砌體結構抗震能力快速評估方法研究

李科興+白羽+周立超

摘要： 建筑物震害預測是減輕地震災害的基礎工作，對現有的砌體房屋的抗震能力鑒定與加固能有效降低震害。但是在開展建筑抗震能力鑒定工作時由于人力與財力的限制，不足以支撐全面的建筑物抗震鑒定工作。提出了基于可靠度的建筑潛在抗震能力快速評估方法，并介紹了基本能力分的計算、修正因子以及實施步驟。

Abstract： Seismic damage prediction is the basic work for earthquake disaster reduction， and the existing masonry building seismic capacity evaluation and reinforcement can effectively reduce the damage. But in the identification of seismic ability， due to the human and financial constraints， it is not enough to support a comprehensive building earthquake resistance appraisal work. Put forward the fast evaluation method of the potential seismic capacity based on reliable degree， and introduce the calculation of basic ability points， the correction factor and the implementation steps.

關鍵詞： 震害預測；潛在抗震能力；快速評估

Key words： earthquake damage prediction；potential seismic capacity；rapid assessment

中圖分類號：TU352.1+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）07-0094-03

0 引言

砌體結構由于其經濟性被廣泛用于民用、商用和學校，但由于其抗震性能較差，在歷次地震中，其震害都比較嚴重，造成了大量的人員傷亡與經濟損失。在難以預料的破壞性地震來臨之前，對現有的砌體房屋的抗震能力鑒定與加固能有效降低震害。但是在開展建筑抗震能力鑒定工作時由于人力與財力的限制，不足以支撐全面的建筑物抗震鑒定工作，參考美國聯邦應急管理署（FEMA）所推廣的“建筑潛在抗震能力快速觀察判定方法（RVS）”[1]，對既有建筑的抗震能力的鑒定評估提供了“沿路調查”方法快速判定建筑地震破壞風險，而且使用便捷，既適用于專業的工程師，也可被經過適當培訓的非專業人員掌握。此方法的思路和基本的技術路線借鑒到我國的震害預測工作中是有必要的。

鑒于此，本文提出了基于《建筑抗震能力鑒定標準》與抗震能力的建筑快速判定的震害預測方法，介紹了建筑抗震能力快速判定方法基本結構分數、性能修正因子以及步驟。

1 砌體結構抗震能力基本分確定

參考FEMA-155[2]附錄B中對建筑的基本結構分BSH的定義其類似于結構的可靠度指標。則根據《建筑結構可靠度設計統一標準》（GB 50068-2001）對極限狀態的定義是指整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態就不能滿足設計規定的某一功能要求。極限狀態方程是：

2 性能影響因子的修訂

2.1 砌體結構震害分析

根據08年汶川地震砌體結構震害調查[4，5]影響砌體結構抗震能力主要因素為以下幾方面：

①層數、高度。隨著結構與層數高度的增加房屋的損傷程度也隨之增，并且砌體結構對層數的影響較其他結構敏感，震害程度與層數成正比。

②建造年代。結構的抗震性能隨著建筑結構的時間推移而發生變化，調查表明建造時間越久，抗震性能越差，倒塌率也隨之增大。

③平立面布置。房屋剛度和質量分布不均勻、剛度中心和質量中心不重合是導致建筑平面不規則重要原因，在地震中不規則部位容易產生應力集中而引起破壞。立面布置不規則主要表現在出屋面附屬物，如女兒墻、出屋面煙囪、樓梯間塔樓等。平立面布置不規則會導致墻體水平方向、斜向的裂縫，更嚴重時會導致局部坍塌。

④高寬比。當房屋的總高度與寬度的比值過大時，整體結構會產生彎曲就會加重，同時會提高墻體所承受的附加應力。并且實踐證明房屋的破壞程度與房屋高寬比成正比例關系。

⑤橫墻間距。抗震橫墻的間距對房屋的空間剛度有直接的影響，若橫墻間距過大時，結構的空間剛度就會變小，樓屋蓋就沒有足夠的剛度將水平地震力傳遞給相鄰的橫墻，就會出現樓屋蓋的損毀。

