砌體填充墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究現(xiàn)狀與展望_郭子雄_百度

1、第28卷第6期地震工程與工程振動(dòng)2008年12月J O U R N A LO FE A R T H Q U A K EE N G I N E E R I N GA N DE N G I N E E R I N GV I B R A T I O N V o l . 28N o . 6De c . 2008文章編號(hào):1000-1301(2008 06-0172-06砌體填充墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究現(xiàn)狀與展望郭子雄, 吳毅彬, 黃群賢(華僑大學(xué)土木工程學(xué)院, 福建泉州362021摘要:針對(duì)砌體填充墻框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力特點(diǎn), 分析了填充墻鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生震害的主要原因。結(jié)合國(guó)內(nèi)外砌體填充墻

2、框架結(jié)構(gòu)理論和試驗(yàn)研究成果, 圍繞填充墻的剛度退化規(guī)律和不同性能水平的層間位移角, 評(píng)述了填充墻框架結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀。最后, 結(jié)合基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論背景和禁用黏土實(shí)心磚提倡節(jié)能的政策背景, 指出了今后應(yīng)以實(shí)現(xiàn)基于性能的抗震設(shè)計(jì)為目標(biāo), 針對(duì)新型砌體填充墻框架結(jié)構(gòu)開展系統(tǒng)研究。關(guān)鍵詞:填充墻框架結(jié)構(gòu); 抗震性能; 性能抗震設(shè)計(jì); 新型砌體; 研究現(xiàn)狀中圖分類號(hào):T U 317. 1; T U 375. 4文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AR e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t i ns e i s m i c b e h a v i o r o f i n f i l

3、l e d -f r a m e s t r u c t u r e sG U OZ i x i o n g , W UY i b i n , H U A N GQ u n x i a n(C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g , H u a q i a o U n i v e r s i t y , Q u a n z h o u 362021, C h i n a A b s t r a c t :B a s e d o n t h e s e i s m i c r e s i s t a n c e o f a n i n

4、f i l l e d f r a m e u n d e r s t r o n g e a r t h q u a k e s , t h e m a i n r e a s o n s f o r e a r t h -q u a k e d a m a g e t o i n f i l l e d f r a m e s t r u c t u r e s a r e a n a l y z e d .T h e t h e o r y a n d t e s t s t u d i e s o ni n f i l l e d f r a m e s t r u c t u r e

5、 s a t h o m e a n d a b r o a d a r e r e v i e w e d .C o n s i d e r i n g t h e u r g e n t n e e df o r p e r f o r m a n c e b a s e d s e i s m i c d e s i g no f e n g i n e e r i n g a n d t h e p o l i c y p r e s s u r e f r o me n v i r o n m e n t , s o m e p r o s p e c t s f o r r e s

6、 e a r c ha n da p p l i c a t i o no f R Cf r a m e s t r u c t u r e w i t h n e wt y p e o f i n f i l l e d m a s o n r y w a l l a r e o f f e r e d .K e y w o r d s :i n f i l l e d -f r a m e s t r u c t u r e ; s e i s m i c p e r f o r m a n c e ; p e r f o r m a n c e b a s e d s e i s m i

7、 c d e s i g n ; n e w t y p e o f i n f i l l e d m a s o n r y w a l l ; s t a t e o f t h e a r t引言填充墻框架結(jié)構(gòu)是現(xiàn)階段我國(guó)應(yīng)用最廣泛的一種建筑結(jié)構(gòu)形式。目前, 隨著墻體改革的發(fā)展, 黏土磚作為傳統(tǒng)的填充墻材料正逐步被多孔磚、空心混凝土砌塊、粉煤灰砌塊和加氣混凝土砌塊等新型墻體材料所取代。由于對(duì)新型填充墻框架抗震性能的研究較少, 目前關(guān)于鋼筋混凝土填充墻框架的抗震設(shè)計(jì)要求仍是以黏土磚填充墻框架的研究成果為基礎(chǔ)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外幾次強(qiáng)烈地震的震害表明, 墻體材料盡管作為“非結(jié)構(gòu)”構(gòu)件, 但仍參與

