汶川地震中填充墻對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響及分析

1、第36卷第5期2010年10月四川建筑科學(xué)研究SichuanBuildingScience141汶川地震中填充墻對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響及分析潘毅，一，楊瓊，林擁軍，張豐報(bào)(1西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031；2四川省建筑科學(xué)研究院，四川成都61(~81；3抗震工程技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610031)摘要：汶川地震中大量鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)受到不同程度的損壞，主要的震害表現(xiàn)為框架結(jié)構(gòu)的填充墻出現(xiàn)嚴(yán)重開(kāi)裂或破

2、壞，而框架結(jié)構(gòu)的主體構(gòu)件(框架梁、框架柱)破壞相對(duì)較輕。目前，我國(guó)規(guī)范中填充墻對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明，而填充墻與框架結(jié)構(gòu)的相互作用對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震性能的影響卻是存在的。結(jié)合汶川地震中填充墻框架結(jié)構(gòu)的各種破壞情況，研究填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間作用的機(jī)理，分析地震作用下填充墻對(duì)于框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，并對(duì)填充墻框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和抗震加固提出合理的建議。關(guān)鍵詞：填充墻；鋼筋混凝土框架；抗震性能中圖分類(lèi)號(hào)：TU3754文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文

3、章編號(hào)：1008—1933(2010)05—141—04SeismicanalysisofmasonryinfilledRCframestructuresinWenchuanearthquakePANYi，YANGQiong，UNYongjun，ZHANGFengbao(1SchoolofCivilEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China；2SichuanIn

4、stituteofBuildingResearch，Chengdu610081，China；3KeyLaboratoryofSeismicEngineeringofSichuanProvince，Chengdu610031，China)Abstract：IntheWenchuanearthquake，amassofmasonryinfilledRCframestucuressufereddiferentdegreeofdestructi

5、on，themainearthquakedamageisthatthemasonryiniilledwailspresentedtheseriouscrackorthedestruction，butthedamageofmainframememberwasrelativelylight，suchasbeamsorcolumnsAtpresent，theseismicpropertyofthemasonry—infiHedwallshas

6、n’texplicitexplanationinOil1“nationcode，buttheinfluenceofthemasonryinfiUedwallsandRCframestucures’SinteractiontotheRCframeseismicprope~yexistedCombinedwithdiferentdestructionsituationofmasonry—infiUedRCframestructures，th

7、einteractivemechanismofthemasonry—infiUedwallsandframestucureswasstudied，andtheinfluenceofthemasonry—infinedwallstotheRCframeseismicpropertywasanalyzedMoreoverthereasonableproposaltomasonryinfilledRCframestructure’Sseism

8、icdesignandstrengtheningWasputforwardKeywords：masonryinfiUedwalls；reinforcedconcreteframe；seismicproperty0引言2008年5月12日在中國(guó)四川汶川發(fā)生了里氏80級(jí)地震，這次地震中大量的建筑物損毀，對(duì)人們的生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重影響。大量鋼筋混凝土框架收稿日期：200905—12作者簡(jiǎn)介：潘毅(1977一)，男，重慶人，副教授，博士，研究方

9、向?yàn)楣こ探Y(jié)構(gòu)的鑒定與加固理論及應(yīng)用、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)?；痦?xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題資助項(xiàng)目(2009BAJ28B01)；西南交通大學(xué)校科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2008A02，2008A05)；西南交通大學(xué)青年教師科研起步資助項(xiàng)目(2008Q08I)E—mail：panyi@homeswjtueduall結(jié)構(gòu)的震害表現(xiàn)為填充墻出現(xiàn)裂縫、甚至倒塌，柱頂和柱腳處保護(hù)層脫落、縱筋壓屈。按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，將填充墻視為非結(jié)構(gòu)

10、構(gòu)件，采用純框架的設(shè)計(jì)方法，僅將填充墻的自重計(jì)算到結(jié)構(gòu)荷載中去，填充墻在結(jié)構(gòu)體系中不起承重和抗剪作用。我國(guó)GB50011—2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》374條中規(guī)定：圍護(hù)墻和隔墻應(yīng)考慮對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的不利影響，避免不合理設(shè)置而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的破壞。該條僅指出了填充墻的設(shè)置可能對(duì)主體結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不利影響，但并沒(méi)有明確指出影響的具體方式以及對(duì)主體結(jié)構(gòu)影響的程度。JGJ3—2002((高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對(duì)框架結(jié)構(gòu)中的填充墻設(shè)計(jì)的規(guī)2010N

