CN110990935A - 一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法，包括如下步骤：确定不同抗震措施类别砌体结构的性能水平，并确定其位移延性能力；计算砌体结构最大层间位移延性需求；根据各性能水平的结构位移延性能力和结构最大层间位移延性需求确定砌体结构的抗震能力，本发明的结构抗震性能评估方法在高效计算的情况下能准确评定砌体结构的抗震性能，可有效解决砌体结构抗震能力的量化评估。与现有技术相比，本发明的性能评估方法在计算方便、效率高的情况下，准确评定砌体结构的抗震性能。

Description

一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法

技术领域:

本发明涉及抗震性能评估的技术领域，具体而言，本发明尤其涉及一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法。

背景技术:

国内外学者一般认为，砌体结构是最古老，但同时又是迄今为止人们对其材料和结构性能掌握最少的一种建筑结构。由于砌体材料性能的高度非线性和离散性，砌体结构设计常常带有很多经验成分，且只对其进行一些简单的力学分析。以往对砌体结构抗震性能的研究侧重于承载能力，而较少关注其变形能力、耗能能力、延性等。基于性能的抗震理论的一个重要认识是，结构在中大震下的抗震性能主要取决于结构的变形能力而不是承载能力。如何采用基于性能的抗震理论对砌体结构进行分析、设计和评定，尚有许多问题有待研究。

砌体结构基于弹性计算的抗震分析方法存在重要的理论缺陷，而采用静力弹塑性方法(pushover方法)对砌体结构进行抗震分析有明显的优势。结构静力弹塑性分析方法可以分为以ATC40、EC8为代表的等效线性化方法和以FEMA356等为代表的位移修正系数法两类。两者的一个重要区别是：前者采用弹塑性结构的割线刚度，而后者采用弹塑性结构对应的弹性有效刚度。尽管目前对应该采用哪个刚度更合适仍有很大争议，但两类方法均是求解多自由度体系的弹塑性位移需求的过程，且均需采用迭代方法，计算量大。

由于不同年代建造的多层砌体结构在构造上差别较大，导致砌体结构的抗震性能差异巨大。现行基于性能的抗震性能评估方法中并没有考虑不同构造砌体结构性能水平的差异，因此不能准确评估砌体结构的抗震性能。

发明内容:

为了解决上述现有技术中的技术问题，为了寻找更为有效的实现方案，本发明提供了一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法，该方法计算效率高，同时保持了计算的准确度，可有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法，包括如下步骤：

确定不同抗震措施类别砌体结构的性能水平，并计算其位移延性能力；

计算砌体结构最大层间位移延性需求；

根据各性能水平的结构位移延性能力和结构最大层间位移延性需求确定砌体结构的抗震能力。

优选地，计算砌体结构的最大层间位移延性需求还包括如下步骤：

步骤S01、根据多层砌体结构剪切性薄弱层破坏机制计算各楼层屈服强度系数ξ_i，由楼层屈服强度系数的最小值来确定结构薄弱层，计算结构薄弱层的抗力折减系数R＝1/ξ_i,min；

步骤S02、根据结构基本周期T_0,e，计算等效单自由度体系结构的有效弹性周期T_eff和有效阻尼比ζ_eff；

步骤S03、根据有效弹性周期T_eff和有效阻尼比ζ_eff，计算结构位移的阻尼折减系数B和弹塑性位移增大系数C；

步骤S04、根据上述得到的阻尼折减系数B和弹塑性位移增大系数C，计算等效单自由度体系的屈服谱位移S_dy和弹塑性谱位移S_dp；

步骤S05、根据等效单自由度体系的位移延性需求μ，计算结构薄弱层层间位移延性需求μ₁。

优选地，所述步骤S01中各楼层屈服强度系数ξ_i的计算过程为：

其中，ξ_i为i层的楼层屈服强度系数，n为结构总层数，α为罕遇或设防烈度地震的地震影响系数，ρ_i为i层计算方向的墙率(楼层高度1/2处该方向墙体面积与单层建筑面积之比)，与计算方向直交方向的墙率为ρ’_i，λ_g为单位面积重力荷载代表值的换算系数(以0.012N/mm²为基准，λ_g＝g_E/0.012)，f_2,i为i层砌筑砂浆强度，i为砌体结构建筑的楼层数。

