摘要：本文主要從汶川大地震對房屋建筑結構的破壞形態(tài)出發(fā)，結合抗震規(guī)范分析了填充墻布置及其在框架結構抗震中的作用。提出了設置框架柱構造翼墻的設計思路及設置方法，簡要介紹了在結構細部構造設計和建筑物使用管理方面的一點建議。

關鍵詞：抗震   填充墻   構造翼墻   細部構造
2008年5月12日發(fā)生的8級汶川大地震，給國家和人民的生命和財產造成嚴重的損失。大量房屋的倒塌，也給了我們這些從事建筑結構設計人員一個深刻的教訓，同時也對這次地震給房屋結構造成的影響進行著深深的思考。本人雖未親歷震區(qū)，但根據(jù)一線抗震專家反饋的資料，結合自己對結構設計的理解和設計實踐經驗，談一點膚淺認識，供各位同行專家指正。
一、建筑結構破壞特征與實例
經有關專家調查，發(fā)現(xiàn)本次地震房屋破壞有以下特征：
1、山體滑坡使地基隆起，造成房屋破壞倒塌；
2、由于豎向加速度大，空曠、大跨度建筑破壞倒塌；
3、房屋結構抗震縫碰撞引起房屋開裂、倒塌；
4、混凝土框架柱柱腳、柱頂破壞；
5、實例
（1）、映秀鎮(zhèn)漩口中學：三層框架結構教學樓倒塌，教學樓附近的4層砌體結構房屋裂而不倒，附近磚混結構教師宿舍不倒，在建的5層磚混教師宿舍樓破壞，山坡上映秀地震臺2層磚混結構沒倒。上述房屋建筑都位于7度抗震設防區(qū)，實際遭受地震11度。
（2）、四川電力職業(yè)技術學院
框架柱上端（梁柱節(jié)點以下約1米范圍）混凝土壓碎，柱縱筋、箍筋裸露。
（3）、水電十局醫(yī)院
框架柱下端（混凝土板面以上約1米范圍）混凝土壓碎。
二、當前結構抗震設計、計算中對填充墻的考慮
1、目前在結構設計中，計算地震作用時，按GB50011-2001建筑抗震設計規(guī)范第5.1.3條（以下簡稱抗震規(guī)范），只考慮建筑的重力荷載代表值，而沒有考慮建筑填充墻體砌體材料的物理性能，也沒有量化填充墻在結構中實際的剛度作用。填充墻對對結構的影響，只是在結構計算軟件（如PKPM軟件）中，通過調整地震周期折減系數(shù)的方式定性考慮。設計者按各自經驗在0~1之間取值，隨意性比較大。
2、抗震規(guī)范第3.4章中，對平面規(guī)則而豎向不規(guī)則的建筑結構，規(guī)范劃分了側向剛度不規(guī)則、豎向抗側力構件不連續(xù)、樓層承載力突變三種類型，并作了相應規(guī)定。即除規(guī)定按彈塑性變形分析，其薄弱層的地震剪力乘以1.15的增大系數(shù)。對豎向抗側力構件不連續(xù)的，該構件傳遞給水平轉換構件的地震內力乘以1.25~1.5的增大系數(shù)。以上三種類型只是對豎向受力構件變化提出了應對措施，但對由于填充墻剛度的變化對豎向結構的影響未予以考慮。
3、我們在進行結構計算時，都是基于有限元法理論，把結構整體拆開，分解成若個單元，然后再將這些單元按一定的條件集合成整體。這些單元都是結構受力構件，填充墻作為維護（或分隔）構件均沒由考慮填充墻的因素，現(xiàn)行結構計算程序也是依據(jù)此理論（如PKPM軟件）編制的。
三、在結構設計、計算中對填充墻的作用分析
1、剛度計算比較：
本人就框架結構某一截面框架柱和多孔粘土磚填充墻作一簡單比較
框架柱，400X600，C25砼，
則，
填充墻砌體為M5砂漿砌M10多孔粘土磚，200厚。
 ；  ；
砌體依次取1、1.7、3m長作為截面剛度計算單元時，
 ；
則框架柱與多孔粘土磚砌體的截面剛度之比
 ；  ；  （或）；
 由以上可知，當填充墻1m長時，框架柱截面剛度是填充墻的4.93倍；當填充墻1.7m長時，框架柱的截面剛度與填充墻相當；填充墻3m長時，填充墻的截面剛度則是框架柱的5倍。
