填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的多維度解析與案例研究一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代建筑工程領(lǐng)域，框架結(jié)構(gòu)憑借其諸多顯著優(yōu)勢而得到了極為廣泛的應(yīng)用。從結(jié)構(gòu)特性來看，框架結(jié)構(gòu)由梁和柱通過鋼構(gòu)造或鉸接連接而成，這種連接方式使其受力清晰簡單，能夠高效地共同承載水平荷載和豎向荷載。在實(shí)際建筑中，如大型商場、寫字樓、教學(xué)樓等大型公共建筑，以及部分住宅建筑，框架結(jié)構(gòu)的身影隨處可見。以大型商場為例，其內(nèi)部需要較大的空間來滿足商業(yè)布局的需求，框架結(jié)構(gòu)空間分隔靈活的特點(diǎn)，能夠輕松實(shí)現(xiàn)這一要求，可根據(jù)商家的不同需求，靈活地劃分出各種大小和形狀的營業(yè)區(qū)域；對于寫字樓而言，其內(nèi)部辦公空間需要具備一定的開放性和可調(diào)整性，框架結(jié)構(gòu)可以方便地設(shè)置大開間，便于后期根據(jù)企業(yè)的規(guī)模和辦公需求進(jìn)行靈活的分隔和布局。填充墻作為框架結(jié)構(gòu)中的重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，主要發(fā)揮著圍護(hù)和分隔空間的作用。在日常使用中，填充墻將建筑物內(nèi)部劃分為不同功能區(qū)域，如辦公室、住宅房間、商場店鋪等，為人們提供了相對獨(dú)立的空間環(huán)境。雖然填充墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中通常被視為不承擔(dān)荷載的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，然而，大量的地震災(zāi)害實(shí)例以及相關(guān)試驗(yàn)研究表明，填充墻對框架結(jié)構(gòu)的抗震性能有著不容忽視的重要影響。在1906年美國舊金山大地震中，采用磚砌體填充墻的框架結(jié)構(gòu)成功抵御了地震沖擊，展現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)性能；但在1989年美國奧克蘭地震以及2008年我國汶川8.0級大地震中，部分填充墻框架結(jié)構(gòu)因填充墻布置不合理，遭受了嚴(yán)重的破壞。這些案例充分說明，填充墻在地震作用下的表現(xiàn)十分復(fù)雜，其材料、種類、位置、數(shù)量等不同布置方式，會對框架結(jié)構(gòu)的剛度、承載力、變形能力以及破壞模式等抗震性能指標(biāo)產(chǎn)生顯著影響。研究填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，具有重大的理論與現(xiàn)實(shí)意義。從理論層面來看，深入探究填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間的相互作用機(jī)理，能夠進(jìn)一步完善框架結(jié)構(gòu)的抗震理論體系，為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供更為堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，準(zhǔn)確把握填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響規(guī)律，有助于優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高建筑結(jié)構(gòu)在地震中的安全性。通過合理設(shè)計(jì)填充墻的布置和構(gòu)造，可以增強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)的整體抗震能力，有效減少地震災(zāi)害造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)，考慮填充墻的影響進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還能避免因過度保守設(shè)計(jì)而造成的材料浪費(fèi)和成本增加，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)安全性與經(jīng)濟(jì)性的平衡。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能影響的研究一直是結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的重要課題，國內(nèi)外眾多學(xué)者從試驗(yàn)研究、理論分析以及數(shù)值模擬等多個方面展開了深入探究。國外學(xué)者在填充墻框架結(jié)構(gòu)研究方面起步較早。1956年，Polyakov通過靜力試驗(yàn)，首次提出等效斜撐力學(xué)模型，用于研究填充墻與框架之間的作用、填充墻面內(nèi)剛度和強(qiáng)度。1967年，BryanStaffordSmith對不同梁和柱截面的帶填充墻多層框架施加側(cè)向荷載，研究其受力性能，并提出近似理論方法預(yù)測結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度及承載力。此后，Klingner在1976年通過擬靜力試驗(yàn)對框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能研究。1999年，AmarA.C.和ArslanC.進(jìn)行填充墻框架結(jié)構(gòu)和純框架結(jié)構(gòu)的剛度試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)填充墻框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度是純框架結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度的7倍。2002年，PB-shing對內(nèi)填磚墻鋼筋混凝土框架進(jìn)行詳細(xì)分析，認(rèn)為框架與填充構(gòu)件相互作用會導(dǎo)致鋼筋混凝土柱的脆性剪切破壞和短柱破壞現(xiàn)象，并提出填充框架的五種破壞模式。2010年，Hashemi和Mosalam對五層空框架和五層填充墻框架進(jìn)行振動臺試驗(yàn)，對比兩者抗震性能，發(fā)現(xiàn)填充墻對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和延性影響顯著，填充墻框架的剛度是空框架的3.8倍，阻尼增加4%-12%，結(jié)構(gòu)周期降低50%。國內(nèi)相關(guān)研究也取得了豐碩成果。1980年，吳綺云等對9榀填充墻框架（無孔洞）結(jié)構(gòu)進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，提出填充墻框架結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度和不同階段的剛度計(jì)算公式，以及恢復(fù)力模型和彈塑性特征參數(shù)。1982年，童岳生等通過擬靜力試驗(yàn)確定填充墻框架結(jié)構(gòu)的層間相對位移限值，提出層間剪切模型的恢復(fù)力特性曲線。1995年，曹萬林等對輕質(zhì)填充墻異形柱框架進(jìn)行擬靜力分析，研究其彈性階段層剛度、結(jié)構(gòu)彈塑性形狀以及層剛度衰減過程。2008年汶川地震后，國內(nèi)對填充墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能的研究更加深入，眾多學(xué)者結(jié)合震害實(shí)例，從不同角度研究填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。雖然國內(nèi)外在填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能影響的研究上取得了一定成果，但仍存在一些不足之處。在試驗(yàn)研究方面，由于試驗(yàn)條件和試件尺寸的限制，部分試驗(yàn)結(jié)果難以全面反映實(shí)際工程中填充墻框架結(jié)構(gòu)的抗震性能；在理論分析方面，現(xiàn)有的理論模型大多基于簡化假設(shè)，對填充墻與框架結(jié)構(gòu)復(fù)雜的相互作用考慮不夠充分；在數(shù)值模擬方面，雖然數(shù)值模擬能夠模擬復(fù)雜的結(jié)構(gòu)行為，但模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性依賴于模型參數(shù)的選取和本構(gòu)關(guān)系的合理性，目前仍缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。此外，對于不同類型填充墻（如輕質(zhì)材料填充墻、新型復(fù)合材料填充墻等）在不同地震作用下對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，研究還不夠系統(tǒng)和深入。這些不足為本文的研究提供了方向，后續(xù)將針對上述問題展開深入研究，以期為填充墻框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供更可靠的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。