8、承擔(dān)了地震作用, 而且往往是在中等地震作用下, 主體框架結(jié)構(gòu)還沒有破壞, 填充墻已遭受嚴(yán)重破壞。填充墻本身的破壞不僅影響建筑的使用功能, 增加修復(fù)費(fèi)用, 嚴(yán)重的填充墻破壞甚至可能危及生命安全或影響緊急疏散, 以至于地收稿日期:2007-06-26; 修訂日期:2007-10-22基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50478120 ; 教育新世紀(jì)部?jī)?yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目(N C E T-06-0571 ; 國(guó)務(wù)院僑辦科研基金項(xiàng)目(06Q Z R 04作者簡(jiǎn)介:郭子雄(1967- , 男, 博士, 教授, 主要從事工程結(jié)構(gòu)抗震與防災(zāi)的研究. E -m a i l :g u o z x c y hq u

9、 . e d u . c n第6期郭子雄等:砌體填充墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究現(xiàn)狀與展望173震工程界往往將填充墻的破壞程度看作是結(jié)構(gòu)使用功能正常發(fā)揮和地震下生命安全的判斷依據(jù)。因此, 在目前基于性能的抗震設(shè)計(jì)的理論背景和禁用黏土磚提倡節(jié)能的政策背景下, 地震工程界很有必要重新審視填充墻框架結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。1填充墻框架結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)1. 1填充墻的剛度效應(yīng)和約束效應(yīng)填充墻在工程設(shè)計(jì)中盡管往往被視為“非結(jié)構(gòu)”構(gòu)件, 但仍參與了結(jié)構(gòu)體系的地震剪力分配, 并與框架結(jié)構(gòu)之間存在復(fù)雜的相互作用。填充墻的剛度效應(yīng)是填充墻框架區(qū)別于空框架的主要特點(diǎn)之一。這種剛度效應(yīng)可能導(dǎo)致填充墻框架結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生

10、軟弱層破壞或扭轉(zhuǎn)破壞, 從而引起結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損甚至倒塌。填充墻沿豎向分布不均勻時(shí), 由于填充墻的剛度效應(yīng)往往會(huì)在填充墻布置較少的樓層產(chǎn)生沿豎向的軟弱層。例如, 在底層設(shè)置商場(chǎng)或車庫(kù), 上部作為住宅或辦公用時(shí), 經(jīng)常造成底層為軟弱層。另外, 由于裝修和改變使用功能等原因在中間層取消部分填充墻也可能造成中部軟弱層。在框架結(jié)構(gòu)的周邊均勻布置填充墻能在一定程度上提高框架結(jié)構(gòu)的抗扭強(qiáng)度和剛度, 防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加扭轉(zhuǎn)地震作用。但如果填充墻在結(jié)構(gòu)平面布置不對(duì)稱, 造成結(jié)構(gòu)剛度中心偏移, 將會(huì)使結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)加大。目前, 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一般未考慮填充墻的剛度效應(yīng), 計(jì)算所得到的結(jié)構(gòu)剛度中心與實(shí)際剛度中心可能存在

11、較大的偏差, 從而往往低估了結(jié)構(gòu)的地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。除了整體剛度效應(yīng)外, 填充墻還會(huì)對(duì)主體結(jié)構(gòu)的梁、柱和墻產(chǎn)生約束效應(yīng)。填充墻往往開有門窗洞口, 洞口的存在往往使填充墻在框架柱間產(chǎn)生拱推力。窗臺(tái)對(duì)框架柱的約束造成短柱效應(yīng)在歷次地震災(zāi)害中非常多見(圖1 。窗間墻對(duì)框架柱的約束造成的短柱效應(yīng)、剪力重分配和破壞截面轉(zhuǎn)移等不利影響已經(jīng)成為填充墻框架結(jié)構(gòu)地震破壞的最常見原因。由于上述原因, 如果在設(shè)計(jì)中沒有考慮填充墻的剛度和約束效應(yīng), 而只是把填充墻作為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件看待, 將可能使結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力與設(shè)計(jì)意圖發(fā)生較大的偏離。這無(wú)疑增加了結(jié)構(gòu)在地震中的危險(xiǎn)性。因此, 在我們更多關(guān)注巨型、新型結(jié)構(gòu)體系和大型復(fù)雜計(jì)算的