由于在一般框架結構設計中，填充墻與框架柱是采用剛性連接，而一片填充墻的長多在3m或3m以上，因此填充墻的剛度影響在框架結構計算中所占的比例是比較大的。在填充墻布置比較密的住宅建筑中，其影響更大。
2、磚混結構與框架結構中墻體（填充墻）的布置特點
（1）從水平方向來看，墻體（磚混結構的承重墻或框架結構填充墻）布置，
磚混結構：一般縱橫向墻體較密，開間、進深都不大。
框架結構：由于結構特點，填充墻布置比較靈活，開間較大，加上使用功能不同，填充墻布置不如磚混結構墻體規(guī)則，整齊。
（2）從豎向方向來看，墻體布置，
磚混結構：從上到下基本是連續(xù)布置的，很少有不連續(xù)的；
框架結構：大部分樓層從上到下是連續(xù)布置的，但有時，由于使用功能的要求，設置如會議室、商場或底層架空車庫等，在個別樓層會取消部分分隔填充墻或整層分隔填充墻，形成局部空曠或整層空曠的布置。
3、磚混結構與框架結構中墻體（填充墻）的抗震作用分析
從以上布置可以看出，磚混結構體系，由于自身的結構特點，在水平方向上還是豎向方向上，其整體性都是很好的。而且在施工工藝上，縱橫向墻體同步砌筑，先砌墻體后澆構造柱，相互間咬合嚴密，加上構造柱和圈梁的“箍”的作用，形成了一個自然完整的空間剛性體。無論對水平地震作用還是豎向地震作用，其整體剪切剛度的作用得到了充分的發(fā)揮。這在映秀鎮(zhèn)漩口中學的震后調查中得到很好的詮釋。
框架結構體系中，在豎向方向上，墻體和梁聯(lián)系在一起，形成一個剛度較大的剛體，這對梁來說是有利的。遇豎向地震作用時，墻體和梁共同作用，墻體分擔了一部分豎向地震作用，減輕了地震對梁的作用。
在水平方向上，柱與填充墻的連接有五種形式，即四面連接，三面連接，二面連接，一面連接，沒有填充墻與之連接。在水平地震作用下，由于填充墻剛度的作用，框架柱除了自身承擔外，將作用的一部分傳導給填充墻，由填充墻來承擔，減輕了柱的負擔。填充墻分擔多少，和填充墻與框架柱的在地震方向上的總剛度比有關，填充墻的剛度越大，分擔的作用就越多。在上述幾種連接情況中，由于連接方式的原因（即設置拉結筋），它們的作用大小是不同的。特別對四面沒有填充墻與之連接的框架柱，地震作用就全部由柱承擔了，所以遭受破壞的程度也就越高。四川電力職業(yè)技術學院、水電十局醫(yī)院框架柱上端（梁柱節(jié)點以下約1米范圍）混凝土壓碎就屬于這種狀況。而框架梁由于現(xiàn)澆混凝土翼緣板的作用，使得梁的剛度增大，而變得更安全，我們在專家的震后觀察中，得到證明。
一般填充墻的截面長度和柱截面高度相比是比較大的，因而其截面剛度也很大，結合本文實例，從以上分析中不難看出，填充墻在抗震設計中的作用是不容忽視的，甚至在某些狀況下起主要作用。對局部空曠或整層空曠的樓層布置，特別是底層空曠的結構布置，由此形成的豎向受力構件連續(xù)而填充墻不連續(xù)的情況，在一定程度上也造成了豎向剛度的變化。此種情況是否會真正形成結構上的薄弱層，有待有關專家學者的進一步定量分析研究。
其次，在結構構件設計時，對細部設計重視不夠，也是造成結構受損的原因之一。如：
（1）、為了滿足使用功能要求，柱軸壓比取值偏高，安全儲備不足；
（2）、忽視柱線剛度與包含翼緣作用的梁線剛度的比值，造成柱剛度偏弱，不能實現(xiàn)強柱弱梁的目標；
（3）、柱上下端加密箍偏弱，延性不足；
（4）、梁柱節(jié)點配筋過密，致使現(xiàn)場施工中，混凝土澆筑不密實，達不到強節(jié)點設計要求；
四、設計建議
