砌体填充墙框架结构抗震性能研究现状与展望_郭子雄
一种提高框架结构抗震性能方法的研究——填充墙的减震利用
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研
采用数值计算软件LS—DYNA或其它有限元软件
究
模拟此TMD系统在地震作用下的抗震性能并将
内
模拟结果与试验结果对比
容
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将填充墙 作为质量M
阻尼装置录入的说选明 择提供合理的 刚度K和阻尼C
将填充墙和框架 用阻尼装置连接
技 术 路 保持填充墙的整体性 线
阻尼装置的安装位置
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谢谢 请各位老师批评指正
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综合借鉴已有的研究中的做法，拟将结构被动控制方法
研
用在提高填充墙框架结构抗震性能上，即用阻尼元件将填充 墙和框架连接，使阻尼元件和填充墙框架结构做为一个TMD
究
系统来改变或调整填充墙框架结构的动力特性或动力作用，
内
使填充墙框架结构在地震作用下动力反应明显减少并得到合
容
理的控制研 究 现 状
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耗能柔性连接 新型的填充墙—主体框架柔性连接方法。具体做法 是将填充墙的左右两侧及上部均与主体框架脱开一定的间隙，然后 在上部缝隙、左右两侧缝隙或者在上部和左右两侧缝隙中都设置特 定的阻尼装置或者阻尼元件，如剪切联结装置、减震弹簧和扁钢等， 再用软砂浆填缝，并用固定在主体结构上的活动连接板连接。
一种提高框架结构抗震性能方法的研究
——填充墙的减震利用
研 究 意 义
框架与砌体填充墙之间的合理而有效的连接显得尤为重要
4
国
内 近年来，建筑抗震设计方法已经有了很大的发展，
外 而且在不断地更新和完善，但填充墙对结构的影响目
研 前设计方法考虑得还不够全面，只是简单地考虑周期
究 折减，并没有与结构构件的设防水准相协调，即没有
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国
内
抗震结构地震倒塌模拟是一个非常复杂的过程，目前
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。
填充墙对框架结构的抗震性能的影响分析
对多次地震灾 害的努力研 究 ， 填充墙 对框架结 构抗震性 能 的影 响 在整个 时间范围内获得 的结构 反应结 果 的处理 。Ｇ Ｂ ５ ０ ０ １ １ － ２ ０ １ ０ 不容小觑 。但是在结构分 析中 ， 一般忽 略其对框 架结构 侧移 刚度 建筑抗震设计规 范对 于结构地震作用 的计 算提供两 种方法 ： 底部 的影 响。根 据建 筑抗震设 计规 范 ， 在结 构设计 中 ， 计 算结 构 的 自 剪 力法 和振型分解法 。底部剪力法 只考 虑结构 的第 一振 型 ， 对 于 振周期 时 ， 采用 ０ ． ６～ ０ ． ７的折 减系数 来粗 略考 虑填 充墙 对 整个 第 一振 型起 控制作用的较低结构是基本 可 以接受 的 ， 但 是对于 高 结构 的影 响。在 通常的框架结 构体系设计 时 ， 一 般把填 充墙 折算 层建筑会带来 较大的误差 ， 因此规 范规定高层 建筑宜采 用振型 分 成线荷 载附加 到墙 体对 应 的框 架结 构 中 ， 而建 模 时按 纯框 架 考 解反应谱法 。本 文所 采用 的反应 谱分 析方法 为振 型分 解法 。规 虑 。在现有 的框架结构 分析及 设计 的有 限元 模 型中 ， 结 构工 程师 范要求振 型分解 法采 用两种振型组合方法 Ｓ Ｒ Ｓ Ｓ和 Ｃ Ｑ Ｃ 。Ｃ Ｑ Ｃ法
填 充 墙 对 框 架 结 构 的抗 震 性 能 的影 响 分析
张 利 军
（ 太原市建筑设计研究院 ， 山西 太原 ０ ３ ０ ０ ０ ２）
摘Байду номын сангаас
要： 采用大型通用有限元分析软件 Ｅ Ｔ Ａ Ｂ Ｓ建立 了一框 架结构 的有 限元模型 ， 并采 用有 限元法和 对 比分 析法研 究填充墙 对框
我国砌体结构的发展状况与展望
