【摘 要】本文对房间空旷、内纵墙少且不连续、在中破坏严重的砖砌体结构采用SAP2000进行了有限元地震反应分析,通过墙体抗剪能力储备系数反映该案例的结构抗震性能,得出了一些有益的结论,为提高结构抗震性能提供了参考,借此可以设计出更加合理、抗震能力更高的砖砌体结构.
【关 键 词 】抗震性能;;SAP2000;地震反应分析
1.引言
在中破坏严重的砖砌体结构采用SAP2000进行有限元地震反应分析,通过墙体抗剪能力储备系数反映该案例结构的抗震性能,得出了一些有益的结论,为提高结构抗震性能提供参考.
2.分析案例震害简介
本案例建筑总面积为2587.81m2,户平为107.83m2,六层,结构类型为砖混结构,耐火等级为二级,其建筑平面图如图1所示,具体参数详见文献6.在纵向地震作用下,该结构纵向墙体布置不均,受力不合理,抗震能力相对较差.该建筑物在经历汶川5.12特大地震后,整体结构未倒塌,破坏程度由下向上逐层减轻,底层墙体破坏严重且呈现典型的斜向交叉开裂,内纵墙破坏明显较横墙严重,根据建筑物破坏等级划分的宏观描述,该砌体房屋破坏等级属IV级,为严重破坏.
3.有限元分析模型
本文采用有限元分析软件SAP2000对该工程案例进行了弹性地震反应分析,有限元模型如图2所示.
振动特性是反映结构动力响应的重要参数,下面给该案例的自振特性计算结果,见表1.
进行地震反应分析时,选择我国建筑抗震设计规范的规范反应谱进行反应谱分析(7度中震)、并选取二、三类场地波El Centro波、Taft波和的江油波(NS方向),调整地震加速度峰值为150gal(7度中震)作时程反应分析.输入的三条地震动的基本参数如表2所示.
4.地震反应分析
该结构在反应谱输入和地震时程输入下得出荷载作用较大墙段的地震剪力值与计算的各墙段抗剪能力储备系数R,见表3~表6.
计算结果表明,纵墙的抗剪能力低于横墙的抗剪能力,内纵墙的抗剪能力低于外纵墙的抗剪能力.横墙的抗震能力好于纵墙的抗震能力,主要因为横墙数量较多,布置均匀且开洞较少,无薄弱部位,而纵墙数量较少,布置不连续,门窗洞口较多且较大,存在明显的薄弱部位,薄弱部位附近墙体破坏较重.
5.结论及建议
本文采用精细有限元法对房间空旷的砌体结构进行了地震反应分析,利用墙段平均抗剪能力储备系数为指标反映结构抗震能力,分析结果表明:
5.1 房间空旷结构中内纵墙的墙段平均储备系数在7度中震下小于1且明显低于外纵墙和横墙的墙段平均储备系数,与实际震害吻合;
5.2 外纵墙的抗震能力稍好于内纵墙的抗震能力,是由于外纵墙上开窗洞口较大,洞口形成的窗间墙的高宽比相比内纵墙大,抗侧刚度相对较弱,而水平地震作用下各墙肢承担的地震力是按其刚度大小分配的,因此,内纵墙承担的地震力较外纵墙大,导致内纵墙破坏较外纵墙严重;
5.3 本文建议砖砌体房屋不宜采用房间空旷布置,如若必须采用,可采取适当加与内纵墙相连的短肢墙体;保证窗间墙具有一定宽度以及提高砂浆强度等级和配置水平钢筋等措施以提高抗剪能力储备系数,从而提高结构抗震性能.