优选地，所述步骤S02中结构基本周期T_0,e、有效弹性周期T_eff和有效阻尼比ζ_eff的计算公式分别为：

T_0e＝0.02(H+1.2)

其中，H为房屋高度(m)，T_g为场地卓越周期，ζ₀为结构弹性粘滞阻尼系数。

优选地，所述步骤S03中阻尼折减系数B和弹塑性位移增大系数C计算公式分别为：

优选地，所述步骤S04中屈服谱位移S_dy和弹塑性谱位移S_dp计算公式分别为：

其中，g为重力加速度。

优选地，所述步骤S05中，等效单自由度体系的位移延性需求μ计算公式为：

优选地，结构薄弱层层间位移延性需求μ₁的计算过程为：

对于不规则的多层砌体结构，假定其整体结构的塑性位移完全由薄弱层产生，薄弱层的层间位移延性需求μ₁为

其中，φ为延性系数的换算系数，可表示为

式中，Γ_h为阵型高度系数；

对于较规则的多层砌体结构，假定整体结构的塑性位移大部分由薄弱层产生，小部分由薄弱层相邻层产生，薄弱层的层间位移延性需求μ₁为

其中，延性系数的换算系数φ'可表示为

优选地，所述根据各性能水平的结构位移延性能力和结构最大层间位移延性需求确定砌体结构的抗震能力的具体判断方式为：

可通过公式确定砌体结构的抗震性能：

μ₁≤[μ₁]；

式中，[μ₁]为各性能水平弹塑性位移延性限值。

优选地，根据抗震措施类别将砌体结构分为五类：

A类措施，按现行标准要求设置圈梁，但未设置构造柱；

B类措施，除按现行标准要求设置圈梁外，在下列部位设置构造柱：外墙四角及对应转角，错层部位横墙与外纵墙交接处，大房间内外墙交接处，较大洞口两侧，楼、电梯间四角，楼梯斜梯段上下端对应墙体处；

C类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：楼梯间对应的另一侧内横墙与外纵墙交接处，隔12～15m或单元横墙与外纵墙交接处；

D类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：隔开间横墙轴线与外墙交接处，山墙与内纵墙交接处；

E类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：内墙轴线与外墙交接处，内纵墙与横墙轴线交接处，内墙的局部较小墙垛处。

与现有技术相比，本发明的一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法至少具有如下有益效果：

本发明在基于最大位移点等效周期的非迭代等效线性化方法的基础上，根据多层砌体结构薄弱层破坏的特点，建立了既有砌体结构基于延性的抗震性能评定方法，与现有技术相比，本发明的性能评估方法在计算方便、效率高的情况下，准确评定砌体结构的抗震性能。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明：

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的抗震性能评估方法整体工作流程示意图；

图2为本发明的抗震性能评估方法具体评估过程示意图。

具体实施方式：

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

请参阅图1和图2，本发明公开了一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定不同抗震措施类别砌体结构的性能水平，并计算其位移延性能力；

结构位移延性可表征结构不同的性能水准，而不同抗震措施类别对砌体结构抗震性能影响较大。因此，根据抗震措施类别将砌体结构分为五类：

A类措施，按现行标准要求设置圈梁，但未设置构造柱；

B类措施，除按现行标准要求设置圈梁外，在下列部位设置构造柱：外墙四角及对应转角，错层部位横墙与外纵墙交接处，大房间内外墙交接处，较大洞口两侧，楼、电梯间四角，楼梯斜梯段上下端对应墙体处；

C类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：楼梯间对应的另一侧内横墙与外纵墙交接处，隔12～15m或单元横墙与外纵墙交接处；

D类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：隔开间横墙轴线与外墙交接处，山墙与内纵墙交接处；

E类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：内墙轴线与外墙交接处，内纵墙与横墙轴线交接处，内墙的局部较小墙垛处。

