林擁軍，周 暢，楊敏潤，肖恬煦，楊 兵

(1. 西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，四川 成都 610031； 2. 中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041)

0 引 言

砌體結(jié)構(gòu)具有取材方便、造價(jià)便宜、耐久性和耐火性好的特點(diǎn)，在農(nóng)村房屋結(jié)構(gòu)中大量存在。由于砌體材料的脆性較大，使得砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能較差。已有震害研究表明，6.0級(jí)及以上強(qiáng)烈地震對(duì)農(nóng)村砌體結(jié)構(gòu)具有很大的破壞性。1975年海城地震、1976年唐山地震和2008年的汶川地震中，農(nóng)村砌體結(jié)構(gòu)房屋的破壞非常嚴(yán)重[1-3]。強(qiáng)烈地震通過地震波釋放出能量，使地表產(chǎn)生劇烈運(yùn)動(dòng)和變形，具有隨機(jī)突發(fā)、區(qū)域特性明顯、破壞范圍大和難以預(yù)測(cè)的特點(diǎn)。中國地處世界兩大地震帶(環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶)之間，地震活動(dòng)頻繁，大多數(shù)地區(qū)都爆發(fā)過強(qiáng)烈地震。其中，很多地震重災(zāi)區(qū)發(fā)生在離震中較近的農(nóng)村地區(qū)，因此，對(duì)農(nóng)村房屋進(jìn)行抗震評(píng)定是廣大土木科技工作者首要解決的問題。筆者認(rèn)為，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震評(píng)定應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性問題。地震作用下，不同種類、不同部位的構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)整體的影響程度會(huì)有差異，如果某個(gè)構(gòu)件的失效較容易導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞，則該構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中的作用也就相對(duì)重要，這便是構(gòu)件的重要性問題[4-7]。

構(gòu)件的重要性評(píng)價(jià)可分為定性評(píng)價(jià)法和定量評(píng)價(jià)法2類。定性評(píng)價(jià)主要根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)構(gòu)件重要性進(jìn)行區(qū)分，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為困難，一般僅適用于簡單結(jié)構(gòu)。在定量評(píng)價(jià)方面，榮海澄等[8]和Gharaibeh等[9]提出以結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力減小后所導(dǎo)致結(jié)構(gòu)可靠度的降低程度來衡量構(gòu)件的重要性，該方法不僅計(jì)算復(fù)雜而且應(yīng)用十分困難。柳承茂等[10]認(rèn)為構(gòu)件的重要性與構(gòu)件彈性剛度成正比，通過在構(gòu)件主軸剛度方向施加單位平衡力系，并以構(gòu)件在各方向的內(nèi)力和作為構(gòu)件的重要性指標(biāo)，其合理性仍值得商榷。張雷明等[11]基于線彈性理論和能量流，以拆除構(gòu)件后結(jié)構(gòu)總應(yīng)變能的變化程度來度量構(gòu)件的重要性，該方法不僅計(jì)算繁瑣、難于應(yīng)用，而且未考慮結(jié)構(gòu)的彈塑性特性。葉列平等[12]通過定義廣義結(jié)構(gòu)剛度，以拆除構(gòu)件對(duì)廣義結(jié)構(gòu)剛度的影響程度作為該構(gòu)件重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)，該指標(biāo)物理概念較為清晰，但僅限于彈性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。王功文[13]針對(duì)索桿張力結(jié)構(gòu)，采用剛度折減法模擬構(gòu)件損傷，并以構(gòu)件損傷后結(jié)構(gòu)自振頻率的下降率作為構(gòu)件的重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)，該方法不僅未考慮結(jié)構(gòu)彈塑性特性，而且僅適用于索桿張力結(jié)構(gòu)。Nafday[14]采用拆除構(gòu)件法得到結(jié)構(gòu)剛度矩陣行列式，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以完好結(jié)構(gòu)的剛度矩陣行列式與拆除構(gòu)件后結(jié)構(gòu)的剛度矩陣行列式的比值作為構(gòu)件的重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)，但結(jié)構(gòu)剛度矩陣行列式的取值并沒有明確的工程物理含義，難以體現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工程上的重要性。Agarwal等[15-16]和Pinto等[17]從圖論的角度，將結(jié)構(gòu)構(gòu)件按連接能力劃分為不同的結(jié)構(gòu)簇，并分析結(jié)構(gòu)簇的構(gòu)形和結(jié)構(gòu)失效模式，基于剛度矩陣行列式的概念提出了整體性指標(biāo)和損傷程度指標(biāo),但仍然存在物理含義不明確的問題。