12、同時(shí), 重新審視和研究建筑業(yè)應(yīng)用最廣泛的填充墻框架的抗震性能無(wú)疑具有重要的社會(huì)和工程實(shí)踐意義。1. 2填充墻框架的剪力分配特點(diǎn)框架填充墻作為一種組合結(jié)構(gòu)體系, 框架與填充墻在水平地震下共同承擔(dān)地震作用。一般認(rèn)為, 填充墻和框架所分擔(dān)的地震剪力可以按照兩者的剛度進(jìn)行分配。然而, 由于兩個(gè)組成部分的材料性能存在較大差異, 砌體填充墻和混凝土框架滿足同一個(gè)抗震性能水平的變形容許值相差甚遠(yuǎn)。磚填充墻屬于脆性材料, 抗拉強(qiáng)度低, 在地震作用下將首先開裂, 造成剛度退化, 而此時(shí)框架仍處于彈性階段。隨著層間變形的增加, 填充墻的剛度逐步減小, 填充墻和框架的剛度比值隨之不斷發(fā)生變化, 從而使結(jié)構(gòu)承擔(dān)的地震

13、剪力在填充墻和框架之間產(chǎn)生較大內(nèi)力重分布。盡管此時(shí)房屋總的地震作用因整體剛度的下降而有所減小, 但框架柱仍將比地震作用初期分擔(dān)更多的地震剪力。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中, 一般把計(jì)算所得的全部層間地震剪力按照框架柱的層間側(cè)移剛度在所有框架柱間進(jìn)行分配, 而不考慮填充墻分擔(dān)的地震剪力。這種把地震剪力全部由框架柱承擔(dān)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法似乎偏于安全, 而實(shí)際上, 由于填充墻在樓層平面布置的不均勻性, 將造成部分填充墻剛度效應(yīng)明顯的框架的設(shè)計(jì)地震剪力偏小, 從而使結(jié)構(gòu)存在安全隱患。如果把考慮填充墻剛度分配到的填充墻框架剪力全部由框架承擔(dān), 將使部分帶填充墻的框架因內(nèi)力過大而存在配筋構(gòu)造復(fù)雜和不經(jīng)濟(jì)等一系列問題。因此

14、, 進(jìn)一步研究填充墻框架的剪力分配規(guī)律、不利內(nèi)力取值和設(shè)計(jì)計(jì)算方法, 對(duì)完善填充墻框架的設(shè)計(jì)計(jì)算理論具有重要的工程實(shí)踐意義。圖1填充墻造成框架柱震害F i g . 1Co l u m nd a m a g e d u e t o r e s t r i c t i o no f i n f i l l e dw a l l2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2. 1國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展, 。174地震工程與工程振動(dòng)第28卷從試驗(yàn)研究規(guī)模來(lái)看, 填充墻框架的試驗(yàn)經(jīng)歷了從單層單跨到多層多跨, 從小比例模型到全尺寸模型, 從單向加載、循環(huán)加載到擬動(dòng)力試驗(yàn)和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的發(fā)展過程。我國(guó)自20世紀(jì)70年代即開始進(jìn)行少量的砌體填充墻框

15、架結(jié)構(gòu)的有關(guān)研究程度與層間位移角的關(guān)系2-61。較為系統(tǒng)的磚填充墻框2, 3, 6架試驗(yàn)研究集中于20世紀(jì)80年代, 研究的重點(diǎn)集中在黏土磚填充墻框架受力全過程的剛度退化規(guī)律、破壞。在填充墻框架受載后的剛度折減規(guī)律方面, 不同文獻(xiàn)基于不同試驗(yàn)研究記錄的填充墻初裂和普遍開裂的剛度折減系數(shù)如表1所示。從表1可知, 雖然不同文獻(xiàn)對(duì)初裂的判定和普遍開裂的定義不盡相同, 但從這些試驗(yàn)研究結(jié)果可以看出, 填充墻初裂和普遍開裂時(shí)的剛度折減系數(shù)分別約為0. 5和0. 2。劉大海等2曾建議取層間角位移1/500時(shí)(大約對(duì)應(yīng)于填充墻普遍開裂或?qū)橇芽p貫通 填充墻框架各類構(gòu)件的實(shí)際剛度來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)的自振周期。分析表明

16、, 層間位移角為1/500時(shí), 框架仍處于彈性階段, 故不予折減, 而此時(shí)磚填充墻的實(shí)際剛度可取其初始剛度的20%。表1填充墻不同受力階段的剛度折減系數(shù)T a b l e 1Re d u c e c o e f f i c i e n t o f s t i f f n e s s i n d i f f e r e n t d a m a g e s t a t e sL i t e r a t u r e2L i u3T o n g6Wu 10. 28-0. 520. 40-0. 6020. 14-0. 190. 20-0. 30注:1和2分別為填充墻初裂和普遍開裂的剛度折減系數(shù)。建筑物的