不同的性能水准对应的砌体结构的最大层间位移延性系数如表1。

表1砌体结构性能水平

计算砌体结构最大层间位移延性需求；

其具体过程为：

步骤S01、根据多层砌体结构剪切性薄弱层破坏机制计算各楼层屈服强度系数ξ_i，由楼层屈服强度系数最小值确定结构薄弱层，计算结构薄弱层的抗力折减系数R＝1/ξ_i,min；

所述步骤S01中各楼层屈服强度系数ξ_i的计算过程为：

其中，ξ_i为i层的楼层屈服强度系数，n为结构总层数，α为罕遇或设防烈度地震的地震影响系数，ρ_i为i层计算方向的墙率(楼层高度1/2处该方向墙体面积与单层建筑面积之比)，与计算方向直交方向的墙率为ρ’_i，λ_g为单位面积重力荷载代表值的换算系数(以0.012N/mm²为基准，λ_g＝g_E/0.012)，f_2,i为i层砌筑砂浆强度，i为砌体结构建筑的楼层数。

步骤S02、根据结构基本周期T_0,e，计算等效单自由度体系结构的有效弹性周期T_eff和有效阻尼比ζ_eff；

所述步骤S02中结构基本周期T_0,e、等效单自由度体系的有效弹性周期T_eff和有效阻尼比ζ_eff的计算公式分别为：

T_0,e＝0.02(H+1.2)

其中，H为房屋高度(m)，T_g为场地卓越周期，ζ₀为结构弹性粘滞阻尼系数。

步骤S03、根据有效弹性周期T_eff和有效阻尼比ζ_eff，计算结构位移的阻尼折减系数B和弹塑性位移增大系数C；

所述步骤S03中阻尼折减系数B和弹塑性位移增大系数C计算公式分别为：

步骤S04、根据上述得到的阻尼折减系数B和弹塑性位移增大系数C，计算等效单自由度体系的屈服谱位移S_dy和弹塑性谱位移S_dp；

所述步骤S04中屈服谱位移S_dy和弹塑性谱位移S_dp计算公式分别为：

其中，g为重力加速度。

步骤S05、根据等效单自由度体系的位移延性需求μ，计算结构薄弱层最大层间位移延性需求μ₁。

所述步骤S05中，等效单自由度体系的位移延性需求μ计算公式为：

结构薄弱层最大层间位移延性需求μ₁的计算过程为：

对于不规则的多层砌体结构，假定其整体结构的塑性位移完全由薄弱层产生，薄弱层的层间位移延性需求μ₁为

其中，φ为延性系数的换算系数，可表示为

式中，Γ_h为阵型高度系数；

对于较规则的多层砌体结构，假定整体结构的塑性位移大部分由薄弱层产生，小部分由薄弱层相邻层产生，薄弱层的层间位移延性需求μ₁为

其中，延性系数的换算系数φ'可表示为

根据对比计算得到的各性能水平的最大弹塑性位移能力和计算得到的最大层间弹塑性位移需求，确定砌体结构的抗震性能。

所述根据各性能水平的结构位移延性能力和结构最大层间位移延性需求确定砌体结构的抗震能力的具体判断方式为：

通过公式确定砌体结构的抗震性能：

μ₁≤[μ₁]

式中，[μ₁]为各性能水平弹塑性位移延性限值。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定不同抗震措施类别砌体结构的性能水平，并计算其位移延性能力；

计算砌体结构最大层间位移延性需求；

根据各性能水平的结构位移延性能力和结构最大层间位移延性需求确定砌体结构的抗震能力。

2.如权利要求1所述的一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法，其特征在于，所述计算砌体结构的最大层间位移延性需求还包括如下步骤：

步骤S01、根据多层砌体结构剪切性薄弱层破坏机制计算各楼层屈服强度系数ξ_i，由楼层屈服强度系数最小值确定结构薄弱层，计算结构薄弱层的抗力折减系数R＝1/ξ_i,min；

