框架結(jié)構(gòu)填充墻影響和強(qiáng)梁弱柱成因研究

石宏彬

（中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080）

（作者電子信箱：石宏彬：iem－shb＠126．com）

由于對(duì)填充墻影響研究的不足，以及又不屬于主體結(jié)構(gòu)的一部分，通常將填充墻作為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在抗震設(shè)計(jì)中往往被忽略，然而在地震中填充墻表現(xiàn)為主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，決定著整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，布置不當(dāng)往往會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)薄弱層或扭轉(zhuǎn)破壞；而對(duì)于無(wú)填充墻的框架結(jié)構(gòu)在地震中更多的表現(xiàn)為“強(qiáng)梁弱柱”破壞，并未實(shí)現(xiàn)預(yù)期的“強(qiáng)柱弱梁”延性破壞機(jī)制。上述震害現(xiàn)象引起了研究人員極大重視，并開(kāi)展了廣泛研究。本文在系統(tǒng)總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究和深入分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗(yàn)和實(shí)際震害，就填充墻對(duì)整體結(jié)構(gòu)抗震性能的影響以及“強(qiáng)梁弱柱”的成因進(jìn)行了研究，主要工作如下：

（1）總體上填充墻的存在明顯提高了整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)填充墻框架和空框架結(jié)構(gòu)計(jì)算模型進(jìn)行多遇及罕遇地震下的動(dòng)力時(shí)程分析，對(duì)比了兩個(gè)計(jì)算模型的樓層加速度和位移反應(yīng)，表明填充墻能顯著提高框架結(jié)構(gòu)的剛度；通過(guò)耗能機(jī)制的分析，指出了填充墻是結(jié)構(gòu)非彈性耗能的主要構(gòu)件，在結(jié)構(gòu)耗能中起著積極的作用；通過(guò)破壞模式的分析，表明填充墻與框架結(jié)構(gòu)的相互作用導(dǎo)致柱子先于梁破壞，但在相同地震動(dòng)作用下，柱子破壞程度明顯小于空框架計(jì)算模型。

（2）揭示了計(jì)算模型誤差是產(chǎn)生“強(qiáng)梁弱柱”的原因之一。結(jié)合精細(xì)有限元模型，分析了目前廣泛使用的簡(jiǎn)化有限元模型誤差產(chǎn)生的原因，并通過(guò)不同荷載工況下兩種計(jì)算模型內(nèi)力分布的比較，指出計(jì)算模型誤差也是形成“強(qiáng)梁弱柱”的原因之一，在計(jì)算中應(yīng)予以考慮。

（3）提出了板殼耦合梁板模型。針對(duì)簡(jiǎn)化有限元模型不能合理考慮樓板影響的缺點(diǎn)，本文對(duì)現(xiàn)有的剛臂耦合梁板模型進(jìn)行了改進(jìn)，提出了板殼耦合梁板模型，通過(guò)不同荷載工況下內(nèi)力分布的比較。結(jié)果表明，該模型的計(jì)算精度較簡(jiǎn)化有限元模型有較大的改善，在相同精度的前提下，比剛臂耦合梁板模型更具有計(jì)算上的優(yōu)勢(shì)。

（4）樓板能顯著提高梁端負(fù)彎矩承載力并影響“強(qiáng)柱弱梁”的形成。將耦合梁板簡(jiǎn)化為不同有效翼緣寬度的T型梁，進(jìn)行靜力和動(dòng)力作用下的對(duì)比分析，討論了不同有效寬度樓板對(duì)梁端彎矩承載力及屈服機(jī)制的影響，指出板筋參與比例是重要參數(shù)，并通過(guò)耗能機(jī)制分析進(jìn)一步說(shuō)明了由于樓板的影響，柱子成為主要的耗能構(gòu)件，在地震中破壞相對(duì)較重。