17、性能水平是結(jié)構(gòu)性能水平和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能水平的綜合體現(xiàn)。填充墻作為框架結(jié)構(gòu)中最重要且易遭受地震損壞的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件, 其在不同水平的設(shè)計(jì)地震作用下的性能, 特別是不同性能目標(biāo)下的變形容許值的研究就顯得至關(guān)重要。童岳生等3-5在他們的試驗(yàn)研究中成功量測(cè)了砌體填充墻框架與不同損傷特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的層間位移角(表2 , 這些試驗(yàn)成果為我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于抗震變形限值的取值提供了依據(jù)。同時(shí), 他們根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果推導(dǎo)出在不同破壞階段填充墻框架層間抗側(cè)剛度的實(shí)用計(jì)算方法, 并給出完整的層間抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算公式。他們的研究成果已成為89抗震規(guī)范中填充墻框架有關(guān)設(shè)計(jì)條文的基礎(chǔ)。表2不同狀態(tài)下填充墻框架的層間位移角3-5

18、T a b l e 2Dr i f t i n d e x e s a t d i f f e r e n t l e v e l s o f p e r f o r m a n c eWa l l t y p eO p e n i n gW i t h o u t o p e n i n g w 1, c r 1/23001/840c 1, c r 1/8261/342w 2, c r 1/4761/223c 2, c r 1/3201/140y 1/1271/86u 1/301/38注:、和分別為墻面初裂、柱初裂、墻縫連貫、柱鉸出現(xiàn)、框架屈服和極限狀態(tài)的層間位移角。w 1, c r c 1

19、, c r w 2, c r c 2, c r y u吳綺蕓等6對(duì)空框架和黏土磚填充墻框架的對(duì)比試驗(yàn)表明, 當(dāng)結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)時(shí), 由于填充墻的存在, 使得框架柱柱端的彎矩比空框架降低到近1/10, 同時(shí)也給出填充墻在各個(gè)變形階段的折算強(qiáng)度。隨后, 針對(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)中往往不考慮填充墻的抗側(cè)力作用, 而是簡(jiǎn)單地對(duì)計(jì)算周期乘以考慮剛度影響的折減系數(shù)的情況, 地震工程界對(duì)填充墻框架的關(guān)注重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了對(duì)周期折減系數(shù)的研究。高小旺等7通過總結(jié)試驗(yàn)和理論分析結(jié)果, 指出填充墻數(shù)量、開洞大小和墻體長(zhǎng)度是影響周期折減系數(shù)的主要因素。他們的研究成果為20世紀(jì)90年代以來(lái)填充墻框架地震作用計(jì)算中周期折減系數(shù)的取值

20、提供了有益的參考。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后, 隨著試驗(yàn)手段的不斷提高, 擬動(dòng)力試驗(yàn)和地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)技術(shù)開始應(yīng)用于8填充墻框架的抗震性能研究。關(guān)國(guó)雄等根據(jù)填充墻框架模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果指出, 結(jié)構(gòu)屈服時(shí)的最大層間位移角為1/141, 并引入反映墻體變形模量降低系數(shù)和反映框架與填充墻之間連接減弱系數(shù)c 這兩個(gè)系數(shù)來(lái)估計(jì)不同破壞狀態(tài)下框架填充墻結(jié)構(gòu)的層間剛度。沈聚敏等研究了磚填充墻框架結(jié)構(gòu)模型在各受力階段的地震反應(yīng)和破壞形態(tài)。雖然隨著墻改政策的實(shí)施, 新型墻體材料在填充墻框架結(jié)構(gòu)中逐步得到廣泛應(yīng)用, 但以往針對(duì)新型墻體材料的研究工作均集中在砌體的熱工、抗?jié)B和其他物理力學(xué)性能方面的研究, 對(duì)新型填充

