构造设计下砌体结构抗震性能提升的模糊综合评价

洪孝路，赵宇 （中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001）

1 引言

我国地震区域分布广泛，很多地区经历过不同级别的地震，造成了巨大的人员和财产损失，并且砌体结构随着时代的发展，墙体的基准面积等内容不断地发生变化，砌体结构的抗震措施也相继出现新的内容，但在原有抗震准则不变的情形下，砌体结构的抗震性能研究依然缺乏对于砌体结构承受地震作用时的定量分析。在砌体结构设计中，圈梁和构造柱已然成为非常重要的抗震设计，考虑构造柱率和含圈率是非常有必要的。

2 砌体结构震害特征和规律

汶川地震后，对于砌体结构的震害分析进行了广泛深入的调查，关于砌体结构的震害特点进行总结。

砌体结构以纵墙和横墙作为主要的承重构件，除了构造柱和圈梁起到的约束作用外，砌体结构很难保证在地震来临时的整体稳定性。当地震作用的方向与结构纵墙的方向一致时，则主要由纵墙承受地震剪力，反之则为横墙，因此砌体结构构件破坏与地震作用下的破坏方向有着很高的关联性。

3 砌体结构的有限元分析模型

3.1 层间模型

砌体的力学分析模型较为复杂，在层间分析模型下，把砌体结构中的楼层作为有限元分析目标，用单一的杆件表征整个楼层下的竖向杆件，因此，质量便集中于楼盖层的一个节点处，便可应用楼层的等效侧移刚度代替结构层刚度，形成各个节点贯穿于多个质点的质点系模型，该模型自由度较少，分析简单，速率较快。

3.2 杆系模型

杆系模型下的有限元分析原理：将每个杆件，作为分析对象，例如简单的构造柱，圈梁等构件。分析过程更贴近于经典的力学分析模型，能较好进行结构的非线性分析，是砌体结构进行抗震分析贴合度较高的模型。

4 构造柱、圈梁对砌体结构抗震性能的影响

砌体结构在增设构造柱，圈梁等构造措施后，能有效地增大墙体刚度，可以延缓墙体的开裂，增强房屋的整体性能，还可利用滑移变形消散地震波对结构的破坏力。当砌体结构经过地震破坏后，圈梁、构造柱与墙体有效地拉结，可以防止结构发生连续倒塌的行为。不同位置的构件，拉结方式不同。

4.1 构造柱式的竖向拉结方式

研究表明，构造柱可以提升墙体10%～20%的抗剪强度，最重要的是可以有效地抑制墙体的倒塌，降低墙体水平方向裂缝的进一步开展，有效地消耗地震能。与圈梁形成整体的框架结构，将墙体与楼板连成整体，提升结构在地震作用下的整体性。

构造柱和墙体的竖向有效拉结是以墙体中的构造柱率

γ

表示的，当墙体内未设置构造柱时，

γ

=0，构造柱数量越多，

γ

则越大。构造柱率和设计层地震作用下构造柱的水平面积、墙体的总面积以及混凝土剪切模量有着直接的计算关系。

4.2 圈梁式的水平向拉结方式

圈梁在地震作用下，可以有效地增强各构件之间的连接性能，在与混凝土楼板的连接下，可以减少楼板在地震荷载下的开裂，提高楼板的水平刚度。圈梁限制了裂缝在竖直方向的开展，提高了墙体的抗剪强度。圈梁和墙体的竖向有效拉结以墙体中的含圈率

γ

表示，圈梁数量越多， 则越大。含圈率是通过圈梁竖向截面面积总和、墙体竖向截面面积等指标求解的。

现行砌体结构抗震设计规范中，砌体房屋的层数与高度限制是考虑设防烈度的不同而设定的，但缺乏了对于结构中构造柱、圈梁的要求，由于墙体、拉结结构数量的不同，相同层数下，结构的抗震性能也存在较大的差异，应该综合考虑砌体结构中的构造柱率和含圈率的影响，给出相同抗震设防烈度下，依据构造柱率和含圈率的不同，给出设计层数和层高限制的不同取值。

5 构造设计下的砌体结构抗震性能模糊综合评价

5.1 模型的建立

综合以上分析，本文建立基于构造设计下提升砌体结构抗震性能的评价模型，分析圈梁和构造柱在地震作用下为结构带来的保障。

①在建模过程中首先确定因素集：建立因素集

U

：

其中：

U

为结构破坏状态，

U

为结构的抗力，

U

为结构墙体裂缝的开展。本文在三个重要因素集中建立小因素集合，得到表1。

构造设计提升砌体结构抗震性能的评判指标体系 表1

5.2 模型的求解

在建立模型的过程中，得到

U

，

U

，

U

的排名矩阵。在排名过程中得到加权向量：

从模糊综合评价值来看，由于0.46＞0.39＞0.15＞0.01，评价值等级优秀。构造柱、圈梁在改善结构破坏状态、提升结构的抗力、约束结构墙体裂缝的开展等方面，起到了较好的效果，进而提高了砌体结构抗震性能，在提升结构的抗力方面贡献较高。

构造设计提升砌体结构抗震性能评价语隶属度 表2

6 结论

本文对砌体结构抗震能力进行分析，阐述了构造柱率和含圈率对于砌体结构抗震设计的重要性。基于模糊综合评价模型，得到评价值较高，构造设计有效地提升了地震作用下的结构抗力。特别是在高设防烈度地区，由于层数、层高的限制，应该着重考虑构造柱和圈梁的设计以及墙体数量的影响。