建筑物结构易损性分析及抗震性能比较_常业军

房结构震害程度的判定 , 首先通过层屈服剪力系数判 断其薄弱楼层 , 按薄弱楼层所在的位置不同而采用相 应的震害预测方法 。 当薄弱楼层位于上部砖房时 , 按多 层砌体房屋的震害分析方法建立震害矩阵 ; 当薄弱楼 层位于底层时 , 按多层钢筋混凝土框架房屋的震害分 析方法建立震害矩阵 , 此不再赘述。
1 建筑物结构易损性分析方法
建筑物的震害分析 , 是指建筑物遭受某一设防标 准的地震影响时 , 对建筑物可能遭受的破坏情况的估 计。 地震灾害包括 : 各类建筑物的破坏 、人员伤亡 、经济 损失等 。 一般而言 , 由于地震而使建筑物遭受灾害的程 度主要与以下两个因素有关 , 一是建筑物所在场地的
n
Ve ( i ) =
∑
k= i
Fe ( k ) , …… … ( 5)
K =
ij
( f VE )ij Aij · · rRE ki j
∑
n
ki j ·
i= 1
∑ ∑
( Geq ) i H i 。 ( Geq ) i H i
i= 1 n
∑ ∑
( Geq )i
i= 1
i= 1
… ……… …… …… …… …… …… …… …… … ( 1) 其中: Geq= 0. 85 · f VE = Gi , 1 fv 1 + 0. 45 e 0 /f v , 1. 2 第 i 层纵向或横向墙体抗震强度系数的计算公式为 : m 。… …… …… … ( 2) Ki = m 1 ∑ j= 1 Ki j 上两式中 , n 为房屋楼层数 ; m 为第 i 层中验算地 震作用方向的墙段数 ; 其余符号的意义参见 GB J 11 — 89建筑抗震设计规范。 以上计算出的 K ij 和 K i 仅为砖砌体的抗震强度系 数 , 对有利或不利于房屋抗震性能的因素 , 采用抗裂抗 倒二次判别系数来调整砖砌体的抗震强度系数 [2 ]。 对 于在地震烈度为 I 时 , 多层砌体房屋抗震能力的高低 (即震害程度 ) ,按文献 [ 3]判 定: · 2( I - 6) /1. 48 。… …… … ( 3) K i > 0. 106 根据已有的震害经验 , 在式 ( 3)中再乘以震害系数 U(U = 1. 25, 1. 0, 0. 56, 0. 40时分别用来判断多层砌体 房屋基本完好 、轻微损坏、中等破坏、 严重破坏、 毁坏 ) , 则可判定多层砌体房屋在不同地震烈度作用下抗震能
引言
地震是一种突发的破坏力强的自然灾害 , 对人类 危害极大。 大地震的发生 ,往往造成巨大的经济损失和 人员伤亡 , 如 1995年日本阪神大地震造成 5 438人死 [1 ] 亡 , 直接经济损失高达约 1 000亿美元 。 我国地处环 太平洋地震带和欧亚地震带之间 , 是地震多发国家 , 需 进行抗震设防的国土面积约占全国国土面积的 60% , 地震对我国的经济建筑和人民生活危害极大。 如 1976 年河北唐山 7. 8 级大地震中 , 死亡 24 万余人 , 直接和 间接经济损失约 300亿元 。地震造成的经济损失 , 很大 程度是因建筑物的破坏所引起的 。 因此 ,正确、 合理地 分析各类建筑物的抗震性能 , 提高建筑物的抗震能力 是减少损失的有效途径 。 根据作者参加的中国地震局 “九五 ”攻关课题 “ 安 徽省合肥市防震减灾信息系统 ”中的抗震调查资料对 合肥市中市区部分多层砌体房屋 、多层钢筋混凝土框 架房屋以及底层框架砖房进行了抗震性能分析比较 , 拟为进行房屋的抗震设计、 加固提供借鉴。
2. 3 底部框架砖房的抗力指标及震害程度的判定 底层框架砖房的 2层以上砖房部分的破坏状态和 多层砌体房屋的破坏状态相同 , 呈剪切型破坏。在一定 强度的地震作用下 , 首先在最薄弱楼层中的薄弱墙段 先出现开裂和破坏 , 随着地震作用强度的增大 , 在最薄 弱楼层的薄弱墙段形成交叉裂缝 , 其他墙段也先后破 坏而形成破坏集中的楼层。过渡楼层 2层的受力复杂 , 不仅承担着传递上部的地震剪力 , 也担负着上部各层
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地震作用产生的对底层楼板的倾覆力矩 , 该力矩引起 楼层转角对第 2 层层间位移的增大 , 使极限承载力有 所降低 。 由于抗震砖墙数量较少 , 底层框架破坏呈剪切 型 。 底层框架砖房破坏发生的部位与层间屈服强度系 数有密切的关系 [6 ] , 对于这类结构的震害矩阵建立 , 可 先通过层间屈服强度系数的比较来判断薄弱楼层发生 的部位 , 根据薄弱楼层的破坏状况来确定震害等级。所 以 , 对于上部砌体用墙体的抗震强度系数作为其抗力 指标 ,底层框架用延伸率作为其抗力指标。 在强烈地震作用下 , 结构进入弹塑性状态 , 结构的 薄弱楼层将产生变形集中 , 其变形值数倍于其他楼层 , 薄弱楼层的变形大小决定了结构的破坏状态。 因此 , 震 害分析首先要确定结构的薄弱楼层。 对于底层框架砖
