带缝填充墙—框架结构抗震性能分析.doc

带缝填充墙—框架结构抗震性能分析
     
 
      摘  要  填充墙除了有提高框架结构的承载能力的有利影响外,还有刚度突变形成薄弱层、短柱效应、扭转效应等不利影响。因此填充墙与框架的连接构造,既要保证正常使用时填充墙与框架结构的可靠连接,又要避免地震作用时连接过牢或者刚接。针对填充墙对框架结构的不利影响,提出一种新型的填充墙与框架的连接措施—带缝填充墙,使得填充墙在正常使用的状态下能够为框架结构提供足够大的刚度,减小结构位移,而在地震作用下填充墙刚度迅速退化,减少对框架结构的不利影响。并通过试验分析三种不同缝宽的带缝填充墙框架模型的抗震性能。说明这种连接构造的优越性。
 
      关键字  带缝填充墙,框架结构、连接键、抗震性能
 
      引言
 
     填充墙框架结构以其建筑平面布置灵活、室内空间大等优点,广泛用于厂房、商店、办公室、医院、教学楼及宾馆等建筑中。填充墙在这一结构体系中不起承重、支撑和抗剪切作用,只起围护和隔断作用。
 
     但是由于填充墙的加入,整个结构体系的质量、刚度、自振周期以及整体变形和位移较纯框架结构都会有较大的不同。在具体设计中,只是把填充墙作为一种竖向均布荷载输入到结构计算软件中,并简单地用周期折减来考虑地震时填充墙对框架结构的影响。填充墙除了有提高框架结构的承载能力的有利影响外,还有刚度突变形成薄弱层、短柱效应、扭转效应等不利影响。我们通过近年来的几次地震可以看到,填充墙的破坏不仅造成的损失有超过结构损伤所造成的损失的趋势,并且也能危机人的生命安全。而且,很多填充墙的损伤是发生在地震震级很低的情况下。然而从设计的角度看,填充墙的数量、位置都是不确定的,很难完全考虑填充墙的影响。我们从构造措施的角度来分析填充墙对框架结构的影响。
 
     现在填充墙与框架柱的连接方法为刚性连接,这种做法无论是正常使用状态下还是地震作用时都很大程度增加了框架结构的刚度。抗震规范[2],图集03G329-1中给出了柔性连接的做法。这种做法又很难保证正常使用状态下足够的刚度。
 
     因此填充墙与框架的连接构造,既要保证正常使用时填充墙与框架结构的可靠连接,又要避免地震作用时连接过牢或者刚接。我们提出一种新型的填充墙与框架的连接措施—带缝填充墙,它是在填充墙中开设竖向通缝(通缝通过在砌体内嵌砌聚苯板来实现),并加强填充墙内的钢筋混凝土现浇带,使得钢筋混凝土现浇带与竖向通缝相交处形成连接键。填充墙内由于连接键和竖向通缝的存在,带缝填充墙具有一定的整体工作性能,使得填充墙在风荷载和小震作用下依靠连接键与墙体共同工作提高了框架结构的侧移刚度和承载力,有利于填充墙在正常使用和小震作用下的变形控制;而在大震作用下,连接键首先开裂或屈服退出工作,填充墙自动转变为开通缝填充墙,结构刚度可显著降低,使地震作用减小且具有很好的变形能力和延性,以满足大震作用时塑性变形和耗能要求。
 
     试验介绍
 
     影响带缝填充墙与框架结构协同工作的因素有:缝宽和现浇带的厚度、配筋。其中最主要的因素是缝宽。我们对1/2缩比的三榀不同缝宽的单层单跨带缝填充墙框架试件进行低周反复加载试验,分析三组试件的承载能力、刚度变化、延性及耗能能力和连接键的受力情况。
 
    1 填充墙做法
 
    三组试件的外形尺寸、配筋均相同,缝宽分别为2cm、4cm、6cm。为了简化试验,方便构件的制作及试验结果的取得,填充墙采用120mm厚M5混合砂浆砌筑MU10机制红砖。墙体中不设拉接筋,只保留每隔1000mm高的现浇带,由于缩比,现浇带为每隔520mm设一道,厚度为40mm并采用C20细石混凝土浇筑,内放HPB235级钢筋2 6,两侧与柱内预埋件焊接连接,分别由2cm、4cm、6cm厚的聚苯板嵌砌在砖墙内形成竖向通缝,它能够保证地震时结构在允许范围内的变形,并能在不影响结构变形的前提下满足建筑物的隔音、保温等使用功能。填充墙中间加设一根构造柱,实际尺寸120mm×120mm,内配纵向钢筋HPB235级钢筋4 10,箍筋为HPB235级钢筋 ******@100/200,加密区高度按照03G329中的相应规定执行,填充墙两侧需要抹10mm厚砂浆,将表面抹平,并且在填充墙与框架及基础梁相交的四周需要在抹面砂浆内加钢丝网,防止表面干裂。如图1:
图1   带缝填充墙做法示意图
 
 
 
     2 试验方法
 
     本试验采用低周期反复水平荷载试验模拟水平地震作用,低周期反复水平荷载的加载程序采用荷载-变形混合控制的加载制度,即在框架钢筋屈服前,采用荷载控制并分级加载,每级荷载循环一次