地震作用下竖向不均匀砌体填充墙对结构

地震作用下的砌体填充墙设计
摘要：框架结构中砌体填充墙对于整个框架结构的受力性能的影响不可忽略。

在工程设计中，对框架填充墙的受力分析是必不可少的。

本文详细分析了各种受力条件下填充墙对框架的影响，并提出了措施和建议。

关键词：框架、填充墙
1、钢筋混凝土框架填充墙震害分析
1.1填充墙在地震作用下的破坏
在5•12汶川地震中，大量框架和剪力墙结构虽未出现主体结构破坏，但是填充墙破坏严重。

填充墙的砌块和砂浆抗拉强度都不高，其界面的粘结强度也较低，加之施工质量难以保证，使得砌体墙在地震作用下很容易开裂，严重时还会出现错位甚至倒塌。

灾区现场观察到的填充墙震害包括以下几种：1) 斜向或交叉斜向剪切裂缝,2) 水平或竖向墙体-框架界面裂缝,3) 填充墙局部砌块脱落,4) 填充墙倒塌,同时由于框架结构在水平荷载作用下变形为剪切型，因此框架下部填充墙破坏大于框架上部。

1.2当前结构抗震设计、计算中对填充墙的考虑
1.2.1、目前在结构设计中，计算地震作用时，按GB50011-2010建筑抗震设计规范第5.1.3条（以下简称抗震规范），只考虑建筑的重力荷载代表值，而没有考虑建筑填充墙体砌体材料的物理性能，也没有量化填充墙在结构中实际的刚度作用。

填充墙对对结构的影响，只是在结构计算软件（如PKPM软件）中，通过调整地震周期折减系数的方式定性考虑。

设计者按各自经验在0~1之间取值，随意性比较大。

1.2.2、抗震规范第3.4章中，对平面规则而竖向不规则的建筑结构，规范划分了侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变三种类型，并作了相应规定。

即除规定按弹塑性变形分析，其薄弱层的地震剪力乘以1.15的增大系数。

对竖向抗侧力构件不连续的，该构件传递给水平转换构件的地震内力乘以1.25~1.5的增大系数。

以上三种类型只是对竖向受力构件变化提出了应对措施，但对由于填充墙刚度的变化对竖向结构的影响未予以考虑。

1.2.3、我们在进行结构计算时，都是基于有限元法理论，把结构整体拆开，分解成若个单元，然后再将这些单元按一定的条件集合成整体。

这些单元都是结构受力构件，填充墙作为维护（或分隔）构件均没由考虑填充墙的因素，现行结构计算程序也是依据此理论（如PKPM软件）编制的。

1.3填充墙影响结构的刚度变化，造成填充墙的破坏
无论填充墙采用的是砌块砌体墙等何种材料，填充墙在构造上与框架联系在一起共同作用的时候，或多或少地改变了整个框架体系的抗侧向作用的能力。

同时，由于填充墙的加入，有可能产生较大的扭转，使一个本来均匀规整的框架结构刚度中心偏移，从而使结构在地震作用下发生偏移。

大多数框架结构的主体结构震害一般较轻，主要破坏发生在围护结构和填充墙，因此，除了加强填充墙与主体结构的拉结措施外，还应考虑底层填充墙与结构构件在同一水准下的抗震设计。

1.4填充墙造成框架柱的附加作用，使框架结构出现“柱铰”现象。

同一结构层内，由于填充墙的分布方式不同，使得水平地震剪力的分配也发生变化，造成同一层内框架柱的水平受力不同而出现“柱铰”破坏现象。

1.5结构层间刚度的不均匀、结构布置过于复杂而造成的破坏。

不同结构层内，填充墙的数
量或布置方式的差异，形成了上下层的填充墙的不连续，或由于结构布置过于复杂，形成错层结构布置，可能导致相邻层间的刚度突变，这对结构的抗震十分不利。