我国砌体结构的发展状况与展望作为建筑行业中传统的建筑技术之一，砌体结构在我国有着悠久的历史。
然而，在现代化建设的大背景下，砌体结构面临着诸多挑战和变革。
本文将从我国砌体结构的发展状况以及展望两个方面进行论述。
发展状况：我国在过去的几十年里，曾大量采用砌体结构进行建筑。
这是因为砌体结构具有简单、经济、环保等优势。
然而，随着混凝土结构的快速普及，砌体结构的市场占有率逐渐下降，特别是在高层建筑领域。
目前，我国砌体结构主要应用于低层建筑、农村地区和特殊的场所，如历史文化建筑等。
同时，随着我国建筑行业的现代化发展，建筑技术的更新换代也带来了对砌体结构的重新思考。
展望：虽然面临挑战，但砌体结构在我国建筑行业仍然有着广阔的发展空间。
首先，随着人们对环境保护和可持续发展的需求增加，砌体结构的环保特性将成为其重要的竞争力。
相比混凝土结构，砌体结构在生产、施工和使用过程中产生的环境污染较少。
其次，在农村地区和特殊场所，砌体结构依然具有很大的适用性。
农村地区的建筑多为小型且分散，使用砌体结构可以更好地适应地方环境、降低成本。
对于历史文化建筑等场所，由于其破坏较小，砌体结构更能保持建筑的原始风貌。
此外，砌体结构材料的多样性和可塑性也为其发展提供了机会，如使用空心砖、混凝土砌块等。
展望未来，我国砌体结构仍有以下几个方面需要改进和发展：首先，提高施工质量和效率。
砌体结构的施工工艺相对简单，但其对施工工人的技术要求较高。
因此，应加强技术培训和管理，提高施工质量和效率。
其次，开发新的砌体材料和技术。
传统的砌体结构主要使用石头、砖块等材料，但这些材料在抗震性、保温性等方面存在一定的缺陷。
因此，应积极研发新的砌体材料和技术，如轻质砌体、织物砌体等。
再次，加强砌体结构的设计标准和规范。
砌体结构的设计标准和规范落后于混凝土结构，这限制了其在高层建筑领域的应用。
因此，应加强标准和规范的研究与制定。
最后，加强砌体结构的宣传和推广。
虽然砌体结构在我国建筑行业逐渐边缘化，但其仍然具有一定的市场需求。
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
浅谈填充墙的框架结构震害分析
浅谈填充墙的框架结构震害分析前言：据统计发现我国建筑物在地震灾害中填充墙框架结构遭到损害的情况非常普遍，有的还出现倒塌现象，给我国人民生命安全造成非常大的威胁，同时在地震多发区，人们会产生一种心理阴影。
因此填充墙的框架结构在震中的安全系数得到了我国科学家和工程界的广泛关注。
填充墙根据框架结构和受力程度不同，分为承重墙和非承重墙，在地震发生时填充墙可以帮助整个楼体的框架分担和消耗地震的能量，以便较少地震带来的损害。
一、填充墙框架结构的基本性能1、填充墙一般是属于非结构构件，因此在使用中大多数不会考虑其结构对整体性能的影响，但是在实际使用中，填充墙的框架结构在一定程度上改变了见着的结构体系，因此对于填充墙的框架结构不能单纯的用普通框架来模拟。
2、在地震灾害下，建筑物中的填充墙和其框架是共同起到抗震作用的，两者互相依附，互相支持，填充墙支持者框架结构的完整，框架因为其原料的原因们可以较大的吸收地震的作用，一次来降低地震的强度。
3、在地震灾害中，一旦框架结构的破坏比较严重，一般非常容易出现裂痕，因为填充墙主要是用粘土和混凝土等材料制作的，在地震发生时墙体会产生比较严重的层间位移，建筑物的四角就比较容易裂开，这通常就是因为填充墙角部连接处比较薄弱造成的。
二、填充墙震害分析现在很多的填充墙在墙体结构中，都是采用黏土砖混凝土加气块的方式，进而获得刚刚性强度的建筑材料。
其材料可以在水平地震的过程中，主体结构在層间位移中的稳定度会出现一定的不稳定，同时承重墙体会让拉结不牢自身材料出现相对较为明暗的非韧度表现。
其过多的偏向刚性选择以及填充墙的刚度与主体结构的刚度不协调等作用下，会发生破坏填充墙的危害。
建筑体边缘会很出现明显的碎块，目前这种情况产生的主要原因是填充砌块强度不够，角部连接节点处韧性过高而出现。
因而在填充墙的墙体结构中，过刚性以及过韧性都会让墙体在地震中出现各种问题[1]。
其过多墙体韧性的加强，这类问题产生的原因是填充墙砌筑砂浆整体刚性强度相对较低，同时也包含接触面过于弱而引起的。
阻尼砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究
