嘉兴市不同年代典型砌体房屋抗震能力分析

路建波

（浙江省地震局，杭州 310013）

0 引言

历次地震震害表明，房屋建筑的破坏与倒塌是造成大量人员伤亡与经济损失的主要原因[1]。房屋建筑抗震能力的强弱也就决定了震后灾害的轻重，在难以预料的破坏性地震来临前，有必要了解现有房屋结构的抗震能力。砌体结构由于其低成本、易取材、施工方便等优点在嘉兴市现有房屋结构中广泛存在。《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）[2]已于2016年6月正式发布实施，嘉兴市区的基本地震动峰值加速度由原来0.05 g变为0.10 g，基本烈度提高了一度，在此形势下对嘉兴市既有砌体房屋进行抗震能力分析进而提高防范地震灾害风险的能力就显得极为重要。

本文选取了嘉兴市区三幢分别于1990年代前、1990年代和2000年代设计建造的典型砌体结构房屋，并收集了相关资料。采用不同方法对其抗震能力进行了分析，确定了不同年代房屋存在的问题，并给出意见建议。

1 房屋选取及资料收集

自《地震区建筑规范（草案）》1959年问世以来[3]，我国建筑抗震设计规范历经“64版”、“74版”、“78版”、“89版”、“01版”、“10版”多次修订。1978年改革开放以后，砌体结构大量建造，根据嘉兴市测绘数据显示，嘉兴市区主要建筑中砌体结构约占总建筑47%。本文选取的三幢建筑分别对应“78版”、“89版”、“2001版”规范，房屋的建造年代也均是规范颁布实施5年以后，由具有相关资质的设计院设计，设计和建造较为成熟。三幢建筑资料如下：

接表1

图1 12#楼平面图Fig.1 Floor plan of building 12#

2 方法介绍

2.1 抗震能力指数法[4]

该方法是按照房屋高度和层数、结构体系的合理性、墙体材料的强度、房屋整体性连接构造的可靠性、局部易损易倒塌部位、构件自身及其与主体结构连接的可靠性等指标，结合数值计算得到楼层的抗震能力指数，来判定房屋能否满足目标要求。本文采用文献[4]中的楼层平均抗震能力指数法。当最弱楼层的平均抗震能力指数大于或等于1.0时，抗震能力满足要求，当小于1.0时，抗震能力不能满足要求，需要采取加固或其他相应措施。

图2 25#楼平面图Fig.2 Floor plan of building 25#

图3 31#楼平面图Fig.3 Floor plan of building 31#

楼层平均抗震能力指数按下式计算：

βi为第i楼层的纵向或横向墙体平均抗震能力指数；Ai为第i楼层的纵向或横向抗震墙在层高1/2处净截面的总面积，其中不包括高宽比大于4的墙段截面面积；Abi为第i楼层的建筑平面面积；ζoi为第i楼层的纵向或横向抗震墙的基准面积率；λ为烈度影响系数，7度时采用1.0。

2.2 震害因子法[5]

震害因子法是通过历次地震灾害调查统计，确定对建筑物破坏有显著影响的因子，进而建立起各因子与破坏程度之间的关系，用来评估既有建筑遭遇不同地震作用时的破坏情况。

根据文献[5]，建筑物的地震破坏程度在地震震害预测中习惯划分为五个等级，即基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌。这五种破坏程度的具体描述见表2。一般采用破坏度指数D来表征建筑物的破坏程度，并为每一级的破坏指数赋予一个初值。

表2 建筑物破坏程度的划分及对应的破坏度指数Table 2 Classification of building damagelevelsand the corresponding values of damage index

历次震害资料分析表明，建筑物的破坏程度与各震害因子之间一般不存在线性关系，因此，建筑物破坏程度的破坏指数D是各个震害因子影响系数的乘积，即：

式中：ω为地震动峰值加速度A的折算系数，ω=A为PGA；N为参与震害预测的因子个数；T为对应第i个震害因子取值分类的类别数；mij为幂指数，当第i个震害因子的实际情况符合第j分类时取1，其余取0；为符合第j项分类的第i个震害因子。应根据类嘉兴地区等少震、弱震区的震害案例统计确定，按照表3确定。

表3 震害因子分类取值表Table 3 Classification and corresponding values of earthquake damage factors

由式（2）计算的D值，根据表1按照D值落入的区间确定房屋在不同烈度地震作用下的破坏程度。

表1 三幢房屋设计资料Table 1 Design data of three buildings

（接表3）

3 具体分析

3.1 抗震能力指数法分析

在《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）[2]中，嘉兴市基本地震动加速度为0.10 g，对应基本烈度为7度。采用抗震能力指数法对三幢房屋建筑分析（如表4）可知，12#和25#两幢房屋大部分楼层由于纵墙平均抗震能力指数小于1，不能满足目前房屋的抗震能力要求。

