輕質填充牆對鋼筋混凝土框架建築結構抗震能力的影響分析論文

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鋼筋混凝土框架建築結構是時下中國最廣泛運用的建築結構之一,其結構的特點就是在框架間填充多種材料組成的輕質填充牆。在現實的情況中,輕質填充牆的設計與施工並沒有完全按照國家相關的規範要求,因此在地震等災害的影響下,這種被視為非結構部件的、比例欠協調的並且與規範要求不完全相符的輕質填充牆受損情況十分嚴重。結構的設計只有符合規範與計算要求,才能夠有效抵禦無法預測的地震災害。因此,除了對結構構件的準確計算和設計,設計人員還必須要加強對非結構構件的研究和設計。

輕質填充牆對鋼筋混凝土框架建築結構抗震能力的影響分析論文

1 輕質填充牆對鋼筋混凝土框架建築結構抗震能力的作用

輕質填充牆對於鋼筋混凝土框架建築結構的抗震能力存在有利的作用,其作用主要有以下方面:

1. 1 提升框架建築結構承載力

據相輕質填充牆框架建築結構基於效能的抗震分析表明,輕質填充牆與框架建築結構密切聯絡,協同工作的。兩者作為組合的結構,能夠一起承受地震的強烈作用。通過低周往復迴圈載入實驗中不難看出,在模擬崩裂、破壞等階段時,純框架與一定比例輕質填充牆框架建築結構的承載力有較大差距: 純框架測得水平承載能力不足200kN,然而1 ∶ 2. 5 比例輕質填充牆在實驗中所測得的水平承載能力接近300kN,輕質填充牆框架建築結構的水平承載力明顯大於純框架。

1. 2 增強框架建築結構的耗能能力

輕質填充牆相較於純框架在一定程度上更能夠承擔地震前期的衝擊力。因為輕質填充牆的剛度較大,在地震時利用材料本身的變形以及相互之間的作用,能夠有效的吸取地震所釋放的部分能量。從這個角度來說,在地震時輕質填充牆具有一定阻擋作用,使得框架在耗能上的作用退居“二線”。因此,輕質填充牆通過增強框架建築結構的耗能能力,使得結構的整體穩定性得到加強,減輕了地震作用對框架建築結構的破壞程度。相關實驗進一步指出,實體輕質填充牆的耗能能力最強,是純框架建築結構兩倍有餘。

1. 3 強化框架建築結構的整體變形能力

輕質填充牆與框架協同工作,兩者的緊密聯絡提高了框架的`穩定性。框架在輕質填充牆的支撐作用下,自身的剛度得到提升,自身的變形能力與側向位移有所降低。相關的實驗研究顯示,實體材料的輕質填充牆框架建築結構的剛度至少是純框架建築結構的五倍,並且其位移角是純框架建築結構的百分之一。輕質填充牆對框架建築結構的剛度貢獻,進一步強化框架建築結構的整體變形能力。

2 輕質填充牆對鋼筋混凝土框架建築結構抗震能力的不利影響

2. 1 導致框架建築結構出現薄弱層

導致框架建築結構出現薄弱層的直接原因就是施工方為使得底部的空間再變大,滿足相關功能建築的需求,因此在施工的過程中對於底部的輕質填充牆的設定缺乏規範性甚至忽視對於輕質填充牆的設定。相反,上部空間的輕質填充牆大量設定增大了上部結構的豎向剛度,在地震作用下,剛度較小的底部空間易於變形、突變,造成薄弱層破壞。薄弱層的出現使得地層在地震中極易發生災難性後果。《建築抗震設計規範》明確要求應避免上下層剛度差距過大的情況。但是在現階段的結構設計中,僅僅把輕質填充牆作為荷載輸入計算模型,而沒有在計算中引入輕質填充牆的剛度影響,從而造成計算模型不能完全反映實際結構的剛度變化。這就需要設計人員根據實際工程經驗調整計算模型,人為考慮輕質填充牆的設定可能造成的剛度影響。