建筑结构学报Journal of Building Structures 第34卷第7期2013年7月Vol.34No.7July2013011文章编号：1000-6869（2013）07-0089-08阻尼砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究周云，郭阳照，杨冠男，廖奕发（广州大学土木工程学院，广东广州510006）摘要：通过对阻尼砌体填充墙框架、空框架和普通砌体填充墙框架的低周反复加载试验，对比研究阻尼砌体填充墙框架结构的滞回性能、承载能力、变形能力、延性、刚度退化、耗能性能和破坏特征等。
结果表明：阻尼砌体填充墙通过砌体单元往复剪切阻尼层参与结构的滞回耗能，具有良好的耗能效果，阻尼砌体填充墙框架结构滞回曲线饱满，耗能能力强，等效黏滞阻尼系数在0.1以上；阻尼砌体填充墙能为框架提供一定的抗侧力和抗侧刚度，但其对框架提供的抗侧刚度和约束效应较普通砌体填充墙大为削弱，避免了框架柱产生剪切破坏；阻尼砌体填充墙框架结构的承载力衰减速率和刚度退化速率明显较普通填充墙框架结构缓慢，极限层间位移角与空框架的基本相同，具有良好的延性和变形能力。
关键词：框架结构；阻尼砌体填充墙；拟静力试验；抗震性能中图分类号：TU375.4TU317.1文献标志码：AExperimental study on seismic behavior of frame structure withdamped infill wallZHOU Yun，GUO Yangzhao，YANG Guannan，LIAO Yifa（School of Civil Engineering，Guangzhou University，Guangzhou510006，China）Abstract：By the low cyclic reversed loading tests for damped infill wall-frame，bare frame and conventional infill wall-frame，the hysteretic behavior，bearing capacity，deformation capacity，ductility，stiffness degradation，energy dissipation and damage characteristic of damped infill wall-frame were studied comparatively．The results indicate that the damped infill wall contributes to the hysteretic energy of structure with its masonry units shearing the damped layer circularly，and plays good role in energy dissipating．The hysteretic loops of the frame structure with damped infill wall is plumper，the energy dissipation capacity is excellent，the equivalent viscous damping coefficient reaches above0.1．The damped infill wall is capable of enhancing the lateral force resistance capacity and the lateral stiffness of the frame structure．But its stiffness effect and confined effect is much weaker than that of the conventional infill wall which prevent the frame columns from shear damage effectively．The damped infill wall-frame’s strength degradation rate and the stiffness degradation rate are much slower than that of the conventionally infill frame．