新型砌体填充墙框架结构共同作用机理与性能抗震设计方法

针对汶川地震中RC填充墙框架结构出现大量震害、现行抗震设计分析方法未能考虑填充墙与框架共同作用和新型砌体填充墙推广应用等问题，系统开展各种新型砌体填充墙与框架结构共同作用机理、计算力学模型和性能抗震设计方法研究。通过填充墙框架单元抗震性能试验，研究不同填充墙类型和洞口布置方式等对填充墙框架结构剪力分配、强度刚度退化、滞回特征、变形能力和门窗开启性能等的影响。通过多层多跨RC填充墙框架的拟动力试验，研究填充墙沿竖向和平面不规则布置对框架结构倒塌机制和整体抗震性能的影响。提出考虑填充墙-框架协同作用的计算力学模型、恢复力模型、刚度计算方法、剪力分配原则和不同性能水平变形限值，最终建立考虑填充墙作用的框架结构弹塑性地震反应分析方法和性能抗震设计方法。该项目成果将为今后既有填充墙框架抗震性能评估和新型填充墙框架结构基于性能的抗震设计提供依据，有效减轻地震灾害，同时也有助于新型墙体材料的推广应用。

在目前基于性能的抗震设计理论背景、汶川地震中填充墙框架严重灾害背景和禁用粘土砖提倡节能的政策背景下，项目针对填充墙框架复杂共同作用机理、新型填充墙不同设计地震水平下的性能指标、自保温墙材的连接构造、力学计算模型等新型填充墙框架结构工程实践中尚未解决的关键问题开展系统研究。主要研究内容如下：(1)开展新型砌块填充墙框架单元抗震性能试验，重点研究砌块类型及高宽比对框架结构抗震性能影响，提出针对“强框架，弱填充墙”的设计指导原则和填充墙框架弹塑性地震反应分析方法。提出了等效约束填充墙恢复力计算模型和改进斜撑杆模型。(2)开展单层多跨填充墙框架结构抗震性能试验研究，重点研究砌体填充墙布置形式和楼板对框架结构破坏机制和抗震性能影响。成功验证了填充墙半高填砌和全高填砌对框架柱的约束均可使框架柱发生短柱破坏。楼板钢筋参与梁抗弯作用是造成强柱弱梁理想破坏机构难以实现的主要原因。提出了填充墙布置形式对主体框架内力分布、破坏模式及抗震性能指标的影响规律和破坏形态判别依据。(3)完成了足尺自保温砌块填充墙框架结构抗震性能试验，重点研究砌块类型和砌体与框架连接构造方式对框架结构抗震性能的影响。提出了新型砌体填充墙框架四个不同抗震性能水平的失效判别标准和相应变形容许值。(4)首次开展了带足尺门窗的新型砌体填充墙框架抗震性能试验，重点研究了填充墙开洞形式和门窗边框对填充墙框架破坏模式和抗震性能的影响。提出了带门窗洞口填充墙框架力学计算模型和合理拉结方式。(5)开展了填充墙框架结构地震反应弹塑性简化分析方法研究，研究填充墙布置方式对主体框架在周期折减、承载能力、塑性铰分布、性能点及楼层位移等的影响规律。.该项目成果将为今后既有填充墙框架抗震性能评估和新型填充墙框架结构基于性能的抗震设计提供依据，完善填充墙框架的设计计算方法，有效减轻地震灾害，同时也有助于新型墙体材料的推广应用。