1.3研究內(nèi)容與方法本文圍繞填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響展開深入研究，具體研究內(nèi)容主要涵蓋以下幾個關(guān)鍵方面：其一，深入剖析填充墻對框架結(jié)構(gòu)剛度的影響。填充墻的存在會顯著改變框架結(jié)構(gòu)的剛度，通過理論分析與數(shù)值模擬，研究不同類型填充墻（如磚砌體填充墻、輕質(zhì)材料填充墻等）在不同布置方式下，對框架結(jié)構(gòu)整體剛度以及各構(gòu)件剛度的影響規(guī)律。例如，探究填充墻的材料特性（如彈性模量、密度等）、墻體厚度、布置位置與數(shù)量等因素，如何改變框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的變形能力和剛度分布。其二，探究填充墻對框架結(jié)構(gòu)地震剪力分布的影響。在地震作用下，填充墻與框架結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)地震剪力，分析填充墻的布置方式如何影響框架結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的地震剪力分配。例如，研究填充墻的不均勻布置對框架柱、梁所承受地震剪力大小和分布的影響，以及這種影響在不同地震波特性和地震強(qiáng)度下的變化規(guī)律。其三，分析填充墻對框架結(jié)構(gòu)破壞模式的影響。通過對震害實(shí)例的調(diào)研和試驗(yàn)研究，觀察填充墻框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞形態(tài)，研究填充墻的存在如何改變框架結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制和破壞順序。例如，分析填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間的相互作用，如何導(dǎo)致框架柱出現(xiàn)短柱破壞、填充墻出現(xiàn)斜裂縫破壞等現(xiàn)象，以及這些破壞模式對結(jié)構(gòu)整體抗震性能的影響。為實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本文綜合運(yùn)用多種研究方法。在理論分析方面，基于結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)等基本原理，建立填充墻框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，推導(dǎo)相關(guān)計(jì)算公式，分析填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間的相互作用機(jī)理。例如，采用等效斜撐模型、框架-填充墻并行模型等，對填充墻框架結(jié)構(gòu)的受力性能進(jìn)行理論分析，研究填充墻對框架結(jié)構(gòu)剛度、承載力等力學(xué)性能指標(biāo)的影響。在數(shù)值模擬方面，利用有限元分析軟件（如ANSYS、ABAQUS等），建立精細(xì)的填充墻框架結(jié)構(gòu)有限元模型。通過模擬不同地震工況下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，分析填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，包括結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力、應(yīng)變分布等。例如，在有限元模型中，考慮填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間的接觸非線性、材料非線性等因素，模擬填充墻在地震作用下的開裂、破壞過程，以及對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。在案例分析方面，收集國內(nèi)外典型的填充墻框架結(jié)構(gòu)震害案例，結(jié)合實(shí)際工程資料，分析填充墻在地震中的實(shí)際表現(xiàn)及其對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。例如，對汶川地震、唐山地震等地震中填充墻框架結(jié)構(gòu)的震害情況進(jìn)行詳細(xì)分析，總結(jié)填充墻布置、構(gòu)造等方面存在的問題，以及這些問題對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，為理論分析和數(shù)值模擬提供實(shí)際工程依據(jù)。通過綜合運(yùn)用上述研究方法，本文力求全面、深入地揭示填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響規(guī)律，為工程設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)抗震提供科學(xué)的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。二、填充墻與框架結(jié)構(gòu)的基本概念及相互作用原理2.1填充墻與框架結(jié)構(gòu)的定義及特點(diǎn)填充墻是指在框架結(jié)構(gòu)中，填充于框架梁柱之間的墻體，其主要作用是圍護(hù)和分隔空間，重量由框架梁柱承擔(dān)，自身不承擔(dān)結(jié)構(gòu)荷載。填充墻的類型豐富多樣，常見的有磚砌體填充墻、砌塊填充墻以及輕質(zhì)板材填充墻等。磚砌體填充墻多由普通粘土磚、頁巖磚等材料砌筑而成，具有一定的強(qiáng)度和耐久性，且取材方便、成本較低，在傳統(tǒng)建筑中應(yīng)用廣泛。砌塊填充墻則常采用加氣混凝土砌塊、輕骨料混凝土小型空心砌塊等，這類填充墻具有輕質(zhì)、保溫隔熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，能有效減輕結(jié)構(gòu)自重，提高建筑的節(jié)能效果，在現(xiàn)代建筑中得到了大量應(yīng)用。輕質(zhì)板材填充墻如石膏板墻、纖維水泥板墻等，具有安裝方便、施工速度快、可回收利用等特點(diǎn)，適用于對施工周期要求較高或?qū)Νh(huán)保性能有特殊要求的建筑項(xiàng)目。填充墻的特點(diǎn)使其在建筑中發(fā)揮著重要作用。它能根據(jù)建筑功能需求，靈活地劃分室內(nèi)空間，將建筑物內(nèi)部劃分為不同的功能區(qū)域，如辦公室、住宅房間、商場店鋪等，為人們提供相對獨(dú)立的空間環(huán)境。同時(shí)，填充墻還能起到一定的保溫、隔熱、隔音作用，提高建筑物的使用舒適度。例如，在寒冷地區(qū)，加氣混凝土砌塊填充墻能有效阻止室內(nèi)熱量散失，降低能源消耗；在嘈雜的環(huán)境中，采用隔音性能好的輕質(zhì)板材填充墻，可以減少外界噪音對室內(nèi)的干擾?？蚣芙Y(jié)構(gòu)是由梁和柱通過鋼構(gòu)造或鉸接連接而成的承重體系，它能夠共同抵抗使用過程中出現(xiàn)的水平荷載和豎向荷載。根據(jù)所用材料的不同，框架結(jié)構(gòu)可分為鋼框架、混凝土框架、膠合木結(jié)構(gòu)框架以及鋼與鋼筋混凝土混合框架等。鋼框架具有強(qiáng)度高、自重輕、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，常用于大跨度建筑和高層建筑中，如大型展覽館、超高層寫字樓等?；炷量蚣軇t應(yīng)用更為廣泛，它具有造價(jià)相對較低、耐久性好、防火性能強(qiáng)等特點(diǎn)，在各類建筑中都有大量應(yīng)用，無論是住宅、商業(yè)建筑還是工業(yè)廠房，混凝土框架都能很好地滿足結(jié)構(gòu)需求。膠合木結(jié)構(gòu)框架具有環(huán)保、美觀、保溫性能好等優(yōu)勢，常用于一些對建筑風(fēng)格和環(huán)保要求較高的建筑，如生態(tài)旅游建筑、文化藝術(shù)場館等?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)之一是空間分隔靈活，由于墻體不承重，僅起圍護(hù)和分隔作用，因此可以根據(jù)建筑功能和使用需求，靈活地布置內(nèi)部空間，滿足不同用戶對空間的多樣化需求。例如，在辦公建筑中，可以根據(jù)企業(yè)的規(guī)模和辦公布局，靈活地劃分出大開間的辦公區(qū)域或獨(dú)立的辦公室；在商業(yè)建筑中，能夠方便地設(shè)置各種大小和形狀的營業(yè)店鋪。此外，框架結(jié)構(gòu)的梁、柱構(gòu)件易于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化，便于采用裝配整體式結(jié)構(gòu)，這不僅能縮短施工工期，還能提高工程質(zhì)量。在抗震性能方面，采用現(xiàn)澆混凝土框架時(shí)，若設(shè)計(jì)處理得當(dāng)，結(jié)構(gòu)的整體性和剛度較好，能達(dá)到較好的抗震效果。2.2填充墻與框架結(jié)構(gòu)的連接方式及協(xié)同工作機(jī)理填充墻與框架結(jié)構(gòu)的連接方式對結(jié)構(gòu)的抗震性能有著至關(guān)重要的影響。常見的連接方式包括拉結(jié)筋連接、剛性連接以及柔性連接等。拉結(jié)筋連接是一種較為普遍的連接方式，通過在框架柱與填充墻之間設(shè)置拉結(jié)筋，將兩者連接在一起。