當(dāng)配筋砌體遇上高層框架：解鎖抗震新“姿勢”引言：地震下建筑結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)地震，作為一種極具破壞力的自然災(zāi)害，一直是威脅人類生命財產(chǎn)安全的巨大隱患。歷史上，無數(shù)次地震給建筑結(jié)構(gòu)帶來了毀滅性的打擊。例如1976年的唐山大地震，瞬間讓整座城市淪為廢墟，大量磚混結(jié)構(gòu)建筑在地震波的沖擊下轟然倒塌；2008年的汶川地震，同樣造成了嚴(yán)重的建筑損毀，許多學(xué)校、居民樓等建筑未能承受住地震的考驗，框架結(jié)構(gòu)中的填充墻體嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致大量人員傷亡和財產(chǎn)損失。這些慘痛的教訓(xùn)讓我們深刻認(rèn)識到，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能刻不容緩。在建筑結(jié)構(gòu)類型中，高層框架結(jié)構(gòu)憑借其空間布局靈活、承載能力高等優(yōu)點，成為現(xiàn)代城市建設(shè)的主流選擇之一。然而，在地震作用下，高層框架結(jié)構(gòu)也暴露出一些問題。框架結(jié)構(gòu)中的填充墻體，尤其是樓梯間填充墻體，由于其自身特性和在結(jié)構(gòu)中的位置，在地震時容易率先破壞，嚴(yán)重影響人員逃生通道的安全性。配筋砌體作為一種新型的土建材料，近年來在建筑領(lǐng)域得到了越來越多的關(guān)注和應(yīng)用。配筋砌體通過在砌塊中加入鋼筋，顯著提高了砌體的整體性和承載能力。在多次地震災(zāi)害中，配筋砌塊砌體剪力墻結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出了良好的抗震性能，經(jīng)受住了大地震的考驗。那么，將配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)相結(jié)合，形成共同作用的體系，能否有效改善建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，尤其是解決框架結(jié)構(gòu)中樓梯間填充墻體等薄弱部位的破壞問題呢？這正是本文所要深入研究和探討的核心問題。一、抗震“新兵”與“老將”：配筋砌體和高層框架結(jié)構(gòu)簡介（一）配筋砌體：結(jié)構(gòu)中的后起之秀配筋砌體，作為建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的后起之秀，是在傳統(tǒng)砌體的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。它主要由砌體、鋼筋和砂漿等組成，通過在磚、石、塊體砌筑的砌體結(jié)構(gòu)中加入鋼筋混凝土或混凝土砂漿，形成了一種新型的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)，極大地改善了傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)的受力性能。從發(fā)展歷程來看，現(xiàn)代配筋磚砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)明者是英國法裔工程師馬克?布魯內(nèi)爾（MarcIsambardBrunel），他于1813年在傳統(tǒng)磚砌體基礎(chǔ)上發(fā)展出現(xiàn)代配筋砌體結(jié)構(gòu)，并于1825年在倫敦連接泰晤士兩岸的水底拱頂隧道項目中使用了這一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)技術(shù)。而配筋砌體結(jié)構(gòu)體系的現(xiàn)代專利發(fā)明人則是法國工程師保羅?科坦桑（PaulCottancin），他在1890年申請了配筋砌體與混凝土（構(gòu)造梁、柱）體系的專利。在上世紀(jì)初，配筋砌體結(jié)構(gòu)在歐美逐漸發(fā)展起來，后來基于其低廉的造價與勞動密集型特征，在拉丁美洲、北非乃至亞洲的中國等發(fā)展中國家的城市與鄉(xiāng)村建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。配筋砌體在抗震方面具有諸多優(yōu)勢。首先，鋼筋的加入顯著增強(qiáng)了砌體的整體性。在地震作用下，砌體容易因受力不均而出現(xiàn)裂縫甚至倒塌，而鋼筋能夠有效地約束砌體的變形，使砌體在地震中保持較好的整體性，不至于迅速瓦解。其次，配筋砌體的承載能力得到了大幅提高。鋼筋具有較高的抗拉強(qiáng)度，與砌體共同作用時，能夠分擔(dān)部分荷載，從而提高整個結(jié)構(gòu)的承載能力，使其能夠承受更大的地震力。此外，配筋砌體還具有較好的延性，在地震發(fā)生時，能夠通過自身的變形吸收一定的地震能量，減少結(jié)構(gòu)的破壞程度。（二）高層框架結(jié)構(gòu)：建筑領(lǐng)域的中流砥柱高層框架結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑領(lǐng)域的中流砥柱，廣泛應(yīng)用于各類高層建筑中。它由梁和柱組成框架，形成承重體系，承擔(dān)建筑物的豎向荷載和水平荷載?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的特點十分顯著，首先，其空間分隔靈活，能夠滿足不同建筑功能的需求。無論是商業(yè)建筑、辦公建筑還是住宅建筑，都可以根據(jù)實際需要靈活布置內(nèi)部空間，為使用者提供了極大的便利。其次，框架結(jié)構(gòu)的自重相對較輕，這在一定程度上減輕了基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān)，降低了工程造價。在實際應(yīng)用中，高層框架結(jié)構(gòu)在中等高度的建筑中表現(xiàn)出色。例如，在城市中的一些寫字樓、酒店等建筑，框架結(jié)構(gòu)能夠提供寬敞、靈活的空間，滿足辦公和住宿的需求。然而，在地震作用下，高層框架結(jié)構(gòu)也存在一些常見的破壞形式。