表4 分析结果Table4 Analysis results

3.2 震害因子法分析

根据表1中三幢房屋设计资料，确定各震害因子取值，统计系数根据文献[5]取0.98，分析在遭遇0.10 g设防地震作用（7度）和多遇地震作用下可能的破坏结果（表5）。

表5 分析结果Table 5 Analysisresults

（接表5）

3.3 综合分析

对三幢砌体结构房屋进行了外围现场调查。12#楼（见图4）经过30多年的使用后，房屋外观方面，外墙体根部因环境潮湿出现酥碱，墙体表面部分开裂，剥落。房屋结构体系方面，质量和刚度沿高度分布较规则、均匀，对称，立面高度变化不大。整体性连接构造方面，纵横墙交接处无可靠连接，墙体内拉结筋间距过大。局部连接中的隔墙与两侧墙体无拉结。砌体强度方面，墙内砂浆和砖老化严重，强度已经明显达不到设计标准。根据上述两种方法分析，结构纵向墙体抗震能力不足，在遭遇Ⅶ度多遇地震作用时会发生严重破坏，遭遇Ⅶ度设防地震作用时会发生倒塌，不能满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。

图4 12#楼现场照片Fig.4 On-site photos of building 12#

25#楼（见图5）经过20多年的使用后，房屋外观方面，外墙体根部因环境潮湿出现酥碱，墙体表面部分开裂，剥落，现场调查可看出自行车库墙与顶面连接多处出现较大裂缝，严重影响结构抗震性能。房屋结构体系方面，房屋顶部有半层跃层，质量和刚度突变，顶部鞭稍效应增大，对抗震安全不利。整体性连接构造方面，纵横墙交接处无可靠连接，墙体内拉结筋间距过大。局部连接中的隔墙与两侧墙体无拉结。砌体强度方面，墙内砂浆和砖老化严重，强度已经明显达不到设计标准。根据上述两种方法分析，结构纵向墙体抗震能力不足，在遭遇Ⅶ度多遇地震作用时会发生中等破坏，遭遇Ⅶ度设防地震作用时会发生倒塌，不能满足“小震不坏，中震可修”的抗震设防目标。

图5 25#楼现场照片Fig.5 On-site photos of building 25#

31#楼（见图6）为2000年以后典型砌体结构房屋，从结构整体性，构造连接、圈梁构造柱的设置等均满足要求，房屋外观方面也未发现问题，由于新一代地震动参数区划图（GB18306-2015）颁布实施后，嘉兴市绝大部分地区均由原来的0.05 g分区（Ⅵ度）提升到了0.10 g分区（Ⅶ度），导致房屋高度上略微超出了0.10 g地区的要求（建筑超出0.7 m，层数未超过）。由于房屋较新，使用年限较短，总体分析，抗震能力较好。

图6 31#楼现场照片Fig.6 On-site photos of building 31#

4 结论

本文选取了嘉兴市区80年代、90年代、2000年代各一幢典型代表性砌体结构进行了现场调查，获取结构相关参数，并采用不同的方法结合现场调查对其抗震能力进行了分析，得到了一些结论：

（1）不同年代的三幢典型砌体结构均经过正规设计建造，由于建造年代、设防标准、使用维护的不同，结构的抗震能力差别显著。

（2）嘉兴市区80年代砌体结构房屋，在使用现状、结构体系、整体性以及材料强度几个方面也存在抗震能力薄弱环节。根据两种方法分析，结构纵向墙体抗震能力不足，在遭遇Ⅶ度多遇地震作用时会发生严重破坏，遭遇Ⅶ度设防地震作用时会发生倒塌，不能满足“小震不坏，中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。

（3）嘉兴市区90年代砌体结构房屋，在使用现状、结构体系、整体性以及材料强度几个方面均存在抗震能力薄弱环节。根据两种方法分析，结构纵向墙体抗震能力不足，在遭遇Ⅶ度多遇地震作用时会发生中等破坏，遭遇Ⅶ度设防地震作用时会发生倒塌，虽然抗震能力比80年代砌体结构强，但是同样不能满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标。

（4）嘉兴市区2000年以后典型砌体结构房屋，从结构整体性，构造连接、圈梁构造柱的设置等均满足要求，房屋外观方面也未发现问题，由于房屋较新，使用年限较短，总体分析，抗震能力较好。

根据现场调查发现，嘉兴市还存在大量80年代以前建造的房屋建筑，这些房屋建筑既没有参考严格的抗震设防标准，也没有经过合格的设计施工，并且使用年限久远，抗震能力极差，面临着极高的地震灾害风险，易造成小震致灾的后果，建议相关部门开展针对性预防措施降低地震灾害风险。