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填充墙在框架结构抗震性能方面的影响研究
毛 锐 ，李兆惠 ，李 可
（１．西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳６２１０１０；
２．四川省建筑设计院，四川成都６１００３６）
【摘要】 地震中大量的震害表明，填充墙对于框架结构的刚度和抗震性能有很大的影响。文章分析
了多种填充墙的计算模型，并运用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件对取不同填充墙模型的同一框架结构进行模拟，
通过计算分析，说明了框架结构中填充墙对框架结构抗震性能的影响。尤其是忽略填充墙刚度会产生一定
安全隐患，实际设计中应根据不同情况加以考虑。 【关键词】填充墙；框架结构；ＡＮＳＹＳ；抗震性能
【中图分类号】ＴＵ３５２．１１
２００８年５月１２日发生在汶川的８．０级大地震造成了巨
大的生命和财产损失，也带给了人们沉痛的经验和教训。通
过对汶ＪｉＩ大地震震害的分析，发现了很多框架结构中由于填
充墙的原因而造成破坏。目前的框架结构设计通常只考虑
填充墙的重力以及填充墙对结构周期的影响。然而，在侧向
力作用下，填充墙的“刚度效应”和“约束效应”会对结构的
抗震性能造成影响。填充墙在竖向分布不均匀会导致结构
存在薄弱层；填充墙在水平面内分布不均匀可能造成“扭转 效应”；窗下填充墙对附近框架柱的约束作用导致“短柱效
应” 。因此，在设计中若忽略填充墙刚度贡献则存在较大
的安全隐患。本文运用大型有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对框架
结构进行分析计算，通过计算结果的对比，分析了填充墙在
框架结构抗震性能方面的影响 ｊ。
１计算模型的建立
１．１计算模型平面布置
计算模型选取某六层框架结构房屋，第一层层高为５ ｍ，
以上各层均为３ ｍ，抗震设防类别为乙类，框架柱截面尺寸为
５００ ｍｍ ｘ５００ ｍｍ，框架梁为２５０ ｍｍ×５００ ｍｍ，楼板厚度为
１２０ ｍｍ。结构中钢筋均采用Ⅱ级钢筋，混凝土剪力墙墙体
纵、横向配筋率均为０．５％。各种计算模型平面示意图如 图１。
图１ 计算模型平面示意图
１．２计算单元参数
本文三维实体模型中墙体采用Ｓｈｅｌｌ６３单元，框架柱和 【文献标识码】Ａ
框架梁采用Ｂｅａｍ１８８单元。文中的混凝土构件根据《建筑结 构荷载规范》 ］、【 中关于材料属性的规定，钢筋混凝土构件
采用刚度肼等效的整体式模型 。其具体参数如表ｌ。
计算模型采用三维有限元模型，采用的方法为由低图元
向高图元建模。在网格划分中，本文划分成的单元均为四面
体。图２一图５为整体模型单元划分以及边界条件示意图。
表１ 各构件的单元选用及相关参数
弹性模量 密度 分项 材料 泊松比 单元选取 （Ｎ／ｍ ） （ｋｓ／ｍ ）
填充墙 普通粘土砖 ４ Ｘ１０ ０．１ １．９ Ｘ１０ Ｓｈｅｌ１６３
框架柱、 钢筋混凝土 ３．８ Ｘ１０４ ０．２ ２．６×１０ ３ Ｂｅａｍｌ８８ 框架梁
楼板 钢筋混凝土 ３．８×１０ ０．２ ２．６ Ｘ１０ ＳｈｅＵ６３
支撑杆件 钢筋混凝土 ３．８×１０ Ｏ．２ ２．６ Ｘ１０ Ｌｉｎｋ８
１．３计算模型的选取
１．３．１传统框架模型
模型只建框架柱、框架梁和楼板，填充墙视为线荷载加
在梁上，不考虑填充墙的刚度，模型如图２。
１．３．２等效单杆模型 等效单杆模型是将填充墙视为与墙材性相同的杆单元，
对角斜撑杆铰接于框架平面，与填充墙厚度相同，有效宽度
取对角线长的１／１０。此斜杆只承受压力不承受拉力，形成斜
撑杆与框架共同工作的抗侧力体系。等效单杆模型简图如
图３。
１．３．３等效三杆模型 等效三杆模型模拟实际的框架填充墙结构，可以反映框