填充墻破壞是最為普遍的一種破壞形式。在歷次地震中，即使是較小的地震作用，填充墻也會發(fā)生不同程度的破壞。這是因為在地震時，填充墻與框架共同抵抗地震荷載，由于填充墻剛度大，承擔(dān)了大部分的地震能量，直至破壞。此外，墻體受剪承載力低、墻體和框架缺乏有效地拉結(jié)、不合理的預(yù)埋管線削弱等原因，也使得填充墻在高頻能量的地震荷載作用下極易發(fā)生破壞，主要體現(xiàn)為X形斜裂縫、墻體周邊開裂、角部應(yīng)力破壞、局部或整體倒塌等。由于框架結(jié)構(gòu)變形為剪切型，底部的水平位移大，填充墻的破壞呈現(xiàn)“下重上輕”現(xiàn)象。梁、柱及其節(jié)點破壞也是框架結(jié)構(gòu)在地震中常見的破壞形式。框架結(jié)構(gòu)的震害主要是由于強(qiáng)度和延性不足引起，一般規(guī)律是柱的震害重于梁，腳柱的震害重于下端。梁的破壞多發(fā)生在梁端，地震荷載使縱向鋼筋屈服出現(xiàn)上下貫通的垂直裂縫和交叉斜裂縫，在梁負(fù)彎矩鋼筋切斷處抗彎能力減弱也易出現(xiàn)裂縫，造成梁剪切破壞，部分梁在跨中處也出現(xiàn)了垂直裂縫。柱的破壞按破壞類型不同分為彎曲破壞、剪切破壞、壓彎破壞；按破壞部位不同分為腳柱破壞、短柱破壞、柱牛腿破壞，其破壞形態(tài)有柱端彎剪破壞、柱身剪切破壞、短柱破壞等。樓梯間破壞在地震中也時有發(fā)生。樓梯間作為重要的疏散通道，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。然而，由于樓梯間的結(jié)構(gòu)形式和受力特點，在地震時容易出現(xiàn)破壞，影響人員的逃生。此外，結(jié)構(gòu)局部或整體倒塌也是框架結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下可能出現(xiàn)的嚴(yán)重破壞形式，一旦發(fā)生，將造成巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。二、攜手作戰(zhàn)：配筋砌體與高層框架的協(xié)同機(jī)制（一）共同作用原理大揭秘當(dāng)配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用時，它們就像一支協(xié)同作戰(zhàn)的部隊，各自發(fā)揮優(yōu)勢，共同抵抗地震力的沖擊。從傳力路徑來看，在地震發(fā)生時，水平地震力首先由結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)。高層框架結(jié)構(gòu)中的梁、柱是主要的抗側(cè)力構(gòu)件，而配筋砌體在其中也扮演著重要角色。以框架-配筋砌體結(jié)構(gòu)為例，地震力通過樓板傳遞到框架梁和配筋砌體墻上?？蚣芰簩⒁徊糠值卣鹆鬟f給框架柱，而配筋砌體墻則憑借自身的剛度和承載能力，承擔(dān)另一部分地震力。在這個過程中，鋼筋與砌體之間存在著良好的粘結(jié)力，使得鋼筋能夠有效地約束砌體的變形，共同承受外力。同時，框架結(jié)構(gòu)與配筋砌體之間通過可靠的連接節(jié)點，實現(xiàn)了力的有效傳遞和協(xié)同工作。從變形協(xié)調(diào)的角度來看，高層框架結(jié)構(gòu)在地震作用下會產(chǎn)生一定的側(cè)向變形，而配筋砌體由于其自身的特點，變形能力相對較小。為了保證二者能夠協(xié)同工作，在設(shè)計時需要考慮它們的變形協(xié)調(diào)關(guān)系。通過合理配置鋼筋和選擇合適的砌體材料，可以使配筋砌體在承受一定變形的同時，仍能保持良好的工作性能，與框架結(jié)構(gòu)共同變形，不至于出現(xiàn)過大的相對位移，從而保證整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。（二）合作帶來的改變配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)的共同作用，對結(jié)構(gòu)的各項性能產(chǎn)生了顯著的影響。首先，在結(jié)構(gòu)剛度方面，配筋砌體的加入增加了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)的自振周期會相應(yīng)減小。例如，通過對某實際工程模型的分析，在加入配筋砌體后，結(jié)構(gòu)的第一自振周期從原來的1.2s減小到了0.9s，這表明結(jié)構(gòu)的整體剛度得到了提高，能夠更好地抵抗地震力引起的變形。在承載力方面，二者的共同作用使得結(jié)構(gòu)的承載能力大幅提升。配筋砌體中的鋼筋和砌體共同受力，能夠承擔(dān)更大的荷載。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)與配筋砌體協(xié)同工作時，它們可以共同分擔(dān)地震力，避免了單一結(jié)構(gòu)在地震作用下因承載力不足而發(fā)生破壞。研究表明，在罕遇地震作用下，配筋砌體框剪結(jié)構(gòu)的承載能力比單純的框架結(jié)構(gòu)提高了20%-30%，大大增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的抗震安全性。延性是衡量結(jié)構(gòu)抗震性能的重要指標(biāo)之一，它反映了結(jié)構(gòu)在破壞前能夠承受較大變形的能力。配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用，顯著改善了結(jié)構(gòu)的延性。在地震作用下，配筋砌體的塑性變形能力和耗能能力得到了充分發(fā)揮，與框架結(jié)構(gòu)相互補(bǔ)充。當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇大變形時，配筋砌體能夠通過自身的塑性變形吸收大量的地震能量，延緩結(jié)構(gòu)的破壞過程，為人員疏散和救援爭取更多的時間。與單獨使用高層框架結(jié)構(gòu)或配筋砌體結(jié)構(gòu)相比，二者共同作用的抗震性能優(yōu)勢明顯。單獨的高層框架結(jié)構(gòu)雖然空間靈活性好，但在抗震方面存在一些薄弱環(huán)節(jié)，如填充墻易破壞等。