高层框架结构建筑震害预测矩阵分析

改造者：张利军 母传伟

高层框架结构建筑震害预测矩阵分析

改造者：张利军 母传伟

对*县城38栋高层建筑进行单体抽样调查，建立结构分析模型，弹塑性计算分析，求得结构的延伸率，根据其延伸率数值大小判断建筑物的损毁程度和破坏概率，并以此对整个县城的高层建筑进行震害预测。该方法可用于对钢筋混凝土框架结构、框架-剪力墙结构的高层建筑进行震害预测，从而得到整个*县城高层框架结果建筑物的震害预测结果。

在编制*县城的抗震专项规划工作中，震害预测是这个规划编制工作的重点和难点。对建筑的震害预测方法有多种，但每一种方法都有一定的针对性，*县城近几年新建高层建筑越来越多，通过对所有高层建筑的普查和抽样调查，建立结构分析模型，弹塑性计算分析，求得结构的延伸率，根据其延伸率数值大小判断建筑物的损毁程度和破坏概率，并以此对整个县城的高层建筑进行震害预测。该方法可用于对钢筋混凝土框架结构、框架-剪力墙结构的高层建筑进行震害顶测，从而得到整个*县城高层框架结果建筑物的震害预测结果。延伸率分析法是把受灾建筑的损毁程度分为五等，详见表1。

表1　建筑物破坏等级和层延伸率值对应表

确定高层框架结构建筑的层延伸率

（1）为建筑各层屈服剪力系数的计算：

其中：Qyi—结构楼层屈服剪力，QRi—结构楼层最大弹性地震剪力，qi—各楼层屈服剪力系数。

（2）为最大延伸率和屈服剪力系数的关系式：

其中：qmin—最小屈服剪力系数，μmax—结构楼层最大延伸率，ξ—结构强度的均匀系数，ξ=3.43-1.67η，η=iqmin/（i-1q+i+1q）/2，iqmin为第i层最小qmin，i-1q、i+1q分别为第i-1层和第i+1层的q；当i=1时，η= iqmin/2q；当i=n时，η= nqmin/n-1q；n为顶层的质点序号。

计算出两轴向的层最大延伸率μmax来判别建筑物的损毁程度。考虑建筑物现状、设防烈度、施工质量对抗震能力的影响作用，用式（3）中μ（修正延伸率）作为判定建筑物的破坏等级。

式中 μ—修正延伸率；

Ci—修正值，按表2取值。

对调查单体建筑的震害预测

表2　修正值选取表

表3　调查建筑物的基本参数信息

所调查的单体建筑地上13层，系钢筋混凝土框架-剪力墙结构，按7度设防。表3为调查建筑物的基本参数信息。

根据前述方法对结构进行分析计算，计算结果显示，在6度、7度、8度地震作用下，延伸率均小于1.0，结构处于弹性状态，建筑物无破坏，属于基本完好。表4显示9度烈度时各层x方向参数计算结果， 9度地震作用下，1、3、6、8～13层延伸率均小于1.0，结构处于弹性状态，无破坏；2、4、5、7层延伸率大于1.0，进入屈服状态，发生轻微破坏。

表4　各层x方向计算参数 （9度烈度）

对县城高层建筑的抽样调查

所抽样调查的高层建筑单体5栋，用抽样统计方法确定建筑物延伸率的均值和方差，计算过程详见式（4），计算结果详见表5。通过抽样调查和分析结果，在6度、7度、8度地震作用下，延伸率均小于1，结构处于弹性状态，建筑物无破坏，属于基本完好。9度地震作用下计算结果看出，只有局部建筑有轻微破坏。9度地震作用下有轻微破坏的建筑占抽样建筑面积的比例为20％。

表5　

对县城高层建筑的震害概率预测

对*县城区高层建筑进行震害预测， 根据抽样调查计算分析结果，在确定地震作用下发生各级破坏的概率由式（6）计算。其中I—地震的作用强度；

由积分式（6），求出各破坏等级的发生概率。

通过调查，*县现有和在建的高层建筑38座，总建筑面积252690m2。详见表6。通过对样本和总体的调查和分析结果，在6度、7度、8度地震作用下，延伸率均小于1，结构处于弹性状态，建筑物无破坏，属于基本完好。9度地震作用下计算结果看出，只有局部建筑有轻微破坏。9度地震作用下有轻微破坏的建面积为50538m2。

表6　*县高层建筑统计表

结语

根据结构分析模型，对高层框架结构单体建筑进行弹塑性分析，采用层延伸率为指标，根据其延伸率数值大小判断建筑物的损毁程度和破坏概率，并以此对整个县城的高层建筑进行震害预测。再通过对整个城区高层建筑进行抽样调查、样本分析及所有高层建筑物的统计结果，用延伸率的大小确定建筑的破坏程度和破坏概率，最后对整个县城的高层建筑做出震害预测。该方法可用于对钢筋混凝土框架结构、框架-剪力墙结构的高层建筑进行震害预测，从而得到整个城区高层框架结果建筑物的震害预测结果。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.21.040