填充墙对结构抗侧刚度的主要影响因素及节能材料探讨
填充墙在框架结构抗震性能方面的影响研究
填充墙在框架结构抗震性能方面的影响研究一.引言框架结构的设计计算中，通常的做法是不考虑填充墙的抗侧力作用，在PKPM建模时只建纯框架不建入填充墙，只将墙体重量用线荷载的形式加载到框架梁上，在抗震计算时，根据填充墙的数量，对框架结构的自振周期进行适当折减，以此放大计算得到的地震作用，这是目前普遍采用的计算处理方法。
实际上这是纯框架的计算方法。
但是，这种周期折减系数的做法是对填充墙作用的大致估计，不能真实反映填充墙不均匀布置下结构刚度的变化。
有关试验研究表明，当结构发生较大水平位移时，即使采用轻质砌块填充墙，带填充墙的框架结构的刚度也比纯框架结构的刚度大数倍。
因此在遭遇地震，尤其是强震时，如果不考虑填充墙的刚度影响，会造成结构实际受到的地震作用大于计算值，这对结构来说是不安全的。
二.填充墙在竖向不均匀布置对框架结构的不利影响（1）上下楼层墙体数量相差过大，导致下柔上刚，相邻层侧向刚度急剧变化，形成薄弱层，在地震作用下，底层的弹性位移远大于上层，且结构倾覆力矩几乎全由底层承担。
（2）填充墙由于门、窗洞口的要求，在柱高范围内不完全布置，使柱独立部分长度缩短形成短柱，造成在地震作用下形成脆性弯压和剪压破坏。
实例一：新疆沙雅县某小学食宿楼，抗震设防烈度为7度，建筑场地类别为Ⅲ类，一层层高4.2米，二～三层层高3.6米，X方向9跨共65.8米，Y方向2跨共16.8米，一层为餐厅，二、三层为学生宿舍。
现将本工程采用两种计算模型对比分析。
模型一：所有填充墙均以线荷载的形式加载到框架梁上。
模型二：所有填充墙均以实墙形式加载到框架梁上。
墙体材料为混凝土砌块，砌体容重取12KN/㎡。
通过以上数据对比可知：1.模型二的周期比及最大层间位移角减小，说明填充墙的存在使整个结构的抗侧移刚度增大；2.由第二层由于填充墙布置较多，其刚度比首层明显增大很多，这使得结构竖向刚度出现突变，填充墙较少的首层成为了薄弱层。
三. 填充墙在平面内不均匀布置对框架结构的不利影响建筑结构的概念设计告诉我们，结构的平面布置宜尽量均匀对称。
浅谈填充墙对结构抗震的影响
浅谈填充墙对结构抗震的影响框架填充墙结构在水平荷载作用下框架与填充墙二者之间相互作用，包括框架对墙性能的影响以及墙对框架的影响。
框架对墙具有约束作用，极大地提高了填充墙抵抗水平荷载的能力，同时也改善了填充墙在水平荷载下的变形能力。
而墙对框架的影响既有有利的方面，也有不利的一面：一方面填充墙与框架共同工作，对整个框架的承载力、刚度、变形以及耗能能力等都有明显的改善：另一方面，填充墙沿层高的不均匀布置造成结构出现薄弱层而破坏，沿平面不均匀布置造成结构出现扭转破坏，墙的约束效应造成结构形成短柱破坏。
1、填充墙对框架抗震的有利影响历次地震灾害的资料表面，框架结构中因填充墙的加入，在地震中有明显的优势，填充墙与框架联系在一起共同工作，对整个结构的承载能力、刚度以及耗能能力都有明显的改善。
1.1 填充墙对框架结构承载力的影响。
填充墙在构造上与框架联系在一起，二者相互作用改变了整个结构体系的抗侧力，在水平荷载的作用下，填充墙由于受到框架的约束作用而具有相当大的阻力，裂缝发展缓慢，直到结构倒塌破坏以前，填充墙始终分担了一部分水平荷载作用。
因此填充墙框架结构的承载力比纯框架结构有明显的提高。
