填充墙对房屋建筑结构性能的影响

填充墙对房屋建筑结构性能的影响

1自保温墙体材料作为一种新型节能材料，蒸压混凝土具有材料来源广泛、性能稳定、材料轻、隔热、节能、消防、隔离、简单加工等特点。这是唯一能够满足50%墙的自主设计和材料要求的材料。蒸压加气混凝土的材性与粘土砖的材性相差甚远,二者的施工工艺也有较大的差别,因此对框架蒸压加气混凝土砌块填充墙结构共同作用性能的研究是非常必要的。本文进行了一榀足尺框架蒸压加气混凝土砌块填充墙的抗震性能试验研究。通过对蒸压加气混凝土砌块填充墙模型进行拟静力试验,比较它们在不同层间位移下的反应情况、破坏形态等的工作性能,提出构造设计建议及预防裂缝的技术措施。2试验设计2.1试验对象的设计和生产(1)钢筋混凝土结构试验用框架为C25现浇钢筋混凝土,框架尺寸如图1所示。(2)填充墙体规格框架填充墙采用蒸压砂加气混凝土砌块(砌块带拉毛槽),容重等级为B06,强度等级为A3.5,砌块厚度分别为200mm和100mm,组砌墙体的砌块规格为:600mm×200mm和300mm×200mm。填充墙采用专用配套砂浆干法施工,垂直错缝砌筑,砌块可任意切割。填充墙一面为素墙面,另一面贴瓷砖(采用专用瓷砖粘结剂)。框架填充墙立面砌块组砌排块如图2所示。(3)连接头采用L型薄铁件进行墙柱连接,每三皮设一薄铁件。L型薄铁件规格为150mm(长)×70mm(宽)×100mm(高)×1.2mm(厚)3测试方法3.1加载设备的全局设计3.2柱顶垂直荷载本次试验为拟静力试验,采用位移控制,往复推拉加载。框架柱的轴压比(Nfcbchc)(Νfcbchc)为0.2,柱顶垂直荷载由固定在框架柱顶的两个油压千斤顶施加,保持垂直荷载不变,在梁端施加往复的水平荷载。往复水平荷载由美国MTS公司生产的100吨(2个)电液伺服加载系统作动器施加。作动器的静态(非冲击)承载能力为±750kN,额定加载能力为±1000kN,最大行程为±250mm。位移由MTS电液伺服加载系统控制,水平荷载由反力墙承担。3.3加载系统试验采用分级位移控制加载方式,每级往复推拉三次,每级加载完毕后检验蒸压加气混凝土砌块填充墙墙体的开裂状况。试验加载分级表如表1所示。4试验结果与分析4.1锚点整体规范荷载分析(1)第一、二、三级位移荷载(位移控制0.5、1.0、1.5mm,相对变形1/6000、1/3000、1/2000)。在加载过程中,荷载位移曲线呈线性关系。卸载后几乎没有残余变形,墙体处于弹性变形阶段。(2)第四级位移荷载(位移控制2.0mm,相对变形1/1500)。素墙面的第一皮中部产生一条竖直裂缝,裂缝宽度0.4mm。(3)第五级位移荷载(位移控制3.0mm,相对变形1/1000)。连接墙柱的砂浆层产生滑移,但此时的滑移裂缝较小,并没有导致荷载的突然下降。(4)第六级位移荷载(位移控制4.0mm,相对变形1/750)。第一圈加载时连接墙梁的砂浆层(厚20mm)突然滑移开裂并产生贯通裂缝,导致荷载突然下降。同时发现多处砌块拉毛槽处的剪切裂缝,部分砂浆层也有滑移现象。第三圈加载时素墙面出现剪切斜裂缝。裂缝宽度0.4mm。(5)第七级位移荷载(位移控制5.45mm,相对变形1/550)。连接墙梁的砂浆层出现剥落现象,同时素墙面上墙角剪切斜裂缝的最大缝宽增大至0.8mm。(6)第八级位移荷载(位移控制7.5mm,相对变形1/400)。素墙墙中出现第一条斜向主裂缝,缝宽1.2mm。上一级加载过程中产生的裂缝,缝宽增至1.2mm。瓷砖墙面分别在勾缝处产生锯齿状斜向裂缝,部分瓷砖被斜向剪断。(7)第九级位移荷载(位移控制10.0mm,相对变形1/300)。素墙墙中出现第二条斜向主裂缝,缝宽达到1.6mm。第一条斜向主裂缝缝宽增至3.0mm。