鑒于此，本文針對(duì)典型農(nóng)村砌體結(jié)構(gòu)遭遇強(qiáng)烈地震時(shí)的墻體重要性展開研究，提出墻體重要性系數(shù)的計(jì)算方法，分別采用靜力和動(dòng)力彈塑性方法分析墻體對(duì)結(jié)構(gòu)抗震能力的影響，在砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震評(píng)定中，引入墻體重要性系數(shù)，使農(nóng)村砌體結(jié)構(gòu)的抗震評(píng)定與維修加固更合理。

1 砌體結(jié)構(gòu)墻體重要性的定義

1.1 墻體重要性系數(shù)

砌體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震所產(chǎn)生的水平作用力下，會(huì)受到豎向壓力和水平剪力的聯(lián)合作用。在受壓承載力相同的情況下，墻體承受的壓力越大，其失效概率也越大，重要性越高；在抗剪承載力相同的情況下，墻體承受的剪力越大，其失效概率也越大。從墻體失效對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞后果來講，結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)越高，破壞后果越嚴(yán)重，該墻體的重要性越高。因此，砌體結(jié)構(gòu)墻體的重要性與豎向壓力、水平剪力及結(jié)構(gòu)安全等級(jí)有關(guān)，其重要性系數(shù)可表示如下

γij=γ0+Δγij

(1)

(2)

式中：γij為第i層第j片墻體的重要性系數(shù)；γ0為與結(jié)構(gòu)安全等級(jí)有關(guān)的墻體重要性系數(shù),安全等級(jí)為一級(jí)取1.1，二級(jí)取1.0，三級(jí)取0.9[18]；Δγij為與豎向壓力、水平剪力相關(guān)的墻體重要性系數(shù)；Nij為第i層第j片墻體底部所受的豎向壓力；Vij為第i層第j片墻體底部所受的水平剪力；f(Nij)為第i層第j片墻體的受壓重要性影響函數(shù)；g(Vij)為第i層第j片墻體的受剪重要性影響函數(shù)。

用aij和bij來代替f(Nij)和g(Vij)，則式(2)可表示為

Δγij=aijγN,ij+bijγV,ij

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：aij為第i層第j片墻體抗壓重要性影響系數(shù)；bij為第i層第j片墻體抗剪重要性影響系數(shù)；γN,ij為抗壓重要性系數(shù)；γV,ij為抗剪重要性系數(shù)。

與結(jié)構(gòu)安全等級(jí)相關(guān)的墻體重要性系數(shù)變化幅度為0.1，因此與豎向壓力、水平剪力相關(guān)的墻體重要性系數(shù)Δγij的最大值為0.1，最小值為0，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使其分布于0～0.1之間，即

(7)

將Δγij標(biāo)準(zhǔn)化后，砌體結(jié)構(gòu)墻體的重要性系數(shù)計(jì)算公式為

(8)

1.2 基于靜力響應(yīng)的抗剪重要性系數(shù)

靜力響應(yīng)是結(jié)構(gòu)在靜力作用下的反應(yīng)，可以反映結(jié)構(gòu)的靜力性能。當(dāng)水平地震作用一定時(shí)，結(jié)構(gòu)頂部位移越小(或在結(jié)構(gòu)頂部施加一定的位移時(shí)，其基底反力越大)，則結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度越大。根據(jù)構(gòu)件拆除原理可知，如拆除構(gòu)件后的剩余結(jié)構(gòu)在水平作用力下所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)頂部位移越大，表明該構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)抗震能力的貢獻(xiàn)越大，其重要性程度越高。為避免局部構(gòu)件拆除后引起結(jié)構(gòu)的倒塌問題，需要在拆除構(gòu)件頂部施加向上的豎向荷載。