21、墻框架抗震性能的10研究相對(duì)較少, 僅有的研究主要集中在異型柱框架和鋼框架方面。曹萬(wàn)林等進(jìn)行了輕質(zhì)填充墻異型柱框架工作性能的試驗(yàn)研究, 重點(diǎn)研究了輕質(zhì)填充墻異形柱框架的層剛度衰減過程和變形性能, 并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果119進(jìn)行了填充墻框架的擬動(dòng)力試驗(yàn),第6期郭子雄等:砌體填充墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究現(xiàn)狀與展望175構(gòu)成的異形柱框架結(jié)構(gòu)在抗震性能方面的差異; 李國(guó)強(qiáng)等12開展的加氣混凝土砌塊鋼框架填充墻結(jié)構(gòu)的試13驗(yàn)研究, 給出了鋼框架結(jié)構(gòu)抗震彈性層間位移角的建議取值; 戴紹斌等在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上, 運(yùn)用A N -S Y S 有限元建模, 對(duì)加氣混凝土填充墻鋼框架的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了研究。上述研究成果在一定

22、程度上表明采用新型墻體材料框架結(jié)構(gòu)的變形能力較磚填充墻框架結(jié)構(gòu)有一定的提高。為了保護(hù)耕地、節(jié)約能源和維持自然生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展, 我國(guó)目前正在建筑業(yè)中大力推廣墻改政策。目前在框架結(jié)構(gòu)中推廣的新型墻體材料一般均具有輕質(zhì)和保溫的特點(diǎn)。采用新型墻體材料一方面可以保護(hù)耕地、降低建筑能耗, 同時(shí), 新型輕質(zhì)墻體材料可以有效降低墻荷, 因而也可以降低框架結(jié)構(gòu)的造價(jià)。在全國(guó)范圍的墻改政策的推動(dòng)下, 以前在框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中普遍使用的實(shí)心黏土磚填充墻材料正逐步被一些新型砌體材料(包括混凝土空心砌塊、粉煤灰砌塊、加氣混凝土砌塊等 所取代。這些新型砌體材料的研發(fā)重點(diǎn)是輕質(zhì)和保溫等性能, 其力學(xué)性能與傳

23、統(tǒng)的黏土磚填充墻材料相比, 尚存在明顯差異。比如, 混凝土空心砌塊不僅塊體尺寸較黏土磚大, 而且存在大量的空腔, 其在水平地震下的破壞過程和特征將與黏土磚填充墻有明顯差異; 另外, 加氣混凝土砌塊填充墻的強(qiáng)度和剛度均較普通黏土磚填充墻低, 其在不同受力階段的內(nèi)力分配和破損過程也將與傳統(tǒng)黏土磚填充墻框架有較大差異。從已有的少數(shù)研究成果可以看出, 新型砌體填充墻框架的開裂位移角比傳統(tǒng)黏土磚填充墻框架的有所提高11-13。但由于缺少針對(duì)新型砌體填充墻框架的系統(tǒng)研究, 目前關(guān)于填充墻框架的抗震設(shè)計(jì)要求仍是以20世紀(jì)80年代開展的黏土磚填充墻框架的研究成果為基礎(chǔ)。因此, 很有必要通過進(jìn)一步研究, 合理確

24、定新型填充墻框架的合理位移角限值, 為規(guī)范的修訂提供背景資料, 同時(shí)也可促進(jìn)新型墻材在填充墻框架中的推廣應(yīng)用。2. 2國(guó)外研究概況國(guó)外對(duì)填充墻框架的研究較我國(guó)早, 所進(jìn)行的試驗(yàn)研究雖以鋼框架結(jié)構(gòu)居多, 但研究的內(nèi)容較為全面, 不僅包括整體剛度和承載力, 也包括填充墻平面外性能等方面。M a l l i c k 等性能試驗(yàn), 并明確指出填充墻存在剛度效應(yīng)。F i o r a t o 等1514開展了帶填充墻框架的抗震通過填充墻框架試驗(yàn)指出, 填充墻框架中柱的塑16性鉸并不全部位于柱端截面處, 而是部分出現(xiàn)在柱高范圍內(nèi), 且塑性鉸出現(xiàn)的位置與墻面是否開洞口等情況有關(guān)。這說(shuō)明填充墻對(duì)框架柱的支撐作用