11、o5潘毅，等：汶川地震中填充墻對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響及分析143置形式復(fù)雜，會(huì)造成在整個(gè)平面內(nèi)的剛度不對(duì)稱(chēng)，使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心和剛度中心的偏離。在地震作用下，這種結(jié)構(gòu)的建筑將受到扭矩的作用，很可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。圖4為汶川地震中漢旺鎮(zhèn)某框架結(jié)構(gòu)的破壞情況，該建筑底層為商用，為了得到大空間，去掉了部分填充墻，又由于使用功能的要求，后砌了一部分墻來(lái)分割空間，這使得該建筑底層填充墻的平面布置很復(fù)雜，在平面上的剛度很不均勻，在地震中發(fā)生

12、了扭轉(zhuǎn)破壞。圖4某框架結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)破壞情況Fig4Torsionfailureofaframeconstruction22填充墻沿豎向布置不均勻造成的薄弱層破壞一些框架結(jié)構(gòu)的底層設(shè)計(jì)為倉(cāng)庫(kù)、車(chē)庫(kù)，特別是一些臨街建筑的底層，經(jīng)常設(shè)計(jì)為商店，這些功能都需要有較大的空間，導(dǎo)致底層布置的填充墻較上部填充墻就偎少，有時(shí)甚至不布置。這就造成了結(jié)構(gòu)豎向剛度突變，底層剛度過(guò)小，底層就成為了結(jié)構(gòu)的薄弱層，容易發(fā)生薄弱層破壞。圖5為汶川地震中都江堰市某新建房

13、屋的破壞情況，該建筑為住宅樓，底層設(shè)計(jì)為車(chē)庫(kù)。該底層全部為框架梁、柱，沒(méi)有填圖5都江堰市某建筑底層薄弱層破壞Fig5Weaklayerfailureofabuilding’S[roundfloor充墻，形成了薄弱層，地震后底層柱基本全部形成塑性鉸，保護(hù)層脫落，縱筋屈曲，形成了典型的薄弱層破壞。雖然該建筑底層柱破壞嚴(yán)重，但是上部結(jié)構(gòu)卻基本沒(méi)有受到多大影響。這為我們進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)提供了思路，可以在建筑的基礎(chǔ)部位設(shè)置隔震層，通過(guò)隔震層提高整個(gè)隔

14、震建筑的阻尼及自振周期，從而達(dá)到減輕地震對(duì)上部主體結(jié)構(gòu)損壞的目的。23填充墻開(kāi)洞造成的短柱破壞短柱破壞是這次汶川地震中的常見(jiàn)破壞形式。由于開(kāi)設(shè)門(mén)窗洞口的需要，砌體只填充到框架柱的局部高度。這部分填充墻約束了框架柱底部的自由變形，減小了柱的有效計(jì)算高度，加大了該部分柱的側(cè)向剛度。而地震作用是按抗側(cè)力構(gòu)件的剛度進(jìn)行分配，這部分增加了剛度的柱子必將分配到更大的剪力，若超出其抗剪承載力，就發(fā)生脆性的剪切破壞，形成短柱破壞，如圖6所示。由于短柱的

15、破壞具有明顯的脆性，其存在會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能受到嚴(yán)重影響，因此，應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造措施來(lái)避免該類(lèi)破壞。圖6填充墻開(kāi)洞造成的短柱破壞Fig6Shortcolumnfailureofmasonryinfllledwallsopening此外，實(shí)際工程中填充墻通常直接在框架梁上砌筑，這就減小了框架梁的彎曲變形，增大了框架梁的剛度，導(dǎo)致柱端首先發(fā)生彎曲破壞而形成塑性鉸，使框架結(jié)構(gòu)的“強(qiáng)柱弱梁”的屈服機(jī)制就難以實(shí)現(xiàn)，如圖7所示。3結(jié)論與建議在填充墻框架結(jié)