結(jié)構(gòu)的靜力響應(yīng)可采用靜力彈塑性分析得到，通過在結(jié)構(gòu)的頂部施加位移，可得到結(jié)構(gòu)在該位移作用下的基底反力。此時(shí)，抗剪重要性系數(shù)γV,ij的計(jì)算公式為

(9)

式中：VS,ij為第i層第j片墻體拆除后剩余結(jié)構(gòu)的基底剪力；VS,0為完整結(jié)構(gòu)的基底剪力。

1.3 基于動(dòng)力響應(yīng)的抗剪重要性系數(shù)

動(dòng)力響應(yīng)是結(jié)構(gòu)在動(dòng)力作用下的反應(yīng)，能反映結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能。結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)可采用動(dòng)力彈塑性分析得到，若拆除構(gòu)件后剩余結(jié)構(gòu)在動(dòng)力作用下的頂部位移越大，表明該構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)抗震能力的貢獻(xiàn)越大，其重要性越大。與靜力響應(yīng)不同的是，動(dòng)力響應(yīng)可以反映結(jié)構(gòu)多階振型、動(dòng)力特性及地震波持時(shí)等因素的影響。此時(shí)，抗剪重要性系數(shù)γV,ij的計(jì)算公式為

(10)

式中：dij為第i層第j片墻體拆除后剩余結(jié)構(gòu)的頂部位移最大值；d0為完整結(jié)構(gòu)的頂部位移最大值。

需要說明的是，基于靜力響應(yīng)的抗剪重要性系數(shù)采用靜力彈塑性分析得到，而基于動(dòng)力響應(yīng)的抗剪重要性系數(shù)采用動(dòng)力彈塑性分析得到。靜力彈塑性分析主要考慮型荷載與結(jié)構(gòu)一階振型響應(yīng)之間的關(guān)系，反映了地震峰值強(qiáng)度的影響，但不能分析地震頻譜特性和持續(xù)時(shí)間的影響，而動(dòng)力彈塑性分析反映了地震峰值強(qiáng)度、頻譜特性和持續(xù)時(shí)間以及全部振型的影響。

2 農(nóng)村砌體結(jié)構(gòu)及有限元模型

2.1 典型農(nóng)村砌體結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有農(nóng)村居民住房大多為1至3層3跨的砌體結(jié)構(gòu)，其中2層3跨占比最大[2,6]。為此，本文以2層3跨砌體結(jié)構(gòu)為例，進(jìn)行強(qiáng)烈地震下的墻體重要性研究。樓(屋)面板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，保護(hù)層厚度20 mm，鋼筋采用φ8@200，雙層雙向。墻體采用MU10燒結(jié)普通磚，M5混合砂漿砌筑，墻體厚度為240 mm，開間、進(jìn)深和層高均為3.3 m,整個(gè)建筑長9.9 m，寬6.6 m，建筑平面及墻體編號(hào)如圖1所示。為了解構(gòu)造柱、圈梁設(shè)置對(duì)墻體重要性的影響，建立2個(gè)模型，未設(shè)置構(gòu)造柱、圈梁的結(jié)構(gòu)模型為Ms1，設(shè)置構(gòu)造柱、圈梁的結(jié)構(gòu)模型為Ms2。

2.2 砌體受壓本構(gòu)

根據(jù)砌體受壓作用時(shí)的變形特點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)砌體受壓本構(gòu)模型開展了大量的試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析研究，提出的砌體受壓本構(gòu)關(guān)系曲線如下[19]

(11)

式中：σ為砌體軸心受壓的壓應(yīng)力；fm為砌體抗壓強(qiáng)度平均值；ε為砌體軸心受壓的壓應(yīng)變；ε0為砌體軸心受壓的峰值應(yīng)變，取0.003 3。