Its ultimate inter-story drift ratio is basically the same as that of the bare frame．The damped infill wall frame has good ductility and deformation capacity．Keywords：frame structure；damped infill wall；quasi-static test；seismic behavior基金项目：国家自然科学基金项目（51178128），广东省自然科学基金团队项目（8351009101000001），广州市属高校“羊城学者”首席科学家项目（10A0265），广州市教育系统创新学术团队项目（穗科教［2009］11号）。
多层砌体填充墙框架结构抗震性能的探讨
多层砌体填充墙框架结构抗震性能的探讨一、砌体填充墙框架结构抗震性能概述地震等对于国家、社会以及家庭的影响较为深远，每年因为地震而丧生的人数时刻提醒着我们地震的危害，由此为了进一步明确地震作用下填充墙框家结构的刚度、承载能力以及约束效应等，国内外相关领域学者对此展开了激烈的研究争论。
经过了长时间的研究和分析，取得了较为可观的成效，并且在广泛应用在实际填充墙框架结构设计中，但是由于所选择的对象是单层单跨填充墙框架结构，存在较大的局限性。
根据以往大量的实验结果表明，砌体填充墙的应用主要是为了提升框架结构的稳定性、承载能力以及刚度，直接影响框架的抗震性能。
多层框架结构中，不连续布置的填充墙框架高度，将直接应该能给到框架的刚度以及承载能力发生变化，不利于框架的抗震的作用发挥。
二、实验概况（一）试件设计为了进一步明确砌体填充墙框架结构的抗震性能，首先设计六个试件A、B、C统一划分为双层单跨填充墙框架结构，A为填充墙框架连续布置、B和C为不连续布置，将A的填充墙布置在最底层，C的填充墙布置在第二层。
而D是单层单跨砌体填充墙框架结构、E为双层单跨框架结构、F为单层单跨框架结构，后三种作为此次试验的对比试件。
（二）材料性能此次试验所选择的框架钢筋使用HRB400，设计的混凝土强度为C30，材料为偶同的硅酸盐水泥，加入碎石块、砂土以及外加剂，并掺入少量的二级粉煤灰，其中混凝土的材料组合用量见表1。
（三）加载装置此次试验的加在装置如图1所示。
将作动器起的一端固定在反力墙上，另一端作为桥梁连接框架和钢拉杆，将作用线同框架顶端的形心线相重合，并在千斤顶和钢梁之间设置动滑轮，以便試件能够按照水平方向变形[2]。
千斤顶来支撑钢梁，将钢梁进行合理分配，把竖向的承载符合均匀分散在框架顶端，通过千斤顶和丁连限制试件的配合，限制整体呈水平位移。
对于此次试验所选择的试件进行竖向负载值添加，反复进行，保持竖向负载值不变。
三、试件破坏描述（一）试件破坏主要现象水平符合的逐渐增加，各个试件的框架结构不断发生变形、弯曲，裂痕密集分布，但是框架梁以及钢筋并为发生变化，试件D砌体填充墙裂缝的不断出现，伴随着原有的裂缝，呈现裂缝较差分布，当试件F主体框架产生大量的弯曲裂缝，裂缝宽度逐渐增加，试件产生一定的变形，屈服于外力。
填充墙对框架结构抗震性能影响的分析的开题报告
填充墙对框架结构抗震性能影响的分析的开题报告【摘要】填充墙作为框架结构中的非结构构件，具有提高结构整体抗震性能、改善建筑物使用性能等优点，但其对结构刚度、周期、能量耗散等性能指标的影响，以及填充墙与框架结构耦合作用的研究还需要深入探究。
本文旨在分析填充墙对框架结构抗震性能的影响，为建筑抗震设计提供参考，具有重要的理论和实际意义。
【关键词】填充墙；框架结构；抗震性能；耦合作用【研究背景和意义】随着我国经济的快速发展，城市化的进展，建筑抗震安全问题越来越引起人们的关注。
框架结构作为建筑工程中最为常用的结构形式之一，其抗震性能成为建筑抗震设计的重要问题。
填充墙作为框架结构中的非结构构件，一方面可以提高结构整体刚度，减小结构变形，增加稳定性，抵御水平荷载的作用；另一方面也可以改善建筑物使用性能，如隔音、隔热、防水等。
因此，填充墙对框架结构抗震性能的影响成为当前国内外抗震研究的热点和难点之一。