具體做法是沿柱高每隔一定距離（通常為500mm-600mm），在柱內(nèi)預(yù)埋或采用植筋方式設(shè)置兩根直徑為6mm-8mm的鋼筋，鋼筋深入填充墻內(nèi)一定長度，一般不宜小于700mm，且應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。這種連接方式能夠增強(qiáng)填充墻與框架柱之間的粘結(jié)力，使兩者在一定程度上協(xié)同工作。剛性連接則是使填充墻與框架結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，形成一個整體。在實(shí)際工程中，通常采用在填充墻頂部與框架梁之間采用頂緊、塞實(shí)等方式實(shí)現(xiàn)剛性連接。這種連接方式能有效提高結(jié)構(gòu)的整體剛度，但在地震作用下，由于填充墻與框架結(jié)構(gòu)的變形能力差異，容易導(dǎo)致填充墻過早開裂、破壞，對結(jié)構(gòu)的抗震性能產(chǎn)生不利影響。柔性連接是在填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間設(shè)置一定的縫隙，并采用柔性材料填充，如聚苯乙烯泡沫塑料板條、聚氨酯發(fā)泡劑等。同時(shí)，在填充墻兩端設(shè)置構(gòu)造柱，構(gòu)造柱與框架結(jié)構(gòu)通過預(yù)埋件或預(yù)留鋼筋連接。這種連接方式能夠在一定程度上減小填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間的相互約束，使兩者在地震作用下能夠相對獨(dú)立地變形，從而避免因變形不協(xié)調(diào)而導(dǎo)致的過早破壞，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。從力學(xué)角度來看，填充墻與框架結(jié)構(gòu)協(xié)同工作共同抵抗水平荷載的機(jī)理較為復(fù)雜。在水平荷載作用下，填充墻和框架結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生相互作用。由于填充墻的存在，結(jié)構(gòu)的剛度分布發(fā)生改變。填充墻的剛度相對較大，在水平荷載作用下，填充墻會承擔(dān)大部分的水平剪力。填充墻主要通過其自身的抗剪能力來抵抗水平荷載，其抗剪強(qiáng)度與墻體材料、砌筑質(zhì)量、墻體厚度等因素密切相關(guān)。例如，磚砌體填充墻的抗剪強(qiáng)度一般高于輕質(zhì)板材填充墻。同時(shí)，填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間的連接方式也會影響其協(xié)同工作效果。拉結(jié)筋連接方式下，拉結(jié)筋能夠傳遞填充墻與框架柱之間的拉力和壓力，使兩者在水平荷載作用下能夠協(xié)同變形。當(dāng)水平荷載較小時(shí)，填充墻和框架結(jié)構(gòu)主要通過拉結(jié)筋的約束作用共同抵抗水平荷載；隨著水平荷載的增大，填充墻可能會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，此時(shí)框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)的水平荷載逐漸增加。剛性連接方式下，填充墻與框架結(jié)構(gòu)形成一個整體，共同抵抗水平荷載。由于填充墻的剛度較大，結(jié)構(gòu)的整體剛度顯著提高，在水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)的變形相對較小。但這種連接方式也會使填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間的相互約束增強(qiáng)，在地震作用下，容易導(dǎo)致填充墻和框架結(jié)構(gòu)的破壞。柔性連接方式下，填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間的相互約束較小，在水平荷載作用下，兩者能夠相對獨(dú)立地變形。當(dāng)水平荷載較小時(shí)，填充墻和框架結(jié)構(gòu)各自承擔(dān)一部分水平荷載；隨著水平荷載的增大，填充墻可能會出現(xiàn)較大變形，但由于柔性連接的緩沖作用，不會對框架結(jié)構(gòu)造成過大影響。填充墻與框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的協(xié)同工作是一個動態(tài)的過程，其相互作用關(guān)系受到多種因素的影響，深入研究這些因素對于提高框架結(jié)構(gòu)的抗震性能具有重要意義。三、填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的有利影響3.1提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度3.1.1原理分析從材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本原理出發(fā)，填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度的提升作用有著堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。在結(jié)構(gòu)力學(xué)中，剛度是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抵抗變形的能力，其大小與結(jié)構(gòu)的幾何形狀、材料特性以及連接方式等因素密切相關(guān)。對于框架結(jié)構(gòu)而言，在未設(shè)置填充墻時(shí)，其抗側(cè)移剛度主要取決于框架梁柱的截面尺寸、材料彈性模量以及梁柱之間的連接方式。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置填充墻后，填充墻與框架形成了一個協(xié)同工作的體系，這使得結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度發(fā)生了顯著變化。填充墻自身具有一定的抗側(cè)剛度，其在水平荷載作用下，能夠分擔(dān)部分水平力，從而減小框架結(jié)構(gòu)的變形。以常見的磚砌體填充墻為例，磚砌體具有一定的抗壓和抗剪強(qiáng)度，在水平荷載作用下，填充墻內(nèi)部會產(chǎn)生應(yīng)力，通過與框架的連接，將部分水平力傳遞給框架結(jié)構(gòu)。從剛度計(jì)算公式的角度來看，結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度可以通過以下公式計(jì)算：K=\frac{V}{\Delta}，其中K表示結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度，V表示作用在結(jié)構(gòu)上的水平力，\Delta表示結(jié)構(gòu)在水平力作用下產(chǎn)生的側(cè)移。在框架結(jié)構(gòu)中加入填充墻后，由于填充墻分擔(dān)了部分水平力，使得結(jié)構(gòu)在相同水平力作用下的側(cè)移\Delta減小，根據(jù)公式可知，結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度K增大。填充墻與框架之間的相互作用也對結(jié)構(gòu)剛度產(chǎn)生影響。填充墻與框架通過拉結(jié)筋等連接方式形成一個整體，填充墻對框架的約束作用使得框架在水平荷載作用下的變形受到限制。當(dāng)框架發(fā)生側(cè)向位移時(shí)，填充墻會對框架產(chǎn)生反向的約束作用力，這種約束作用類似于在框架結(jié)構(gòu)中增加了額外的支撐，從而提高了結(jié)構(gòu)的整體剛度。填充墻的存在改變了框架結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布和剛度分布，使得結(jié)構(gòu)的自振周期縮短。根據(jù)地震反應(yīng)譜理論，結(jié)構(gòu)的自振周期與地震作用密切相關(guān)，自振周期縮短會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在地震作用下的地震力增大，但同時(shí)也意味著結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度增強(qiáng)，能夠更好地抵抗地震作用。填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度的提高是通過自身的抗側(cè)剛度以及與框架之間的相互作用實(shí)現(xiàn)的，這一過程涉及到材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的多個方面，對框架結(jié)構(gòu)的抗震性能有著重要影響。3.1.2案例分析——以某高層辦公樓為例為了更直觀地展示填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度的提升效果，本文以某實(shí)際的高層辦公樓框架結(jié)構(gòu)為案例進(jìn)行分析。該高層辦公樓地上共15層，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)尺寸為8m×8m，框架柱截面尺寸為600mm×600mm，框架梁截面尺寸為350mm×600mm，混凝土強(qiáng)度等級為C30。