1.2 填充墙对框架结构刚度的影响。
在框架-填充墙结构体系中，由于填充墙本身具有较大的抗侧刚度，在结构遭受水平荷载作用时，填充墙对框架结构起到一定的约束作用，使结构的早期刚度大大增加，限制了框架的变形，从而减小了整个结构的地震侧移幅值。
1.3 填充墙对结构耗能的影响。
在框架内部有了填充墙之后，结构耗能能力大为增加。
《建筑抗震设计规范》指出在进行抗震概念设计时结构应设计成多道抗震防线，结构应有最大可能数量的内部、外部赘余度，以使结构能吸收和耗散大量地震能量。
对框架而言，砌体填充墙具有很大的初期刚度，建筑物遭受地震力之前几个较大的加速度脉冲时，填充墙承担了大部分地震力，并利用自身的变形以及墙面裂缝的出现和开展，可以大量吸收和消耗建筑物的地震能量，以后随着填充墙的刚度退化和强度减弱，框架所承担的地震力逐渐增多，框架才渐渐变为抗震主要构件。
浅谈填充墙对框架结构抗震性能的影响
地震情况 ， 填充墙即使 与框架柱 间设有 可靠 的连接也会出现
破 坏 和倒 塌 。
２ 填 充墙 的不利 影响
在这次汶川地震中 ， 因填充墙引起的柱破坏形态 主要为
早地开裂 ， 甚至倒 塌。因而 ， 在传统 的抗 震设 计 中， 砖填 充墙
被当作一种非传力构件 ， 认为它只起 到隔离 、 保护的作用 ， 对
（） ２ 框架结 构弹性工作阶段 ： 随着水平荷载加大 ， 周边裂 缝也不断加大， 面出现 未贯通 的斜 裂缝 。此 时 ， 墙 框架仍 处 于弹性工作状态 ， 充墙成 为抗侧力构件。 填 （） ３ 框架结构弹塑性工作阶段 ： 这个阶段中 ， 除墙面陆续 出现裂缝及不断扩展外 ， 钢筋混凝土框架也逐渐 出现 裂缝 并 开展 ， 结构的非 线性性 能颇 为明显。此时 ， 填充墙 的抗侧 能 力达 到极 限值 ， 整个结构呈弹塑性状态。 （） ４ 框架结构塑流阶段 ： 这个阶段前期 ， 荷载增量 主要 由 框架来负担 ， 框架构 件 内的弯矩显 著增加 ， 于是在 框架构件 内陆续 出现塑性铰 ， 整个结构表现出明显 的塑性特点 。墙体
了框 架 结 构 原 来 的 性 能 。在 汶 川 地 震 灾 区应 用 较 为 广 泛 ， 有 大量 的填 充 墙 框 架 结构 在地 震 中发 生 了不 同程 度 的 破 坏 ， 因
【 文献标识码】 Ａ
１ 填 充墙框 架结构 体 系受力分 析
在填充墙框架 中， 填充墙与框架共 同工作。砖填 充墙既 能承受部分地震剪力 ， 又改变 了钢筋混凝土框架 的受 力和变
此有必要对填充墙对框 架结构 的影响作一定的分析 。 在汶川地震过后 ， 建筑抗震设 计规范》 对《 中的关 于围护
墙 和 隔墙 作 了强 制 性 规 定 ： 架 结 构 的 围 护 墙 和 隔 墙 ， 考 框 应
分析填充墙对框架结构抗震性能的影响
受 的重力一 同在 填 充墙上 分布 ， 中间 的缝 隙一般 传递 到外部 ， 自身 就承受 了很 大 的侧移 外压 力 。 三是 斜压 作用 。 由于填 充墙 的对角 线位 置承 受侧 面的 应力 很
大， 所 以一 旦出 现地 震外 应力 ， 很容 易顺 着框 架结 构将 墙角 挤碎 。 ４． 设计 填 充墙 防震 应 当把握 的 技 术娶 点
或者混 凝 土砌 成填 充墙 ， 将 建筑 物分 隔成 若干 区域 ， 并且 当做外 部 空间 的维护 体 系 但是这 种填 充墙一 般不 是作 为承 载重力 、 支撑 墙体或 者 防止剪切 的功 能 ，