2. 2 增大了結構地震作用

輕質填充牆的存在一定程度上增大了結構地震作用。這是因為輕質填充牆使得整體的剛度加大,減小了結構的自振週期,而結構的自振週期與地震的作用力成反比關係,因此加大了地震的影響力。上文已經辯證闡述,基於研究材料的匱乏,《建築抗震設計規範》只是對於實心磚填的輕質填充牆框架的自振週期有明確規定,但是如今各種輕質的填充材料十分常見,相應的結構設計規範對此也只能夠籠統的概括,因此儘快的完善國家的相關規範規程對於輕質填充牆框架建築結構的設計具有重要的指導性。

2. 3 造成短柱破壞

長柱的破壞狀況在框架柱中最為常見,但是由嵌磚砌牆而成輕質填充牆因為其窗洞較寬等因素致使其頂部沒有砌築完全,因此在輕質填充牆對框架柱的約束力的作用下,長柱的有效長度大大縮短,成為短柱。短柱自身的側向剛度比長柱要大得多,同時短柱在水平方向承受的地震作用力要比長柱大,並且短柱的變形量較長柱更大,致使其在地震的過程中的剪下破壞程度變大。在經歷了汶川地震、玉樹地震等災害的慘痛教訓後,國家《建築抗震設計規範》明確的規定由砌體輕質填充牆的框架建築結構要務必要避免其形成短柱,並且其剪跨比要小於等於2,柱高和橫截面的高度之比要小於等於4。

3 輕質填充牆應用的注意事項

本文通過輕質填充牆對鋼筋混凝土框架建築結構抗震能力的作用以及對其不利影響的分析,總結了輕質填充牆在應用過程中相關的注意事項。

( 1) 輕質填充牆對於鋼筋混凝土框架建築結構抗震能力的利弊影響還有待與進一步的研究和完善。我國的相關規範規程應該結合國內外的研究資料具體明確的給出設計標準與方法,從本質上解決相關的設計人員的“無章循”“無理依”的難題。

( 2) 在實際情況中,為減少地震的破壞所帶來的損失,必須重視輕質填充牆的相關結構設計。必須改變在建設的過程中輕質填充牆的設計圖紙容易被忽視的情況。因此,設計人員需要根據相應規範規程與施工經驗,在設計時考慮施工及使用因素,避免因輕質填充牆的不當設定而造成結構不協調等不利情況。

( 3) 要通過正確的結構設計,使得計算模型與實際情況中的輕質填充牆的問題相一致。

( 4) 設計思路要切實可行。在輕質填充牆框架的設計過程中要考慮其破壞程度的可控性以及維修的便利性。

( 5) 設計人員在的結構動力、剛度控制等設計階段要充分考慮到輕質填充牆剛度的影響。而當輕質填充牆通過柔性連線或其他的連線時,則考慮是否可以忽略其剛度的影響。

( 6) 輕質填充牆要防止被任意拆遷,只有通過相關部門的允許,並制定規範的拆遷方案,才能夠實施輕質填充牆的拆遷。

( 7) 施工方面的重要性亦不可忽視。施工方應嚴格按照相關的規範要求控制材料質量,加強檢測,對輕質填充牆與框架的連線處,保證施工質量,進而有效加強結構整體的穩性與抗震能力。

4 結語

輕質填充牆對鋼筋混凝土框架建築結構抗震能力的影響有利有弊。我們不僅要充分認識到輕質填充牆對於提高鋼筋混凝土框架建築結構的承載力、穩定性及地震耗能作用等方面的有利影響,而且要通過研究儘量減少由輕質填充牆引起的薄弱層破壞、地震作用增大及框架柱的短柱破壞等不利影響。通過理論指導,逐步完善相關的設計規範,提高施工技術,從而保證框架建築結構中輕質填充牆充分發揮其有利作用,減少不利影響。