25、改變了框架的內(nèi)力分布。G o v i n d a n 等通過填充墻框架與空框架的對(duì)比試驗(yàn), 指出填充墻框架這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)于空框架, 填充墻框架具有更大剛度、較好耗能能力和延性, 且填充墻框架的抗側(cè)能力大于填充墻和框架各自的抗側(cè)能力之和。A b r a m s 等17探討了砌體填充墻框架在平面內(nèi)受力開裂后的平面外性能。試驗(yàn)結(jié)果表明, 已開裂填充18墻的高厚比和原有砌體的抗壓強(qiáng)度是影響填充墻平面外強(qiáng)度的主要因素。S c h n e i d e r 等建議填充墻的高寬比應(yīng)控制在0. 33之間。F l a n a g a n 等20通過研究填充墻截面尺寸指出, 填充墻的高寬比越小, 其承載能力越

26、高; 填充墻墻厚越大, 其承載能力越高, 延性也越好。并進(jìn)行了填充墻框架的大比例模型試驗(yàn), 認(rèn)為填19充墻的極限荷載是由填充墻砌體抗壓強(qiáng)度和厚度所控制。C h a k e 等進(jìn)行了三層空心黏土磚填充R C 框架與R C 空框架的振動(dòng)試驗(yàn), 結(jié)果顯示填充墻框架的基本周期遠(yuǎn)小于空框架的基本周期。如果采用集中質(zhì)量剪切梁模型計(jì)算兩個(gè)框架的剛度, 可以發(fā)現(xiàn)在彈性階段填充墻框架的剛度是空框架的7倍。這說(shuō)明在地震作用計(jì)算和剪力分配時(shí)忽略填充墻的作用可能導(dǎo)致較大的誤差。D a f n i s 等21進(jìn)行了灰砂磚填充墻框架平面外抗震性能振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn), 認(rèn)為填充墻與結(jié)構(gòu)形成有效連接,22能使填充墻產(chǎn)生拱效應(yīng), 從而

27、大大提高填充墻的平面外強(qiáng)度和抗震性能。G h a s s a n 等指出, 填充墻框架的剛度和強(qiáng)度隨著跨度增加而有所增加。H e n d e r s o n 等23通過5個(gè)單層填充墻框架試驗(yàn), 認(rèn)為填充墻失效的機(jī)理由砌體的抗剪強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和幾何尺寸等因素的綜合作用所控制。并通過大、小比例模型的靜、動(dòng)力試驗(yàn)認(rèn)為, 填充墻開裂對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度影響很大, 而對(duì)承載能力卻影響不大。H e n d e r s o n 等也對(duì)填充墻框架平面外剛度特性進(jìn)行了研究, 并認(rèn)為填充墻平面內(nèi)剛度、初始法向應(yīng)力、墻與框架的連接方式和墻體相對(duì)于框架軸線的偏心值等是影響平面外剛度的主要因素?？梢? 填充墻的平面外性能主要與

28、連接條件、砌體抗壓強(qiáng)度和填充墻高厚比有關(guān)。3研究展望根據(jù)填充墻框架結(jié)構(gòu)的震害特點(diǎn)、研究現(xiàn)狀、墻改政策需要和當(dāng)代抗震設(shè)計(jì)理念的發(fā)展趨勢(shì), 開展新型, ,176地震工程與工程振動(dòng)第28卷也將為今后我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂提供科學(xué)依據(jù)。為此, 筆者提出了“新型砌體填充墻R C 框架結(jié)構(gòu)抗震性能與設(shè)計(jì)方法”這一研究課題, 其基本思想是在新型砌體R C 框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究基礎(chǔ)上, 通過試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬, 系統(tǒng)研究砌塊類型(包括黏土磚、混凝土空心砌塊和加氣混凝土砌塊 對(duì)R C 框架結(jié)構(gòu)的剛度效應(yīng)和約束效應(yīng)、協(xié)同工作性能、剛度和強(qiáng)度退化規(guī)律、不同功能水平結(jié)構(gòu)變形限值和地震反應(yīng)分析方法, 最終建立

29、新型砌體填充墻R C 框架性能抗震設(shè)計(jì)方法。從近年來(lái)填充墻框架理論與試驗(yàn)研究成果可知, 填充墻框架由于框架與填充墻之間的協(xié)同工作, 其受力性能與空框架存在明顯差異。填充墻框架的剛度、承載能力、耗能能力均比空框架有顯著提高, 同時(shí)由于剛度大且填充墻開裂較早, 因而在地震時(shí)填充墻的震害較容易出現(xiàn)。鑒于填充墻對(duì)框架影響的優(yōu)缺點(diǎn)并存, 現(xiàn)階段的理論與試驗(yàn)研究雖取得一定的成果, 但仍不夠完善, 在設(shè)計(jì)中全面考慮其影響仍有困難, 設(shè)計(jì)理論的進(jìn)步和墻體材料的改革也迫切需要開展進(jìn)一步的研究工作。作者認(rèn)為尚必須重點(diǎn)開展以下研究:(1 在全國(guó)范圍的墻改政策的推動(dòng)下, 以前在框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中普遍使用的實(shí)