2.3 結(jié)構(gòu)有限元模型

砌體是由塊體和砂漿組成的一種復(fù)合脆性材料，根據(jù)這2種不同屬性材料處理方式的不同，砌體結(jié)構(gòu)的有限元模型有分離式模型和整體式模型2種[20]。分離式模型將砌體和砂漿分開建模，可以考慮2種材料的屬性差異及塊體與砂漿之間的應(yīng)力重分布特征，適用于模擬砌體的損傷過程和破壞機(jī)理。整體式模型是將砂漿和塊體的組合看成整體單元，不考慮塊體和砂漿之間的屬性差異，適用于結(jié)構(gòu)整體分析。本文研究的是在整體效應(yīng)下不同墻體的受力差異，采用整體式模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，墻體采用整體單元，構(gòu)造柱、圈梁、樓板則采用彌散鋼筋模型。地震作用下，砌體處于復(fù)雜受力狀態(tài)，其抗剪、抗拉強(qiáng)度很低，容易進(jìn)入非線性狀態(tài)，并產(chǎn)生開裂。隨著荷載的變化，結(jié)構(gòu)局部的材料屬性、截面屬性的變化會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)整體恢復(fù)力模型產(chǎn)生影響，需要對(duì)構(gòu)件單元網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化，降低構(gòu)件剪切變形的影響，圖2為完整結(jié)構(gòu)的有限元模型。

3 基于靜力響應(yīng)的墻體重要性分析

采用構(gòu)件拆除法分析不同墻體的相對(duì)重要性，即對(duì)拆除墻體后的剩余結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行靜力彈塑性分析、動(dòng)力彈塑性性分析，并與完整結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，得出不同墻體對(duì)結(jié)構(gòu)抗震能力的影響程度。

3.1 水平地震影響系數(shù)的影響

當(dāng)水平地震作用于Ms1模型的x方向時(shí)，墻體抗剪重要性系數(shù)隨水平地震影響系數(shù)的變化情況如圖3所示。從圖3(a)可以看出：結(jié)構(gòu)內(nèi)部墻體(W10)的抗剪重要性系數(shù)大于結(jié)構(gòu)外部墻體(W11)，原因在于結(jié)構(gòu)內(nèi)部墻體不僅可以提供側(cè)向剛度，還會(huì)減小y向的連接跨度，從而提高結(jié)構(gòu)的整體性。從圖3(b)可以看出：W10與W16墻體的抗剪重要性系數(shù)的變化規(guī)律并不相同，隨水平地震影響系數(shù)的增加，處于受拉區(qū)的墻體W10的重要性系數(shù)先呈增大趨勢(shì)，然后突然下降；墻體W16比W10的抗剪重要性系數(shù)大，原因在于W16墻體處于結(jié)構(gòu)的受壓區(qū)，而W10墻體處于結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)，在水平地震作用下，受拉區(qū)墻體的豎向壓力減小，而受壓區(qū)的墻體豎向壓力增大，這會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體承載能力下降，墻體受壓區(qū)的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力均大于受拉區(qū)墻體，其抗剪重要性也更高。從圖3(c)可以看出，隨水平地震影響系數(shù)的增加，受壓區(qū)W8與W16墻體的重要性呈下降趨勢(shì)，原因在于，隨著地震作用的增大，墻體在壓剪復(fù)合應(yīng)力下會(huì)產(chǎn)生剪切滑移，砌體單元處于雙向的壓剪復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，使裂縫傳遞剪力的能力提高，結(jié)構(gòu)剛度最后隨受壓區(qū)墻體的破壞突然下降，導(dǎo)致墻體的抗震能力出現(xiàn)下降?？傮w來講，墻體的抗剪重要性隨地震作用強(qiáng)度的變化較為復(fù)雜，隨水平地震影響系數(shù)的增大，受壓區(qū)墻體的抗剪重要性減小，而受拉區(qū)墻體的抗剪重要性增大。

