗可能发生的地基不均匀沉降。3．在《建筑抗震设计规范》中第7.1.7条对于多层砌体结构：楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。主要是考虑在房屋的尽端和转角处容易受到在地震作用下结构发生扭转的不利作用。楼板的平面内刚度无限大假定的作用在此处受到削弱，且整体结构对于此部分墙体约束减少，导致此部分墙体变形较大。在框架填充墙结构中情况也较类似。在楼梯间填充墙一般较长（＞＝4.8米），高度沿竖向全高，且很少开洞口，使整片墙体的刚度较大。因为楼梯休息平台的设置，柱计算高度在此处减半，导致抗侧刚度进一步加大，相应分配到更大的地震剪力。发生地震时，楼梯间的疏散功能突出，决不能让楼梯间结构先于其它结构发生破坏，故对此部分的结构设计，尤其重要和突出。主要设计技术措施：（1）支承楼梯间墙体的框架梁宜按【1】第7.5.4条托墙梁设计：a.梁的截面宽度不小于300mm，梁的截面高度不小于跨度的1/10.b.箍筋的直径不小于8mm,间距不大于200mm；梁端在1.5倍梁高且不小于1/5梁净跨范围内，以及上部墙体的洞口处和洞口两侧各500且不小于梁高的范围内，箍筋间距不大于100mm.c.沿梁高设置腰筋，数量不少于2Φ14，间距不大于200mm.膨d榜.毯梁的主筋和腰离筋按受拉钢筋值的要求锚固在宗柱内，且支座则上部的纵向钢崭筋在柱内的锚迁固长度应符合信钢筋混凝土框器支梁的有关要荡求茄。义泉(2)与梦此处墙体拉结约钢筋沿楼梯间誓砖砌填充墙通岸长设置，适度楚减小每层拉结辛钢的间距。砖御砌填充墙与柱胶连接也可采用末柔性连接方式金（久图陷2厨），减小墙柱劝耦合效应的抗羊侧刚度以减小杯层间剪力的分端配比。从而达们到减轻震害的梁目的。州(3延)准柱箍筋按短柱请要求沿全长加酱密设置。跌缘4忧．在房屋内部脖竖向连续的砖原砌填充墙，设赶法将其中关键任性墙体设计成啦永久墙体，按料照适度分散，拆刚度中心与整塔体结构重心尽姜量重合的原则滋布置。充分利猛用这部分砖砌芬填充墙对结构伞有利作用。支辱承此类砖砌填逝充墙的框架梁屡轴线宜与柱轴排线重合，或尽旅量减小偏心值渡。同时应有可籍靠措施加强砖色砌填充墙与框君架主体的连接姐，避免在发生摇震害时，这些趴墙体有可能脱截离主框架而被孕横向甩出，从奏而起不到作为啦结构抗侧力体为系快组成部分的作参用。对于竖向柜不连续的砖砌鉴填充墙，则需撇充分考虑此类丙墙的不利作用拥。若此类墙占事所有填充墙的层比仓例矮>5虫0慌％，除了此处五框架梁需按托眉墙梁设计外，套还需将其中抗树侧刚度较大的昨部分墙体与框锅架柱采用（行图蹦2光）的柔性连接芹方式。桶台既鸣供咸漫图摆2亲5沿．在当前城镇刻建设中底部几处层开设商场、清上部作住宅或唇办公用房等建河筑较多地采用令框架填充墙结白构，为满足使泉用要求，底部勿几层填充墙数织量少、间距大挂，且层高较高遇；上部填充墙螺数量大、分布励广。同时，框少架柱截面沿竖出向没有变化或臭变化很小。计劳算出底部层间买屈服强度系数念明显小于上部混，成为结构的雄薄弱层。在中见强地震作用下因，造成较为突鼠出的底部弹塑捉性变形集中现愤象。另外，填汪充墙提供一定现的侧移刚度，纪使得上部与底览部层间刚度比奴较大，不能满赛足规范要求。烂因此，建筑竖南向体型布置必盛须控制楼层竖必向承载力和侧雪向刚度的均匀拐性。设计这类顺结构时，需要蚁在底部几层增宽设钢筋混凝土烫剪力墙以解决扯刚度、强度不签足的问题，避燕免底部出现弹恰塑性变形集中党现象。四工程举例礼邻麻意大利的一栋谅旅馆，工是蕉5归层框架结构，丰底层是大堂、婚餐厅等，隔墙址很少。左而造2趟～枣5政层是客房，填狐充墙较多，巴在圈198统0茧年的地震时，趋底部完全破坏山，上野部也4侍层落下来压在箩底层上，损失坟很大柄【沾5抱】。笔者设计代的一罚栋咏6钟层框架结构：是普通主次梁梁进板体系，首层逃为产品展示厅窄，隔墙较少，棕层摄高嫩4.2阵m芳，上部各层为器办公室，层森高器3.6细m差。采用钢筋混兽凝土柱下条形币基础，主要柱探网尺喝寸宿7.0mX7非.0m苏,莲框架柱截面尺界寸否600mmX若600mm硬,喝框架梁截面尺马寸折300mmX螺650m兴m摆，建筑物总桥长迫64.9m碍,问宽驻17淘m狠。本工程明显责具有诸多抗震喂不利因素，如嚷果在结构设计根时不考虑填充闭墙的刚度效应利，一旦发生震虚害，损失也会银很大。笔者作乡了一部分调整趴：框架角柱、徒整开间窗台墙纷处边柱箍筋沿况全高加密，底枕层柱箍筋直径撕提高一个等级赖并沿全高加密板。局部落地填兔充墙处框架梁漏、柱均作配筋沾加强，并有意诉识将此部分填行充墙体作永久添墙体处理，并寻告知甲方。楼筋梯间处填充墙乔按本午文能(当图客2折)袖方式处理。上嚼部各层的部分帅填充墙采用轻们质隔墙，以降证低上部结构的丛刚度和建筑的模总重量，同时碌也给用户预留冰分隔调整的空商间和余地。经史过调整后的结毅构体系明显要维比调整前可靠波得多，并且整喂个工程预算造奔价也在一般框腿架结构的范围何内。五结束语唤布1沈．本文针对现怎行抗震规范和艰结构计算分析抗软件模型的差邻异，对在结构款设计施工图的恩过程中增加概逃念设计内容来阿保证整个结构弟在地震作用下座的安全性，同帖时也使结构施崭工图设计更加谷符合工程实际糠中的具体情况渠。肢蚕2跪．提供了在结性构设计过程中惊可操作的具体宪方法和手段，过非常方便在结趋构设计过程中圣的应用。谜桶3于．经过概念设初计调整后的框砖架填充墙结构专，在发生震害溪时的可靠性可珍大幅增加，但弟对整个工程的匙造价影响较小赚，具有非常好免的使用效果和欣经济实用性。参考文献：磨建筑抗震设计追规范值（打GB5001膀1-200宴1栗）破.恒中国建筑工业趟出版社驱，山200垮1毛，伟7鹰樊区江泄拍陶湿燕蚂