同时素墙面墙顶产生竖向裂缝,缝宽达到1.2mm。瓷砖墙面有少量瓷砖剥落现象。(8)第十级位移荷载(位移控制12.5mm,相对变形1/240)。素墙墙中的斜向主裂缝继续扩展,最大缝宽达到4.0mm。(9)第十一级位移荷载(位移控制15.0mm,相对变形1/200)。素墙墙中的斜向主裂缝继续扩展。素墙面有少量砌块剥落现象。(10)第十二、十三、十四级位移荷载(位移控制17.5、20、25mm,相对变形1/170、1/150、1/120)。(11)第十五级位移荷载(位移控制30.0mm,相对变形1/100)。瓷砖面有大量瓷砖掉落。(12)第十六、十七级位移荷载(位移控制35.0、40.0mm,相对变形1/86、1/75)。素墙左右两上角的砌块大面积剥落。(13)第十八、十九、二十级位移荷载(位移控制45.0、50.0、60.0mm,相对变形1/67、1/60、1/50)。素墙墙中砌块大面积掉落,填充墙体穿洞,且框架的梁底及柱脚处均有裂缝产生。4.2骨架曲线与滞回曲线结构或构件在反复荷载作用下的力与变形之间的关系曲线称为滞回曲线。滞回曲线可以反映结构在地震反复作用下的受力特性,是计算各种抗震性能指标的依据。试验墙体的滞回曲线如图5所示。骨架曲线是试件滞回曲线上各加载级别的峰值点连成的包络线。它可以反映试件在水平反复荷载作用下的开裂荷载、极限荷载、变形能力以及延性等诸多特性。试验墙体的骨架曲线如图6所示。由试验墙体的滞回曲线可以看出,在达到第一个荷载峰值前滞回环呈狭长的梭形,滞回面积非常小,框架与填充墙均处于弹性工作状态。在第一个荷载峰值过后,试验墙体的承载力有所下降,同时滞回环的形状由原来狭长的梭形变为反S形。此时滞回环较之前饱满,具有一定的耗能能力,承载力也随之增大。在达到第二个荷载峰值之后,滞回环更为饱满。由试验墙体的骨架曲线可以看出,曲线有两个明显的荷载峰值。在达到第一个荷载峰值之前的上升段以及之后的下降段均比较陡峭,说明这个阶段结构的延性及耗能性能相对较差。而第二个荷载峰值之前的上升段以及之后的下降段均比较平缓,此阶段为框架填充墙结构在反复荷载作用下主要的耗能阶段。4.3结构负载和刚性退化4.3.1构构件承载力的影响在低周反复荷载作用下,荷载的反复次数对结构构件的承载力有重要的影响。一般来说反复的次数越多,强度降低越明显。各级荷载作用下结构承载力降低系数变化趋势如图7、图8所示。4.3.2充填墙节点的荷载对滞回曲线中,每次循环顶点的割线刚度定义为等效刚度K:Ki=|+Pi|+|−Pi||+△i|+|−△i|Κi=|+Ρi|+|-Ρi||+△i|+|-△i|式中+Pi为第i次正向水平荷载峰值;-Pi为为第i次反向水平荷载峰值;+△i为第i次正向水平荷载峰值所对应的位移值;-△i为第i次反向水平荷载峰值所对应的位移值。各级荷载作用下结构平均刚度变化趋势如图9所示。由图9可知,填充墙在结构受力初期提供了较大的刚度。但随着墙柱连接、墙梁连接以及填充墙自身的开裂,结构的承载力以及刚度下降相当快。此时结构表现出了比较明显的脆性破坏。在此之后,结构的承载力以及刚度下降趋于平缓,表现出了较好的延性。5结论(1)填充墙节点的连接①墙柱连接处的砂浆层的滑移具有一定的延性②墙梁连接处的砂浆层的滑移为瞬间产生,脆性比较明显,且滑移后导致承载力突然下降,建议在墙梁连接处采用柔性连接。③填充墙四角有部分斜向剪切裂缝,建议在填充墙四角采用玻纤网加固。④砌块的拉毛槽产生贯通的竖向剪切裂缝,故拉毛槽为砌块的受力薄弱处。建议不要采用拉毛槽的设计。(2)墙体砖面的粘结①墙体中部出现斜向主裂缝,且大部分裂缝位于砌块上。说明砌块的抗压强度得到充分的利用,专用砌筑砂浆的粘结效果良好。②墙体瓷砖面出现贯穿瓷砖的裂缝,说明瓷砖粘结剂的粘结效果良好。③在较大的层间位移下,墙体瓷砖面的瓷砖出