摘要：闡述了填充墻對結構剛度的影響以及現澆樓板對框架梁的承載力及剛度的影響。對某工程樓層抗剪承載力、自振周期、地震反應力及樓層剪力進行了計算和比較。并提出了相應的抗震設計措施。
　　關鍵詞：填充墻；強柱弱梁；抗震設計
　　1、概述
　　鋼筋混凝土框架結構由于其自身的側向剛度較小，地震作用引起的側向位移較大，故合理的抗震措施成為框架結構抗震性能實現的有力保證。其中“強柱弱梁”是一項關鍵控制措施，其目的是使框架結構在強震下形成具有較好抗震性能的穩定的屈服后塑性耗能機構。實際工程中，影響強柱弱梁的因素很多。填充墻是一個最復雜因素，影響也是最大的，所以要明確填充墻的抗震設計目標和相應的配套構造措施。同時應該把這個墻作為整體結構抗震的組成部分，在整體結構的抗震分析和設計中就要給予足夠的考慮，相應的措施要跟上，施工中也要落實如果不參與結構受力，目標很明確，那么就跟周邊的框架有足夠的隔開、分開。
　　目前規范及現有計算手段尚無法將填充墻對結構剛度的影響進行量化分析。建議設計時可以將填充墻按等強代換的原則換算成較薄的混凝土墻輸入模型中，粗略地考察一下填充墻剛度對整體結構的影響，尤其是在結構體型較為復雜且填充墻數量較多的情況下，對于結構扭轉效應的控制，此舉有一定的參考意義。
　　從工程實際情況來看，框架結構的填充墻往往由于建筑功能要求而無法均勻布置。如沿街建筑底層往往為商業用房，大空間的要求使填充墻的數量遠少于上層；又如底層作為停車使用時，幾乎沒有填充墻。類似情況比比皆是，設計人員此時必須充分考慮、認真分析其對結構抗震的不利影響，并采取相應的抗震加強措施以確保安全。《建筑抗震設計規范》（GB50011－2001）中的第3.7.4條規定了應考慮填充墻對結構抗震的不利影響，避免不合理設置而導致主體結構的破壞，但未能提出具體的設計計算方法，汶川地震后對規范進行了修編，將該規定修改為強制性條文，但由于填充墻的種類較多、情況復雜，且框架主體的連接情況多種多樣，難以規定統一的分析模型及計算參數，因此仍未能提出配套的計算分析方法。通過對震區某框架結構宿舍樓的震害及抗震設計情況進行分析思考，希望獲得考慮填充墻對結構抗震不利影響的設計思路和方法。
　　2、工程概況
　　2.1結構布置
　　該四層宿舍樓采用外走廊鋼筋混凝土框架結構，平面呈長方形，縱向沿東西向十個開間，底層東側三個開間為會議室，接著是樓梯間和四個開間的大會議室，其后是另一個樓梯間和衛生間，底層層高為4.0m，二至四層為標準的小開間宿舍用房，向北懸挑2.1m作為外走廊，層高均為3.0m，結構采用單跨框架，跨度為8.1m，每榀框架的距離為4.5m。該工程建成即遭遇汶川大地震，工程所處位置實際烈度強于7度，宿舍樓局部遭到破壞，底層東部墻體局部塌落，框架柱頂破壞或開裂，未出現所預期的“強柱弱梁”的破壞形態。
　　2.2主要抗震設計參數
　　按照修編前《建筑抗震設計規范》（GB50011－2001）規定，該建筑抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第一組，建筑抗震設防類別為丙類，框架抗震等級為三級。
　　3、抗震計算結果對比分析
　　3.1計算模型
　　從結構平面布置情況看，該工程剛度不均勻情況出現在底層，由于布置了兩個大會議室，造成Y方向底層填充墻只剩下6幅橫墻，遠少于二至四層11幅，X方向豎向填充墻的布置基本一致。結構抗震設計計算分別按照模型一不考慮填充墻剛度影響及模型二考慮其影響兩種模型進行：
　　模型一填充墻按照常規僅作為作用于梁上的荷載進行分析，忽略其對框架結構剛度的影響；模型二考慮填充墻的剛度，僅考慮其剪切變形，不考慮其彎曲變形，其側向剛度按照K=EmAm/3h計算，其中Em為填充墻體的彈性模量，Am為填充墻水平截面面積，h為填充墻體的高度。抗震計算按照《建筑抗震設計規范》（GB50011－2001）規定，采用PKPM軟件進行。
　　3.2計算結果及分析
　　由于該工程X方向豎向填充墻的布置基本一致，因此計算結果的對比分析主要針對Y方向進行。
　　（1）樓層抗剪承載力
　　樓層抗剪承載力比值主要反映結構是否存在明顯的薄弱部位，以避免結構首先從該部位發生破壞而導致結構的整體垮塌。該工程本層與上一層的樓層抗剪承載力比值可詳見表1。
　　表1樓層抗剪承載力比值表