地震危险性 ; 二是建筑物自身的抗震能力。 因此 , 对未 来震害的预测应从上述两个方面进行分析 。 建筑物所在场地的地震危险性与未来能引起震害 的地震强度大小、 发震机制 、震源位置 、场地土特征、 该 地区地震活动性以及历史震害资料等有关 , 这属于专 门的学科分支 — — 地震危险性分析。 目前我国已经利 用概率方法 , 对某一地区未来一定时期内遭受不同强 度地震影响的可能性 , 给出了以概率形式表达的地震 裂度区划。 本文对建筑物进行震害分析时 , 对建筑物所 在 场地的地震危 险性估计 以 《中国地震 烈度区划 图 ( 1990)》为依据 ,安徽省合肥市中市区的基本烈度为 Ⅶ 度 , 是指该地区 50 a 期限内 , 在一般场地条件下 , 其可 能遭受超越概率为 10 % 的烈度值 。 获知建筑物所在场地的面积运动特性和建筑物的 恢复力特性时 , 用结构动力分析的方法可以求出结构 的内力和变形等 , 结合相应的破坏标准 ,就能评价建筑 物的抗震性能并评估其震害 。 但是 ,建筑物发生震害的 机理和地面运动的特性至今难以准确评估 , 建筑物的 抗震性能又因建筑物的种类不同而相差很大 ,所以 , 准 确地分析建筑物的抗震能力和准确地评估建筑物的震 害是较困难的 。 目前 ,人们常将建筑物按结构特点进行分类 , 然后 定义一个能代表这类建筑物抗震性能的抗力指标 (如 强度、 变形等 ) , 根据震害资料和结构弹塑性地震反应 分析方法 ,建立建筑物抗力指标和震害程度 (或破坏状 态 )之间的关系 , 并考虑建筑物抗震设防标准 、建筑物
收稿日期 : 2000-09-28; 修回日期 : 2000-12-06 基金项目 : 国家 “ 九五 ”科技攻关项目 ( 980801B2) 作者简介 : 常业军 ( 1965- ) ,男 ,安徽怀远人 , 2000年 3月毕业于合肥工业大学建工系 ,获硕士学位 ,现在东南大学攻读博士学位 ; 吴明友 ( 1965- ) ,男 ,安徽贵池人 。 1993年毕业于武汉冶金科技大学土木学院工民建专业 ,工程师 。
m n
力的高低或震害程度。 2. 2 多层钢筋混凝土框架房屋的抗力指标及震害程 度的判定 框架结构的地震反应与框架层间屈服强度系数 q 有密切关系。 文献 [ 4]对 3 000多个框架结构的弹塑性 地震反应进行了分析 , 得出了楼层层间屈服强度系数 q 沿结构高度均匀分布的结论 , 当 q 不小于 0. 5 时 , 结 构的层间延伸率几乎相等 , 当 q 小于 0. 5时 , 最大延伸 率发生在底层 ; 对于非均匀结构在 q 最小的楼层延伸 率最大 。 所以 , 多层钢筋混凝土框架结构用延伸率作为 其抗力指标。 楼层延伸率按下式计算 : 1 a( 1- q( i ) u (i)= , … …… … ( 4) e q( i ) 其中: q ( i ) = V y ( i ) /Ve ( i ) , 式中: q ( i ) —— 第 i 层的屈服强度系数 ; V y ( i ) —— 第 i 层框架层间屈服剪力 ; Ve ( i ) —— 第 i 层的弹性地震剪力 ;
第 1 期 ( 总 第 1 0 4期 ) 2001 年 1 月 文章编号 : 1000-6265( 2001) 01-0023 03
山 西 地 震 IN SHANX I E AR T HQ U AK E RESEA RCH
No . 1 Jan.
建筑物结构易损性分析及抗震性能比较
常业军 ,吴明友
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山 、构造措施 、施工质量 、建筑年代等因素的影响 , 对地震作用下建筑物的震害程度 (或破坏状态 )进行评 估 。 为了描述一次地震中建筑物的震害程度和灾害损 失 , 根据使用要求将建筑物的破坏状态分为 5个等级 (亦称为震害等级 ): a ) 基本完好 ; b ) 轻微损坏 ; c ) 中 等破坏 ; d ) 严重破坏 ; e ) 毁坏。 这种对地震强度和建筑物震害之间关系的分析通 常称为结构易损性分析 。 结构易损性分析有确定性和 概率分析两种方法 。 考虑到目前合肥地区各类建筑物 抗力指标的概率分布函数尚未确定 , 本文采用对建筑 物进行抽样的确定性分析方法 (所抽取的样本应具有 典型性和代表性 , 能够反映该类结构的总体情况 ) , 形 成震害矩阵 , 评估结构的抗震性能。
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( 1. 东南大学土木工程学院 ,江苏 南京 210096; 2. 华东冶金学院工程科 , 安徽 马鞍山 243002) 摘要 : 历 次地震的震害表明 ,地震 造成的经济损失和 人员伤亡与建筑物 的破坏程度有很大 的关系 , 对建筑物的抗震性能进行分析具有十分重要的现实 意义 。 根据 “安徽省 合肥市防震减灾信息系统 ” 中合肥市 中市区房 屋的抗震资 料 ,用 结构易损性 分析方法对 各类房屋 的抗震性能 进行了分 析 ,得 出按 Ⅶ 度设防的建筑物遭遇 Ⅶ 度 地震时 ,多 层砌体房屋和底层 框架砖房以轻微破坏 和中等破坏为 主 ,多层 钢筋混凝土框架房屋基本完好为主的结论 。 关键词 : 易损性评价 ; 抗震设防 ; 建筑物 中图分类号 : P315. 9 文献标识码 : A