30、心黏土磚填充墻材料正逐步被一些新型砌體材料(包括混凝土空心砌塊、粉煤灰砌塊、加氣混凝土砌塊等 所取代。但由于缺少新型砌體填充墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能的相關(guān)研究, 目前設(shè)計(jì)中仍主要沿用基于黏土磚填充墻的規(guī)定, 使得新型墻體材料的性能優(yōu)勢(shì)得不到充分發(fā)揮, 在一定程度上阻礙新型砌體填充墻的推廣應(yīng)用。因此, 開展新型砌體填充墻框架抗震性能和設(shè)計(jì)方法研究, 既可為今后新型填充墻框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù), 同時(shí)也有助于墻改、節(jié)能政策以及新型材料的推廣和應(yīng)用。(2 建筑物的性能水平是結(jié)構(gòu)性能水平和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能水平的綜合體現(xiàn)。填充墻作為框架結(jié)構(gòu)中最重要且易遭受地震損壞的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件, 其在不同水平的設(shè)計(jì)地震作用下

31、的性能, 特別是不同性能目標(biāo)下的變形容許值的研究就顯得至關(guān)重要?？紤]到以往填充墻框架的研究工作并不在基于性能的抗震設(shè)計(jì)理念背景下開展, 且一般是以黏土磚填充墻為研究對(duì)象, 因此, 很有必要針對(duì)基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論的需要, 開展關(guān)于新型砌體填充墻R C 框架結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)和理論研究工作, 特別是不同性能水平的損傷狀態(tài)描述和變形容許值的研究。(3 由于試驗(yàn)條件的限制, 以前大多數(shù)的試驗(yàn)研究都是以單層單跨填充墻框架基本結(jié)構(gòu)單元作為研究對(duì)象。大量基于基本填充墻框架單元的研究成果均表明填充墻框架的剛度、承載能力乃至耗能能力均比空框架有明顯提高。這種認(rèn)識(shí)造成工程界對(duì)于填充墻框架的抗震設(shè)計(jì)方法過于簡(jiǎn)化。除了在

32、地震作用計(jì)算時(shí)采用周期折減系數(shù)以考慮填充墻對(duì)整體剛度的影響, 其它設(shè)計(jì)計(jì)算均不考慮填充墻對(duì)強(qiáng)度、剛度和剪力分配的影響, 且往往認(rèn)為這種簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法是偏于安全的。實(shí)際震害卻揭示了砌體填充墻的剛度效應(yīng)和約束效應(yīng)所造成的短柱破壞、扭轉(zhuǎn)破壞和軟弱層破壞是框架結(jié)構(gòu)地震倒塌的主要影響因素。因此, 很有必要針對(duì)填充墻框架的上述震害特點(diǎn), 開展多層多跨填充墻框架結(jié)構(gòu)試驗(yàn), 以研究填充墻沿跨間和層間的不均勻布置對(duì)填充墻框架抗震性能的影響。(4 目前關(guān)于填充墻連接方式和填充墻開洞情況對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能影響的研究成果尚少見報(bào)道。填充墻與框架的連接方式不僅影響填充墻平面內(nèi)在受荷載后的承載能力發(fā)揮和平面外性能, 同時(shí)對(duì)框架

33、結(jié)構(gòu)的受力性能也有影響。填充墻開洞的位置與大小不僅影響其自身的受力性能和破壞形態(tài), 而且和框架結(jié)構(gòu)破壞模式有一定關(guān)系。故應(yīng)對(duì)這兩方面開展進(jìn)一步研究, 以尋求可靠實(shí)用的連接方式和完善填充墻框架的承載能力計(jì)算。(5 框架與填充墻的剪力分配隨填充墻與框架剛度比和填充墻所處性能狀態(tài)的不同而變化。由于填充墻的剛度和強(qiáng)度在地震作用過程中處于動(dòng)態(tài)變化過程, 填充墻框架中填充墻與框架各自不利地震內(nèi)力的確定尚有待進(jìn)一步試驗(yàn)和理論研究。參考文獻(xiàn):1尹之潛. 在水平荷載作用下磚填充墻對(duì)框架承載力影響的試驗(yàn)研究R . 地震工程研究報(bào)告第三集, 1977.2劉大海, 鐘錫根, 楊翠如. 磚填充墻框架房屋的地震內(nèi)力分析J