　　從表1可以看到，不考慮填充墻的剛度影響時，結構是一個規則框架；考慮填充墻的剛度影響后，一層成為明顯的薄弱層，表明結構將首先從一層開始破壞，與工程實際發生的震害情況一致。
　　（2）自振周期
　　該工程自振周期計算結果詳見表1。
　　表1自振周期計算結果表
　

　　從計算結果看，X向豎向填充墻的布置基本一致，兩種模型的側向剛度因此基本一致，X向的第一自振周期的計算結果反映了這一情況。而Y向的平動自振周期及以扭轉為主的第一自振周期兩種模型的計算結果相差較大，模型二的計算結果大致為模型一的0.6倍。計算結果充分顯示，填充墻的剛度對自振周期的影響不可忽視，所造成的扭轉效應同樣應引起高度重視。
　　（3）地震反應力及樓層剪力
　　小震作用下各樓層的地震反應力及樓層剪力可詳見表2。
　　表2樓層地震反應力、剪力表

　　從表中可以看到，考慮填充墻的剛度影響后，各樓層的地震反應力及地震剪力大幅增加，而且增加的幅度較為接近。因此，此時若按照模型一進行抗震設計，增加的這部分地震剪力無疑將轉由填充墻來承擔，導致填充墻較少的樓層由填充墻開始率先破壞，然后導致該樓層框架柱頂破壞。
　　該工程的實際震害情況證實了上述分析，該建筑的地震破壞集中在一層的東側，二層以上樓層完好；一層東面外墻局部破碎塌落，框架柱頂破壞，東面樓梯間填充墻破碎塌落，框架柱頂出現裂縫。
　　4、結論及建議
　　（1）填充墻不均勻布置所造成的對框架結構抗震的不利影響以及產生的扭轉效應必須引起設計人員的高度重視。設計人員應當根據填充墻的種類、實際布置情況，分析結構平面及豎向剛度的變化，判別結構是否存在明顯的薄弱部位，以采取有效的抗震加強措施。在抗震設計計算中，必須考慮填充墻剛度的影響。《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3－2002）第3.3.16條強制規定了計算結構自振周期應考慮非承重墻體的剛度影響而予以折減。因此，對多層框架結構也可以參照該規定對結構自振周期進行修正。
　　（2）為了確保“小震不壞”設防目標的實現，應對小震作用下填充墻所承擔的地震剪力進行復核計算，保證填充墻自身的抗震安全。現行抗震規范對填充墻自身的抗震安全高度重視，其3.7.1條強制規定非結構構件自身及其與主體的連接應進行抗震設計。從汶川地震建筑震害調查情況來看，存在大量框架結構填充墻垮塌的案例，足以引起設計人員的高度警醒。
　　（3）由于實際工程中能夠增加框架柱的抗彎承載力和剛度的因素很少，規范應給框架柱留有足夠的儲備，最簡單的方法是控制框架柱軸壓比，增大柱的最小截面尺寸。另外一種較為簡便的強柱弱梁設計的計算方法是：框架梁內力按小震計算確定，框架柱內力按大震彈性計算確定。
　　（4）目前規范及現有計算手段尚無法將填充墻對結構剛度的影響進行量化分析。建議設計時可以將填充墻按等強代換的原則換算成較薄的混凝土墻輸入模型中，粗略地考察一下填充墻剛度對整體結構的影響，尤其是在結構體型較為復雜且填充墻數量較多的情況下，對于結構扭轉效應的控制，此舉有一定的參考意義。
　　（5）上述的計算分析及討論僅僅針對小震情況，為了確保“大震不倒”目標的實現，建議對填充墻平面或豎向布置不規則情況下的框架結構進行大震下的彈塑性變形驗算，以確保抗震安全。
　　參考文獻：
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