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，分別對有填充墻和無填充墻兩種情況進(jìn)行了結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度的計(jì)算。在計(jì)算有填充墻的結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度時(shí)，考慮填充墻采用加氣混凝土砌塊，墻體厚度為200mm，填充墻與框架之間通過拉結(jié)筋連接。采用有限元分析軟件建立結(jié)構(gòu)模型，在模型中準(zhǔn)確模擬填充墻與框架的連接方式以及材料特性。通過對模型施加水平荷載，計(jì)算結(jié)構(gòu)在不同樓層處的側(cè)移，并根據(jù)側(cè)移剛度計(jì)算公式K=\frac{V}{\Delta}，計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度。計(jì)算結(jié)果表明，在有填充墻的情況下，該高層辦公樓結(jié)構(gòu)的底層抗側(cè)移剛度為1.2\times10^6kN/m。對于無填充墻的結(jié)構(gòu)，同樣采用有限元分析軟件建立模型，模型中僅包含框架梁柱，不考慮填充墻的影響。在相同的水平荷載作用下，計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的底層抗側(cè)移剛度為0.5\times10^6kN/m。通過對比有填充墻和無填充墻時(shí)結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度的計(jì)算結(jié)果，可以明顯看出，填充墻的存在使結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度得到了顯著提升。有填充墻時(shí)的結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度約為無填充墻時(shí)的2.4倍。這一數(shù)據(jù)直觀地展示了填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度的提升效果，充分說明了填充墻在增強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)抗震性能方面的重要作用。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮填充墻對結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度的影響，合理設(shè)計(jì)填充墻的布置和構(gòu)造，以提高框架結(jié)構(gòu)的抗震能力。3.2減小結(jié)構(gòu)側(cè)移幅值3.2.1原理分析從結(jié)構(gòu)動力學(xué)角度來看，結(jié)構(gòu)在地震作用下的側(cè)移幅值與結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量以及地震力的大小和作用時(shí)間密切相關(guān)。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置填充墻后，結(jié)構(gòu)的剛度發(fā)生了顯著變化，這對減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的側(cè)移幅值有著重要影響。在地震作用下，結(jié)構(gòu)的運(yùn)動方程可以表示為：M\ddot{u}(t)+C\dot{u}(t)+Ku(t)=-M\ddot{u}_g(t)，其中M為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣，C為結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣，K為結(jié)構(gòu)的剛度矩陣，u(t)為結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)，\ddot{u}_g(t)為地震加速度時(shí)程。從這個方程可以看出，結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)u(t)與結(jié)構(gòu)的剛度矩陣K成反比關(guān)系。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)中加入填充墻后，結(jié)構(gòu)的整體剛度K增大。填充墻自身具有一定的抗側(cè)剛度，其在水平荷載作用下，能夠分擔(dān)部分水平力，從而減小框架結(jié)構(gòu)的變形。填充墻與框架之間的相互作用也使結(jié)構(gòu)的剛度分布更加合理。填充墻對框架的約束作用類似于在框架結(jié)構(gòu)中增加了額外的支撐，使得框架在水平荷載作用下的變形受到限制。當(dāng)框架發(fā)生側(cè)向位移時(shí)，填充墻會對框架產(chǎn)生反向的約束作用力，這種約束作用能夠減小結(jié)構(gòu)的側(cè)移幅值。填充墻改變了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布和剛度分布，使得結(jié)構(gòu)的自振周期縮短。根據(jù)地震反應(yīng)譜理論，結(jié)構(gòu)的自振周期與地震作用密切相關(guān)。在地震作用下，結(jié)構(gòu)的地震力與結(jié)構(gòu)的自振周期成反比關(guān)系。當(dāng)結(jié)構(gòu)的自振周期縮短時(shí)，結(jié)構(gòu)所受到的地震力會增大。但由于填充墻增加了結(jié)構(gòu)的剛度，使得結(jié)構(gòu)能夠承受更大的地震力，從而在一定程度上減小了結(jié)構(gòu)的側(cè)移幅值。填充墻對減小結(jié)構(gòu)側(cè)移幅值的積極作用還體現(xiàn)在對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的增強(qiáng)上。較小的側(cè)移幅值意味著結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形較小，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更好，能夠有效避免因過大的側(cè)移而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)倒塌等嚴(yán)重破壞。填充墻通過增加結(jié)構(gòu)剛度，改變結(jié)構(gòu)的動力特性，從而減小了結(jié)構(gòu)在地震作用下的側(cè)移幅值，對提高框架結(jié)構(gòu)的抗震性能和穩(wěn)定性具有重要意義。3.2.2案例分析——以某教學(xué)樓加固前后對比為例為了進(jìn)一步驗(yàn)證填充墻減小結(jié)構(gòu)側(cè)移幅值的實(shí)際效果，以某教學(xué)樓在加固過程中增加填充墻為例進(jìn)行分析。該教學(xué)樓為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上共6層，柱網(wǎng)尺寸為7m×7m，框架柱截面尺寸為500mm×500mm，框架梁截面尺寸為300mm×500mm，混凝土強(qiáng)度等級為C25。在加固前，該教學(xué)樓存在結(jié)構(gòu)側(cè)移幅值較大的問題，經(jīng)檢測，在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)頂層的側(cè)移幅值達(dá)到了45mm，超過了規(guī)范允許的限值。為了減小結(jié)構(gòu)側(cè)移幅值，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，對該教學(xué)樓進(jìn)行加固，在框架結(jié)構(gòu)中增加了填充墻。填充墻采用加氣混凝土砌塊，墻體厚度為200mm，填充墻與框架之間通過拉結(jié)筋連接。在加固后，對該教學(xué)樓進(jìn)行了結(jié)構(gòu)檢測，并在相同的多遇地震波作用下，對結(jié)構(gòu)的側(cè)移幅值進(jìn)行了監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明，加固后結(jié)構(gòu)頂層的側(cè)移幅值減小到了25mm，相比加固前有了顯著降低。通過對比加固前后結(jié)構(gòu)在相同地震波作用下的側(cè)移幅值，可以明顯看出填充墻減小側(cè)移幅值的實(shí)際效果。填充墻的存在使結(jié)構(gòu)的剛度得到了提高，從而有效地減小了結(jié)構(gòu)在地震作用下的側(cè)移幅值。這一案例充分說明了在框架結(jié)構(gòu)中合理設(shè)置填充墻，對于減小結(jié)構(gòu)側(cè)移幅值、提高結(jié)構(gòu)抗震性能具有重要的實(shí)際意義。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和抗震要求，合理設(shè)計(jì)填充墻的布置和構(gòu)造，以充分發(fā)揮填充墻在減小結(jié)構(gòu)側(cè)移幅值方面的作用。3.3充當(dāng)?shù)谝坏揽拐鸱谰€3.3.1原理分析在地震作用下，填充墻能夠充當(dāng)框架結(jié)構(gòu)的第一道抗震防線，這一作用的原理基于其獨(dú)特的耗能機(jī)制。填充墻在地震中會發(fā)生裂縫開展，這是其耗能的重要方式之一。當(dāng)?shù)卣鸩ㄗ饔糜诮Y(jié)構(gòu)時(shí)，填充墻首先受到水平力的作用。