步骤S02、根据结构基本周期T_0,e，计算等效单自由度体系结构的有效弹性周期T_eff和有效阻尼比ζ_eff；

步骤S03、根据有效弹性周期T_eff和有效阻尼比ζ_eff，计算结构位移的阻尼折减系数B和弹塑性位移增大系数C；

步骤S04、根据上述得到的阻尼折减系数B和弹塑性位移增大系数C，计算等效单自由度体系的屈服谱位移S_dy和弹塑性谱位移S_dp；

步骤S05、根据等效单自由度体系的位移延性需求μ，计算结构薄弱层层间位移延性需求μ₁。

3.如权利要求2所述的一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法，其特征在于，所述步骤S01中各楼层屈服强度系数ξ_i的计算过程为：

其中，ξ_i为i层的楼层屈服强度系数，n为结构总层数，α为罕遇或设防烈度地震的地震影响系数，ρ_i为i层计算方向的墙率(楼层高度1/2处该方向墙体面积与单层建筑面积之比)，与计算方向直交方向的墙率为ρ’_i，λ_g为单位面积重力荷载代表值的换算系数(以0.012N/mm²为基准，λ_g＝g_E/0.012)，f_2,i为i层砌筑砂浆强度，i为砌体结构建筑的楼层数。

4.如权利要求3所述的一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法，其特征在于，所述步骤S02中结构基本周期T_0,e、有效弹性周期T_eff和有效阻尼比ζ_eff的计算公式分别为：

T_0,e＝0.02(H+1.2)

其中，H为房屋高度(m)，T_g为场地卓越周期，ζ₀为结构弹性粘滞阻尼系数。

5.如权利要求4所述的一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法，其特征在于，所述步骤S03中阻尼折减系数B和弹塑性位移增大系数C计算公式分别为：

6.如权利要求5所述的一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法，其特征在于，所述步骤S04中屈服谱位移S_dy和弹塑性谱位移S_dp计算公式分别为：

其中，g为重力加速度。

7.如权利要求6所述的一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法，其特征在于，所述步骤S05中，等效单自由度体系的位移延性需求μ计算公式为：

8.如权利要求7所述的一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法，其特征在于，所述结构薄弱层层间位移延性需求μ₁的计算过程为：

对于不规则的多层砌体结构，假定其整体结构的塑性位移完全由薄弱层产生，薄弱层的层间位移延性需求μ₁为

其中，φ为延性系数的换算系数，可表示为

式中，Γ_h为阵型高度系数；

对于较规则的多层砌体结构，假定整体结构的塑性位移大部分由薄弱层产生，小部分由薄弱层相邻层产生，薄弱层的层间位移延性需求μ₁为

其中，延性系数的换算系数φ'可表示为

9.如权利要求8所述的一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法，其特征在于，所述根据各性能水平的结构位移延性能力和结构最大层间位移延性需求确定砌体结构的抗震能力的具体判断方式为：

通过公式确定砌体结构的抗震性能：

μ₁≤[μ₁]；

式中，[μ₁]为各性能水平的结构位移延性限值。

10.如权利要求1所述的一种基于延性的砌体结构抗震性能评估方法，其特征在于，根据所述抗震措施类别将砌体结构分为五类：

A类措施，按现行标准要求设置圈梁，但未设置构造柱；

B类措施，除按现行标准要求设置圈梁外，在下列部位设置构造柱：外墙四角及对应转角，错层部位横墙与外纵墙交接处，大房间内外墙交接处，较大洞口两侧，楼、电梯间四角，楼梯斜梯段上下端对应墙体处；

C类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：楼梯间对应的另一侧内横墙与外纵墙交接处，隔12～15m或单元横墙与外纵墙交接处；

D类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：隔开间横墙轴线与外墙交接处，山墙与内纵墙交接处；

E类措施，除符合B类措施要求外，还在下列部位设置构造柱：内墙轴线与外墙交接处，内纵墙与横墙轴线交接处，内墙的局部较小墙垛处。

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