34、 . 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 1981, 2(34 :34-43.3童岳生, 錢國(guó)芳. 磚填充墻鋼筋混凝土框架的剛度及其應(yīng)用J . 西安冶金建筑學(xué)院學(xué)報(bào), 1985, 17(4 :21-35.4童岳生, 錢國(guó)芳. 磚填充墻鋼筋混凝土框架房屋實(shí)用抗震計(jì)算方法J . 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 1987, 8(1 :43-52.5童岳生, 錢國(guó)芳. 磚填充墻鋼筋混凝土框架的變形性能及承載能力J . 西安冶金建筑學(xué)院學(xué)報(bào), 1985, 17(2 :1-21.6吳綺蕓, 田家弊, 徐顯毅. 磚填充墻框架在單向及反復(fù)水平荷載作用下的性能研究J .建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 1980, 4(38 :38-43.7, . , 1993,

35、2-46.第 6 期 郭子雄 等 : 砌體填充墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究現(xiàn)狀與展望 8 關(guān)國(guó)雄 , 夏敬謙 . 鋼筋混凝土框架磚填充墻結(jié)構(gòu)抗震性能的研究 J . 地震工程與工程振動(dòng) , 1996, 16( 1 :87 - 99. 9 朱榮華 , 沈聚敏 . 磚填充墻鋼筋混凝土框架擬動(dòng)力地震反應(yīng)試驗(yàn)及理論分析 J . 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào) , 1996, 17( 4 :27 340. 10 曹萬(wàn)林 , 龐國(guó)新 , 王光遠(yuǎn) , 等 . 輕質(zhì)填充墻異型柱框架抗震性能試驗(yàn)研究 J . 地震工程與工程振動(dòng) , 1997, 17( 2 :106 112. 11 黃雅捷 , 梁興文 , 吳敏哲 . 鋼筋混凝土異形柱框架

36、結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)與分析 J . 建筑結(jié)構(gòu) , 2002, 32( 1 :49 -52. 12 劉玉姝 , 李國(guó)強(qiáng) . 帶填充墻鋼框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)力性能試驗(yàn)及理論研究 J . 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào) , 2005, 26( 3 : 78 85. 13 戴紹斌 , 余 歡 , 黃 俊 . 填充墻與鋼框架協(xié)同工作性能非線性分析 J . 地震工程與工程振動(dòng) , 2005, 25( 3 :24 -28. 177 14 M a l l i c kDV , S e v e n RT .T h e b e h a v i o u r o f i n f i l l e df r a m e s u n d e r s t a

37、t i c l o a d i n g C / P r o c e e d i n g s o f t h e I n s t i t u t i o no f C i v i l E n g i n e e r s , 1968, 66 ( 5 :639 -657. 15 F i o r a t oAE , S o z e n MA , C a m b l e WL .A n i n v e s t i g a t i o n o f t h e i n t e r a c t i o n o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a m e s

38、 w i t h m a s o n r y f i l l e r s w a l l s R . U n i v e r s i t y o f I l l i n o i s , 1970. 16 G o v i n d a n P , L a k s h m i p a t h y M , S a n t h a k u n m a r AR . D u c t i l i t yo f i n f i l l e d f r a m e s J .J o u r n a l o f S t r u c t u r e . , A C I , 1986, 83( 5 : 567 576

39、. 17 A b r a m s DP , A n g e l R , U z a r s k i J .O u t o f p l a n e s t r e n g t h o f u n r e i n f o r c e d m a s o n r y i n f i l l p a n e l s J . E a r t h q u a k e S p e c t r a , 1996, 12( 4 : 825 844. 18 S c h n e i d e r SP , Z a g e r s BR , A b r a m s DP . L a t e r a l s t r e n g t h o f s t e e l f r a m e s w i t h m a s o n r y i n f i l l s h a v i n g l a r g e o p e n i n g s J . J o u r n a l o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g , 1998, 124( 8 : 896 -904.