而單獨的配筋砌體結(jié)構(gòu)，雖然在一定程度上具有較好的抗震性能，但在空間布局和承載能力等方面可能無法滿足一些高層建筑的需求。當(dāng)二者結(jié)合后，不僅彌補(bǔ)了各自的不足，還實現(xiàn)了優(yōu)勢互補(bǔ)，使結(jié)構(gòu)在抗震性能、空間利用和承載能力等方面都得到了優(yōu)化，為高層建筑的抗震設(shè)計提供了更加可靠的解決方案。三、研究方法大賞：如何探究它們的抗震表現(xiàn)（一）理論分析：從公式出發(fā)的探索在探究配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用的抗震性能時，理論分析是不可或缺的一環(huán)，它為我們深入理解結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為提供了基礎(chǔ)。彈性分析理論是結(jié)構(gòu)抗震分析的重要基礎(chǔ)之一，其中振型分解反應(yīng)譜法是一種常用的方法。對于配筋砌體與高層框架共同作用的結(jié)構(gòu)體系，我們可以將其視為多自由度體系。根據(jù)振型分解的原理，把多自由度體系的地震反應(yīng)分解為多個單自由度體系的地震反應(yīng)。以一個n自由度的結(jié)構(gòu)為例，其在地震作用下的位移可以表示為各個振型位移的線性組合，即u_i(t)=\sum_{j=1}^{n}\varphi_{ij}\eta_j(t)，其中u_i(t)是第i個質(zhì)點在t時刻的位移，\varphi_{ij}是第j階振型在第i個質(zhì)點的振型值，\eta_j(t)是第j階振型的廣義坐標(biāo)。通過求解結(jié)構(gòu)的頻率方程，我們可以得到結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型。然后，根據(jù)反應(yīng)譜理論，利用單自由度體系的加速度設(shè)計反應(yīng)譜，計算出各階振型對應(yīng)的等效地震作用。例如，對于第j階振型，其第i個質(zhì)點的水平地震作用F_{ij}=\alpha_j\gamma_j\varphi_{ij}G_i，其中\(zhòng)alpha_j是第j階振型的地震影響系數(shù)，\gamma_j是第j階振型的參與系數(shù)，G_i是第i個質(zhì)點的重力荷載代表值。最后，按照一定的組合原則，如平方和開平方（SRSS）法或完全二次型組合（CQC）法，對各階振型的地震作用效應(yīng)進(jìn)行組合，從而得到結(jié)構(gòu)的總地震作用效應(yīng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下進(jìn)入彈塑性階段時，彈性分析理論不再適用，此時需要采用彈塑性分析理論。靜力彈塑性分析法（Push-over分析）是一種常用的彈塑性分析方法。其基本原理是在結(jié)構(gòu)分析模型上沿高度施加呈一定分布（如均勻荷載、倒三角形荷載等）的水平單調(diào)遞增荷載來模擬地震水平慣性力的側(cè)向力。以某一實際結(jié)構(gòu)模型為例，在進(jìn)行Push-over分析時，首先建立結(jié)構(gòu)的模型，包括幾何尺寸、物理參數(shù)以及節(jié)點和構(gòu)件的編號等。然后計算結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力，再沿結(jié)構(gòu)高度施加水平荷載，逐步增加荷載大小，直到結(jié)構(gòu)達(dá)到某一預(yù)定的狀態(tài)，如達(dá)到目標(biāo)位移或使結(jié)構(gòu)成為機(jī)構(gòu)。在這個過程中，當(dāng)結(jié)構(gòu)中的桿件達(dá)到屈服條件時，其剛度會發(fā)生變化。通過不斷調(diào)整桿件的剛度，模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的非線性行為。例如，對于梁和柱等構(gòu)件，可以通過定義其力和變形的關(guān)系曲線，如采用雙線性模型或多線性模型，來模擬其彈塑性性能。通過Push-over分析，可以得到結(jié)構(gòu)的荷載-位移曲線，進(jìn)而評估結(jié)構(gòu)的抗震性能，判斷結(jié)構(gòu)是否能經(jīng)受得住未來可能發(fā)生的地震作用。（二）數(shù)值模擬：計算機(jī)中的地震考驗數(shù)值模擬技術(shù)為我們研究配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用的抗震性能提供了一個高效、直觀的平臺，讓我們能夠在計算機(jī)中模擬各種復(fù)雜的地震場景，深入了解結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。有限元分析軟件是數(shù)值模擬的核心工具之一，以MIDAS/GEN軟件為例，它具有強(qiáng)大的分析功能和友好的用戶界面，在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在模擬配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用的抗震性能時，首先需要建立精確的結(jié)構(gòu)模型。對于配筋砌體部分，需要考慮砌體材料的非線性特性、鋼筋與砌體之間的粘結(jié)滑移關(guān)系等。可以將砌體離散為有限元單元，如采用實體單元來模擬砌體的力學(xué)行為，通過定義合適的材料本構(gòu)模型來描述砌體的非線性性能。對于鋼筋，可以采用梁單元或桁架單元來模擬，通過設(shè)置鋼筋與砌體之間的連接方式，如綁定約束或考慮粘結(jié)滑移的彈簧單元，來實現(xiàn)二者的協(xié)同工作。對于高層框架結(jié)構(gòu)，同樣需要精確模擬梁、柱等構(gòu)件的力學(xué)性能?？紤]到框架結(jié)構(gòu)在地震作用下可能出現(xiàn)的非線性行為，如梁端和柱端的塑性鉸發(fā)展，需要在模型中合理定義塑性鉸的位置和特性。在模型建立完成后，需要設(shè)置合適的邊界條件和加載工況。邊界條件應(yīng)根據(jù)實際結(jié)構(gòu)的支承情況進(jìn)行設(shè)置，如固定支座、鉸支座等。