本文旨在通过对填充墙对框架结构抗震性能影响的分析，探究填充墙对框架结构的刚度、周期、能量耗散等性能指标的影响规律，进一步揭示填充墙与框架结构之间的耦合作用，为深入理解填充墙对框架结构抗震性能的影响提供参考，为建筑抗震设计提供依据。
【研究内容和方法】（1）填充墙对框架结构刚度的影响通过建立数值计算模型，分析不同填充墙位置、高度、厚度对框架结构刚度的影响，对比分析填充墙前后结构挠度和位移响应，评估填充墙对结构刚度的影响。
（2）填充墙对框架结构周期的影响利用地震动响应分析软件，比较分析不同填充墙位置、高度、厚度对框架结构周期的影响，讨论填充墙对周期的影响因素及其作用机理。
（3）填充墙对框架结构能量耗散特性的影响通过通用有限元软件，分析填充墙加固后框架结构在地震作用下的位移、变形、拉应力等响应特征，研究填充墙在减震减灾方面的作用。
【研究进度安排】本研究计划于2021年5月开始，预计研究期为一年，按如下进度进行：2021年5月-7月研究文献，了解填充墙对框架结构的影响及其研究现状2021年8月-11月建立数值计算模型，分析填充墙对结构刚度的影响2021年12月-2022年3月进行地震动响应分析，比较填充墙对结构周期的影响2022年4月-2022年6月通过通用有限元软件，分析填充墙在减震减灾方面的作用2022年7月-8月撰写论文及完善研究成果【预期成果】通过对填充墙对框架结构抗震性能的影响进行深入探索，可以得到以下预期成果：（1）揭示填充墙与框架结构之间的耦合作用，进一步深化填充墙在框架结构中的适用性和应用范围；（2）为实际工程应用提供指导意义，提高工程师在抗震设计方面的实践经验和技术水平；（3）探索填充墙的抗震应用具有拓宽抗震防灾领域的研究成果和应用前景的潜力。
考虑填充墙影响的教学楼框架结构推覆分析
第32卷第2期2010年4月工程抗震与加固改造Earthquake Resistant Engineering and RetrofittingVol.32，No.2Apr.2010［文章编号］1002-8412（2010）02-0031-06考虑填充墙影响的教学楼框架结构推覆分析齐彬，郭子雄（华侨大学土木工程学院，福建泉州362021）［摘要］针对砌体填充墙框架结构在地震作用的下的受力特点，分析了填充墙RC 框架结构产生震害的主要原因。
建立填充墙简化分析的等效斜撑模型，利用SAP2000有限元分析软件进行填充墙框架结构教学楼的地震反应推覆分析。
侧向加载模式分别采用振型荷载模式和均布荷载模式，主要考察填充墙对典型RC 框架结构教学楼在大震作用下抗震性能的影响。
分析结果表明：在大震作用下，结构达到能力谱方法确定的性能点时，按现行规范设计的框架结构教学楼的层间弹塑性变形能够满足规范要求。
但填充墙的影响改变了框架结构塑性铰的分布和发展水平，尤其半高填充墙对框架柱的约束使得底层框柱可能发生剪切破坏，使结构在大震下倒塌的危险性增大。
研究结果可为此类结构在大震作用下的抗震性能评价及抗震加固提供参考。
［关键词］框架结构；填充墙；推覆分析；等效斜撑模型［中图分类号］TU375.4；TU311.3［文献标识码］APushover Analysis of RC Frame School Buildings Considering the Influence of Infilled WallQi Bin ，Guo Zi-xiong （College of Civil Engineering ，Huaqiao University ，Quanzhou 362021，China ）Abstract ：According to the seismic resistance of an infilled frame under strong earthquakes ，the main reasons for earthquake damadge to infilled frame structures are analyzed.Infilled wall is simplified into equivalent inclined strut model.SAP2000FEM software is adopted to analyze typical RC frame by using two levels load distribution modes of the uniform distribution and oscillation