的抵 御 能力 。
框 架结 构和填 充墙 一起 配合 ， 支 撑梁 边缘形 成 了一 种弯 曲的内力 距 ， 而 支 撑柱 形成 了一 种剪力 和轴 力 的附属 作用 ， 共同构 成 了框架 结构 的坚 固性 。 填 充
而只是 单纯 的隔断 或者 维护屏 障 。 因此 ， 一旦 发生地 震 灾害 ， 很容易破 坏填 充墙
的框架结 构 ， 而 降低整 体抗震 性能 ， 发生 安全 事故 ， 给人 民群众生 命 财产带 来损
害。 按照 国家规定 的设 计规 范标准 ， 具有 填充 墙的 框架结构 ， 在设计 的时候 应 当 事先权 衡 框架 结构 的抗 震性 能 ， 减少 地震 发生 对房屋 建 筑物 的不 良作 用 ， 防止
系统 ， 往 往很容 易被 忽略不 计 ， 可是在 建筑 工程实 际施 工的时 候 ， 这 种填充 墙 的
为 下面 的墙体 不多 坚 固性不 强而 造成损 坏 。 二 是在设 计外 墙窗 台墙 体 的时候 ， 嵌砌 到支 撑柱 中 间 ， 缩 短 了柱高 ， 一 旦发 生地震 ， 填 充墙 因为 比较 坚 固 ， 能 够 承
浅析抗震时填充墙对框架结构的影响
５填充墙在设计和施工过程中应注意的问题：
圈梁和构造柱在地震 中的有利作用 （ ４ ） 局压破坏模 式。 填充墙受压 端处于双 向压应力状态 ， 提高 了 通过对前几次震害的调查研究 ， 非常明显 。 填 充墙的抗压 强度 ， 但是高应力值使得受压 端发生局部压 碎破坏 ， （ ２ ） 当墙体位于不 同的位置时 ， 设计 时应按 区域划分设计 ； 如果 形成局压破坏 。 墙只是考虑起到隔墙 的作用 ， 那么在设计 中可以倾向于考虑滑移变 ４填充墙对框架结构的影响 位的材料 。 当墙体作为耗能构件 时， 则重点应考虑起在能耗机 制方 （ １ ） 大幅度 的提高了框架机构的抗侧刚度 ， 显著减小 了框架结构 向的设计 。 当墙体可 以与结构构件共 同起 到抗侧 刚度 的时候 ， 应仿
展， 于是就沿着墙体 的水平灰缝 向另一个受压端继续 发展 。 （ １ ） 在墙体施工 中增加构造柱 ； 当墙体高度超过一定范 围时 ， 增 （ ３ ） 对角破坏模式 。 填充墙 中部处于拉压应力状态 ， 当主拉应力 圈梁和构造 的使用在一定程 度上提高 了墙 体 的延 较大时 ， 在填充墙 中部一 定区域 内出现裂缝并 向受压端 发展 ， 形成 加圈梁 或小 梁 ； 性， 增强了墙体本身的抗震性 能， 可 以成为结 构的第二道抗震防线。 填充墙斜压杆传力机制 ， 导致 形成对 角破坏 。
Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｏｖ ｅ ｒ ｖ ｉ ｅ ｗ
Ｉ 程 设 计 施 工 与 管 理
现粘接滑移现象 ， 导致墙体沿灰缝 形成 锯齿形的裂缝 。 当填 充墙 高 的 结 构 扭 转 。
宽比较大 时， 锯齿 形裂缝 由于受到墙体高宽比的限制而不能充分发
浅析砌体填充墙体抗震设计中常见的几个问题
，满足地震作用下的位移、转动和变形要求。
03
加强施工质量控制
加强砌体填充墙体的施工质量控制，确保材料质量、施工工艺等符合
要求，保证墙体在地震作用下的稳定性。
THANK YOU.