加載工況則模擬地震作用，通過輸入地震波的加速度時程曲線，來施加動態(tài)荷載?？梢赃x擇不同類型的地震波，如天然地震波或人工合成地震波，以模擬不同的地震場景。在模擬過程中，有限元分析軟件會根據(jù)輸入的模型和參數(shù)，通過數(shù)值計算求解結(jié)構(gòu)的動力平衡方程，得到結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移、應(yīng)力、應(yīng)變等響應(yīng)結(jié)果。通過對這些結(jié)果的分析，我們可以直觀地了解結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形情況。從模擬結(jié)果的位移云圖中，可以清晰地看到結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移分布，確定結(jié)構(gòu)的薄弱部位；從應(yīng)力云圖中，可以了解結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力分布情況，判斷構(gòu)件是否達(dá)到屈服強(qiáng)度。（三）試驗研究：真實世界的抗震驗證試驗研究是檢驗理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果的重要手段，它能夠為我們提供最直接、最真實的結(jié)構(gòu)抗震性能數(shù)據(jù)。在進(jìn)行配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用的抗震試驗時，試驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計至關(guān)重要。試驗?zāi)Ｐ蛻?yīng)盡可能真實地模擬實際結(jié)構(gòu)的幾何尺寸、材料性能和連接方式。以一個實際工程為背景，按照一定的相似比設(shè)計試驗?zāi)Ｐ汀τ谂浣钇鲶w部分，采用與實際工程相同的砌塊、鋼筋和砂漿，確保其材料性能的一致性。在制作配筋砌體試件時，嚴(yán)格控制鋼筋的布置和砂漿的強(qiáng)度，保證試件的質(zhì)量。對于高層框架結(jié)構(gòu)部分，同樣采用與實際結(jié)構(gòu)相同的材料和構(gòu)件尺寸，精確模擬梁、柱的連接節(jié)點。加載方式的選擇直接影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在抗震試驗中，常用的加載方式有擬靜力加載和擬動力加載。擬靜力加載是一種準(zhǔn)靜態(tài)的加載方法，通過在結(jié)構(gòu)上逐級施加水平荷載，記錄結(jié)構(gòu)在不同荷載水平下的反應(yīng)。在進(jìn)行擬靜力加載試驗時，首先對結(jié)構(gòu)施加一定的豎向荷載，模擬結(jié)構(gòu)的自重和使用荷載。然后，按照一定的加載制度，如位移控制加載或力控制加載，逐級施加水平荷載。每級荷載施加后，保持一段時間，記錄結(jié)構(gòu)的變形、裂縫開展等情況。當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的破壞跡象或達(dá)到預(yù)定的破壞狀態(tài)時，停止加載。擬動力加載則是一種模擬地震動力作用的加載方法，通過計算機(jī)控制加載設(shè)備，實時調(diào)整加載力，使結(jié)構(gòu)的反應(yīng)與在實際地震作用下的反應(yīng)相似。在擬動力加載試驗中，首先將結(jié)構(gòu)模型安裝在加載設(shè)備上，連接好測量儀器。然后，輸入地震波的加速度時程曲線，計算機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)的實時反應(yīng)，計算出需要施加的加載力，并通過加載設(shè)備施加到結(jié)構(gòu)上。在加載過程中，不斷測量結(jié)構(gòu)的位移、加速度等響應(yīng)，根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整加載力，使結(jié)構(gòu)的反應(yīng)盡可能接近實際地震作用下的反應(yīng)。在試驗過程中，我們可以觀察到許多直觀的試驗現(xiàn)象。隨著加載的進(jìn)行，配筋砌體與框架結(jié)構(gòu)的連接處可能會首先出現(xiàn)微小的裂縫，這是由于二者的變形不協(xié)調(diào)導(dǎo)致的。隨著荷載的增加，裂縫會逐漸擴(kuò)展和貫通，配筋砌體中的鋼筋開始發(fā)揮作用，約束砌體的變形。在框架結(jié)構(gòu)部分，梁端和柱端可能會出現(xiàn)塑性鉸，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度下降。通過測量結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)變等數(shù)據(jù)，我們可以得到結(jié)構(gòu)的荷載-位移曲線、滯回曲線等。從荷載-位移曲線中，可以得到結(jié)構(gòu)的屈服荷載、極限荷載和位移延性等指標(biāo)；從滯回曲線中，可以分析結(jié)構(gòu)的耗能能力和剛度退化情況。四、抗震性能剖析：多遇與罕遇地震下的表現(xiàn)（一）多遇地震：小震之下的彈性考驗在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)基本處于彈性階段，這就像是一場小震之下的彈性考驗，檢驗著配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用的抗震性能。通過振型分解反應(yīng)譜方法，我們可以計算結(jié)構(gòu)的彈性地震反應(yīng)，從多個關(guān)鍵指標(biāo)來深入分析其抗震性能。自振周期是反映結(jié)構(gòu)動力特性的重要指標(biāo)之一。對于配筋砌體與高層框架共同作用的結(jié)構(gòu)體系，其自振周期會受到多種因素的影響。當(dāng)配筋砌體加入到高層框架結(jié)構(gòu)中時，結(jié)構(gòu)的整體剛度發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致自振周期改變。