由于填充墻的材料特性和構(gòu)造特點(diǎn)，其在承受水平力時(shí)，墻體內(nèi)部會產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力超過墻體材料的抗拉或抗剪強(qiáng)度時(shí)，填充墻就會出現(xiàn)裂縫。以磚砌體填充墻為例，在地震作用下，磚與磚之間的砂漿粘結(jié)處容易出現(xiàn)裂縫，隨著地震作用的持續(xù)，這些裂縫會逐漸開展、延伸。裂縫的開展過程中，填充墻會吸收地震能量，從而減少傳遞到框架結(jié)構(gòu)上的能量。填充墻還存在摩擦耗能機(jī)制。在地震作用下，填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間會產(chǎn)生相對位移。由于填充墻與框架之間存在摩擦力，這種相對位移會使填充墻與框架之間發(fā)生摩擦作用。摩擦力的存在使得填充墻在變形過程中需要克服摩擦力做功，從而將地震能量轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量耗散掉。填充墻自身的變形也會消耗能量。在地震作用下，填充墻會發(fā)生彎曲、剪切等變形，這些變形過程中，填充墻內(nèi)部的材料會發(fā)生拉伸、壓縮等力學(xué)行為，從而消耗地震能量。正是由于填充墻具備這些耗能機(jī)制，在地震發(fā)生時(shí)，填充墻能夠先于框架結(jié)構(gòu)耗能。填充墻的存在改變了結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)特性，使結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)發(fā)生變化。在地震初期，填充墻憑借其較大的剛度和耗能能力，承擔(dān)了大部分的地震力。隨著地震作用的持續(xù)，填充墻逐漸出現(xiàn)裂縫、破壞，其剛度逐漸降低，承擔(dān)的地震力也逐漸減少。此時(shí)，框架結(jié)構(gòu)開始承擔(dān)更多的地震力，成為結(jié)構(gòu)抗震的主要力量。填充墻作為第一道抗震防線，有效地保護(hù)了框架主體結(jié)構(gòu)，延緩了框架結(jié)構(gòu)的破壞進(jìn)程，為結(jié)構(gòu)在地震中保持整體穩(wěn)定性提供了重要保障。3.3.2案例分析——汶川地震中某醫(yī)院建筑在2008年的汶川地震中，某醫(yī)院采用了框架結(jié)構(gòu)，填充墻采用普通磚砌體。地震后對該醫(yī)院建筑進(jìn)行震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，填充墻出現(xiàn)了大量的裂縫，呈現(xiàn)出典型的斜裂縫和交叉裂縫形態(tài)。這些裂縫主要集中在填充墻的中部和底部，說明在地震作用下，填充墻受到了較大的水平剪力。在墻體的門窗洞口周圍，裂縫更為密集，這是因?yàn)殚T窗洞口削弱了墻體的整體性，導(dǎo)致應(yīng)力集中。在此次地震中，填充墻的破壞有效地消耗了地震能量。填充墻在地震作用下，由于受到水平力的作用，墻體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過墻體材料的抗拉或抗剪強(qiáng)度時(shí)，填充墻出現(xiàn)裂縫。隨著地震作用的持續(xù)，裂縫不斷開展、延伸，填充墻逐漸破壞。在這個過程中，填充墻通過裂縫開展、摩擦耗能等方式，吸收和消耗了大量的地震能量。填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間存在摩擦力，在地震作用下，填充墻與框架之間的相對位移使兩者之間發(fā)生摩擦作用，摩擦力做功將地震能量轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量耗散掉。填充墻自身的變形也消耗了能量。由于填充墻的耗能作用，傳遞到框架主體結(jié)構(gòu)上的地震能量大幅減少，從而保護(hù)了框架主體結(jié)構(gòu)。從震害現(xiàn)場可以看到，框架結(jié)構(gòu)的梁、柱等主要構(gòu)件雖然也受到了一定程度的損傷，但整體結(jié)構(gòu)保持了相對完整，沒有發(fā)生嚴(yán)重的破壞。這表明填充墻在地震中有效地充當(dāng)了第一道抗震防線，先于框架結(jié)構(gòu)承受地震力并耗能，使框架成為第二道防線，在填充墻耗能后，框架結(jié)構(gòu)能夠繼續(xù)承擔(dān)剩余的地震力，保障了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。通過對該醫(yī)院建筑在汶川地震中的震害分析，可以充分認(rèn)識到填充墻在框架結(jié)構(gòu)抗震中的重要作用，為今后的建筑抗震設(shè)計(jì)提供了重要的參考依據(jù)。四、填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的不利影響4.1剛度效應(yīng)引發(fā)的問題4.1.1扭轉(zhuǎn)破壞在框架結(jié)構(gòu)中，填充墻的布置情況對結(jié)構(gòu)的剛度分布有著重要影響。當(dāng)填充墻布置不均勻時(shí)，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心不重合，從而在地震作用下引發(fā)扭轉(zhuǎn)破壞。從結(jié)構(gòu)力學(xué)原理來看，結(jié)構(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)響應(yīng)與結(jié)構(gòu)的剛度分布和質(zhì)量分布密切相關(guān)。當(dāng)結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心不一致時(shí)，地震作用產(chǎn)生的慣性力會對結(jié)構(gòu)形成扭矩，使結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。以某框架結(jié)構(gòu)建筑為例，該建筑在設(shè)計(jì)時(shí)，由于功能分區(qū)的需求，在結(jié)構(gòu)的一側(cè)布置了較多的填充墻，而另一側(cè)填充墻較少。在一次地震中，該建筑發(fā)生了嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)破壞。地震后對建筑進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，填充墻較多一側(cè)的框架柱出現(xiàn)了明顯的裂縫和破壞，部分柱體甚至發(fā)生了斷裂。這是因?yàn)樵诘卣鹱饔孟?，填充墻較多的一側(cè)剛度較大，吸引了更多的地震力，而質(zhì)量中心偏向另一側(cè)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭矩。在扭矩的作用下，填充墻較多一側(cè)的框架柱承受了過大的剪力和彎矩，從而發(fā)生破壞。從實(shí)際震害案例來看，扭轉(zhuǎn)破壞往往會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部構(gòu)件受力過大，破壞嚴(yán)重，甚至可能引發(fā)結(jié)構(gòu)的整體倒塌，對生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大威脅。因此，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮填充墻的布置對結(jié)構(gòu)剛度中心和質(zhì)量中心的影響，盡量使兩者重合，以減少扭轉(zhuǎn)破壞的風(fēng)險(xiǎn)。4.1.2薄弱層破壞在框架結(jié)構(gòu)中，填充墻布置的差異可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)豎向剛度突變，進(jìn)而形成薄弱層，在地震中極易發(fā)生嚴(yán)重破壞。以底部為薄弱層的框架結(jié)構(gòu)建筑為例，這類建筑通常在底部設(shè)置車庫、商場等大空間，上部為住宅或辦公區(qū)域。由于底部空間較大，填充墻數(shù)量相對較少，而上部樓層填充墻較多，這就使得結(jié)構(gòu)在豎向方向上的剛度分布不均勻。在地震作用下，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)與結(jié)構(gòu)的剛度密切相關(guān)。根據(jù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)原理，剛度較小的樓層在地震中會產(chǎn)生較大的位移和內(nèi)力。對于底部為薄弱層的框架結(jié)構(gòu)，底部樓層由于填充墻少，剛度相對較小，在地震作用下，底部樓層的地震剪力會顯著增大。填充墻的存在會改變結(jié)構(gòu)的剛度分布，當(dāng)填充墻布置不均勻時(shí)，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在不同樓層的剛度差異增大。底部樓層的框架柱需要承受更大的地震剪力，容易超過其承載能力，從而發(fā)生破壞。這種破壞往往具有突然性和脆性，一旦底部樓層的框架柱破壞，整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將受到嚴(yán)重影響，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體倒塌。