mode.The computed results show that the displacement between floors of school buildings designed in new standard can meet the challenge.Infilled wall plays a part in energy-dissipating ，on the other hand ，it has changed the development and distribution of plastic hinge.Especially shear breakdown may appear in bottom column in the force influence of half infilled wall ，and the structure is more danger in high-level earthquake.The research offers reference on the seismic performance assessment and strengthening of this type of buildings in high-level earthquake.Keywords ：frame structure ；infilled wall ；pushover analysis ；equivalent inclined strut model E-mail ：guozxcy@［收稿日期］2009-03-20［基金项目］教育部新世纪优秀人才支持计划项目（NCET-06-0571）；福建省自然科学基金项目（E0810021）1引言我国南方中小学框架结构教学楼具有单跨、悬挑、开洞率大等特点，存在抗震薄弱环节。
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第28卷第6期2008年12月 地 震 工 程 与 工 程 振 动JOURNAL OF E ARTHQUAKE E NGI N EER I N G AND E NGI N EER I N G V I B RATI O N Vol .28No .6 Dec .2008 收稿日期:2007-06-26; 修订日期:2007-10-22 基金项目:国家自然科学基金项目(50478120);教育新世纪部优秀人才支持计划项目(NCET -06-0571);国务院侨办科研基金项目(06QZR04) 作者简介:郭子雄(1967-),男,博士,教授,主要从事工程结构抗震与防灾的研究.E 2mail:guozxcy@hqu .edu .cn文章编号:1000-1301(2008)06-0172-06砌体填充墙框架结构抗震性能研究现状与展望郭子雄,吴毅彬,黄群贤(华侨大学土木工程学院,福建泉州362021)摘 要:针对砌体填充墙框架结构在地震作用下的受力特点,分析了填充墙钢筋混凝土框架结构产生震害的主要原因。
结合国内外砌体填充墙框架结构理论和试验研究成果,围绕填充墙的刚度退化规律和不同性能水平的层间位移角,评述了填充墙框架结构的研究现状。
最后,结合基于性能的抗震设计理论背景和禁用黏土实心砖提倡节能的政策背景,指出了今后应以实现基于性能的抗震设计为目标,针对新型砌体填充墙框架结构开展系统研究。
关键词:填充墙框架结构;抗震性能;性能抗震设计;新型砌体;研究现状中图分类号:T U317.1;T U375.4 文献标志码:AResearch and developm en t i n se ism i c behav i or of i n f illed 2fram e structuresG UO Zixi ong,WU Yibin,HUANG Qunxian(College of Civil Engineering,Huaqiao University,Quanzhou 362021,China )Abstract:Based on the seis m ic resistance of an infilled fra me under str ong earthquakes,the main reas ons f or earth 2quake da mage t o infilled fra me