摘要：阐述了填充墙对结构刚度的影响以及现浇楼板对框架梁的承载力及刚度的影响。对某工程楼层抗剪承载力、自振周期、地震反应力及楼层剪力进行了计算和比较。并提出了相应的抗震设计措施。
关键词：填充墙；强柱弱梁；抗震设计
1、概述
钢筋混凝土框架结构由于其自身的侧向刚度较小，地震作用引起的侧向位移较大，故合理的抗震措施成为框架结构抗震性能实现的有力保证。其中“强柱弱梁”是一项关键控制措施，其目的是使框架结构在强震下形成具有较好抗震性能的稳定的屈服后塑性耗能机构。实际工程中，影响强柱弱梁的因素很多。填充墙是一个最复杂因素，影响也是最大的，所以要明确填充墙的抗震设计目标和相应的配套构造措施。同时应该把这个墙作为整体结构抗震的组成部分，在整体结构的抗震分析和设计中就要给予足够的考虑，相应的措施要跟上，施工中也要落实如果不参与结构受力，目标很明确，那么就跟周边的框架有足够的隔开、分开。
目前规范及现有计算手段尚无法将填充墙对结构刚度的影响进行量化分析。建议设计时可以将填充墙按等强代换的原则换算成较薄的混凝土墙输入模型中，粗略地考察一下填充墙刚度对整体结构的影响，尤其是在结构体型较为复杂且填充墙数量较多的情况下，对于结构扭转效应的控制，此举有一定的参考意义。
从工程实际情况来看，框架结构的填充墙往往由于建筑功能要求而无法均匀布置。如沿街建筑底层往往为商业用房，大空间的要求使填充墙的数量远少于上层；又如底层作为停车使用时，几乎没有填充墙。类似情况比比皆是，设计人员此时必须充分考虑、认真分析其对结构抗震的不利影响，并采取相应的抗震加强措施以确保安全。《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）中的第3.7.4条规定了应考虑填充墙对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏，但未能提出具体的设计计算方法，汶川地震后对规范进行了修编，将该规定修改为强制性条文，但由于填充墙的种类较多、情况复杂，且框架主体的连接情况多种多样，难以规定统一的分析模型及计算参数，因此仍未能提出配套的计算分析方法。通过对震区某框架结构宿舍楼的震害及抗震设计情况进行分析思考，希望获得考虑填充墙对结构抗震不利影响的设计思路和方法。
2、工程概况
2.1结构布置
该四层宿舍楼采用外走廊钢筋混凝土框架结构，平面呈长方形，纵向沿东西向十个开间，底层东侧三个开间为会议室，接着是楼梯间和四个开间的大会议室，其后是另一个楼梯间和卫生间，底层层高为4.0m，二至四层为标准的小开间宿舍用房，向北悬挑2.1m作为外走廊，层高均为3.0m，结构采用单跨框架，跨度为8.1m，每榀框架的距离为4.5m。该工程建成即遭遇汶川大地震，工程所处位置实际烈度强于7度，宿舍楼局部遭到破坏，底层东部墙体局部塌落，框架柱顶破坏或开裂，未出现所预期的“强柱弱梁”的破坏形态。
2.2主要抗震设计参数
按照修编前《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）规定，该建筑抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，建筑抗震设防类别为丙类，框架抗震等级为三级。
3、抗震计算结果对比分析
3.1计算模型
从结构平面布置情况看，该工程刚度不均匀情况出现在底层，由于布置了两个大会议室，造成Y方向底层填充墙只剩下6幅横墙，远少于二至四层11幅，X方向竖向填充墙的布置基本一致。结构抗震设计计算分别按照模型一不考虑填充墙刚度影响及模型二考虑其影响两种模型进行：
模型一填充墙按照常规仅作为作用于梁上的荷载进行分析，忽略其对框架结构刚度的影响；模型二考虑填充墙的刚度，仅考虑其剪切变形，不考虑其弯曲变形，其侧向刚度按照K=EmAm/3h计算，其中Em为填充墙体的弹性模量，Am为填充墙水平截面面积，h为填充墙体的高度。抗震计算按照《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）规定，采用PKPM软件进行。