砌体填充墙体特点
03
04
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轻质：砌体填充墙体的 材料较轻，因此整体结 构重量相对较小，对地 基的压力也相应降低。
保温：砌体填充墙体中 的砌块和填充材料具有 良好的保温性能，能够 有效地降低能源消耗。
隔热：砌体填充墙体的 砌块和填充材料也具有 较好的隔热性能，能够 减少室内外温度差异， 提高居住舒适度。
砌体填充墙体抗震设计的重要性
提高结构安全性
砌体填充墙体的抗震设计能够提高建筑物的结构安全性，减 少地震发生时对人身和财产的损害。
满足规范要求
随着建筑规范的更新和完善，对建筑物抗震性能的要求也越 来越高。砌体填充墙体的抗震设计能够满足这些规范要求， 保证建筑物的安全性和稳定性。
砌体填充墙体抗震设计的国内外研究现状
04
工程实例分析
某住宅小区砌体填充墙体抗震设计案例
1 2
工程概况
某住宅小区为多层砖混结构，外墙采用加气混 凝土砌块，内墙采用普通砖。
抗震设计问题
在地震作用下，墙体产生裂缝，导致房屋整体 抗震性能下降。
3
问题分析
设计时未充分考虑地震动参数，砌体强度等级 偏低，构造柱设置不足，导致墙体在地震作用 下产生裂缝。
砌体填充墙体的传力与受力问题
传力不均
在地震作用下，如果砌体填充墙体的传力不均，会导致墙体出现裂缝或破碎。
受力过大
由于地震的不确定性，砌体填充墙体可能承受过大的力，导致其失去稳定性。
砌体填充墙体的施工与维护问题
框架结构中填充墙对结构抗震性能影响
架 的 明 显增 大 ， 到 的 地 震 作 用 也 比纯 框 架 的 大 得 多 。 框 架 受
填 充 墙 结 构 的力 学 模 型 简 图 见 图 ｌ 由 图可 知 ． 充 墙 的 增 加 。 填 可 以使 框 架 柱 产 生 附加 剪 力 和 轴 力 ． 粱 端 产 生 附 加 剪 力 和 使
对 框 架 能 够 起 到 很 大 的 增 强 作 用 ， 大 大增 加 了框 架 的 抗 侧 它 刚 度 。 国 内外 的试 验 研 究 结 果 表 明１１ 算 采 用 的 是 轻 质 填 － 就 ２， － ３
充 墙 ． 填 充 墙 的框 架 结 构 的刚 度 也 可 以 比 纯框 架结 构 大 ５ 带 ～
共 同作 用 为 机 理 ， 出 了框 架 填 充 墙 结 构 的 力 学模 型 ， 析 了框 架 填 充 墙 结 构 体 系的 层 问侧 移 刚度 ， 讨 填 充 墙 给 分 探
对 框 架结 构 的 不利 影 响 。
关 键 词 框 架 ； 充墙 ； 学模 型 ； 问 刚 度 ； 震 填 力 层 抗
荷 载 来 考 虑 ，而 没 有 考 虑 填 充 墙 对 整 个 框 架 结 构 的 刚 度 、 自
墙 参 与 了抵 抗 水 平 力 。 由 于 砌 体 墙 在 平 面 内 的 刚 度很 大 ， 与 同条 件 下 没 有 砌 体 墙 的 柔 性 框 架 相 比 ， 架 填 充 墙 中的 墙 体 框
为 剪 切 型 。填 充 墙 在 初 始 弹性 阶段 对 结 构 层 刚 度 贡 献 很 大 ， 与 框 架 在 初 始 阶 段 能 较 好 地 协 同工 作 ，水 平 地 震 作 用 下 ， 由
个 三 层 五 跨 的框 架 空 心 砖 填 充 墙 结 构 （ 间 跨 未 设 置 填 充 中
填充墙刚度的框架结构抗震设计影响分析
■ 朱 海 涛 １ 述 ． 概
３Ｏ ． ｍ，结构采用单 跨框架 ，跨度 为８１ ．ｍ，每 个框架 的距 离为 ４５ ． ｍ。该工程建成即遭遇 汶川 大地震 ，工程所处位置 实际烈度
钢 筋混凝土框架结构 由于其 自身的侧 向刚度较 小 ，地 震作用引起 的侧 向位移较大 ，故合理 的抗 震措施成为框架结 构抗震性能实现 的有力保证。其中 “ 强柱弱梁 ”是一项关键
明 确 ，那 么 就跟 周 边 的 框架 有 足够 的隔开 、分 开 。 目前 规范及现有计 算手段尚无法将填 充墙 对结构刚度
３抗震计算结果对 比分析 ．
３１ ．计算模 型 从结构平面布置情况看，该工程刚度不均匀情况出现在底 层 ，由于布 置了两个大会议室 ，造成Ｙ方向底层填充墙只剩下
楼梯 间和 卫生问 ，底层层 高为４Ｏ ．ｍ，二至四层为标准 的小
开 问 宿舍 用 房 ，向 北 悬挑 ２１ ．ｍ作 为外 走 廊 ，层 高 均 为
表１楼层抗剪承载 力比值表
从 表 １ 以看 到 ，不 考虑 填 充墙 的刚 度 影 Ｄ Ｂ ，结 构 是 可 ［－ ￣， ｉ
