装配式混凝土框架结构一般由预制柱、预制梁、预制楼板、预制楼梯等构件组成。该类结构传力路径明确、装配效率高、现浇湿作业少，是最适合进行预制装配化的结构形式^[1]。但是，从目前装配式混凝土框架结构的实际应用来看，尚存在一些不足:1)为实现“等同现浇”的整体性能，节点区域多采用套筒、焊接等连接方法，施工精度要求高，且构造复杂导致节点浇筑质量难以保证^[2,3,4,5];2)围护墙、内隔墙通常采用预制混凝土外挂墙板、蒸压轻质混凝土墙板(ALC)等体系，需要与框架结构进行现场二次连接，现场工作量较大。或者采用各种空心砌块砌筑，现场施工量较大、装配化程度偏低，且填充墙对结构影响较大^[6,7,8,9]。

　　 为解决上述问题，远大住工提出了一种新型装配式框架形式———带非承重墙预制梁装配式混凝土框架，由现浇柱、带非承重墙预制叠合梁组成。它结合了现浇与装配式框架的优点，一方面柱及节点区现浇，安全可靠，可以采用现浇结构的设计方法，同时柱现浇可以避免使用套筒增加成本、节点内梁纵向钢筋接头过多、钢筋锚固等问题;另一方面带非承重墙预制梁为整体预制构件，避免了非承重墙与框架结构的二次连接，装配化程度较高。

　　 本文拟通过试验手段对带非承重墙预制梁装配式框架的抗震性能开展以下主要研究:1)该类框架的破坏机理、承载力、变形、刚度退化、耗能等;2)与传统砌块填充墙相比，预制非承重墙对装配式框架整体抗震性能的影响有何区别;3)预制非承重墙的不同连接构造对框架受力性能的影响;4)考虑预制非承重墙对结构刚度的影响，给出周期折减系数的建议范围。

　　 根据试验研究目的，设计了如表1所示的四种足尺试件。参考实际工程应用，选定现浇柱截面为400mm×400mm，预制叠合梁截面为200mm×400mm(预制部分高250mm)，柱净距3 600mm，层高3 000mm。各试件混凝土强度等级均为C30。

　　 各试件立面形式及主要配筋见图1，其中试件KJ-2,KJ-3,KJ-4的框架梁、柱及地梁的配筋均同试件KJ-1。试件KJ-1不同位置的剖面图见图2。

　　 预制非承重墙墙厚200mm，居中填充100mm厚挤塑聚苯板，两侧各为50mm厚混凝土墙板，墙顶设置竖向拉结筋与预制梁连接，墙底预留20mm安装缝采用座浆料填实，墙侧与现浇柱连接分水平筋伸入柱内和不伸入柱内两种做法。详细连接构造如图3所示。

　　 各试件混凝土浇筑时分别按预制梁、预制非承重墙、现浇柱预留边长150mm的立方体试块，各组试块的抗压强度实测值列于表2。由表2可知，各试件混凝土实测强度有所差异，原因为试件KJ-2,KJ-3与试件KJ-1,KJ-4混凝土分批浇筑，混凝土配比略有差异所致。各试件所用钢筋均为同一批钢筋，不同直径钢筋的实测强度列于表3。

　　 采用低周静力往复加载试验，对框架柱施加竖向荷载至设定轴压力，并保持恒定，在框架梁中心标高位置施加水平往复荷载。试件屈服前采用荷载控制，屈服后改为位移控制，直至试件破坏^[10]。破坏准则为发生下列情况之一:1)水平荷载下降到峰值承载力的85%以下;2)试件破坏严重，混凝土大量压碎剥落;3)试件发生严重的面外失稳。

　　 根据实际工程情况，本次试验取设计轴压比为0.3，由于试件混凝土实测强度不同，为排除轴压力对试验结果的影响，各试件均采用按KJ-1,KJ-4混凝土实测强度计算的轴压力。