3.2 構(gòu)造柱、圈梁的影響

以Ms1，Ms2模型首層墻體W11為研究對(duì)象，分析構(gòu)造柱、圈梁設(shè)置對(duì)墻體重要性的影響。不同構(gòu)造柱設(shè)置下，墻體抗剪重要性系數(shù)隨水平地震影響系數(shù)變化曲線如圖4所示。從圖4可以看出，隨著水平地震影響系數(shù)的增大，墻體抗剪重要性呈先增大后減小的變化趨勢(shì)。當(dāng)?shù)卣鹱饔脧?qiáng)度較小時(shí)，設(shè)有構(gòu)造柱、圈梁的約束墻體比未設(shè)置構(gòu)造柱、圈梁墻體的抗剪重要性高，原因在于構(gòu)造柱和圈梁的弱框架作用使墻體承受的壓應(yīng)力降低，在同等地震作用強(qiáng)度下，墻體開裂導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度降低幅度較大。當(dāng)水平地震影響系數(shù)較大時(shí)，有構(gòu)造柱、圈梁的約束墻體比未設(shè)置構(gòu)造柱、圈梁墻體的抗剪重要性低，這說明設(shè)置構(gòu)造柱、圈梁會(huì)增強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)整體性，從而使得拆除墻體W11后的剩余結(jié)構(gòu)整體剛度變化較小。

3.3 墻體位置的影響

以模型Ms1為例，分析墻體平面位置、豎向位置對(duì)抗剪重要性的影響。

3.3.1 平面位置的影響

以底層受拉區(qū)W2，W4，W9墻體和受壓區(qū)W6，W7，W17墻體為例進(jìn)行分析，圖5為不同平面位置墻體抗剪重要性系數(shù)隨地震影響系數(shù)的變化曲線。從圖5(a)可以看出：當(dāng)水平地震影響系數(shù)小于0.5時(shí)，墻體W4的抗剪重要性大于W9的抗剪重要性；W2與W4的抗側(cè)剛度相同，但墻體的抗剪重要性卻相差較大，這表明墻體的抗剪重要性不僅與墻體自身的抗側(cè)剛度有關(guān)，還受到墻體在結(jié)構(gòu)中的拓?fù)潢P(guān)系及受力狀態(tài)的影響；墻體W2和W9處于結(jié)構(gòu)的周邊，其失效對(duì)結(jié)構(gòu)整體性的影響相對(duì)較小，它們的抗剪重要性也相對(duì)較??；墻體W4位于結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，與之連接的墻體較多，墻體失效對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性影響較大，其抗剪重要性較大。從圖5(b)中可以看出：雖然墻體W7的抗側(cè)剛度小于墻體W17的抗側(cè)剛度，對(duì)結(jié)構(gòu)整體性的影響也不及墻體W6，但其抗剪重要性系數(shù)卻最大，原因在于受壓區(qū)外側(cè)的墻體在地震作用下受豎向壓力和彎矩影響較大，其剛度退化比內(nèi)側(cè)墻體大，墻體失效引起結(jié)構(gòu)整體剛度的變化也越大。

3.3.2 豎向位置的影響

圖6為不同豎向位置受拉區(qū)墻體W4，W10和受壓區(qū)墻體W8，W17抗剪重要性系數(shù)隨地震影響系數(shù)的變化情況。從圖6可以看出，同一平面位置的墻體，從下而上，內(nèi)部墻體的抗剪重要性增大，周邊墻體的抗剪重要性減小。

4 基于動(dòng)力響應(yīng)的墻體重要性分析

4.1 地震波的選取

結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性分析中，地震波的選擇很重要，由于震源機(jī)制、傳播介質(zhì)以及地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[21]建議：選擇地震波時(shí)主要考慮地震動(dòng)強(qiáng)度、地震動(dòng)頻譜特性和地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間；地震波可采用場地實(shí)際強(qiáng)震記錄、典型的強(qiáng)震記錄和人工模擬地震波。