以某實際工程模型為例，原高層框架結(jié)構(gòu)的第一自振周期為1.2s，在采用配筋砌體替代樓梯間填充墻體并形成配筋砌體框剪結(jié)構(gòu)后，第一自振周期減小到了0.9s。這表明結(jié)構(gòu)的整體剛度得到了提高，因為自振周期與結(jié)構(gòu)剛度成反比關(guān)系，剛度越大，自振周期越小。結(jié)構(gòu)剛度的提高，使得結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下抵抗變形的能力增強(qiáng)，能夠更好地保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)位移是衡量結(jié)構(gòu)在地震作用下變形程度的重要指標(biāo)，包括頂點位移和最大層間位移角。頂點位移反映了結(jié)構(gòu)頂部在地震作用下的水平位移情況，而最大層間位移角則體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)各樓層之間的相對變形程度。在多遇地震作用下，通過對不同結(jié)構(gòu)模型的計算分析發(fā)現(xiàn)，配筋砌體與高層框架共同作用的結(jié)構(gòu)，其頂點位移和最大層間位移角明顯小于單純的高層框架結(jié)構(gòu)。在某7度抗震設(shè)防區(qū)的10層建筑模型中，原框架結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的頂點位移為50mm，最大層間位移角為1/500；而采用配筋砌體框剪結(jié)構(gòu)后，頂點位移減小到了35mm，最大層間位移角減小到了1/700。這說明配筋砌體的加入有效地減小了結(jié)構(gòu)的位移，提高了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移能力。規(guī)范規(guī)定，不同結(jié)構(gòu)類型在多遇地震作用下的最大層間位移角限值是不同的，例如框架結(jié)構(gòu)的最大層間位移角限值一般為1/550。通過對比可以看出，配筋砌體與高層框架共同作用的結(jié)構(gòu)在多遇地震下的最大層間位移角滿足規(guī)范要求，且具有一定的安全儲備。柱軸壓比是影響柱抗震性能的關(guān)鍵因素之一，它是指柱組合的軸壓力設(shè)計值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值乘積之比值。在多遇地震作用下，控制柱軸壓比對于保證柱的穩(wěn)定性和延性至關(guān)重要。對于配筋砌體與高層框架共同作用的結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)受力體系的改變，柱的軸壓比也會發(fā)生相應(yīng)的變化。通過對實際工程模型的計算分析發(fā)現(xiàn)，在合理設(shè)計配筋砌體的情況下，結(jié)構(gòu)中柱的最大軸壓比能夠滿足規(guī)范要求。在某工程中，原框架結(jié)構(gòu)中部分柱的最大軸壓比接近規(guī)范限值0.9，而采用配筋砌體框剪結(jié)構(gòu)后，柱的最大軸壓比降低到了0.8以下。這表明配筋砌體與高層框架的共同作用，能夠有效地調(diào)整結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，減小柱所承受的軸壓力，從而提高柱的抗震性能。從這些指標(biāo)的對比分析可以看出，在多遇地震作用下，配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用的抗震性能良好。配筋砌體的加入，使結(jié)構(gòu)的剛度得到提高，位移減小，柱軸壓比得到有效控制，各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，為結(jié)構(gòu)在小震作用下的安全性提供了有力保障。（二）罕遇地震：大震面前的彈塑性應(yīng)對當(dāng)遭遇罕遇地震時，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段，這是對配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用的嚴(yán)峻考驗，就如同大震面前的一場生死較量，需要它們展現(xiàn)出良好的彈塑性應(yīng)對能力。此時，靜力彈塑性分析方法（Push-over分析）成為評估結(jié)構(gòu)抗震性能的重要工具。通過Push-over分析，我們可以得到結(jié)構(gòu)的基底剪力-頂點位移曲線，這條曲線直觀地反映了結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的受力和變形性能。在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)的基底剪力隨著頂點位移的增加而逐漸增大，當(dāng)結(jié)構(gòu)達(dá)到一定的變形程度時，基底剪力達(dá)到最大值，隨后隨著結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步破壞，基底剪力開始下降。對于配筋砌體與高層框架共同作用的結(jié)構(gòu)，其基底剪力-頂點位移曲線表現(xiàn)出與單純框架結(jié)構(gòu)不同的特征。由于配筋砌體的存在，結(jié)構(gòu)的初始剛度較大，在加載初期，基底剪力增長較快；隨著加載的進(jìn)行，配筋砌體的塑性變形能力逐漸發(fā)揮作用，結(jié)構(gòu)能夠繼續(xù)承受較大的荷載，且變形能力增強(qiáng)，曲線表現(xiàn)出較為飽滿的形狀，這意味著結(jié)構(gòu)具有較好的耗能能力和延性。能力譜與需求譜的對比分析也是評估結(jié)構(gòu)抗震性能的重要手段。能力譜反映了結(jié)構(gòu)自身的抗震能力，需求譜則代表了地震對結(jié)構(gòu)的需求。當(dāng)能力譜與需求譜相交時，交點所對應(yīng)的位移和基底剪力即為結(jié)構(gòu)的性能點。在罕遇地震作用下，對于配筋砌體與高層框架共同作用的結(jié)構(gòu)，如果性能點處的位移和基底剪力滿足預(yù)先設(shè)定的性能目標(biāo)，則說明結(jié)構(gòu)能夠在罕遇地震下保持相對穩(wěn)定，不至于發(fā)生倒塌等嚴(yán)重破壞。