1.6开洞的填充墙可能对框架柱造成“短柱”效应。

填充墙的布置使得框架柱的计算高度减少，形成“短柱”，在水平力作用下，容易提前发生塑性铰破坏。

2、钢筋混凝土框架填充墙抗震规范构造规定
填充墙在平面和竖向的布置，宜均匀对称，宜避免形成薄弱层或短柱。

砌体的砂浆强度等级不应低于M5；实心块体的强度等级不宜低于MU2.5，空心块体的强度等级不宜低于MU3.5；墙顶应与框架梁密切结合。

填充墙应沿框架柱全高每隔500～600mm设2φ6拉筋，拉筋伸入墙体的长度，6、7度时宜全长贯通，8、9度时应全长贯通。

墙长大于5m时，墙顶与梁宜有拉结；墙长超过8m或层高2倍时，宜设置钢筋混凝土构造柱；墙高超过4m时，墙体半高宜设置与柱连接且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平系梁。

楼梯间和人流通道的填充墙，尚应采用钢丝网砂浆面层加强。

3、设计建议
鉴于以上分析，本人认为应重新认识填充墙在结构抗震中的影响和作用，在进行框架结构设计时，充分利用填充墙刚度对抗震结构，特别是对框架柱的有利因素，提高框架柱的安全性，保证结构的安全。

为此，笔者建议采取以下措施：
3.1、加强抗震概念设计.
3.1.1、加强结构概念设计。

结构工程师应积极和建筑师沟通、协调，不仅要考虑结构受力构件的布置，同时也应重视填充墙的布置，在平面上尽量对称，刚度均衡，在竖向，也尽量保持连续，减少对抗震不利的布置。

3.1.2、设置柱构造翼墙：由于使用功能需要，造成竖向填充墙不连续时，特别对填充墙取消较多时，在按规范设计计算的基础上，应适当设置构造翼墙，来弥补填充墙不足形成的刚度薄弱问题。

提高柱的刚度，保证框架柱的安全，这和框架梁由于翼缘板的作用而提高了梁的刚度一样。

3.2、结合当地施工水平，做好细部结构设计
3.2.1、柱轴压比控制：框架底层柱应≤0.5以下，保证足够的安全储备；
3.2.2、柱上下端加密箍宜比计算配箍量提高20％或提高一级，且采用搭接焊接，提高框架柱的延性；
3.2.3、节点配筋：当梁宽为200时，受力筋不宜超过2根；250时，受力筋不宜超过3根；超过时，宜按双排配置；或调整构件尺寸，避免在节点处混凝土浇筑时振捣困难、甚至无法振捣的情况，以实现强节点的目标；
3.2.4、钢筋强度选配：梁、柱尽量选HRB400强度钢筋，以尽量减少钢筋过密现象，方便施工，保证质量。

3.3、严格建筑物的管理和使用
3.3.1、建筑物使用单位或个人应严格按设计使用说明书使用，禁止擅自改变原有建筑平面布置。

3.3.2、特别对于住宅楼，政府主管部门应出台相应政策，鼓励房地产开发企业实行精装修交房，控制商品房二次装修的内容，明确规定装修时不得破坏原有结构，也不得拆除或改动原有填充墙，保证结构的整体抗震性能不致削弱。

4、结语
鉴于现阶段地震预报的困难，应当大力加强防灾设计工作，毕竟防灾胜于救灾。

加强对抗震结构体系的研究，充分研究填充墙在结构抗震中的作用，在按现行抗震规范设计的基础上，通过概念设计在构造措施方面加以补充，以提高受力柱的抗震能力和安全性，如设置构造翼墙等。

重视细部节点构造的设计，特别要结合当地的施工水平，设计实用有效的构造做法，
既便于施工，又能改善结构性能。

另外加强房屋的使用管理也是不容忽视的一个环节。

这样，通过技术和管理的综合手段，最终实现房屋结构安全可靠的目的。

2009年05月。