鑒于實(shí)際強(qiáng)震記錄和建筑物所在場地的基本烈度并不對(duì)應(yīng)，這就需要根據(jù)抗震設(shè)防目標(biāo)要求對(duì)地震加速度峰值進(jìn)行調(diào)整，即

(12)

為考慮地震動(dòng)頻譜特性、持續(xù)時(shí)間的影響，按場地特征周期Tg分別為0.3，0.4，0.5 s，選定3條地震波，分別為SeW1，SeW2和SeW3，如圖7所示；持續(xù)時(shí)間t為20，30，40 s的地震波分別為SeW5，SeW6和SeW7，如圖8所示。

4.2 地震波頻譜特性的影響

以模型Ms2的W11墻體為例，研究地震動(dòng)頻譜特性、地震動(dòng)持時(shí)對(duì)墻體抗剪重要性的影響。

地震波的頻譜特性包含卓越周期、強(qiáng)度包線參數(shù)，墻體的抗剪重要性系數(shù)如表1所示。不同頻譜特性地震波下，動(dòng)力彈塑性分析得的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移Ux時(shí)程曲線如圖9所示。結(jié)果表明，不同頻譜特性地震波下，墻體的抗剪重要性系數(shù)有較大差異，與加速度反應(yīng)譜0～0.1 s譜值分布基本一致。

表1 地震波的頻譜特性參數(shù)與墻體抗剪重要性系數(shù)Tab.1 Spectral Characteristic Parameters of Seismic Waves and Importance Coefficient of Wall Shear Resistance

4.3 地震波持時(shí)的影響

不同持時(shí)地震波的特征參數(shù)與墻體的抗剪重要性系數(shù)如表2所示。不同持時(shí)地震波下，動(dòng)力彈塑性分析得到的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移時(shí)程曲線如圖10所示。分析結(jié)果表明，砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)入非線性階段之后，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的最大位移與墻體的抗剪重要性系數(shù)一致，結(jié)構(gòu)最大響應(yīng)與結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性階段的塑性持時(shí)有關(guān)，而塑性持時(shí)一般在地震動(dòng)峰值附近。

表2 不同持時(shí)地震波特征參數(shù)與墻體抗剪重要性系數(shù)Tab.2 Characteristic Parameters of Seismic Waves with Different Duration and Importance Coefficient of Wall Shear Resistance

5 基于墻體重要性的抗震評(píng)估

基于靜力響應(yīng)與動(dòng)力響應(yīng)的墻體重要性分析表明，地震峰值強(qiáng)度、頻譜特性和持續(xù)時(shí)間等動(dòng)力參數(shù)對(duì)墻體重要性系數(shù)均有一定的影響，但地震動(dòng)加速度峰值是墻體抗剪重要度最主要的影響因素，抗震評(píng)估時(shí)可以采用基于靜力響應(yīng)的墻體重要性系數(shù)進(jìn)行抗震評(píng)估。

5.1 墻段抗震能力指數(shù)

水平地震作用下墻體的剪力會(huì)按質(zhì)量和剛度進(jìn)行分配，剛度、質(zhì)量越大的墻體分配的地震剪力越大，其對(duì)砌體結(jié)構(gòu)抗震能力的貢獻(xiàn)越大，說明該墻體的重要性越高。因此，砌體結(jié)構(gòu)抗震評(píng)定時(shí)需考慮墻體抗震重要性的影響。

根據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[22]，在對(duì)A類砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二級(jí)抗震鑒定時(shí)，應(yīng)將墻段綜合抗震能力指數(shù)按如下公式進(jìn)行計(jì)算

(13)

式中：βc,ij為第i層第j墻段綜合抗震能力指數(shù)；βij為第i層第j墻段抗震能力指數(shù)；Aij為第i層第j墻段在1/2層高處的凈截面面積；Ab,ij為第i層第j墻段計(jì)及樓蓋剛度影響的從屬面積；λ為地震烈度影響系數(shù)；ξ0i為第i層第j片縱向或橫向抗震墻的基準(zhǔn)面積率；Ψ1為體系影響系數(shù)；Ψ2為局部影響系數(shù)。