架梁、柱的刚度、变形和内力分布特点，以及填充墙约束框架 侧向变形时所发挥的对角支撑作用。等效三杆模型如图４，
支撑面积计算公式如式（Ｉ）：
［定稿日期］２０１１—０４—２１
［作者简介］毛锐（１９８１一），男，硕士研究生，研究方向
为建筑结构抗震。
四川Ｉ建筑第３２卷１期２０１２．０２ １３ｌ
工ｌ “ 程 绪 ；＿ 删 １．
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图２传统框架模型 图３等效单杆模型
图４等效三杆模型 １．３．４填充墙元模型
填充墙元模型是用有限元
的方法对框架结构中的填充墙
进行模拟。这种计算模型除能
较好地反应整体的结构性能，这
种方法需要进行大量的计算和
时间，由于仿真条件的限制，此
种方法的计算也无法完全反映
实际的结果。填充墙元模型简
图如图５。
１．４模态分析
本文运用ＡＮＳＹＳ中的子空
间法，对上述４种有限元分析模
型进行模态分析，得到了各种模型的前６阶阵型的周期，见
表２。
２结论 图５填充墙墙元模型 表２各模型不同振型周期对比
模型１ 模型２ 模型３ 模型４ 周期（ｓ） 周期（ｓ） 周期（ｓ） 周期（ｓ）
０．９３ｌ ０．６５４ ０．５７２ ０．３７９
０．６８６ ０．４８１ ０．３１８ Ｏ．２１３
Ｏ．６３１ ０．４９２ ０．３２８ ０．２０７
Ｏ．２１３ Ｏ．１０９ ０．１９１ Ｏ．１２０
０．２０１ ０．１９５ ０．１９５ ０．１２５
０．２２１ ０．１９０ Ｏ．１Ｏ６ ０．Ｏ９２
（１）通过对四种模型的计算，填充墙等代成斜支撑后刚
度减小，而周期也随之增大。 （２）将填充墙等代为斜杆支撑后，等效单杆模型与传统
框架模型的周期比值为０．７左右；等效三杆模型与传统框架
模型的周期比值为０．６左右；填充墙元模型与传统框架模型
的周期比值为０．４左右。故对传统计算方法中周期折减系
数在本算例中应取０．４～０．７。 （３）在设计中忽略填充墙刚度贡献会存在较大的安全隐
患；而在设计中考虑的周期折减系数应该由框架结构中的填
充墙具体数量具体分析，不应概而论之。
参考文献
［１］淡浩，张瀑，鲁兆红．填充墙刚度对框架结构抗震性能影响的 定量分析初探［Ｊ］．四ＪＩｌ建筑科学研究，２０１０（５） ［２］ 童岳生，钱国芳．砖填充墙钢筋混凝土框架房屋实用抗震计算 方法［Ｊ］．建筑结构学报，１９８７（１）
［３］ＧＢＪ１１—８９建筑抗震设计规范［ｓ］
［４］ＧＢ５０００９—２００１建筑结构荷载规范［ｓ］ ［５］ 吕西林，金国芳，吴晓涵．钢筋混凝上结构非线性有限元理论 与应用［Ｍ］．同济大学出版社，１９９７：７２
（上接第１３０页） 增加且增长的速度越来越快；由弯曲变形
引起的侧移值随着高度的增加而增加，随着高宽比的增加而
减少；由轴向变形的侧移量与弯曲变形的侧移量的比值图可
知，随着高度的增加，轴向变形所引起的侧移值占总侧移值
的比值越来越大，随着高宽比的增加，该比值呈增长趋势。
在图中还可看出，在高宽比选择合适的情况下，当框架结构
高度小于５０ ｉｎ的前提下，由轴向变形引起的侧移值与弯曲
变形引起的侧移值的比值不超过１０％，因此，这种情况下可
忽略轴向变形引起的侧移值。如果框架宽度相对于高度的
比值较小，轴向变形所引起的侧移值则不能忽略。高度达到
ｌ３２ 什么程度以及高宽比是达到何邻界值时可忽略轴向变形弓
起的侧移值还有待于进一步研究。
参考文献
［１］邱洪兴．建筑结构设计［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００７：１８１
—１８２ ［２］ 沈蒲生．高层建筑结构设计［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，
２００６ １１２０—１２１
四川建筑第３２卷１期
２０１２．０２