浅析框架结构填充墙的构造设置

浅析框架结构填充墙的构造设置

付海乐王渊博

宝鸡建安集团股份有限公司721006

摘要：填充墙是在框架主体完工后砌筑的非承重砌体墙，主要起到围护和分隔空间的作用。墙体刚度对抗震性有一定的影响，但在设计研究中往往很少考虑,期望能进行更详细的研究和作出相应规定；在实际建设过程中对墙体材料、构造连接也应严格按照规范要求进行设置，避免产生安全隐患。

关键词：填充墙抗震性能构造连接

一、填充墙的定义，作用及影响

砌筑墙体有承重墙和非承重墙之分。承重墙是指既承受自身重量，又承受其他荷载（如：梁、板传来的力）的墙体，常用于砖混结构中，作为主要的竖向受力构件；非承重墙是指只承受自身重量而不承受其他荷载的墙体。放在板上，重量由板来承担的称为轻质隔墙；放在框架梁上的，重量由框架梁承担的称为填充墙。

填充墙一般在框架主体完工后砌筑，主要起到围护和分隔空间的作用。我国现阶段对框架结构的抗震设计与研究，主要是针对结构构件的，往往忽略了非结构构件填充墙对抗震性能的影响。根据抗震规范计算框架结构地震作用时，框架柱承受全部水平地震作用，并按刚度把作用分配到楼层各柱。设计研究过程中，常把填充墙换算成等效荷载作用在框架梁上，在这个简化计算过程中没有考虑到填充墙自身刚度的影响。实际上填充墙在地震作用破坏前刚度较大不可忽略，分担了部分地震力。随着地震作用加大，墙体出现裂缝开始破坏，与此同时消耗掉了地震作用的部分能量，框架柱在其破坏后承担全部的水平地震作用。也就是说填充墙破坏前，地震作用是由框架和填充墙一起承担；填充墙破坏后，地震作用是由框架全部承担。对于结构刚度的影响只在《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.17中提出对结构周期乘以折减系数，考虑填充墙对周期的减小作用。规范作出规定框架结构的计算自振周期折减系数可取0.6-0.7，填充墙多的取低值0.6，填充墙少的取高值0.7。

如某框架结构商住楼5层，底层商业，二层以上为住宅。根据建筑功能要求底层商业部分，应不设或者少设填充墙，上部住宅部分填充墙则较多。在设计分析时没有考虑到不同楼层墙体刚度影响，而实际墙体刚度会使得上部楼层刚度比计算值偏大。根据《抗震规范》3.4.3规定，该层的侧向刚度大于相邻上一层的70%，或大于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；抗侧力结构的层间受剪承载力大于相邻上一楼层的80%，为竖向规则结构。这就有可能出现计算为竖向规则结构；考虑填充墙刚度后，实际上成为了竖向不规则结构。根据《抗震规范》3.4.4条规定，计算时少乘以了1.15的地震剪力增大系数，使得结构偏于不安全，产生安全隐患。对于填充墙这方面的不利影响应有更详细的研究和规定。

二、填充墙对框架结构整体的约束效应

由于填充墙的存在，使得主体结构构件(梁、柱、墙)的变形受到一定程度的限制。并且可能减小梁、柱、墙的计算高度。填充墙的约束效应很多时候会使结构产生安全隐患，可能会产生框架结构的短柱或者短梁破坏。

1.填充墙框架结构的短柱破坏填充墙的存在会对框架柱形成约束作用使柱子形成短柱。柱子形成短柱以后，变形能力差，延性也大大降低，而且柱子本身所受的剪力也大大增加，在地震作用下极易发生脆性的剪切破坏。很多大地震均发生过因为短柱形成而使房屋整个楼层垮塌的现象，所以抗震规范明确表示要避免短柱形成。

2.填充墙框架结构的短梁破坏填充墙的存在会使框架梁形成短梁，承重墙间的肩墙形成短墙。这样，由于填充墙的存在，使原有框架梁的计算跨度发生了改变。使得梁的跨高比大大减小，形成短梁。而试验证明短梁是一种极具脆性的梁，延性差，抗剪能力弱，破坏时易成剪切破坏。短梁的出现还使原本期望的强柱弱梁的抗震体系的梁进一步减弱，短梁的脆性破坏使得短梁从开裂到破坏只消耗了为数不多的能量。这意味着因为短梁的存在，本希望由延性梁消耗的大部分能量不得不由框架柱的破坏来消耗，这样就大大增加了结构在地震中的危险性。

三、目前施工方法及存在的主要问题分析

目前，常砌体填充墙中钢筋混凝土构造柱见施工方法及存在的主要问题是：

1.施工顺序错误，即将构造柱与框架梁一起施工，构造柱钢筋与梁同时绑扎，柱上下端钢筋锚人梁内，然后同时浇筑混凝土。这样虽然做到了连结可靠，但却将构造柱变成了与其相连梁的支点，与结构设计采用的计算模型不符。当上下梁产生相对变形时将对梁造成不利影响，容易造成梁开裂。

2.施工顺序没有错，但顶部与上层梁连接过强即是连接构造不当，构造柱限制了上下梁的相对变形，在构造柱混凝土浇筑至顶部时，将顶部混凝土换为细石混凝土，甚至换为膨胀混凝土。这种施工方法的结果与第一点相同。

3.施工顺序没有错。但顶部与上层梁连接过弱，也属连接构造不当，柱顶钢筋未锚于梁中或未与梁底部钢筋焊接，使得构造柱与上部梁问无拉结，构造柱对填充墙起不到应有的约束作用。上述问题出现的主要原因是：简单地认为砌体填充墙中与多层砌体房屋中的构造柱的作用、要求和做法一样，或对填充墙中构造柱的作用和要求理解不充分；没有相应的标准图也是造成填充墙构造柱施工方法不统一、不规范的原因之一；构造柱不是主要受力构件不需要计算，容易被设计和施工技术人员忽视，是上述问题存在的人为因素。

结束语

本文对设置各种不同构造措施的砌体填充墙框架进行了抗震性能试验研究和非线性有限元模拟分析，初步了解了它的受力性能。但由于个人的能力和精力有限，并且限于试件数量与数值分析的局限，在许多其他方面未来得及进行研究，需进一步地探讨和完善。今后拟在继续进行深入的研究我国实行墙体改革以来，新型砌块种类很多，可以进一步对不同类型砌块砌体填充墙框架结构抗震机理进行研究；由于填充墙类型很多，布置位置多种多样，且实际使用中经常被改造，如开窗洞等。可以进一步对开窗洞并有构造措施的砌体填充墙框架进行相关研究。

参考文献

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【2】朱志达提高约束钢筋混凝土短梁抗震性能的设计方法研究建筑结构学报2015.4

【3】曹万林轻质填充墙异型柱边框架抗震性能研究地震工程与工程震动2014.9