對(duì)于B類砌體結(jié)構(gòu)，為進(jìn)行墻體抗震能力比較，定義墻體的抗震能力驗(yàn)算指數(shù)如下

βv,ij=fvEA/[γRa(1+γij)V]

(14)

fvE=ζNfv

(15)

式中：βv,ij為第i層第j片墻體抗震能力驗(yàn)算指數(shù)；fvE為砌體沿階梯形截面破壞的抗震抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；fv為非抗震設(shè)計(jì)的砌體抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；ζN為砌體抗震抗剪強(qiáng)度的正應(yīng)力影響系數(shù)；γRa為抗震鑒定的承載力調(diào)整系數(shù)；A為墻體橫截面面積；V為墻體剪力設(shè)計(jì)值。

當(dāng)βc,ij或βv,ij大于等于1.0時(shí)，評(píng)定為抗震能力驗(yàn)算滿足要求，反之，評(píng)定為抗震能力驗(yàn)算不滿足要求。

5.2 抗震評(píng)定實(shí)例

5.2.1 工程概況

該工程為2層砌體結(jié)構(gòu)房屋，設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g(g為重力加速度)，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，層高為3.3 m，建筑平面如圖1所示。樓(屋)面板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，鋼筋采用φ8@200，雙層雙向。墻體采用燒結(jié)普通磚，強(qiáng)度等級(jí)為MU10，砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M5，基于靜力響應(yīng)的墻體重要性系數(shù)如圖11所示。

5.2.2 墻段綜合抗震能力指數(shù)計(jì)算

按A類砌體房屋進(jìn)行第一級(jí)鑒定不滿足要求，根據(jù)公式(13)計(jì)算的墻段抗震能力指數(shù)進(jìn)行第二級(jí)評(píng)定。經(jīng)過計(jì)算得到2層墻體的綜合抗震能力指數(shù)如圖12所示，可以看出，所有墻體的綜合抗震能力指數(shù)均大于1，該砌體房屋滿足第二級(jí)鑒定要求。

5.2.3 墻段抗震能力驗(yàn)算指數(shù)計(jì)算

按B類砌體，采用設(shè)防烈度進(jìn)行抗震驗(yàn)算，水平地震影響系數(shù)最大值取0.23，按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[21]的地震反應(yīng)譜計(jì)算的水平地震影響系數(shù)為0.217，按底部剪力法求得各墻體的剪力設(shè)計(jì)值如圖13所示。按B類砌體房屋進(jìn)行第一級(jí)鑒定不滿足要求，根據(jù)公式(14)，(15)計(jì)算的墻段抗震能力驗(yàn)算指數(shù)進(jìn)行抗震能力驗(yàn)算，墻體抗震能力指數(shù)均大于1，如圖14所示，抗震能力評(píng)定為滿足要求。

6 結(jié) 語

(1)隨著地震影響系數(shù)的增加，受拉區(qū)墻體的重要性增大，受壓區(qū)墻體的重要性減小；地震影響系數(shù)較小時(shí)，設(shè)置構(gòu)造柱、圈梁砌體結(jié)構(gòu)墻體比未設(shè)置構(gòu)造柱、圈梁的墻體重要性大，反之亦然；同一平面位置的墻體受壓重要性隨樓層從上到下增大。

(2)地震峰值強(qiáng)度、頻譜特性和持續(xù)時(shí)間等動(dòng)力參數(shù)對(duì)墻體重要性系數(shù)均有一定的影響，但地震動(dòng)加速度峰值是墻體抗剪重要度最主要的影響因素，抗震評(píng)估時(shí)可以采用基于靜力響應(yīng)的墻體重要性系數(shù)進(jìn)行抗震評(píng)估。

(3)在農(nóng)村砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震評(píng)定中，引入墻體的重要性系數(shù)，能明確砌體結(jié)構(gòu)房屋中的關(guān)鍵墻體，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震評(píng)定與維修加固具有較好的指導(dǎo)作用。