在一些震害實(shí)例中，底部為薄弱層的框架結(jié)構(gòu)建筑在地震中底部樓層率先破壞，上部樓層隨之垮塌，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理布置填充墻，避免結(jié)構(gòu)豎向剛度突變，減少薄弱層的出現(xiàn)，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。4.2約束效應(yīng)導(dǎo)致的破壞4.2.1短柱破壞在框架結(jié)構(gòu)中，填充墻的存在會使框架柱的計(jì)算高度減小，進(jìn)而形成短柱，這一現(xiàn)象對結(jié)構(gòu)的抗震性能有著顯著的不利影響。從結(jié)構(gòu)力學(xué)原理來看，框架柱在正常情況下，其計(jì)算高度是根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何尺寸和邊界條件確定的。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置填充墻后，填充墻對框架柱產(chǎn)生了約束作用。以常見的窗下填充墻為例，窗下填充墻與框架柱緊密相連，在水平荷載作用下，填充墻限制了框架柱的側(cè)向變形，使得框架柱的有效計(jì)算高度減小。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)中的壓桿穩(wěn)定理論，柱的計(jì)算高度與柱的穩(wěn)定性密切相關(guān)。當(dāng)柱的計(jì)算高度減小時(shí)，柱的臨界荷載降低，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性變差。在地震作用下，短柱的抗剪能力較弱，容易發(fā)生脆性剪切破壞。這是因?yàn)槎讨募艨绫龋∕/Vh_0，其中M為柱端彎矩，V為柱端剪力，h_0為柱的有效高度）較小，柱子的受力狀態(tài)以剪切為主。當(dāng)受到地震力作用時(shí)，短柱內(nèi)的剪應(yīng)力迅速增大，超過柱子的抗剪強(qiáng)度，從而導(dǎo)致柱子出現(xiàn)交叉裂縫，甚至發(fā)生脆性斷裂。在實(shí)際地震災(zāi)害中，短柱破壞的案例屢見不鮮。在2008年汶川地震中，許多框架結(jié)構(gòu)建筑由于填充墻布置不當(dāng)，形成了大量短柱，這些短柱在地震中率先破壞，導(dǎo)致整個建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響。從震害照片中可以清晰地看到，短柱破壞時(shí)，柱子表面出現(xiàn)明顯的交叉裂縫，混凝土剝落，鋼筋外露，呈現(xiàn)出典型的脆性破壞特征。這種破壞形式具有突然性和脆性，一旦短柱發(fā)生破壞，整個結(jié)構(gòu)的承載能力將急劇下降，可能引發(fā)結(jié)構(gòu)的整體倒塌。短柱破壞不僅會造成建筑物的嚴(yán)重?fù)p壞，還會對人員生命安全構(gòu)成巨大威脅。因此，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量避免短柱的出現(xiàn)，合理布置填充墻，確?？蚣苤挠?jì)算高度符合結(jié)構(gòu)力學(xué)要求，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。4.2.2短梁破壞填充墻的存在不僅會導(dǎo)致框架柱出現(xiàn)短柱破壞，還會改變框架梁的計(jì)算跨度，從而形成短梁，對結(jié)構(gòu)的抗震性能產(chǎn)生不利影響。在框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)填充墻設(shè)置在框架梁的下方時(shí)，填充墻與框架梁之間形成了一種約束關(guān)系。填充墻的剛度較大，在水平荷載作用下，填充墻會對框架梁產(chǎn)生約束作用，使框架梁的實(shí)際受力狀態(tài)發(fā)生改變。從結(jié)構(gòu)力學(xué)原理可知，梁的計(jì)算跨度是影響梁受力性能的重要因素。當(dāng)填充墻改變框架梁的計(jì)算跨度后，框架梁的跨高比（l/h，其中l(wèi)為梁的計(jì)算跨度，h為梁的截面高度）減小，形成短梁。短梁的延性較差，抗剪能力較弱。在地震作用下，短梁主要承受剪力，由于其抗剪能力不足，短梁容易發(fā)生剪切破壞。短梁破壞時(shí)，梁的表面會出現(xiàn)斜裂縫，隨著地震作用的持續(xù)，斜裂縫不斷發(fā)展，最終導(dǎo)致梁的脆性破壞。為了更直觀地了解短梁破壞對結(jié)構(gòu)的危害，通過相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行說明。某研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了一系列關(guān)于填充墻框架結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)，其中包括對短梁破壞的研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同的地震作用下，短梁的破壞程度明顯大于正常梁。短梁從開始出現(xiàn)裂縫到完全破壞的過程非常迅速，其耗能能力較差。在試驗(yàn)中，短梁在承受較小的地震力時(shí)就出現(xiàn)了明顯的斜裂縫，隨著地震力的增加，斜裂縫迅速擴(kuò)展，梁的承載能力急劇下降，最終發(fā)生脆性破壞。而正常梁在相同的地震作用下，能夠承受更大的地震力，且在破壞過程中表現(xiàn)出較好的延性，能夠通過自身的變形消耗地震能量。短梁的存在還會影響結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。由于短梁的脆性破壞，使得結(jié)構(gòu)在地震中的傳力路徑發(fā)生改變，原本由梁承擔(dān)的地震力可能會突然轉(zhuǎn)移到柱子上，增加了柱子的負(fù)擔(dān)，從而影響結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮填充墻對框架梁計(jì)算跨度的影響，避免短梁的出現(xiàn)，確?？蚣芰壕哂凶銐虻难有院涂辜裟芰?，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。4.3施工質(zhì)量問題帶來的隱患4.3.1構(gòu)造柱、水平連系梁、圈梁設(shè)置不規(guī)范在實(shí)際工程中，構(gòu)造柱、水平連系梁、圈梁設(shè)置不規(guī)范的問題較為常見。從鋼筋錨固方面來看，主筋兩端無錨固或錨固長度不足是一個突出問題。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，構(gòu)造柱主筋應(yīng)可靠錨固，以確保在地震作用下，構(gòu)造柱能夠有效地發(fā)揮其約束墻體、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性的作用。然而，在一些工程中，由于施工人員對規(guī)范要求理解不足或施工操作不嚴(yán)謹(jǐn)，導(dǎo)致構(gòu)造柱主筋兩端未進(jìn)行有效的錨固。這使得構(gòu)造柱在地震作用下，無法與周圍結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，容易發(fā)生脫落或破壞，從而削弱了結(jié)構(gòu)的抗震能力。箍筋間距過大也是一個不容忽視的問題。規(guī)范規(guī)定，構(gòu)造柱的箍筋應(yīng)在柱上下端適當(dāng)加密，以增強(qiáng)柱的抗剪能力和約束作用。但在實(shí)際施工中，部分工程的箍筋間距不符合規(guī)范要求，無加密區(qū)且與主筋未貼緊。這使得構(gòu)造柱在承受地震剪力時(shí)，箍筋無法有效地約束主筋和混凝土，導(dǎo)致柱的抗剪能力下降，容易發(fā)生脆性剪切破壞。以某6層框架結(jié)構(gòu)住宅樓為例，在施工過程中，構(gòu)造柱箍筋間距未按規(guī)范要求加密，在一次地震中，該住宅樓的構(gòu)造柱出現(xiàn)了大量的裂縫，部分構(gòu)造柱甚至發(fā)生了斷裂，嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。構(gòu)造柱頂部與樓板交接處混凝土施工質(zhì)量差也是常見的問題之一。在這個關(guān)鍵部位，混凝土應(yīng)澆筑密實(shí)，以確保構(gòu)造柱與樓板之間的連接可靠。然而，在實(shí)際施工中，由于施工難度較大或施工人員操作不當(dāng)，該部位容易出現(xiàn)混凝土不密實(shí)、空洞等質(zhì)量問題。這使得構(gòu)造柱與樓板之間的協(xié)同工作能力減弱，在地震作用下，容易出現(xiàn)構(gòu)造柱與樓板分離的情況，從而降低了結(jié)構(gòu)的抗震性能。水平連系梁和圈梁的設(shè)置也存在類似的問題。水平連系梁和圈梁的鋼筋綁扎隨意性大，主筋錨固不足，箍筋間距不規(guī)范等，都會影響其在地震中的作用發(fā)揮。這些抗震構(gòu)造構(gòu)件的設(shè)置不規(guī)范，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體性和抗震能力下降，在地震中容易發(fā)生破壞，對人員生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。在框架結(jié)構(gòu)施工中，必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求設(shè)置構(gòu)造柱、水平連系梁、圈梁，確保其施工質(zhì)量，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。