一
位 ，以采取有效 的抗震加强措施。在抗震设计计 算中，必须考
２工 程 概况 ．
２１ 构 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ置 ．结
楼 层
１ ２ ３
模 型 一
Ｙ向
１０ ．４ １２ ．３ １３ ．１
模 型二
Ｙ向
０ ６ ．７ １ １ ．６ １２ ．６
该 四层 宿 舍 楼 采 用 外 走 廊 钢 筋 混凝 土 框 架 结 构 ，平 面 呈长 方形 ，纵 向沿 东 西 向十 个 开 间 ，底 层 东 侧 三个 开 间 为会 ’ 议室 ，接 着 是楼 梯 间 和 四 个开 间 的 大会 议 室 ，其后 是 另 一个
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填充墙对结构抗侧刚度的主要影响因素及节能材料探讨
现在主流框架结构计算方法是先建立框架结构模型，填充墙以荷载的形式输入，但实际情况与研究均证明填充墙在竖向力作用下为非受力构件，在水平力作用下填充墙实际上是一种受力构件，文章同时考虑其质量与刚度。
资源缺乏已经成为了一个全球性的问题，建设绿色节能型建筑已经成为未来建筑发展的重要方向。
文章主要从建筑材料方面进行说明，以Midas gen[1]建立以蒸压粉煤灰砖、灰砂砖、混凝土空心砌块为材料的填充墙，通过层间位移、周期等方面进行比较蒸压粉煤灰砖、灰砂砖、混凝土空心砌块等材料组成的填充墙与普通烧结砖填充墙性能的差别，从理论数据方面得出普通烧结砖是可以替代的。
标签：框架填充墙结构；建筑节能；抗侧刚度；自振周期
建立5个6层一边5跨一边3跨的模型，底层高均为3.9m，其余层高为3m。
框架柱距为6m，框架梁尺寸：650mm×250mm，框架柱尺寸：500mm×500mm，楼板厚度为120mm，填充墙厚度为240mm；梁、柱、板混凝土强度C30[2，3]；通过分析由不同填充墻材料组成的模型1、2、3、4、5，得到不同填充墙材料对结构自振周期、层位移等特性的影响[4]，得出相对经济、适用的良好代替普通烧结砖的材料。
通过上述分析得到：
（1）通过对模型3～模型5与模型2进行比较得知：对于不同的填充墙材料，由于各自的计算弹性模量不同，从而使得计算模型用的刚度不同；各自的容重大小不同，从而使得填充墙体质量不同；通过两方面的影响，得到结构的不同性能的变化情况。
以自振周期举例说明：对于模型3、4，其材料性能相对属于轻质，计算弹性模量为小于模型2普通烧结砖，而容重相差不是很大，但结构自振周期明显增大。
对于模型5，由于混凝土空心小砌块的计算弹性模量很大，虽然此时材料的容重减小很大，但结构自振周期减小仍然很大；这进一步说明填充墙刚度对结构性能的影响。
层间位移表现结果与之类似。
（2）只对模型3和模型4还有模型2进行比较，可以说明在一般设计中考虑的不周全的地方：设计时只考虑填充墙的质量而不直接考虑刚度的影响。
（3）从上面分析得出：在满足结构安全、适用的前提下，填充墙材料应优先选择蒸压粉煤灰砖和灰砂砖，它们的结构刚度相对较低，结构自振周期相对较大，地震作用也相对较小。
同时，比较符合国家可持续发展政策，粘土资源越来越珍贵且不可再生，而粉煤灰和灰砂都是工业废料，经济且资源丰富。
而混凝土产品产生的建筑垃圾比较难处理且其结构自振周期较小，抗侧刚度较大，从而使结构地震力较大，对结构有害，一般不采用。
结论
（1）通过分析，蒸压粉煤灰砖、灰砂砖是较好的替代普通烧结砖的材料，满足安全性、经济性，资源丰富，符合节能减排可持续发展。
（2）通过不同材料填充墙框架结构比较，填充墙刚度对结构性能的影响远远大于其质量的影响，这在设计中是必须予以考虑的。
参考文献
[1]王昌星.MIDAS/Gen应用实例教程及疑难解答[M].中国建筑工业出版社，2010.
[2]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）.
[3]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）.
[4]苗凤.填充墙对钢筋混凝土框架结构动力特性的影响[D].湖南大学，2006.4.
[5]张艳敏，姚谦峰.水平地震作用下填充墙框架结构的刚度计算[J].山西建筑，2004年1月30（1）：9-11.
[6]杨春侠，侯晓辉.框架填充墙结构刚度计算模型比较[J].福建建材，2011.。