structures are analyzed .The theory and test studies on infilled fra me structures at home and abr oad are revie wed .Considering the urgent need f or perf or mance based seis m ic design of engineering and the policy p ressure fr om envir on ment,s ome p r os pects for research and app licati on of RC fra me structure with ne w type of infilled mas onry wall are offered .Key words:infilled -fra me structure;seis m ic perf or mance;perfor mance based seis m ic design;ne w type of infilled mas onry wall;state of the art引言填充墙框架结构是现阶段我国应用最广泛的一种建筑结构形式。
目前,随着墙体改革的发展,黏土砖作为传统的填充墙材料正逐步被多孔砖、空心混凝土砌块、粉煤灰砌块和加气混凝土砌块等新型墙体材料所取代。
由于对新型填充墙框架抗震性能的研究较少,目前关于钢筋混凝土填充墙框架的抗震设计要求仍是以黏土砖填充墙框架的研究成果为基础。
近年来国内外几次强烈地震的震害表明,墙体材料尽管作为“非结构”构件,但仍参与承担了地震作用,而且往往是在中等地震作用下,主体框架结构还没有破坏,填充墙已遭受严重破坏。
填充墙本身的破坏不仅影响建筑的使用功能,增加修复费用,严重的填充墙破坏甚至可能危及生命安全或影响紧急疏散,以至于地震工程界往往将填充墙的破坏程度看作是结构使用功能正常发挥和地震下生命安全的判断依据。
因此,在目前基于性能的抗震设计的理论背景和禁用黏土砖提倡节能的政策背景下,地震工程界很有必要重新审视填充墙框架结构的整体抗震性能。
1 填充墙框架结构体系的受力特点1.1 填充墙的刚度效应和约束效应填充墙在工程设计中尽管往往被视为“非结构”构件,但仍参与了结构体系的地震剪力分配,并与框架结构之间存在复杂的相互作用。
填充墙的刚度效应是填充墙框架区别于空框架的主要特点之一。
这种刚度效应可能导致填充墙框架结构在地震作用下发生软弱层破坏或扭转破坏,从而引起结构严重受损甚至倒塌。
填充墙沿竖向分布不均匀时,由于填充墙的刚度效应往往会在填充墙布置较少的楼层产生沿竖向的软弱层。
例如,在底层设置商场或车库,上部作为住宅或办公用时,经常造成底层为软弱层。
另外,由于装修和改变使用功能等原因在中间层取消部分填充墙也可能造成中部软弱层。
在框架结构的周边均匀布置填充墙能在一定程度上提高框架结构的抗扭强度和刚度,防止结构产生附加扭转地震作用。
但如果填充墙在结构平面布置不对称,造成图1 填充墙造成框架柱震害Fig .1 Colu mn da mage due t o restricti on of infilled wall结构刚度中心偏移,将会使结构的扭转反应加大。
目前,框架结构设计时一般未考虑填充墙的刚度效应,计算所得到的结构刚度中心与实际刚度中心可能存在较大的偏差,从而往往低估了结构的地震扭转效应。
除了整体刚度效应外,填充墙还会对主体结构的梁、柱和墙产生约束效应。
填充墙往往开有门窗洞口,洞口的存在往往使填充墙在框架柱间产生拱推力。
窗台对框架柱的约束造成短柱效应在历次地震灾害中非常多见(图1)。
窗间墙对框架柱的约束造成的短柱效应、剪力重分配和破坏截面转移等不利影响已经成为填充墙框架结构地震破坏的最常见原因。
由于上述原因,如果在设计中没有考虑填充墙的刚度和约束效应,而只是把填充墙作为非结构构件看待,将可能使结构的实际受力与设计意图发生较大的偏离。
这无疑增加了结构在地震中的危险性。
因此,在我们更多关注巨型、新型结构体系和大型复杂计算的同时,重新审视和研究建筑业应用最广泛的填充墙框架的抗震性能无疑具有重要的社会和工程实践意义。
1.2 填充墙框架的剪力分配特点框架填充墙作为一种组合结构体系,框架与填充墙在水平地震下共同承担地震作用。