4.3.2墻體與主體間拉結(jié)措施不到位在框架結(jié)構(gòu)中，墻體與主體間的拉結(jié)措施對于保證結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性能至關(guān)重要。然而，在實(shí)際工程中，后錨固拉結(jié)筋植筋質(zhì)量差的問題較為突出。植筋質(zhì)量差主要表現(xiàn)為植筋深度不足、植筋膠粘結(jié)不牢固等。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，后錨固拉結(jié)筋的植筋深度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，以確保拉結(jié)筋能夠有效地傳遞拉力。但在實(shí)際施工中，部分施工單位為了節(jié)省成本或趕工期，未嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行植筋施工，導(dǎo)致植筋深度不足。植筋膠的質(zhì)量和使用方法也會影響植筋質(zhì)量。如果植筋膠的粘結(jié)強(qiáng)度不足或在施工過程中未充分?jǐn)嚢?、涂抹均勻，都會?dǎo)致拉結(jié)筋與主體結(jié)構(gòu)之間的粘結(jié)不牢固。這使得在地震作用下，拉結(jié)筋容易從主體結(jié)構(gòu)中拔出，無法起到拉結(jié)作用，從而導(dǎo)致填充墻與主體結(jié)構(gòu)分離，降低了結(jié)構(gòu)的抗震性能。拉結(jié)筋間距過大也是一個常見問題。規(guī)范規(guī)定，拉結(jié)筋應(yīng)沿柱高每隔一定距離設(shè)置，以保證填充墻與主體結(jié)構(gòu)之間的連接可靠性。但在實(shí)際工程中，部分施工人員未按照規(guī)范要求設(shè)置拉結(jié)筋間距，導(dǎo)致拉結(jié)筋間距過大。這使得填充墻在地震作用下，無法得到足夠的拉結(jié)約束，容易發(fā)生倒塌或破壞。以某4層框架結(jié)構(gòu)辦公樓為例，在施工過程中，拉結(jié)筋間距過大，在一次地震中，該辦公樓的填充墻出現(xiàn)了大面積倒塌，造成了嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失?；铱p不飽滿也是影響填充墻與主體結(jié)構(gòu)連接可靠性的重要因素。拉結(jié)筋所在灰縫應(yīng)飽滿，以確保拉結(jié)筋與填充墻之間的粘結(jié)力。然而，在實(shí)際施工中，由于施工人員操作不規(guī)范或施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，部分灰縫不飽滿。這使得拉結(jié)筋與填充墻之間的粘結(jié)力減弱，在地震作用下，拉結(jié)筋無法有效地約束填充墻，容易導(dǎo)致填充墻出現(xiàn)裂縫、倒塌等破壞現(xiàn)象。在2011年日本東日本大地震中，許多建筑由于填充墻與主體結(jié)構(gòu)間拉結(jié)措施不到位，在地震中遭受了嚴(yán)重破壞。一些建筑的填充墻在地震中大量倒塌，不僅造成了建筑物的損壞，還對人員生命安全構(gòu)成了威脅。這些實(shí)際工程案例充分說明了墻體與主體間拉結(jié)措施不到位在地震中的危害，因此，在框架結(jié)構(gòu)施工中，必須嚴(yán)格控制墻體與主體間拉結(jié)措施的施工質(zhì)量，確保拉結(jié)筋植筋質(zhì)量、合理設(shè)置拉結(jié)筋間距、保證灰縫飽滿，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。五、考慮填充墻影響的框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法與建議5.1抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中相關(guān)規(guī)定解讀我國現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對填充墻與框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)制定了一系列規(guī)定，這些規(guī)定在工程實(shí)踐中發(fā)揮著重要的指導(dǎo)作用。在自振周期折減系數(shù)方面，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》明確規(guī)定，當(dāng)非承重墻體為填充磚墻時(shí)，框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算自振周期折減系數(shù)ψT可取0.6-0.7。這一規(guī)定充分考慮了填充墻對框架結(jié)構(gòu)剛度的影響。由于填充墻的存在，框架結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度增大，自振周期縮短。若不進(jìn)行周期折減，按照純框架結(jié)構(gòu)計(jì)算得到的自振周期會偏長，導(dǎo)致計(jì)算的地震作用偏小，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏于不安全。通過對自振周期進(jìn)行折減，可以更準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的實(shí)際受力情況，從而合理確定結(jié)構(gòu)的地震作用，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。在填充墻構(gòu)造要求上，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，填充墻應(yīng)沿框架柱全高每隔500mm-600mm設(shè)2根直徑6mm拉筋，拉筋伸入墻內(nèi)的長度，6、7度時(shí)宜沿墻全長貫通，8、9度時(shí)應(yīng)全長貫通。這一構(gòu)造措施的目的是增強(qiáng)填充墻與框架柱之間的連接，使兩者在地震作用下能夠協(xié)同工作。當(dāng)結(jié)構(gòu)遭受地震作用時(shí)，填充墻與框架柱之間的拉結(jié)筋能夠傳遞拉力和壓力，避免填充墻與框架柱分離，從而提高結(jié)構(gòu)的整體性和抗震能力。規(guī)范還規(guī)定墻長大于5m時(shí)，墻頂與梁宜有拉結(jié)；墻長超過8m或?qū)痈?倍時(shí)，宜設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱；墻高超過4m時(shí)，墻體半高宜設(shè)置與柱連接且沿墻全長貫通的鋼筋混凝土水平系梁。這些構(gòu)造要求能夠有效防止填充墻在地震中出現(xiàn)倒塌、開裂等破壞現(xiàn)象。當(dāng)墻長過長時(shí)，設(shè)置構(gòu)造柱可以增強(qiáng)墻體的穩(wěn)定性，限制墻體的變形；設(shè)置水平系梁則可以提高墻體的抗剪能力，減少墻體裂縫的產(chǎn)生?！镀鲶w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，有抗震設(shè)防要求時(shí)宜采用填充墻與框架脫開的方法。當(dāng)填充墻與框架采用脫開的方法時(shí)，填充墻兩端與框架柱，填充墻頂面與框架梁之間留出不小于20mm的間隙，填充墻端部應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱。這種連接方式能夠減小地震時(shí)填充墻對框架梁、柱的頂推作用，避免混凝土框架的損壞。在地震作用下，填充墻與框架之間的間隙可以起到緩沖作用，減少填充墻對框架的約束，使框架能夠自由變形，從而降低框架結(jié)構(gòu)的破壞風(fēng)險(xiǎn)。這些規(guī)范規(guī)定從不同方面對考慮填充墻影響的框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供了具體指導(dǎo)，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分考慮填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，確保建筑結(jié)構(gòu)在地震中的安全性。5.2合理設(shè)計(jì)填充墻的布置與構(gòu)造措施從結(jié)構(gòu)整體抗震性能的角度出發(fā)，合理設(shè)計(jì)填充墻的布置與構(gòu)造措施至關(guān)重要。在填充墻布置方面，應(yīng)遵循均勻?qū)ΨQ的原則。均勻布置填充墻能夠使結(jié)構(gòu)的剛度分布更加均勻，避免因剛度突變而產(chǎn)生薄弱部位。以某6層框架結(jié)構(gòu)辦公樓為例，在設(shè)計(jì)過程中，通過將填充墻均勻布置在各樓層的框架柱之間，使得結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下，各樓層的側(cè)移較為均勻，有效減少了結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。若填充墻布置不均勻，如在某一側(cè)集中布置大量填充墻，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心不重合，在地震作用下，結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，使部分構(gòu)件受力過大，從而降低結(jié)構(gòu)的抗震性能。