填充墻對框架結(jié)構(gòu)動力效應(yīng)影響分析及設(shè)計應(yīng)對策略.pdf

1、在建筑結(jié)構(gòu)中，框架結(jié)構(gòu)體系是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一。這種結(jié)構(gòu)之所以被廣泛應(yīng)用，是基于以下幾個方面:第一，現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)的整體性強、剛度較好，設(shè)計處理好能達到較好的抗震效果;第二，可以把框架梁、柱澆注成各種需要的截面形狀，不僅實用而且美觀;第三，填充墻自重越來越輕，使框架結(jié)構(gòu)的自重越來越小;第四，框架結(jié)構(gòu)可以靈活分割空間，能夠更好的配合建筑平面布置。
　　 歷年來世界各地關(guān)于框架結(jié)構(gòu)的震害報告和相關(guān)報道表明，框架結(jié)構(gòu)中填

2、充墻往往自身最先發(fā)生破壞，其破壞會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的破壞，嚴重時甚至會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體破壞。造成上述結(jié)果的原因較多，本文主要從結(jié)構(gòu)設(shè)計方面來分析。目前，由于各種計算分析應(yīng)用軟件功能和設(shè)計分析技術(shù)的限制，在進行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時工程師基本都是采用純框架模型進行簡化分析，之后依據(jù)規(guī)范給出的相關(guān)條文控制和調(diào)整結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果，最后繪制施工圖紙。純框架簡化方法是在對純框架模型模態(tài)分析得到結(jié)構(gòu)自振周期后，再依據(jù)“高規(guī)”JGJ3-2010或“抗規(guī)”GB500

3、11-2010有關(guān)條文規(guī)定，對框架結(jié)構(gòu)自振周期進行折減。這種簡化方法，首先忽略填充墻對結(jié)構(gòu)承載力的影響，把填充墻的自重作為線荷載布置在框架結(jié)構(gòu)相應(yīng)的位置上，其次忽略填充墻對結(jié)構(gòu)的剛度改變和約束嵌固作用，來補充考慮填充墻對框架結(jié)構(gòu)剛度和自振周期的影響。
　　 雖然從實用角度來看，這種做法操作簡單，易于實施，但是規(guī)范給出的結(jié)構(gòu)自振周期折減系數(shù)是一個取值區(qū)間值，并未給出針對不同的填充墻材料、填充墻分布密度、建筑物實際情況的具體解決方案

4、，這就導(dǎo)致具體工程設(shè)計過程中，工程人員往往需要憑借經(jīng)驗確定具體的自振周期折減系數(shù)數(shù)值。經(jīng)過分析得知，對于一個多層框架結(jié)構(gòu)，當周期折減系數(shù)減小0.1時，結(jié)構(gòu)的計算地震力將增大約10％，如果設(shè)計人員由于設(shè)計經(jīng)驗不足采用了不當?shù)闹芷谡蹨p系數(shù)，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果偏于不安全。
　　 鑒于此，本文對填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性影響進行研究，使用ANSYS10.0有限元軟件，選用SHELL63單元、以實際的密度、彈性模量、厚度、形式等對填充墻進行模

5、擬，建立各種框架填充墻模型，采用動力時程分析法對各模型進行地震作用分析。本文的研究內(nèi)容主要有以下幾個方面:
　　 (1)分別研究了填充墻參與抗震計算和不參與抗震計算對結(jié)構(gòu)抗震性能各方面的影響。考慮填充墻后結(jié)構(gòu)的自振周期減小、剛度增加、樓層位移顯著減小、馮·米塞斯等效應(yīng)力和應(yīng)變減小。建議:在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)填充墻的情況，合理考慮填充墻在抗震方面的貢獻;
　　 (2)薄弱層發(fā)生在結(jié)構(gòu)底部時，將純框架和無薄弱層的框架填充墻進行

6、抗震性能對比:填充墻沿豎向均勻分布比不均勻分布更有利于增加結(jié)構(gòu)的剛度，減小結(jié)構(gòu)的自振周期，填充墻是否均勻布置對結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)周期影響較大，并且在底層結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力和等效應(yīng)變比純框架和無薄弱層的框架填充墻都要大。建議:調(diào)整其樓層剛度，避免剛度突變，因為建筑需求不能避免的，要采取加固等措施保證結(jié)構(gòu)的安全;
　　 (3)不同開洞率下結(jié)構(gòu)的抗震性能對比分析:隨著開洞率的增加，結(jié)構(gòu)的剛度越小，樓層位移越大，結(jié)構(gòu)的馮·米塞斯等效應(yīng)變增大，結(jié)構(gòu)的

7、馮·米塞斯等效應(yīng)力增大，對抗震不利。建議:在滿足采光需求的前提下，盡量開小洞，或者規(guī)范可以就此增加相關(guān)規(guī)定或構(gòu)造措施;
　　 (4)同樣的框架結(jié)構(gòu)采用不同的填充材料時，結(jié)構(gòu)在抗震性能各方面的對比:在填充材料彈性模量大致相等，密度減小時，結(jié)構(gòu)的頻率增大，周期減小，結(jié)構(gòu)的位移減小，結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力和應(yīng)變都減小，結(jié)構(gòu)越安全，越有利于抗震;在填充墻材料的密度大致相近，彈性模量減小時，結(jié)構(gòu)的頻率減小，周期增大，結(jié)構(gòu)的位移增大，結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力