一般认为,填充墙和框架所分担的地震剪力可以按照两者的刚度进行分配。
然而,由于两个组成部分的材料性能存在较大差异,砌体填充墙和混凝土框架满足同一个抗震性能水平的变形容许值相差甚远。
砖填充墙属于脆性材料,抗拉强度低,在地震作用下将首先开裂,造成刚度退化,而此时框架仍处于弹性阶段。
随着层间变形的增加,填充墙的刚度逐步减小,填充墙和框架的刚度比值随之不断发生变化,从而使结构承担的地震剪力在填充墙和框架之间产生较大内力重分布。
尽管此时房屋总的地震作用因整体刚度的下降而有所减小,但框架柱仍将比地震作用初期分担更多的地震剪力。
在实际工程设计中,一般把计算所得的全部层间地震剪力按照框架柱的层间侧移刚度在所有框架柱间进行分配,而不考虑填充墙分担的地震剪力。
这种把地震剪力全部由框架柱承担的设计计算方法似乎偏于安全,而实际上,由于填充墙在楼层平面布置的不均匀性,将造成部分填充墙刚度效应明显的框架的设计地震剪力偏小,从而使结构存在安全隐患。
如果把考虑填充墙刚度分配到的填充墙框架剪力全部由框架承担,将使部分带填充墙的框架因内力过大而存在配筋构造复杂和不经济等一系列问题。
因此,进一步研究填充墙框架的剪力分配规律、不利内力取值和设计计算方法,对完善填充墙框架的设计计算理论具有重要的工程实践意义。
2 国内外研究现状2.1 国内研究进展为了探讨框架填充墙结构在侧向荷载作用下的刚度和抗侧力等性能,国内外开展了有关的研究工作。
371第6期 郭子雄等:砌体填充墙框架结构抗震性能研究现状与展望从试验研究规模来看,填充墙框架的试验经历了从单层单跨到多层多跨,从小比例模型到全尺寸模型,从单向加载、循环加载到拟动力试验和振动台试验的发展过程。
我国自20世纪70年代即开始进行少量的砌体填充墙框架结构的有关研究[1]。
较为系统的砖填充墙框架试验研究集中于20世纪80年代,研究的重点集中在黏土砖填充墙框架受力全过程的刚度退化规律、破坏程度与层间位移角的关系[2-6]。
在填充墙框架受载后的刚度折减规律方面,不同文献[2,3,6]基于不同试验研究记录的填充墙初裂和普遍开裂的刚度折减系数如表1所示。
从表1可知,虽然不同文献对初裂的判定和普遍开裂的定义不尽相同,但从这些试验研究结果可以看出,填充墙初裂和普遍开裂时的刚度折减系数分别约为0.5和0.2。
刘大海等[2]曾建议取层间角位移1/500时(大约对应于填充墙普遍开裂或对角裂缝贯通)填充墙框架各类构件的实际刚度来计算结构的自振周期。
分析表明,层间位移角为1/500时,框架仍处于弹性阶段,故不予折减,而此时砖填充墙的实际刚度可取其初始刚度的20%。
表1 填充墙不同受力阶段的刚度折减系数Table 1 Reduce coefficient of stiffness in different da mage statesL iteratureβ1β2L iu [2]0.28-0.52—Tong [3]—0.14-0.19W u [6]0.40-0.600.20-0.30 注:β1和β2分别为填充墙初裂和普遍开裂的刚度折减系数。
建筑物的性能水平是结构性能水平和非结构构件性能水平的综合体现。
填充墙作为框架结构中最重要且易遭受地震损坏的非结构构件,其在不同水平的设计地震作用下的性能,特别是不同性能目标下的变形容许值的研究就显得至关重要。
童岳生等[3-5]在他们的试验研究中成功量测了砌体填充墙框架与不同损伤特征点对应的层间位移角(表2),这些试验成果为我国建筑抗震设计规范关于抗震变形限值的取值提供了依据。
同时,他们根据试验研究结果推导出在不同破坏阶段填充墙框架层间抗侧刚度的实用计算方法,并给出完整的层间抗剪强度验算公式。
他们的研究成果已成为89抗震规范中填充墙框架有关设计条文的基础。
表2 不同状态下填充墙框架的层间位移角[3-5]Table 2 D rift indexes at different levels of perf or manceW all typeδw1,cr δc1,cr δw2,cr δc2,cr δy δu OpeningW ithout opening 1/23001/8401/8261/3421/4761/2231/3201/1401/1271/861/301/38 注:δw1,cr 、δc1,cr 、δw2,cr 、δc2,cr 、δy 和δu 分别为墙面初裂、柱初裂、墙缝连贯、柱铰出现、框架屈服和极限状态的层间位移角。