在2011年日本東日本大地震中，一些建筑由于填充墻布置不均勻，在地震中發(fā)生了嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)破壞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部倒塌。應(yīng)合理控制填充墻的數(shù)量和位置，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)剛度突變。當(dāng)填充墻數(shù)量過多或位置不合理時(shí)，會使結(jié)構(gòu)的某些部位剛度過大，而其他部位剛度過小，形成薄弱層。在底部為大空間的框架結(jié)構(gòu)建筑中，底部樓層填充墻較少，上部樓層填充墻較多，這種豎向剛度突變會導(dǎo)致底部樓層在地震作用下承擔(dān)過大的地震剪力，容易發(fā)生破壞。在某底部為商場、上部為住宅的框架結(jié)構(gòu)建筑中，由于底部商場空間大，填充墻少，上部住宅填充墻多，在一次地震中，底部樓層的框架柱出現(xiàn)了嚴(yán)重的破壞，部分柱體甚至發(fā)生了倒塌。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和抗震要求，合理控制填充墻的數(shù)量和位置，使結(jié)構(gòu)的剛度沿豎向和水平方向均勻變化。在填充墻構(gòu)造措施方面，設(shè)置構(gòu)造柱是增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震性能的重要手段。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，當(dāng)墻長超過8m或?qū)痈?倍時(shí)，宜設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱。構(gòu)造柱能夠增強(qiáng)填充墻的穩(wěn)定性，限制墻體的變形，提高墻體的抗倒塌能力。在地震作用下，構(gòu)造柱與填充墻形成一個整體，共同抵抗地震力。以某住宅建筑為例，在填充墻中按照規(guī)范要求設(shè)置了構(gòu)造柱，在地震中，填充墻雖然出現(xiàn)了裂縫，但由于構(gòu)造柱的作用，墻體沒有發(fā)生倒塌，有效保護(hù)了室內(nèi)人員的安全。加強(qiáng)拉結(jié)筋的設(shè)置也十分關(guān)鍵。填充墻應(yīng)沿框架柱全高每隔500mm-600mm設(shè)2根直徑6mm拉筋，拉筋伸入墻內(nèi)的長度，6、7度時(shí)宜沿墻全長貫通，8、9度時(shí)應(yīng)全長貫通。拉結(jié)筋能夠增強(qiáng)填充墻與框架柱之間的連接，使兩者在地震作用下協(xié)同工作。若拉結(jié)筋設(shè)置不當(dāng)，如間距過大或伸入墻內(nèi)長度不足，會導(dǎo)致填充墻與框架柱之間的連接薄弱，在地震作用下，填充墻容易與框架柱分離，降低結(jié)構(gòu)的抗震性能。在某框架結(jié)構(gòu)教學(xué)樓中，由于拉結(jié)筋設(shè)置不符合規(guī)范要求，在地震中，填充墻與框架柱大量分離，墻體倒塌，對師生的生命安全造成了嚴(yán)重威脅。合理設(shè)計(jì)填充墻的布置與構(gòu)造措施，能夠有效提高框架結(jié)構(gòu)的抗震性能，減少地震災(zāi)害造成的損失。5.3基于性能的抗震設(shè)計(jì)理念在填充墻框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用基于性能的抗震設(shè)計(jì)理念，是一種以結(jié)構(gòu)在地震作用下的性能目標(biāo)為導(dǎo)向的設(shè)計(jì)方法。與傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)方法相比，它更加注重結(jié)構(gòu)在不同地震水準(zhǔn)下的性能表現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能要求和重要性，制定合理的性能目標(biāo)，并通過設(shè)計(jì)使結(jié)構(gòu)滿足這些目標(biāo)。在傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)中，主要依據(jù)規(guī)范給定的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常以滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的基本設(shè)防目標(biāo)為準(zhǔn)則。然而，這種設(shè)計(jì)方法往往缺乏對結(jié)構(gòu)具體性能的量化控制，難以滿足一些對結(jié)構(gòu)性能有特殊要求的建筑。在填充墻框架結(jié)構(gòu)中，基于性能的抗震設(shè)計(jì)理念具有重要的應(yīng)用價(jià)值。根據(jù)不同的性能目標(biāo)，可以確定相應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)參數(shù)。以位移限值為例，對于一些對變形要求較高的建筑，如醫(yī)院、精密儀器廠房等，在多遇地震作用下，可能要求結(jié)構(gòu)的層間位移角控制在1/800以內(nèi)，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行和人員的安全。在罕遇地震作用下，位移限值則可適當(dāng)放寬，但也需根據(jù)建筑的重要性和使用功能確定一個合理的范圍。對于一般的民用建筑，罕遇地震作用下的層間位移角限值可能為1/50。為了滿足這些位移限值要求，需要合理設(shè)計(jì)填充墻的布置和構(gòu)造。通過優(yōu)化填充墻的材料、厚度和布置位置，可以調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛度分布，從而控制結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移。增加填充墻的數(shù)量或采用剛度較大的填充墻材料，可以提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度，減小結(jié)構(gòu)的位移。但同時(shí)也需要注意，過度增加填充墻的剛度可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的地震力增大，對結(jié)構(gòu)的其他性能產(chǎn)生不利影響。承載力要求也是基于性能的抗震設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。在填充墻框架結(jié)構(gòu)中，需要根據(jù)不同的性能目標(biāo)確定框架和填充墻的承載力要求。對于“小震不壞”的性能目標(biāo)，框架和填充墻應(yīng)具有足夠的承載力，以保證在多遇地震作用下結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞。此時(shí)，框架和填充墻的設(shè)計(jì)承載力應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范的要求。在“中震可修”的性能目標(biāo)下，框架和填充墻允許出現(xiàn)一定程度的損傷，但應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，且修復(fù)后能夠繼續(xù)使用。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮結(jié)構(gòu)在中震作用下的損傷模式和損傷程度，通過合理的構(gòu)造措施和材料選擇，提高結(jié)構(gòu)的可修復(fù)性。在“大震不倒”的性能目標(biāo)下，框架應(yīng)作為主要的承重構(gòu)件，承擔(dān)大部分的地震力，填充墻則應(yīng)起到輔助抗震和耗能的作用。此時(shí)，框架的承載力應(yīng)滿足在罕遇地震作用下不發(fā)生倒塌的要求，填充墻則應(yīng)通過自身的耗能機(jī)制，保護(hù)框架結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)這些承載力要求，需要對框架和填充墻進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)?？紤]填充墻與框架之間的相互作用，合理分配兩者的承載力，確保在不同地震水準(zhǔn)下結(jié)構(gòu)的安全性。在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)填充墻的布置和剛度，調(diào)整框架柱和梁的截面尺寸和配筋，以滿足承載力要求?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)理念在填充墻框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，能夠使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加科學(xué)、合理，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，滿足不同建筑的功能需求。六、結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)本文通過理論分析、案例研究以及對規(guī)范的解讀，深入探討了填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，得出以下結(jié)論：在有利影響方面，填充墻能夠顯著提高框架