保定市典型多层砖混结构震害预测分析1
2012-11-26孟紫阳郭明珠赵慧乾
孟紫阳 郭明珠 赵慧乾
1）机械工业第六设计研究院有限公司，郑州 450007
2）北京工业大学建筑工程学院，北京 100124
引言
多层砖混结构是我国城镇主要的结构类型之一。由于多层砖混结构采用脆性材料，其抗拉、抗剪、抗弯能力很低，因而在地震中抵抗地震灾害的能力较差。在唐山地震中，唐山市区的多层砖混结构楼房95.8%遭到破坏，其中63.2%倒塌，32.6%严重破坏（于山，2003）。汶川地震中，北川县城等极震区多层砖混结构80%以上倒塌或严重破坏，绵竹县等高烈度区的多层砖混结构部分房屋倒塌，多数严重破坏或中等破坏（李英民等，2009）。因此，对多层砖混结构进行震害预测分析，对减轻地震造成的损失有十分重要的意义。
目前砖混结构震害预测的方法主要有易损性分析法、强度判别法、延性系数判别法、多元判别分析法、人工神经网络法、模糊类比法、结构理论计算法等。本文采用结构易损性方法对保定市部分砖混结构资料进行震害预测分析。
1 结构易损性方法
砖混结构抵抗地震作用的主要构件是墙体，含墙率愈大，抗震能力愈强。故采用楼层单位面积的平均抗剪强度作为砖混结构的抗力指标（尹之潜，1995），抗力表示为
式中，Fk为第s层第k片墙的断面积（cm2）；As为第s楼层的平面面积（m2）；f为砂浆强度等级；n为该楼总层数。
通过对历史震害的分析，得到不同烈度下楼层单位面积平均抗剪强度 Rs与震害指数 Ds（I）的关系（冯启民，2004）如下：
考虑到结构的施工质量、设计标准和建筑物使用现状的影响，将计算的震害指数按下式修正（当Ds≤0时，取Dsm= 0.05）：
式中，Dsm（I）为修正后的第s楼层的震害指数，按表2确定楼层的破坏等级；Ci为抗力修正系数，结合马克俭等（1999）以及本次震害预测调查工作给出，如表1所示；房屋的破坏等级按照破坏最严重的楼层计。
表1 砖混结构的修正系数Ci值Table 1 Correction factor value (Ci ) for brick and concrete structure
表2 震害等级对应的震害指数的中值和上下限Table 2 Median and bound of seismic damage index corresponding to damage grade
2 震害预测结果及分析
2.1 调查房屋概况
抽取保定市典型多层砖混结构共42栋，建筑面积98909m2。按年代、用途及层数分类的情况见表3。
表3 按年代、用途及层数分类情况Table 3 Classification of age, use and number of stories
2.2 房屋震害预测结果及分析
按照上述方法进行逐栋计算，总体的震害矩阵见表 4；按年代和用途所得震害矩阵见表5；按层数所得震害矩阵见表6。
表4 总体震害矩阵Table 4 General damage matrix
表5 按年代和用途分的震害矩阵Table 5 Seismic damage matrix according to age and use
续表
表6 按层数分的震害矩阵Table 6 Seismic damage matrix according to number of stories
续表
为了评价所调查的建筑物的抗震能力和破坏情况，可以采用破坏等级和破坏指数的关系（乔亚玲等，2006），如表7所示。
表7 破坏等级和破坏指数Table 7 Damage grade and damage index
某类型结构在某一地震烈度下的平均抗震能力指数可由下式计算：
式中，P（dj| I）为某类结构在烈度I下发生dj级破坏的比例（一般取面积比值）；dj为结构的破坏指为某类结构在烈度I下的平均震害指数；D（I）为某类结构在烈度I下的平均抗震能力指数。
由式（4）可得到总体平均震害指数分布，如图1所示；按年代、用途、层数分类的平均抗震能力指数分布，如图2所示。
图1 总体平均震害指数分布图Fig. 1 The overall average seismic capacity index diagram
由图1可知，总体的平均震害指数在小震下为0.23，较轻微破坏稍重；中震时为 0.35，尚未达到中等破坏；大震时为0.54，未达到严重破坏。由此，调查的典型砖混结构基本满足“三个水准”的设防要求。
由图2可看出，①按年代分，建造年代越晚，抗震能力越强。另外00年代与90年代抗震能力相差较大，这是由于 00年代所选用样本 89.05%为住宅，墙率高提升了抗震能力。②按用途分，住宅类抗震能力最强，教学类最弱，办公、医院类居中。③按层数分，2—3层和6—7层抗震能力较强，4—5层抗震能力较弱，6—7层建筑由于选取的主要为00年代建造，且多为住宅且建造年代较晚，故其抗震能力较强。
图2 分别按年代、用途、层数分的平均抗震能力指数分布图Fig. 2 Average seismic capacity index diagram, according to age, use and number of stories
3 结论
通过对保定市 42栋典型多层砖混结构采用结构易损性方法进行震害预测分析，并分别按照年代、用途、层数分类，列出震害矩阵，利用平均抗震能力指数评价总体和各分类的抗震能力，得出以下结论
（1）所调查的 42栋典型多层砖混结构基本满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目标。
（2）得出了按年代、用途、层数分类时，抗震能力强弱排序的规律，分析结论可为保定市多层砖混群体震害预测提供参考。
冯启民，2004. 《地震灾害损失预测及其信息管理系统技术规范》宣贯教材. 北京：中国标准出版社.
李英民，韩军，刘立平等，2009. “5·12”汶川地震砌体结构房屋震害调查与分析. 西安建筑科技大学学报（自然科学版）．（5）：606—611.
马克俭，常业军，1999. 多层砌体结构房屋震害预测. 合肥工业大学学报（自然科学版），（6）：54-57.
乔亚玲，闫维明，2006. 在役建筑物群体与单体震害预测. 工程建设与设计，（3）：5—8.
尹之潜著，1995. 地震灾害及损失预测方法. 北京：地震出版社.
于山，2003. 唐山大地震震后救援与恢复重建. 北京：中国科学技术出版社.
