砌体结构房屋地震易损性分析

【摘要】城乡建筑的住宅房屋中有80%左右的都是砖砌体结构的，而对其易损性进行分析对于预测地震灾害损失的意义重大。本文对砌体结构的地震易损性进行了分析，发现砌体结构在遭到严重破坏后非常容易出现倒塌的情况，希望能通过研究更好的提高砌体结构房屋的抗地震倒塌能力，保证人民群众的生命财产安全。

【关键词】砌体结构房屋；地震易损性；震害预测

1引言

砌体结构在我国已经应用了很长的时间，应用范围也十分广泛，主要是因为砌体结构具有施工过程简单、造价低廉、具有广泛的材料来源所以便于取材、具有良好的耐火性和耐久性以及可观的使用寿命等优点，到现在为止仍然被广泛应用在城镇民用建筑中，但是这类结构的缺点也是非常明显的，具有很大的脆性、变形能力低、抗拉强度，在地震的时候很容易因为强震作用而产生严重的变形和倒塌情况。历年来的地震结果调查都表明，多层砌体具有很强的破坏率，尤其是汶川地震中出现了严重破坏和倒塌情况的砌体建筑数量是非常多的。仅仅是在绵阳市内选择出来用来分析的3400栋建筑中，就有35%的砌体结构房屋出现了严重的破坏情况，有30%的砌体结构房屋倒塌。因此我们要更加深入的分析砌体结构房屋的地震易损性，从而更好的防御地震灾害，推动震后房屋的修复和加固工作。

地震是一种突发性自然灾害，对人民的生命财产安全造成了巨大的危害，最严重的就是引起建筑物的倒塌或者破坏，其次是造成了泥石流、水灾、火灾等衍生的灾害，不仅给我们的社会带来了巨大的经济损失，产生的社会影响力更是非常巨大。结构抗震设计一般遵循以下原则：在预期一般强度的地震中，主要结构不会出现较大的破坏，震后修复比较简单，如果遭遇强烈的大地震结构可以被破坏，但是不能出现倒塌的情况，避免造成人员伤亡，通俗来说就是“小震不坏，中震易修，大震不倒”。这个要求的实现要通过两个阶段的设计来进行，第一个阶段的设计是计算强度，达到小震和中震方面的要求，第二个阶段的设计是验算弹塑性变形问题，来满足大震下的要求。但是当地震真的来临的时候会远远超出设防烈度，2008年的汶川地震中实际的烈度达到了8～11度，而预设的烈度只有6～7度，所以建筑结构不仅要保证规定烈度下有足够的抗震能力，还应该有额外的抗倒塌安全储备来应对可能出现的特大地震带来的倒塌破坏。

本文针对砌体结构房屋的抗震性能这个问题，选择了汶川地震中的一栋双层砌体民居为例来进行分析，探讨了结构的抗倒塌因素，希望能更好的改善砌体结构房屋地震易损性。

1评价结构抗地震倒塌能力

Pushover分析方法是一种非常便捷的计算方法，结合了经理弹塑性分析以及反应谱共同进行图解，其优点是结果直观性强、信息量丰富、耗时短并且相对稳定。能力谱法本身存在一些缺陷和不足，例如静力非线性过程、分布荷载模式以及高阶振型影响等，在地震振动的特性和结构的动态特征上不能完全的反映出来。但是Pushover分析方法也有自身的不足，它只能在性能水准确定的情况下进行抗震性能的分析和计算，而不能将结构不同性能水准下的抗震能力以动态的形式反映出来，所以需要IDA来进行弥补。IDA的主要作用是对结构在不同程度地震作用下的抗震性能进行评估，通过对受到不同强震记录作用的非线性位移响应进行分析，来评估出结构的抗倒塌能力并对其进行检验。

结构抗地震倒塌易损性的概念是，结构在遭遇不同强度的地震下有多大的概率出现倒塌的情况，对于目前的性能化抗震研究来说，一个热点内容就是采用IDA方法来分析结构抗倒塌易损性，具体步骤如下：

（1）以建筑结构为基础建立数值模型，对地震响应特性进行模拟；

（2）在地震动记录中挑选出来一组并记录为N1，结构所在位置的地震动特性由这些记录来进行反映，选择的地震记录数值量要相对较多，保证可以对地震动随机性做出反映，同时在进行地震动强度指示的选择时候要保证合理性，例如在IM指标或者PGA指标中进行选择的话，应该选择PGA指标。

（3）确定某一个地震动强度，然后将上文中提到的地震记录输入到结构中去，分析弹塑性动力时程，从而计算出结构在这个地震强度下发生倒塌的地震动数Nep，并且将该地震强度下的倒塌概率Nep/Nt计算出来；

（4）将地震动强度水平增加，将上一步骤重复进行，可以计算出不同地震动强度输入下结构的具体倒塌概率来；

（5）将低震动强度设置为横坐标，结构倒塌概率设置为纵坐标，得到的曲线就是结构在不断变化的地震动强度下相应的倒塌概率，也就是结构的易损曲线。

2分析模型

本文中选取的例子是汶川地震区的一栋民居，共有两层，进行计算分析的部分是其正立面。

3结构易损性分析结果

结构地震脆性曲线指的是，为了能符合选择好的地震强度参数指数值的极限状态的概率。在对墙体的脆性曲线进行研究和评估的时候，唯一一个不确定参数是地震地面运动，而分析方法采用的是IDA。我们将PGA看作是地震强度参数，和每条地震波对应起来，达到三种不同的极限状态，如图1所示。

图1 每条地震波达到三种极限状态所需要的PGA数值

从上图中我们得知，PGA值相同的情况下，地震动可以分为两种情况，一类让结构达到的状态是濒临弹性极限，而另一类则让结构彻底超出了坍塌极限的范围。

通过上文我们得知不同PGA峰值下结构也会拥有不同的倒塌概率，计算以后就可以知道这些倒塌概率的具体数值，我们将横坐标看作是PGA，纵坐标看作是结构累积倒塌率，绘出的曲线就是结构易损性曲线，如图2所示。

图2 结构易损性曲线图

上图中有两条线相隔距离非常小，分别是结构严重破坏线和结构倒塌线，这说明了砌体结构房屋在出现了严重的破坏情况的时候，发生倒塌的几率也大大增加了，这期间PGA增量数值是非常低的。同时遭遇地震的PGA值和结构的墙体倒塌概率之间具有一定的联系，在同一概率下，随着PGA值的增加，结构墙体的破坏程度也在随之加大。

4结论

在经过了上文的分析和探讨以后我们得知，首先砌体结构房屋具有非常显著的脆性，其弹性变形不管是使用IDA还是Pushover进行分析都非常的小；其次是结构的塑性铰主要出现的位置是由于洞口而被削弱的窗下墙部位，以及底层窗间墙，这是Pushover分析得出的结果，和实际地震情况中被破坏的砌体结构之间的一致性比较良好；最后是当砌体结构已经成为了被严重破坏的破坏程度，或者是高于这个程度的时候，结构会变得更加容易接近倒塌。

参考文献

[1]吴迪，谭平，STIEMER S F. 地震灾区既有混凝土框架结构的抗震性能研究[J]. 建筑科学与工程学报，2013，02：42-48.