　　 测量内容主要包括各级荷载及试件水平位移、关键部位钢筋应变及混凝土应变等，均由实时数据采集系统自动采集和记录。人工观测记录裂缝的发生、发展情况及墙体破坏情况等。

　　 各试件破坏形态如图4所示，可以看出:

　　 (1)试件KJ-1为空框架，破坏为“框架抗弯”模式。首先在框架柱底水平开裂，随着荷载增加，柱底裂缝不断开展，开裂范围向上扩大，同时柱顶出现水平裂缝、梁端出现竖向裂缝。试件屈服以后，框架梁叠合面水平开裂，并不断向跨中延伸直至贯通。到达峰值荷载时，框架柱底角部混凝土压碎少量剥落，试件破坏。

　　 (2)试件KJ-2有砌块填充墙，为“砌块墙抗剪+框架抗弯”破坏模式。试验中砌块墙先于框架开裂，裂缝沿灰缝开展呈阶梯状分布，到达屈服荷载时，砌块墙灰缝几乎全部开裂。加载过程中框架柱、梁的裂缝发展与试件KJ-1基本相同，最终也是柱底混凝土压碎脱落导致破坏。由此表明砌块填充墙对框架结构受力几乎无影响，只是砌块墙参与抗剪提高了整体抗剪承载力。

　　 (3)试件KJ-3,KJ-4填充预制非承重墙，其破坏过程及特征基本一致，均为“预制墙协同框架抗剪”破坏模式。试验中首先在框架柱底出现水平裂缝，随着荷载增加，柱开裂范围不断向上扩展，预制墙底与地梁的坐浆开裂并很快贯通，墙侧与柱的交接位置开裂并扩展。到达屈服荷载时，柱通高范围均已开裂，预制墙内产生45°斜裂缝。之后柱底、梁端产生斜裂缝，预制墙角部混凝土出现剥落。到达峰值荷载时，预制墙内形成多条剪切斜裂缝，墙下角部混凝土压碎。继续加载进入下降段，试件KJ-3由于预制墙水平筋未伸入柱内，墙侧与柱的竖缝逐渐脱开，其混凝土自下角部逐渐向上压碎脱落，而试件KJ-4由于预制墙水平筋伸入柱内，墙与框架始终协同变形，其上、下角部混凝土逐步压碎并脱落。最终荷载达到峰值承载力85%以下试验终止。可以看出，预制墙水平筋是否伸入柱内只影响墙混凝土的压碎范围，对框架结构的受力影响几乎无区别;

　　 (4)将试件KJ-3,KJ-4与试件KJ-1,KJ-2对比可知，框架梁柱裂缝分布及破坏特征不同，带非承重墙预制梁框架以受剪破坏为主，框架梁端、柱端塑性铰几乎无发展，表明预制非承重墙对框架结构受力影响较大。

　　 各试件滞回曲线如图5所示，由图5可以看出:1)试件KJ-2,KJ-1滞回曲线均呈梭形，捏缩规律基本一致，表明砌块填充墙对框架受力性能几乎无影响;2)试件KJ-3,KJ-4滞回曲线均呈反S形甚至Z形，捏缩规律基本一致，表明预制墙水平筋是否伸入柱内对结构受力影响几乎无区别。其中试件KJ-3由于加工误差，平面内存在一定翘曲导致滞回曲线略有差异;3)试件KJ-3,KJ-4与试件KJ-1,KJ-2对比可知，试件KJ-3,KJ-4的滞回曲线形态从梭形变为反S形甚至Z形，曲线捏缩特点更加明显，表明预制非承重墙对框架受力性能影响较大。