⑥窗間墻。門洞口會形成寬度較小的窗間墻，這就使得荷載傳遞到此處時因墻體的截面積突然減少而出現破壞。若未設置構造柱，地震時墻體的抗剪強度就不足以抵抗墻體受到的剪力。由于剪切破壞，常出現裂縫、水平裂縫及X形裂縫。

⑦樓、屋蓋體系。預制樓板結構比現澆樓板結構破壞嚴重，而且在砌體結構中，大多數房屋采用預制樓板。在震害調查中，很多破壞或倒塌的樓板都是預制空心板。預制板的搭接拉結不牢固，在地震中很容易塌落，這是因為預制板的整體性比較差。

⑧圈梁、構造柱。砌體結構中增設構造柱后，構造柱可以延緩和阻止砌體的開裂、散落，使墻體裂而不倒。當墻體達到破壞的極限狀態下，由于構造柱和圈梁的約束，使破碎墻體中的碎塊不易散落，從而能保持一定的承載力，使樓蓋不發生連續倒塌。另外，在砌體結構中合理地設置構造柱，能起到增強房屋整體性的作用，還可以利用其塑性變形和滑移摩擦消耗地震能量，從而提高抗震能力。

2.2 性能修正因子的確定

根據砌體結構的震害特點，確定層數、高度，建造年代，平立面布置，高寬比，橫墻間距，窗間墻、樓，屋蓋體系，圈梁、構造柱為性能影響因子，并且采用等權重影響因子。

3 建筑潛在抗震能力快速評估實施

建筑物抗震能力結果以安全性等級Asu、Bsu、Csu、Dsu表示，Asu表示安全性等級最高，Bsu次之。如果建筑評級較高，則認為該建筑具有一定的抗震能力，如果建筑評級較低，則該建筑應該由專業工程師通過詳細檢測與工程分析，最后確定建筑是否需要加固。

建筑潛在抗震能力快速評估包括以下步驟：

①進行預算和成本估算，確認檢查的范圍和充分利用已收集的資料。

②選擇和熟悉數據采集表及培訓排查人員。

③逐棟調查現場的建筑，包括：1）校核與更新建筑信息。2）圍繞建筑觀察并在數據采集中畫出平立面圖以及建筑年代。3）確定用途和使用人數。4）識別抗震性能影響因子。5）給出該建筑的抗震性能最終評級。

4 工程實例分析

本工程為某小學學生宿舍樓二層，磚混結構，建于2003年，根據《建筑抗震鑒定標準》按照C類建筑的要求進行抗震鑒定。現場實測磚強度為MU10，砂漿強度為M5。其建筑平面圖如圖1。

根據PKPM-JDJG模塊抗力分析，計算各樓層可靠度指標分別為一層？茁=0.4395，二層為？茁=0.667。修正因子調查如表1所示。

根據各樓層所得基本分與修正因子的調查，同時參考《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB50292-1999）的相關規定，最后給定判定該建筑等級為Bsu。

5 結語

①本文提出的建筑潛在抗震能力快速評估方法基于GB50068-2001的基礎上所提出，有一定的實用性，基本分數的確定應根據不同烈度區域適當修正，以便適用于大范圍城市建筑抗震能力的鑒定排查。

②本方法對抗震性能影響因子采用的是等權重考慮，應根據實際實際震害資料對個因子進行研究，確定其真實權重。

參考文獻：

[1]FEMA P-154：Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards：A Handbook[S].

[2]FEMAP-155：Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards：Supporting Documentation[S].

[3]DG/TJ08-804-2005，上海市工程建設規范：既有建筑物結構檢測與評定標準[S].

[4]李英民，韓軍，等.“5.12”汶川地震砌體結構房屋震害調查與分析[J].西安建筑科技大學學報：自然科學版，2009，10（5）：606-611.

[5]清華大學，西南交通大學，北京交通大學，等.墳川地震建筑震害分析及設計對策[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.