摘要：闡述了填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響以及現(xiàn)澆樓板對(duì)框架梁的承載力及剛度的影響。對(duì)某工程樓層抗剪承載力、自振周期、地震反應(yīng)力及樓層剪力進(jìn)行了計(jì)算和比較。并提出了相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)措施。
　　關(guān)鍵詞：填充墻；強(qiáng)柱弱梁；抗震設(shè)計(jì)
　　1、概述
　　鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)由于其自身的側(cè)向剛度較小，地震作用引起的側(cè)向位移較大，故合理的抗震措施成為框架結(jié)構(gòu)抗震性能實(shí)現(xiàn)的有力保證。其中“強(qiáng)柱弱梁”是一項(xiàng)關(guān)鍵控制措施，其目的是使框架結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下形成具有較好抗震性能的穩(wěn)定的屈服后塑性耗能機(jī)構(gòu)。實(shí)際工程中，影響強(qiáng)柱弱梁的因素很多。填充墻是一個(gè)最復(fù)雜因素，影響也是最大的，所以要明確填充墻的抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)和相應(yīng)的配套構(gòu)造措施。同時(shí)應(yīng)該把這個(gè)墻作為整體結(jié)構(gòu)抗震的組成部分，在整體結(jié)構(gòu)的抗震分析和設(shè)計(jì)中就要給予足夠的考慮，相應(yīng)的措施要跟上，施工中也要落實(shí)如果不參與結(jié)構(gòu)受力，目標(biāo)很明確，那么就跟周邊的框架有足夠的隔開(kāi)、分開(kāi)。
　　目前規(guī)范及現(xiàn)有計(jì)算手段尚無(wú)法將填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響進(jìn)行量化分析。建議設(shè)計(jì)時(shí)可以將填充墻按等強(qiáng)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(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響，尤其是在結(jié)構(gòu)體型較為復(fù)雜且填充墻數(shù)量較多的情況下，對(duì)于結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制，此舉有一定的參考意義。
　　從工程實(shí)際情況來(lái)看，框架結(jié)構(gòu)的填充墻往往由于建筑功能要求而無(wú)法均勻布置。如沿街建筑底層往往為商業(yè)用房，大空間的要求使填充墻的數(shù)量遠(yuǎn)少于上層；又如底層作為停車使用時(shí)，幾乎沒(méi)有填充墻。類似情況比比皆是，設(shè)計(jì)人員此時(shí)必須充分考慮、認(rèn)真分析其對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的不利影響，并采取相應(yīng)的抗震加強(qiáng)措施以確保安全。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011－2001）中的第3.7.4條規(guī)定了應(yīng)考慮填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的不利影響，避免不合理設(shè)置而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的破壞，但未能提出具體的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，汶川地震后對(duì)規(guī)范進(jìn)行了修編，將該規(guī)定修改為強(qiáng)制性條文，但由于填充墻的種類較多、情況復(fù)雜，且框架主體的連接情況多種多樣，難以規(guī)定統(tǒng)一的分析模型及計(jì)算參數(shù)，因此仍未能提出配套的計(jì)算分析方法。通過(guò)對(duì)震區(qū)某框架結(jié)構(gòu)宿舍樓的震害及抗震設(shè)計(jì)情況進(jìn)行分析思考，希望獲得考慮填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利影響的設(shè)計(jì)思路和方法。
　　2、工程概況
　　2.1結(jié)構(gòu)布置
　　該四層宿舍樓采用外走廊鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，平面呈長(zhǎng)方形，縱向沿東西向十個(gè)開(kāi)間，底層?xùn)|側(cè)三個(gè)開(kāi)間為會(huì)議室，接著是樓梯間和四個(gè)開(kāi)間的大會(huì)議室，其后是另一個(gè)樓梯間和衛(wèi)生間，底層層高為4.0m，二至四層為標(biāo)準(zhǔn)的小開(kāi)間宿舍用房，向北懸挑2.1m作為外走廊，層高均為3.0m，結(jié)構(gòu)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(shí)際烈度強(qiáng)于7度，宿舍樓局部遭到破壞，底層?xùn)|部墻體局部塌落，框架柱頂破壞或開(kāi)裂，未出現(xiàn)所預(yù)期的“強(qiáng)柱弱梁”的破壞形態(tài)。
　　2.2主要抗震設(shè)計(jì)參數(shù)
　　按照修編前《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011－2001）規(guī)定，該建筑抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑抗震設(shè)防類別為丙類，框架抗震等級(jí)為三級(jí)。
　　3、抗震計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析
　　3.1計(jì)算模型
　　從結(jié)構(gòu)平面布置情況看，該工程剛度不均勻情況出現(xiàn)在底層，由于布置了兩個(gè)大會(huì)議室，造成Y方向底層填充墻只剩下6幅橫墻，遠(yuǎn)少于二至四層11幅，X方向豎向填充墻的布置基本一致。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)計(jì)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(jìn)行：
　　模型一填充墻按照常規(guī)僅作為作用于梁上的荷載進(jìn)行分析，忽略其對(duì)框架結(jié)構(gòu)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(cè)向剛度按照K=EmAm/3h計(jì)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(jì)算按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011－2001）規(guī)定，采用PKPM軟件進(jìn)行。
　　3.2計(jì)算結(jié)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(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析主要針對(duì)Y方向進(jìn)行。
　　（1）樓層抗剪承載力
