高層框架結構建筑震害預測矩陣分析

改造者：張利軍 母傳偉

高層框架結構建筑震害預測矩陣分析

改造者：張利軍 母傳偉

對*縣城38棟高層建筑進行單體抽樣調查，建立結構分析模型，彈塑性計算分析，求得結構的延伸率，根據其延伸率數值大小判斷建筑物的損毀程度和破壞概率，并以此對整個縣城的高層建筑進行震害預測。該方法可用于對鋼筋混凝土框架結構、框架-剪力墻結構的高層建筑進行震害預測，從而得到整個*縣城高層框架結果建筑物的震害預測結果。

在編制*縣城的抗震專項規劃工作中，震害預測是這個規劃編制工作的重點和難點。對建筑的震害預測方法有多種，但每一種方法都有一定的針對性，*縣城近幾年新建高層建筑越來越多，通過對所有高層建筑的普查和抽樣調查，建立結構分析模型，彈塑性計算分析，求得結構的延伸率，根據其延伸率數值大小判斷建筑物的損毀程度和破壞概率，并以此對整個縣城的高層建筑進行震害預測。該方法可用于對鋼筋混凝土框架結構、框架-剪力墻結構的高層建筑進行震害頂測，從而得到整個*縣城高層框架結果建筑物的震害預測結果。延伸率分析法是把受災建筑的損毀程度分為五等，詳見表1。

表1　建筑物破壞等級和層延伸率值對應表

確定高層框架結構建筑的層延伸率

（1）為建筑各層屈服剪力系數的計算：

其中：Qyi—結構樓層屈服剪力，QRi—結構樓層最大彈性地震剪力，qi—各樓層屈服剪力系數。

（2）為最大延伸率和屈服剪力系數的關系式：

其中：qmin—最小屈服剪力系數，μmax—結構樓層最大延伸率，ξ—結構強度的均勻系數，ξ=3.43-1.67η，η=iqmin/（i-1q+i+1q）/2，iqmin為第i層最小qmin，i-1q、i+1q分別為第i-1層和第i+1層的q；當i=1時，η= iqmin/2q；當i=n時，η= nqmin/n-1q；n為頂層的質點序號。

計算出兩軸向的層最大延伸率μmax來判別建筑物的損毀程度。考慮建筑物現狀、設防烈度、施工質量對抗震能力的影響作用，用式（3）中μ（修正延伸率）作為判定建筑物的破壞等級。

式中 μ—修正延伸率；

Ci—修正值，按表2取值。

對調查單體建筑的震害預測

表2　修正值選取表

表3　調查建筑物的基本參數信息

所調查的單體建筑地上13層，系鋼筋混凝土框架-剪力墻結構，按7度設防。表3為調查建筑物的基本參數信息。

根據前述方法對結構進行分析計算，計算結果顯示，在6度、7度、8度地震作用下，延伸率均小于1.0，結構處于彈性狀態，建筑物無破壞，屬于基本完好。表4顯示9度烈度時各層x方向參數計算結果， 9度地震作用下，1、3、6、8～13層延伸率均小于1.0，結構處于彈性狀態，無破壞；2、4、5、7層延伸率大于1.0，進入屈服狀態，發生輕微破壞。

表4　各層x方向計算參數 （9度烈度）

對縣城高層建筑的抽樣調查

所抽樣調查的高層建筑單體5棟，用抽樣統計方法確定建筑物延伸率的均值和方差，計算過程詳見式（4），計算結果詳見表5。通過抽樣調查和分析結果，在6度、7度、8度地震作用下，延伸率均小于1，結構處于彈性狀態，建筑物無破壞，屬于基本完好。9度地震作用下計算結果看出，只有局部建筑有輕微破壞。9度地震作用下有輕微破壞的建筑占抽樣建筑面積的比例為20％。

表5　

對縣城高層建筑的震害概率預測

對*縣城區高層建筑進行震害預測， 根據抽樣調查計算分析結果，在確定地震作用下發生各級破壞的概率由式（6）計算。其中I—地震的作用強度；

由積分式（6），求出各破壞等級的發生概率。

通過調查，*縣現有和在建的高層建筑38座，總建筑面積252690m2。詳見表6。通過對樣本和總體的調查和分析結果，在6度、7度、8度地震作用下，延伸率均小于1，結構處于彈性狀態，建筑物無破壞，屬于基本完好。9度地震作用下計算結果看出，只有局部建筑有輕微破壞。9度地震作用下有輕微破壞的建面積為50538m2。

表6　*縣高層建筑統計表

結語

根據結構分析模型，對高層框架結構單體建筑進行彈塑性分析，采用層延伸率為指標，根據其延伸率數值大小判斷建筑物的損毀程度和破壞概率，并以此對整個縣城的高層建筑進行震害預測。再通過對整個城區高層建筑進行抽樣調查、樣本分析及所有高層建筑物的統計結果，用延伸率的大小確定建筑的破壞程度和破壞概率，最后對整個縣城的高層建筑做出震害預測。該方法可用于對鋼筋混凝土框架結構、框架-剪力墻結構的高層建筑進行震害預測，從而得到整個城區高層框架結果建筑物的震害預測結果。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.21.040