　　 各试件骨架曲线如图6所示，可以看出:1)骨架曲线走势基本相同，分为弹性上升段、弹塑性上升段和下降段。弹性上升段对应于试件开裂或较少开裂以前，整体表现为弹性，荷载随位移线性增加。弹塑性上升段从试件开裂增多至荷载达到峰值，该过程随着钢筋屈服进入塑性、混凝土开裂损伤部分退出工作，试件刚度逐渐减小，表现出较明显的弹塑性。峰值荷载之后，由于更多的混凝土退出工作，骨架曲线进入下降段;2)试件KJ-2与试件KJ-1相比，由于砌块填充墙参与抗剪，且受混凝土强度影响，试件KJ-2初始刚度、承载力均大于试件KJ-1，但骨架曲线走势基本相同，表明砌块填充墙对框架受力性能影响很小;3)试件KJ-3与试件KJ-4相比，受混凝土强度影响，试件KJ-3初始刚度、承载力均大于试件KJ-4，但骨架曲线走势基本相同，表明预制非承重墙水平筋是否伸入柱内对结构受力影响几乎无区别;4)试件KJ-3,KJ-4与试件KJ-1,KJ-2骨架曲线形态不同，初始刚度、曲线走势、屈服点、峰值点、下降段均有明显区别，表明预制非承重墙对框架受力性能影响较大。

　　 表4列出了各试件屈服荷载和峰值荷载的试验结果，其中屈服荷载按图解法确定。由2.1节破坏形态可知，试件KJ-1,KJ-2中框架为受弯破坏，可按照偏心受压构件正截面受压承载力公式^[11]计算其承载力，试件KJ-2尚需叠加砌块填充墙的抗剪承载力;试件KJ-3,KJ-4由于预制非承重墙与地梁之间仅靠座浆连接，可以相对滑动，其破坏为框架柱的受剪破坏，可按照偏心受压构件斜截面受剪承载力公式^[11]计算其承载力。各试件计算承载力列于表4，混凝土和钢筋均取实测强度。

　　 由表4可知:1)试件KJ-2的屈服荷载、峰值荷载均大于试件KJ-1，由于试件KJ-1,KJ-2破坏模式相同，均为受弯破坏，但试件KJ-2框架部分混凝土强度高于试件KJ-1，框架抗弯承载力略有提高，同时试件KJ-2的砌块填充墙参与抗剪导致;2)试件KJ-3的屈服荷载、峰值荷载均大于试件KJ-4，由于试件KJ-3,KJ-4破坏模式相同，均为预制非承重墙协同框架抗剪破坏，但试件KJ-3混凝土强度较高导致;3)试件KJ-3,KJ-4与试件KJ-1,KJ-2对比可知，前者屈服荷载、峰值荷载均比后者有大幅提高，主要由于试件KJ-3,KJ-4为受剪破坏，试件KJ-1,KJ-2为受弯破坏导致;4)各试件计算承载力与试验屈服荷载吻合良好，说明计算方法准确。峰值荷载均大于计算承载力，表明构件具有良好的安全储备。

　　 (1)刚度退化

　　 为方便对比，将各试件同一加载级别下正、负向刚度进行平均，绘制平均刚度退化曲线，如图7所示，可以看出:1))随着荷载增加，所有试件均发生了刚度退化，屈服前刚度退化明显，屈服后退化变缓;2)试件KJ-2,KJ-1的刚度退化规律基本相同，表明砌块墙对框架刚度退化的影响较小;3)试件KJ-3,KJ-4的刚度退化规律基本相同，表明预制非承重墙水平筋是否伸入柱内对框架刚度退化的影响几乎无区别;4)试件KJ-3,KJ-4与试件KJ-1,KJ-2相比，试件KJ-3,KJ-4的初始刚度更大，刚度退化更快，表明预制非承重墙对框架刚度影响较大。

　　 (2)周期折减建议

　　 根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)^[13]，当采用砌块填充墙时，框架结构的周期折减系数可取0.6～0.7;但当采用预制非承重墙时，由上述试验结果可知对框架刚度影响较大，需要专门确定周期折减系数。为此，根据框架结构在风荷载或多遇地震作用下的弹性层间位移角限值1/550，提取该层间位移角对应的各试件刚度列于表5，其中刚度比为各试件刚度与试件KJ-1刚度之比。