在某實際工程的分析中，通過將結(jié)構(gòu)的能力譜與需求譜進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)配筋砌體框剪結(jié)構(gòu)的性能點位移小于規(guī)范規(guī)定的彈塑性層間位移角限值對應(yīng)的位移，且基底剪力也在結(jié)構(gòu)的承載能力范圍內(nèi)，這表明該結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下能夠滿足性能目標(biāo)的要求。塑性鉸的發(fā)展情況是判斷結(jié)構(gòu)破壞程度和抗震性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件會逐漸進(jìn)入塑性狀態(tài)，形成塑性鉸。塑性鉸的出現(xiàn)順序和分布情況反映了結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制。對于配筋砌體與高層框架共同作用的結(jié)構(gòu)，在框架梁端和柱端以及配筋砌體墻與框架的連接處，容易出現(xiàn)塑性鉸。通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行Push-over分析，可以觀察到塑性鉸的發(fā)展過程。在加載初期，首先在框架梁端出現(xiàn)塑性鉸，隨著荷載的增加，柱端和配筋砌體墻與框架的連接處也相繼出現(xiàn)塑性鉸。配筋砌體墻中的鋼筋能夠有效地約束砌體的變形，延緩塑性鉸的發(fā)展，使得結(jié)構(gòu)在塑性階段仍能保持一定的承載能力。當(dāng)結(jié)構(gòu)中塑性鉸發(fā)展到一定程度時，結(jié)構(gòu)會形成破壞機(jī)構(gòu)，此時結(jié)構(gòu)的承載能力急劇下降。對于配筋砌體與高層框架共同作用的結(jié)構(gòu)，通過合理設(shè)計，可以控制塑性鉸的發(fā)展，使結(jié)構(gòu)在罕遇地震下達(dá)到“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。從靜力彈塑性分析結(jié)果來看，在罕遇地震作用下，配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用，通過合理的設(shè)計和布置，能夠使結(jié)構(gòu)的層間位移角滿足規(guī)范規(guī)定的彈塑性層間位移角限值，結(jié)構(gòu)構(gòu)件也能滿足罕遇地震作用下性能水準(zhǔn)的要求。雖然結(jié)構(gòu)會進(jìn)入彈塑性階段，但配筋砌體的加入有效地改善了結(jié)構(gòu)的受力性能，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力，使其能夠在大震面前保持相對穩(wěn)定，為人員的安全疏散和救援提供了寶貴的時間和條件。五、影響因素面面觀：哪些因素左右抗震性能（一）配筋砌體的自身特性配筋砌體的自身特性猶如其“內(nèi)在基因”，對配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用的抗震性能有著深遠(yuǎn)的影響。配筋率作為一個關(guān)鍵因素，起著舉足輕重的作用。它就像是人體的“力量源泉”，合適的配筋率能夠顯著提升結(jié)構(gòu)的抗震性能。當(dāng)配筋率過低時，就如同一個人力量不足，在地震作用下，配筋砌體無法充分發(fā)揮其約束和承載作用，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載能力和延性下降，容易出現(xiàn)裂縫和破壞。研究表明，當(dāng)配筋率低于某一臨界值時，結(jié)構(gòu)在地震中的破壞模式可能從延性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈云茐?，大大增加了結(jié)構(gòu)倒塌的風(fēng)險。相反，當(dāng)配筋率過高時，不僅會增加成本，還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度突變，使結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力不均勻，同樣不利于抗震。在實際工程中，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的類型、受力情況和抗震要求等因素，合理確定配筋率，以達(dá)到最佳的抗震效果。鋼筋布置方式也不容忽視，它如同人體的“經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)”，直接影響著鋼筋與砌體之間的協(xié)同工作效率。不同的鋼筋布置方式，如均勻布置、局部加強(qiáng)布置等，會對結(jié)構(gòu)的受力性能產(chǎn)生不同的影響。均勻布置的鋼筋能夠使砌體在各個方向上均勻受力，提高結(jié)構(gòu)的整體性；而局部加強(qiáng)布置的鋼筋則可以在結(jié)構(gòu)的薄弱部位提供額外的承載能力和約束作用。在樓梯間等容易出現(xiàn)破壞的部位，可以采用局部加強(qiáng)布置的方式，增加鋼筋的數(shù)量和強(qiáng)度，提高該部位的抗震性能。此外，鋼筋的間距也會影響結(jié)構(gòu)的性能。間距過大，鋼筋之間的協(xié)同作用減弱，無法有效地約束砌體的變形；間距過小，則會增加施工難度，且可能導(dǎo)致混凝土澆筑不密實，影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。砌塊強(qiáng)度是配筋砌體的“骨骼強(qiáng)度”，它直接關(guān)系到配筋砌體的承載能力和變形性能。砌塊強(qiáng)度越高，配筋砌體在地震作用下的抗壓、抗拉和抗剪能力就越強(qiáng)，能夠更好地承受地震力的作用。高強(qiáng)度的砌塊可以減少裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。在一些地震頻發(fā)地區(qū)，采用高強(qiáng)度的砌塊作為配筋砌體的材料，可以顯著提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。