中山市中心城区抗震性评价方法

6.1.2.1　结构破坏状态的划分

房屋的破坏通常是由构件及其连接的破坏引起的，其震害程度取决于其各组成构件的破坏情况。根据构件的破坏等级，可评定出房屋的震害等级。通常，房屋的震害等级分为5级：毁坏、严重破坏、中等破坏、轻微破坏和基本完好。关于结构构件破坏状态，和建筑结构整体破坏状态，通常按照表6－1和表6－2所列的标准划分。

表6－1　构件破坏等级

表6－2　结构震害等级和相应的震害指数

续表

6.1.2.2　建筑物抗震性能评价方法

（1）砖结构房屋

在地震作用下，砖结构的房屋由墙体承担地震荷载。历次地震震害和试验均表明，墙体的破坏主要是由剪力引起的。因此，墙体的抗剪强度是砖结构房屋抗震能力的主要标志。在砖结构房屋的震害预测中，主要依据是《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）和《建筑抗震鉴定标准》（GB50023－2009）中有关条款的规定，并采用楼层单位面积的折算平均抗剪强度作为砖结构房屋的抗震能力指标。

式中：Avi——第i楼层单位面积的折算平均抗剪强度，MPa；

Fj——第i楼层第j片墙的断面积，mm2；

Si——第i楼层平面面积，mm2；

ki——楼层单位面积平均抗剪强度折算系数；

pi——楼层墙体抗剪强度，MPa；

Sm——结构各层类型系数。

对于多层砖结构房屋，Sm=1.0。

对于底层框架砖房，上部各层Sm=1.0，底层Sm=1.176。

对于底层内框架砖房，各层均取Sm=1.0。

对于多层内框架砖房，有：

式中：ψc——柱类型系数，钢筋混凝土柱ψc=0.012，外墙组合砖柱ψc=0.0075，无筋组合砖柱ψc=0.005；

ζ1，ζ2——分别为计算系数，按表6－3取值；

λ——抗震横墙间距与房屋总宽度的比值，当小于0.75时，取0.75；

T——第m层内框架的柱总数；

nb——抗震横墙间的开间数；

nc——内框架的跨数；

pm——第m层的位置调整系数。

表6－3　计算系数

表6－4　位置调整系数

在评定砖结构房屋的抗震能力时，综合考虑房屋的构造措施及结构特点，对计算的楼层的平均抗剪强度进行修正。影响砖结构房屋抗震能力的其他诸因素中，主要有各楼层横墙间距、楼盖及屋盖的类型、平面及立面的变化、施工质量、有无抗震设防或抗震加固及房屋结构现状等，这些因素将对房屋结构的整体性及地震荷载的传递与分配产生影响。在得出砖结构房屋楼层单位面积的折算平均抗剪强度的计算结果后，进一步确定上述诸因素对房屋抗震能力的影响，给出砖结构房屋震害预测综合评定结果。

（2）单层空旷结构

单层空旷结构指单层工业厂房和单层空旷房屋，从结构上来说，可分为单层钢筋混凝土柱结构的房屋和单层砖柱结构的房屋2种类型。其抗力的计算分别如下所述。

1）单层钢筋混凝土柱房屋。在地震作用下，单层钢筋混凝土柱房屋主要由钢筋混凝

土排架来抵抗地震荷载，其抗震能力与排架柱有直接的关系，抗力计算见式（6－3）。

式中：Wi——第i个屋面加在柱上的重量，N；

Hi——第i个屋架的下弦至柱计算断面的距离，mm；

n——柱所支撑的屋面个数；

b——柱断面宽度，mm；

h——柱断面高度，mm。

2）单层砖柱房屋。在地震作用下，单层砖柱房屋主要由砖柱和砖墙承担地震荷载，其抗震能力与砖柱及砖墙有关。抗力计算见式（6－4）。

式中：H——地面至屋架下弦间的高度，mm；

L——房屋的计算长度，mm；

d——砖柱截面高度，mm；

k——砖墙体强度，MPa。

在评定单层结构的抗震能力时，还需考虑屋面板类型、屋架支撑系统的布置、施工质量、抗震设计标准及房屋结构现状等因素对房屋整体抗震能力的影响，对计算的结构抗力值进行修正，根据修正后的抗力值确定单层结构房屋震害预测结果。

（3）多层钢筋混凝土框架房屋

多层钢筋混凝土框架房屋的主要承载构件是框架结构。在地震作用下，框架结构的破坏程度是评定多层钢筋混凝土框架房屋震害的主要指标。在多层钢筋混凝土框架房屋的震害预测中，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）和《建筑抗震鉴定标准》（GB50023－2009）等国家规范、标准中的有关规定，采用有限单元法计算楼层弹性反应的最大地震剪力，按房屋实际的几何尺寸、材料特性、框架梁柱的受力状态和配筋情况计算各层的楼层屈服剪力，取楼层屈服剪力与楼层弹性反应的最大地震剪力之比为楼层剪力屈服系数qi，即：