3.2计算结果及分析
由于该工程X方向竖向填充墙的布置基本一致，因此计算结果的对比分析主要针对Y方向进行。
（1）楼层抗剪承载力
楼层抗剪承载力比值主要反映结构是否存在明显的薄弱部位，以避免结构首先从该部位发生破坏而导致结构的整体垮塌。该工程本层与上一层的楼层抗剪承载力比值可详见表1。
表1楼层抗剪承载力比值表
从表1可以看到，不考虑填充墙的刚度影响时，结构是一个规则框架；考虑填充墙的刚度影响后，一层成为明显的薄弱层，表明结构将首先从一层开始破坏，与工程实际发生的震害情况一致。
（2）自振周期
该工程自振周期计算结果详见表1。
表1自振周期计算结果表
从计算结果看，X向竖向填充墙的布置基本一致，两种模型的侧向刚度因此基本一致，X向的第一自振周期的计算结果反映了这一情况。而Y向的平动自振周期及以扭转为主的第一自振周期两种模型的计算结果相差较大，模型二的计算结果大致为模型一的0.6倍。计算结果充分显示，填充墙的刚度对自振周期的影响不可忽视，所造成的扭转效应同样应引起高度重视。
（3）地震反应力及楼层剪力
小震作用下各楼层的地震反应力及楼层剪力可详见表2。
表2楼层地震反应力、剪力表
从表中可以看到，考虑填充墙的刚度影响后，各楼层的地震反应力及地震剪力大幅增加，而且增加的幅度较为接近。因此，此时若按照模型一进行抗震设计，增加的这部分地震剪力无疑将转由填充墙来承担，导致填充墙较少的楼层由填充墙开始率先破坏，然后导致该楼层框架柱顶破坏。
该工程的实际震害情况证实了上述分析，该建筑的地震破坏集中在一层的东侧，二层以上楼层完好；一层东面外墙局部破碎塌落，框架柱顶破坏，东面楼梯间填充墙破碎塌落，框架柱顶出现裂缝。
4、结论及建议
（1）填充墙不均匀布置所造成的对框架结构抗震的不利影响以及产生的扭转效应必须引起设计人员的高度重视。设计人员应当根据填充墙的种类、实际布置情况，分析结构平面及竖向刚度的变化，判别结构是否存在明显的薄弱部位，以采取有效的抗震加强措施。在抗震设计计算中，必须考虑填充墙刚度的影响。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2002）第3.3.16条强制规定了计算结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响而予以折减。因此，对多层框架结构也可以参照该规定对结构自振周期进行修正。
（2）为了确保“小震不坏”设防目标的实现，应对小震作用下填充墙所承担的地震剪力进行复核计算，保证填充墙自身的抗震安全。现行抗震规范对填充墙自身的抗震安全高度重视，其3.7.1条强制规定非结构构件自身及其与主体的连接应进行抗震设计。从汶川地震建筑震害调查情况来看，存在大量框架结构填充墙垮塌的案例，足以引起设计人员的高度警醒。
（3）由于实际工程中能够增加框架柱的抗弯承载力和刚度的因素很少，规范应给框架柱留有足够的储备，最简单的方法是控制框架柱轴压比，增大柱的最小截面尺寸。另外一种较为简便的强柱弱梁设计的计算方法是：框架梁内力按小震计算确定，框架柱内力按大震弹性计算确定。
（4）目前规范及现有计算手段尚无法将填充墙对结构刚度的影响进行量化分析。建议设计时可以将填充墙按等强代换的原则换算成较薄的混凝土墙输入模型中，粗略地考察一下填充墙刚度对整体结构的影响，尤其是在结构体型较为复杂且填充墙数量较多的情况下，对于结构扭转效应的控制，此举有一定的参考意义。
（5）上述的计算分析及讨论仅仅针对小震情况，为了确保“大震不倒”目标的实现，建议对填充墙平面或竖向布置不规则情况下的框架结构进行大震下的弹塑性变形验算，以确保抗震安全。
参考文献：
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