然而，提高砌塊強(qiáng)度也需要綜合考慮成本和施工工藝等因素，在保證抗震性能的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)合理的砌塊強(qiáng)度等級。（二）高層框架結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)高層框架結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)是影響其與配筋砌體共同作用抗震性能的重要因素，它們就像建筑結(jié)構(gòu)的“筋骨”，決定著結(jié)構(gòu)的堅固程度和抗震能力。框架柱截面尺寸是其中一個關(guān)鍵因素，它直接影響著柱子的承載能力和剛度。柱子就像建筑的“頂梁柱”，在地震作用下承受著巨大的壓力和彎矩。當(dāng)框架柱截面尺寸較小時，柱子的承載能力和剛度不足，在地震力的作用下容易發(fā)生彎曲、剪切等破壞形式。在強(qiáng)震作用下，較小截面尺寸的柱子可能會出現(xiàn)屈服甚至斷裂，導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)。研究表明，適當(dāng)增大框架柱的截面尺寸，可以提高柱子的抗壓、抗彎和抗剪能力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。在某高層框架結(jié)構(gòu)中，通過將框架柱的截面尺寸增大10%，結(jié)構(gòu)在地震作用下的最大層間位移角減小了15%，柱子的軸壓比也得到了有效控制，從而提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能。梁的剛度對結(jié)構(gòu)的抗震性能也有著重要影響。梁在框架結(jié)構(gòu)中起著傳遞荷載和協(xié)調(diào)變形的作用，其剛度大小直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的受力分布和變形形態(tài)。當(dāng)梁的剛度較小時，在地震作用下梁的變形較大，容易出現(xiàn)裂縫和破壞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布，影響整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。梁的剛度不足還可能使結(jié)構(gòu)的自振周期發(fā)生變化，增加結(jié)構(gòu)在地震中的響應(yīng)。相反，當(dāng)梁的剛度過大時，雖然可以減少梁的變形，但會使結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心偏移較大，在地震作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，同樣不利于抗震。因此，在設(shè)計中需要合理控制梁的剛度，使其既能滿足結(jié)構(gòu)的受力要求，又能保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)布置規(guī)則性是保證高層框架結(jié)構(gòu)抗震性能的重要條件。一個規(guī)則的結(jié)構(gòu)布置就像一個協(xié)調(diào)有序的團(tuán)隊，在地震作用下能夠更好地協(xié)同工作，抵抗地震力的作用。如果結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則，如存在平面凹凸不規(guī)則、豎向剛度突變等情況，在地震時會產(chǎn)生應(yīng)力集中和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的某些部位受力過大，容易發(fā)生破壞。在歷次地震中，許多不規(guī)則結(jié)構(gòu)的建筑都遭受了嚴(yán)重的破壞。在某建筑中，由于平面布置不規(guī)則，在地震作用下，結(jié)構(gòu)的角部和凹角處出現(xiàn)了嚴(yán)重的裂縫和破壞，而規(guī)則部位的破壞相對較輕。為了提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，在設(shè)計時應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)布置規(guī)則，避免出現(xiàn)明顯的不規(guī)則性。如果無法避免不規(guī)則布置，則需要采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施，如設(shè)置抗震縫、增加構(gòu)造措施等，以減少地震對結(jié)構(gòu)的不利影響。（三）連接方式的重要作用連接方式在配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作中扮演著至關(guān)重要的角色，它就像是兩者之間的“紐帶”，直接影響著協(xié)同工作的效果和抗震性能。不同的連接方式對二者協(xié)同工作有著顯著的影響。剛性連接就像將兩個部分緊密地“焊接”在一起，能夠使配筋砌體和高層框架結(jié)構(gòu)在受力時幾乎同步變形，協(xié)同工作效率高。在剛性連接中，力能夠有效地在兩者之間傳遞，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢。在一些對結(jié)構(gòu)整體性要求較高的建筑中，采用剛性連接可以使配筋砌體和框架結(jié)構(gòu)共同抵抗地震力，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。然而，剛性連接也有其局限性，由于其變形能力較差，在地震作用下如果結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變形，剛性連接部位可能會承受過大的應(yīng)力，導(dǎo)致連接破壞。柔性連接則像是在兩者之間設(shè)置了一個“緩沖器”，它允許配筋砌體和高層框架結(jié)構(gòu)之間有一定的相對位移。柔性連接可以有效地吸收地震能量，減少地震力對結(jié)構(gòu)的直接作用。在一些地震活動頻繁的地區(qū)，采用柔性連接可以使結(jié)構(gòu)在地震時通過自身的變形來消耗能量，保護(hù)結(jié)構(gòu)的主體部分。