式中：qi——楼层剪力屈服系数；

Qzi——楼层屈服剪力，N；

Qmi——楼层弹性反应的最大地震剪力，N；(www.xing528.com)

i——楼层序号。

1）对于剪力墙结构：

2）对于框架剪力墙结构：

其中：Fc——混凝土抗压强度，MPa；

Awi——第i层平行于地震力方向的剪力墙总断面积，mm2。

3）对于有砖填充墙的框架结构：

其中：a——框架对填充墙抗剪强度的影响系数，墙与框架无特殊连接者取a=1.1；

Rx——墙体抗剪强度，按砖结构规定计算，MPa；

Aw——1跨框架内填充墙的断面积，mm2；

n——有填充墙的跨数；

b——墙对框架柱抗剪强度的影响系数，一般取b=1.3；

Qcy——有填充墙跨的柱子的抗剪强度，MPa；

Qcoy——无填充墙跨柱子的抗剪强度，MPa。

楼层的地震剪力计算如下：

根据目前的设计经验，民用钢筋混凝土结构重量（含结构自重和50%的活荷载）采用1t／m2计算。第i层楼的地震剪力为：

其中：Ai——第i层建筑面积，m2；

Hi——第i层层高，m；

Q0——第一层的地震剪力，N。

其中：Tg——场地的卓越周期，见表6－5；

T——结构的自振周期，T=0.062+0.012　H；

H——房屋总高度，m；

αmax——地震影响系数最大值，见表6－6。

表6－5　场地的卓越周期Tg

表6－6　地震影响系数最大值

如果各楼层的建筑面积相等或接近相等，则可按下式计算：

其中：A——楼层的建筑面积（各层相同），m2；

n——楼的总层数。

楼层的剪力屈服系数：

楼层的最大延伸率平均值：

其中：Ck——修正系数，见表6－7；楼层最大延伸率平均值与破坏状态对照见表6－8。

表6－7　修正系数取值

表6－8　最大延伸率平均值与破坏状态对照表

根据结构弹性地震反应分析的结果，可以确定楼层剪力屈服系数qi与楼层最大延伸率的平均值μi之间的关系，由楼层最大延伸率的平均值可评定该建筑物的震害程度。

在评定多层钢筋混凝土框架房屋的抗震能力时，应综合考虑房屋的构造措施及结构特点等因素对房屋整体抗震能力的影响。这些因素主要有结构的整体体型、平面规则程度、立面刚度变化程度、施工质量、抗震设计标准及房屋结构现状等，它们对房屋结构的整体性和地震荷载的分配均会造成一定程度的影响。因此，应依据这些因素对房屋抗震能力的影响，对计算的楼层最大延伸率平均值进行修正，根据修正后的结果，确定多层钢筋混凝土框架房屋震害预测综合评定结果。

（4）高层建筑

单体复杂高层建筑体系的震害预测，应首先对结构在各不同强度地震作用下的反应，特别是弹塑性反应进行分析，而后者一直是结构抗震领域有待解决的关键问题。即使我国抗震规范制定了大震不倒的设防目标，并且给出了大震作用下的位移限值，但因分析问题没有解决，所以在实际设计中还未贯彻执行。

结构弹性地震反应分析发展已较为成熟，三维空间有限元分析已得到了广泛应用。结构弹塑性地震反应分析可以分为等效静力反应分析和动力时程反应分析。

等效静力弹塑性地震反应分析一般指近年为满足性态抗震设计而发展的pushover分析方法，这一分析方法较适用于中低层剪切型结构，并不适用于高层结构。关于这一点，目前已得到广泛认同。

在实际结构地震反应分析研究中，二维弹塑性地震时程反应分析得到了广泛应用。这一分析方法较适合均匀对称结构，而许多复杂的高层结构并不满足这一条件，对这类结构进行二维弹塑性地震时程反应分析时，仅模型简化就可能导致较大误差。

三维结构弹塑性地震反应分析一直是结构抗震分析中有待解决的难题。主要困难是结构构件在三维受力状态下的滞变性态非常复杂，目前还难以总结出可以实际应用的滞变规律。为此，这方面的研究进展受到极大阻碍。虽说国内外某些程序具有三维弹塑性地震反应分析功能，但使用者难以合理给出构件三维受力状态下的本构关系，所以目前即使在研究中也很少应用。

很多研究者提出对诸如高层建筑等长周期结构，可以应用地震等位移原则，即弹性地震位移反应与弹塑性地震位移反应近似相等，从而可以根据弹性地震位移反应估计结构的非弹性地震位移反应。这是一个较好地解决高层结构三维弹塑性地震位移反应估计的途径。这一方法，特别是如何在实际结构地震反应估计中应用，目前系统研究不多。

中国地震局工程力学研究所选择了若干高层结构，进行了大量不同地震波、不同地震强度的弹性及弹塑性地震时程反应分析，对高层结构的地震等位移原则进行了研究，总结了弹性和弹塑性地震位移反应结果的近似关系，并提出了根据弹性地震层间位移角反应估计弹塑性层间位移角反应的修正公式：

式中：αs——弹塑性最大层间位移角；

αe——弹性最大层间位移角。

因此，高层建筑震害预测首先采用三维空间有限元分析方法，对结构进行弹性地震反应分析，然后根据分析结果和上述最大层间位移角反应公式估计结构的实际地震位移反应，并据此进行结构的震害预测。