　　樓層抗剪承載力比值主要反映結(jié)構(gòu)是否存在明顯的薄弱部位，以避免結(jié)構(gòu)首先從該部位發(fā)生破壞而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(jiàn)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(shí)，結(jié)構(gòu)是一個(gè)規(guī)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(jié)構(gòu)將首先從一層開(kāi)始破壞，與工程實(shí)際發(fā)生的震害情況一致。
　　（2）自振周期
　　該工程自振周期計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表1。
　　表1自振周期計(jì)算結(jié)果表
　

　　從計(jì)算結(jié)果看，X向豎向填充墻的布置基本一致，兩種模型的側(cè)向剛度因此基本一致，X向的第一自振周期的計(jì)算結(jié)果反映了這一情況。而Y向的平動(dòng)自振周期及以扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期兩種模型的計(jì)算結(jié)果相差較大，模型二的計(jì)算結(jié)果大致為模型一的0.6倍。計(jì)算結(jié)果充分顯示，填充墻的剛度對(duì)自振周期的影響不可忽視，所造成的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)同樣應(yīng)引起高度重視。
　　（3）地震反應(yīng)力及樓層剪力
　　小震作用下各樓層的地震反應(yīng)力及樓層剪力可詳見(jiàn)表2。
　　表2樓層地震反應(yīng)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(yīng)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(shí)若按照模型一進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，增加的這部分地震剪力無(wú)疑將轉(zhuǎn)由填充墻來(lái)承擔(dān)，導(dǎo)致填充墻較少的樓層由填充墻開(kāi)始率先破壞，然后導(dǎo)致該樓層框架柱頂破壞。
　　該工程的實(shí)際震害情況證實(shí)了上述分析，該建筑的地震破壞集中在一層的東側(cè)，二層以上樓層完好；一層?xùn)|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(xiàn)裂縫。
　　4、結(jié)論及建議
　　（1）填充墻不均勻布置所造成的對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗震的不利影響以及產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)必須引起設(shè)計(jì)人員的高度重視。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)填充墻的種類、實(shí)際布置情況，分析結(jié)構(gòu)平面及豎向剛度的變化，判別結(jié)構(gòu)是否存在明顯的薄弱部位，以采取有效的抗震加強(qiáng)措施。在抗震設(shè)計(jì)計(jì)算中，必須考慮填充墻剛度的影響。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3－2002）第3.3.16條強(qiáng)制規(guī)定了計(jì)算結(jié)構(gòu)自振周期應(yīng)考慮非承重墻體的剛度影響而予以折減。因此，對(duì)多層框架結(jié)構(gòu)也可以參照該規(guī)定對(duì)結(jié)構(gòu)自振周期進(jìn)行修正。
　　（2）為了確保“小震不壞”設(shè)防目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)對(duì)小震作用下填充墻所承擔(dān)的地震剪力進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，保證填充墻自身的抗震安全。現(xiàn)行抗震規(guī)范對(duì)填充墻自身的抗震安全高度重視，其3.7.1條強(qiáng)制規(guī)定非結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身及其與主體的連接應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。從汶川地震建筑震害調(diào)查情況來(lái)看，存在大量框架結(jié)構(gòu)填充墻垮塌的案例，足以引起設(shè)計(jì)人員的高度警醒。
　　（3）由于實(shí)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(guī)范應(yīng)給框架柱留有足夠的儲(chǔ)備，最簡(jiǎn)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(jiǎn)便的強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)的計(jì)算方法是：框架梁內(nèi)力按小震計(jì)算確定，框架柱內(nèi)力按大震彈性計(jì)算確定。
　　（4）目前規(guī)范及現(xiàn)有計(jì)算手段尚無(wú)法將填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響進(jìn)行量化分析。建議設(shè)計(jì)時(shí)可以將填充墻按等強(qiáng)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(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響，尤其是在結(jié)構(gòu)體型較為復(fù)雜且填充墻數(shù)量較多的情況下，對(duì)于結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制，此舉有一定的參考意義。
　　（5）上述的計(jì)算分析及討論僅僅針對(duì)小震情況，為了確保“大震不倒”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，建議對(duì)填充墻平面或豎向布置不規(guī)則情況下的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行大震下的彈塑性變形驗(yàn)算，以確保抗震安全。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.2008年汶川地震建筑震害圖片集[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.
　　[2]蔣魯蓉.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題的初步探討[J].山西建筑，2008，34(1):85-86.[3]GB50011-2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
　　[4]JGJ3-2002，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].
　　[5]朱炳寅.影響強(qiáng)柱弱梁的主要因素及設(shè)計(jì)對(duì)策[J].建筑結(jié)構(gòu)—技術(shù)通訊，2008(7):31-32.