但是，柔性連接的協(xié)同工作效率相對較低，如果連接設(shè)計不當(dāng)，可能會導(dǎo)致兩者之間的協(xié)同工作不協(xié)調(diào)，影響結(jié)構(gòu)的抗震性能。連接強(qiáng)度也是影響抗震性能的關(guān)鍵因素。如果連接強(qiáng)度不足，就像“紐帶”不夠結(jié)實，在地震作用下容易發(fā)生連接破壞，使配筋砌體和高層框架結(jié)構(gòu)無法協(xié)同工作。連接破壞可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的傳力路徑中斷，使結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生改變，從而降低結(jié)構(gòu)的抗震能力。在某實際工程中，由于連接部位的強(qiáng)度不足，在地震作用下連接節(jié)點首先發(fā)生破壞，隨后配筋砌體與框架結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)分離，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載能力急劇下降。為了保證連接強(qiáng)度，在設(shè)計和施工過程中，需要嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行連接節(jié)點的設(shè)計和施工，確保連接部位的材料質(zhì)量和施工工藝符合要求。六、實際應(yīng)用與展望：從理論到現(xiàn)實的跨越（一）工程案例展示在實際工程應(yīng)用中，配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用的案例越來越多，這些案例充分展示了這種結(jié)構(gòu)體系在提高建筑抗震性能方面的顯著優(yōu)勢。某位于地震頻發(fā)地區(qū)的高層建筑，在設(shè)計時采用了配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用的體系。該建筑為15層的商業(yè)寫字樓，總高度為60米。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了解決框架結(jié)構(gòu)中樓梯間填充墻體在地震中容易破壞的問題，采用配筋砌體替代樓梯間填充墻體，形成配筋砌體框剪結(jié)構(gòu)。同時，在弱軸方向加布配筋砌體剪力墻，進(jìn)一步增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力。在設(shè)計思路上，首先根據(jù)建筑的功能需求和場地條件，確定了結(jié)構(gòu)的基本形式和布局。對于配筋砌體部分，通過詳細(xì)的計算和分析，合理確定了配筋率、鋼筋布置方式以及砌塊強(qiáng)度等參數(shù)。采用了較高強(qiáng)度等級的混凝土砌塊，配筋率控制在0.5%-1.0%之間，鋼筋布置采用均勻布置與局部加強(qiáng)相結(jié)合的方式，在樓梯間等關(guān)鍵部位適當(dāng)增加鋼筋數(shù)量和強(qiáng)度。對于高層框架結(jié)構(gòu)部分，優(yōu)化了框架柱截面尺寸和梁的剛度，使結(jié)構(gòu)的受力更加合理。框架柱截面尺寸根據(jù)樓層高度和受力情況進(jìn)行了合理設(shè)計，底層框架柱截面尺寸為800mm×800mm，隨著樓層的升高逐漸減小。梁的剛度通過合理配置鋼筋和控制截面尺寸來保證，使梁在地震作用下能夠有效地傳遞荷載和協(xié)調(diào)變形。在實施過程中，嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行施工。在配筋砌體施工方面，對砌塊的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控，確保砌塊的強(qiáng)度和尺寸符合設(shè)計要求。在鋼筋綁扎和安裝過程中，保證鋼筋的位置準(zhǔn)確，與砌塊之間的粘結(jié)牢固。采用專用的砌筑砂漿，確保砌體的整體性和穩(wěn)定性。在框架結(jié)構(gòu)施工方面，對混凝土的澆筑質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證框架柱和梁的混凝土密實度。在連接節(jié)點處，采用可靠的連接方式，確保配筋砌體與框架結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同工作。該建筑投入使用后，經(jīng)歷了多次小型地震的考驗，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)良好。在一次里氏4.5級的地震中，周邊一些采用傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的建筑出現(xiàn)了不同程度的填充墻裂縫和破壞，而該建筑的樓梯間和其他結(jié)構(gòu)部位均未出現(xiàn)明顯的破壞跡象。通過對結(jié)構(gòu)的監(jiān)測和檢測，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力均在設(shè)計允許范圍內(nèi)，充分證明了配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用的有效性和可靠性。（二）未來發(fā)展方向隨著建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們對建筑抗震性能要求的日益提高，配筋砌體與高層框架結(jié)構(gòu)共同作用的研究和應(yīng)用也將朝著更加先進(jìn)和完善的方向發(fā)展。在新材料方面，高性能的配筋砌體材料將不斷涌現(xiàn)。研發(fā)強(qiáng)度更高、延性更好、耐久性更強(qiáng)的砌塊材料，以及具有更好粘結(jié)性能和力學(xué)性能的鋼筋，將進(jìn)一步提升配筋砌體的性能。采用新型的纖維增強(qiáng)砌塊，其強(qiáng)度比傳統(tǒng)砌塊提高了30%以上，同時具有良好的韌性，能夠在地震中更好地抵抗變形和破壞。開發(fā)新型的鋼筋