不同震中距地震作用下砌体结构反应分析

摘 要：我国砌体结构的发展有着悠久的历史，同时我国也是一个多地震的国家，自上世纪末发生的几次大地震以后，砌体结构在地震作用下的破坏情况受到了国内外许多学者的关注。在本文选取了一个典型五层混凝土空心砌块结构，采用非线性时程分析方法，对这个典型砌体结构在不同震中距地震作用下的反应进行分析与比较，并得出相应的结论。

关键词：震中距；砌体结构；非线性时程分析

中图分类号：TU375 文献标识码：A

砌体结构在我国建筑中应用非常广泛，因此研究砌体结构在近远场地震作用下的反应，具有很重要的现实意义。近场地震动主要以高能量脉冲运动为特征，这些脉冲表现出大幅值、长周期的特点，使结构产生较大的内力、变形和位移，是造成近场结构破坏的主要原因[1]。远场地震动同近场地震动的运动特征相似，但是在同设防烈度，同场地，同建筑结构等相同条件下，近场地震对结构的影响远大于远场地震。本文将通过一个典型算例进行上述论证。

1 地震作用下砌体结构计算模型与运动方程

多层砌体结构的质量和刚度沿高度分布一般比较均匀，层间变形为剪切变形。数学模型可简化为具有N个自由度的剪切型串连多自由度体系，建立非线性动力方程。本文对于砌体结构在地震荷载作用下的非线性动力方程[2][3]的求解，采用常刚度迭代法，此法的优点：在求解线性方程组过程中，不需在每一时步上对方程组的系数矩阵组三角分解，且系数矩阵是良态的，计算量减少，精度高。

本文所采用的砌体结构恢复力模型，以开裂、中等破坏、极限、倒塌点为控制点的四折线恢复力模型，其中Fe，Fy，Fu，Fp分别代表开裂荷载、中等破坏荷载、极限荷载和倒塌破坏时的荷载；？驻e，？驻y，？驻u，？驻p分别代表开裂位移、中等破坏位移、极限位移和倒塌破坏位移。通过文献[4][5]确定Fe，Fy，Fu，Fp，？驻e，？驻y，？驻u，？驻p。表1给出了砌体房屋确定各荷载控制点相应的位移值的砌体房屋层间剪切角。

表1 配筋砌体房屋层间剪切角

注：？驻=？酌.h，

h-层间高度，

？酌e、？酌y、？酌u、？酌p为开裂、中等破坏、极限、和倒塌层间剪切角。

2 不同震中距下作用下某五层混凝土空心砌块结构的反应比较

2.1 算例简介

某典型五层混凝土小型空心砌块办公楼（平面图如图1）。结构底层高为4.4m，其余各层层高均为3.3m。屋面及楼面采用混凝土现浇板，纵横墙承重。结构墙体采用MU10混凝土小型砌块，砌筑砂浆强度等级1～2层为M7.5，3～5层为M5。楼层设圈梁，截面为190mm×190mm，配筋4？准12，箍筋？准6，间距200mm。在房屋的外墙转角处，楼梯间四角以及内外墙交接处设置芯柱（均灌实5个孔）。其中芯柱截面面积120mm×120mm，混凝土强度等级C20，插筋？准14。抗震设防烈度为8度。

2.2 结构自振周期与结构各层恢复力参数

结构的第一到第五自振周期分别为0.2680s、0.0980s、0.0626s、0.0484s、0.0408s。

根据文献及表1确定该结构的Fe，Fy，Fu，Fp，？驻e，？驻y，？驻u，？驻p。表2为该结构各层恢复力模型中的参数。

2.3 不同震中距下结构的反应

本文选取60条强震记录[6]，根据震中距的不同，将所选地震记录分成4组：第一组，震中距<10KM；第二组，10KM<震中距<20KM；第三组，20km<震中距<30KM；第四组，震中距>30KM。图2至图4给出了结构在这四组地震记录下的最大加速度、最大层间位移角、最大层间剪力的平均值。

3 本章小结

本章采用非线性时程分析方法，对一栋五层空心砌块结构在不同震中距的反应作了分析与比较。

结合得出的数据可以得到以下结论：

（1）结构在不同震中距地震作用下，各层最大加速度平均值，层间最大剪力平均值，层间最大位移角平均值的比较，得出近场地震动作用下结构的响应大于远场地震动动作用下的响应。

（2）不同震中距对砌体结构的最大层间位移角的影响较最大加速度和最大层间剪力的影响更加明显。

（3）本文研究了一栋砌体结构在不同震中距作用下的抗震性能，需要研究分析更多砌体结构在近场地震动作用下的反应，以便得到更加可靠、准确的结论。

参考文献

[1]易伟建，张冰.近场地震动作用下框架结构的损伤机理[J].自然灾害学报.2007，16（2）：112～115.

[2]胡聿贤.地震工程学[M].北京：地震出版社，1988.129～200.

[3]王光远.建筑结构的振动[M].北京：科学出版社，1978.90～121.

[4]中华人民共和国国家标准，GBJ50011-2001，建筑抗震设计规范，北京：中国建筑工业出版社，2001.

[5]熊立红.多层混凝土砌块结构性态抗震研究：[国家地震局工程力学所博士学位论文D].哈尔滨；国家地震局工程力学所，2004.

[6]美国太平洋地震中心.http：//peer.berkeley.edu/smcat/search.html， 2000-01-01.

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