　　 图6 各试件骨架曲线

　　 从表5可知，不同类型填充墙均能提高框架结构刚度，但提高幅度差异明显。砌块填充墙将框架刚度提高2.02倍，换算成周期折减系数约为0.70，这与规范取值相当;预制非承重墙则将框架刚度提高10倍左右，其中试件KJ-3由于混凝土强度差异会造成一定的刚度影响，故按试件KJ-4的刚度比8.81进行周期折减，相应的折减系数约为0.34。考虑预制非承重墙在框架结构中一般为部分布置，建议周期折减系数按0.4～0.5取值。

　　 各试件累积耗能随位移的变化曲线如图8所示，可以看出:1)试件KJ-2,KJ-1的耗能曲线走势基本相同，试件KJ-2累积耗能大于试件KJ-1，表明由于砌块填充墙参与抗剪提高了试件耗能能力;2)试件KJ-3,KJ-4的耗能曲线走势大致相同。达到峰值荷载前试件KJ-4的累积耗能大于试件KJ-3，峰值荷载后，试件KJ-4耗能水平下降较快，表明预制非承重墙水平筋伸入柱内有利于提高试件耗能能力但耗能持续水平降低;3)试件KJ-3,KJ-4与试件KJ-1,KJ-2相比，耗能曲线走势不同。前者累积耗能大于后者，但在峰值荷载后耗能能力下降较快，后者在峰值荷载以后耗能能力持续增加。表明预制非承重墙提高了耗能能力，但耗能持续水平降低。

　　 各试件位移指标及延性系数见表6，其中屈服位移按图解法确定，极限位移取荷载下降到达85%峰值荷载时所对应的位移，对于荷载未降到85%峰值荷载的试件取其最大加载位移作为极限位移进行计算。从表6中数据可以看出:1)试件KJ-1,KJ-2的极限层间位移角均达到1/50以上，满足大震下框架结构的变形要求。试件KJ-3,KJ-4由于预制非承重墙导致框架受剪破坏，极限层间位移角较小，分别为1/130,1/180;2)试件KJ-3,KJ-4与试件KJ-1,KJ-2相比，试件KJ-1,KJ-2的极限变形能力优于试件KJ-3,KJ-4，延性系数试件KJ-1>试件KJ-2>试件KJ-3>试件KJ-4。表明预制非承重墙比砌块填充墙对框架结构延性的影响更显著。

　　 本文通过对空框架、砌块填充墙框架、带非承重墙预制梁装配式框架的足尺试件进行抗震性能试验，主要研究了各类填充墙及不同连接构造对框架受力性能的影响，可以得到以下结论:

　　 (1)砌块填充墙框架与空框架均为受弯破坏模式，其滞回曲线特性、刚度退化规律、耗能能力和变形能力等基本一致，表明砌块填充墙对框架受力性能影响很小。由于砌块填充墙参与抗剪，砌块填充墙框架的初始刚度、承载力、耗能能力等会大于空框架。

　　 (2)带非承重墙预制梁框架为受剪破坏模式，与空框架相比，承载力大幅提高但变形能力降低，极限变形能力不能满足大震下框架结构层间位移角的需求。同时刚度大幅提高但刚度退化快，耗能能力提高但耗能持续水平降低，框架梁端、柱端塑性铰几乎无发展，表明预制非承重墙对框架结构受力影响较大。

　　 (3)对带非承重墙预制梁框架来说，墙水平筋是否伸入柱内对结构受力影响几乎无区别，其滞回曲线特性、刚度退化规律、变形能力等基本一致。墙水平筋伸入柱内有利于提高试件耗能能力，但会降低耗能持续水平。

　　 (4)砌块填充墙框架可以采用与空框架相同的偏心受压正截面承载力计算方法，带非承重墙预制梁框架可按照框架柱偏心受压斜截面受剪计算承载力。

　　 (5)与砌块填充墙相比，预制非承重墙对框架结构刚度的影响更大。结构分析时，建议采用预制非承重墙的框架结构周期折减系数按0.4～0.5考虑。

　　 综上所述，带非承重墙预制梁框架的抗震性能与砌块填充墙框架及空框架有较大区别，从结构分析、构件设计等方面均需要采用不同的设计方法。