鑒于以上分析，本人認為應重新認識填充墻在結構抗震中的影響和作用，在進行框架結構設計時，充分利用填充墻剛度對抗震結構，特別是對框架柱的有利因素，提高框架柱的安全性，保證結構的安全。為此，筆者建議采取以下措施：
1、加強抗震概念設計：
1、                  （1）、加強結構概念設計。結構工程師應積極和建筑師溝通、協(xié)調，不僅要考慮結構受力構件的布置，同時也應重視填充墻的布置，在平面上盡量對稱，剛度均衡，在豎向，也盡量保持連續(xù)，減少對抗震不利的布置。
（2）、設置柱構造翼墻：由于使用功能需要，造成豎向填充墻不連續(xù)時，特別對填充墻取消較多時，在按規(guī)范設計計算的基礎上，應適當設置構造翼墻，來彌補填充墻不足形成的剛度薄弱問題。提高柱的剛度，保證框架柱的安全，這和框架梁由于翼緣板的作用而提高了梁的剛度一樣。
設置的依據(jù)和部位：在填充墻較少的空曠樓層，特別是底層架空層或結構工程師認為需要加強的柱，即填充墻剛度薄弱層或部位。
翼墻的分類：從材料上可分為鋼筋混凝土翼墻和砌體翼墻兩類。
設置的方法：以翼墻和柱的組合剛度與梁線剛度（應含梁現(xiàn)澆板翼緣的影響）≥1.5~2倍為宜，對底層或樓層空曠的取高值。結合建筑平面和結構要求，綜合確定翼墻的材料和截面尺寸。本人建議優(yōu)先選用鋼筋混凝土構造翼墻，按構造配筋即可。當采用砌體作翼墻時，其端部應設構造柱。
構造翼墻的設置比單純的擴大柱截面或提高配筋率，效果要好的多，這從前面的剛度計算對比中，可以得到應證。是一種經濟可行、安全可靠、施工方便的抗震措施。
2、結合當?shù)厥┕に�平，做好細部結構設計
（1）、柱軸壓比控制：框架底層柱應≤0.5以下，保證足夠的安全儲備；
（2）、柱上下端加密箍宜比計算配箍量提高20％或提高一級，且采用搭接焊接，提高框架柱的延性；
（3）、節(jié)點配筋：當梁寬為200時，受力筋不宜超過2根；250時，受力筋不宜超過3根；超過時，宜按雙排配置；或調整構件尺寸，避免在節(jié)點處混凝土澆筑時振搗困難、甚至無法振搗的情況，以實現(xiàn)強節(jié)點的目標；
（4）、鋼筋強度選配：梁、柱盡量選HRB400強度鋼筋，以盡量減少鋼筋過密現(xiàn)象，方便施工，保證質量。
3、嚴格建筑物的管理和使用
1、建筑物使用單位或個人應嚴格按設計使用說明書使用，禁止擅自改變原有建筑平面布置。
2、特別對于住宅樓，政府主管部門應出臺相應政策，鼓勵房地產開發(fā)企業(yè)實行精裝修交房，控制商品房二次裝修的內容，明確規(guī)定裝修時不得破壞原有結構，也不得拆除或改動原有填充墻，保證結構的整體抗震性能不致削弱。
五、結語
鑒于現(xiàn)階段地震預報的困難，應當大力加強防災設計工作，畢竟防災勝于救災。加強對抗震結構體系的研究，充分研究填充墻在結構抗震中的作用，在按現(xiàn)行抗震規(guī)范設計的基礎上，通過概念設計在構造措施方面加以補充，以提高受力柱的抗震能力和安全性，如設置構造翼墻等。重視細部節(jié)點構造的設計，特別要結合當?shù)氐氖┕に�平，設計實用有效的構造做法，既便于施工，又能改善結構性能。另外加強房屋的使用管理也是不容忽視的一個環(huán)節(jié)。這樣，通過技術和管理的綜合手段，最終實現(xiàn)房屋結構安全可靠的目的。
 
參考文獻：
[1] 王亞勇，對汶川大地震建筑震害的思考[J]，福建勘察設計，2008(3)
 [2] GB50011-2001（2008版），《建筑抗震設計規(guī)范》
[3] GB50010-2002，《混凝土結構設計規(guī)范》
 [4] 龍馭球、包世華編著，《結構力學》[M]，北京：高等教育出版社，1981.3