云南农村土木结构房屋有限元抗震分析

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云南农村土木结构房屋有限元抗震分析

　　摘要：根据2007年6月3日宁洱6?4级地震现场调查结果，对破坏较严重的土坯房建立了地震分析模型。对不同的开间、进深及檐口高的房屋，输入了3类场地超越概率为63%及超越概率为3%的地震波进行了有限元抗震分析。结果表明：墙厚影响不大，墙高的影响较大，墙高增加，破坏性增加；因此建议在满足使用功能的前提下，不增加墙厚，而减少层高对抗震更为有利，最后提出了相应的抗震加固措施。

　　0引言

　　我国是世界上遭受地震灾害最严重的国家之一。1949年以来，我国因地震死亡的人数占全国各种自然灾害死亡人数的一半。地震后，房屋倒塌引起的损失是最严重的（何超，罗奇峰，2010）。对于云南高烈度地震区，地震活动的频度和强度都比较大，每次地震都会有很多房屋受损或遭受破坏（杨向东，安晓文，2001），遭受破坏最严重的是农村建筑。农村建筑主要是指农民的自建房，由于农村经济条件较落后，农民缺乏抗震相关的建筑知识，一般不按照国家的规范进行建设和管理，造成此类房屋的综合抗震能力低。为了减小地震灾害，高惠瑛等（2010），陈伟等（2005），曾耀辉（2010）研究农村建筑的综合抗震能力，建议采取相应措施提高其抗震性能。

　　云南农村未经抗震设防的农村建筑所占比例很大（卢永坤等，2007）。甚至还有一部分农村房屋为土坯房，修建时基本没有考虑抗震设防，构造措施不合理，抗震能力较弱①。大部分房屋的生土墙体无抗震拉结措施，墙体的整体性很差。因此土坯墙承重的房屋抗震能力较差（郭阳照等，2006；王俊特，2009）。

　　2007年6月3日5时34分，云南省普洱市宁洱县发生了6?4级强烈地震。震中位于宁洱镇新平小河村（34?4°N、101?1°E），震源深度5 km，震中烈度达Ⅷ度。

　　宁洱6?4级地震波及宁洱县城及全县各乡（镇），给当地人民造成很大的经济财产损失，受灾人数达18万，农村民房倒塌也比较严重。

　　通过调查发现：地震造成的破坏比较严重的有宁洱镇新平小河村、宁洱镇太平寨、宁洱县新民街等。其中，农村土木结构房屋破坏最严重。

　　1土坯结构特点及破坏情况[*3]1?1土坯结构特点生土墙体承重型房屋一般呈硬山搁檩型，即全部墙体用土坯或夯土建成，前面留有门窗，墙厚0?4～0?8 m，墙顶上搁檩，檩上铺椽建顶（大多为“人”字顶），房间高3?5～4?0 m，深6?0～8?0 m，宽3?0～3?5 m。

　　据调查，这种结构的墙体有以下3种形式：① 直接用生土夯实；② 在土中加一些稻草，然后夯实；③ 将生土和稻草混合后，用一定的模具将泥巴做成土坯砌块，然后像普通砖砌体一样进行砌筑，粘结材料为泥浆。这三种墙体，其厚度为都在400～800 mm之间。

　　该类房屋建筑层数一般在两层（包括两层）以下，多为毛石或独立石基础，少数在开挖的沟中砌筑一定高度的土坯然后再夯实墙体。

　　1?2土坯房屋破坏情况

　　宁洱镇新平小河村地处震源区内，地基较软，地下水位较高，地基面以下1 m就有地下水，地基下沉。在现场调查中发现地裂现象也比较普遍。

　　该村房屋的破坏情况主要表现为震后少数房屋倒塌、倾斜或墙体局部倒塌，多数房屋墙体变形、开裂、错位，普遍棱瓦、掉瓦。

　　土坯房中的墙抬梁结构房屋，墙体倒塌；砖木结构梁下墙体开裂。

　　宁洱县新民街：带有木圈梁、木柱较高的单层土坯房破坏严重，墙体出现拦腰裂缝。

　　在宁洱镇太平寨，单层土坯房破坏严重。从现场土坯房破坏情况可以看出：山墙尖部分容易发生裂缝。另外在墙基部位也容易发生裂缝，图1为此次地震土坯墙承重结构破坏图。图1宁洱6?4级地震土坯墙承重结构破坏图

　　Fig?1Load?bearing structure damage of adobe

　　wall in Ning?er MS6?4 earthquake房屋破坏现象为墙体出现墙体分块，整体性差，也有水平裂缝，阶梯型裂缝。

　　地震研究35卷第2期肖梅玲等：云南农村土木结构房屋有限元抗震分析2计算模型及参数

　　对于宁洱地区典型的土坯墙承重房屋，按照不同墙厚及檐口高的房屋分别输入了超越概率为63%（众值烈度）及超越概率为3%（大震）的地震波，用SAP2000进行了有限元抗震计算。墙体用壳单元模拟，与地面接触的约束取为固定端。

　　2?1计算参数

　　土坯干容重γ=16?5 kN/m3，弹性模量根据不同土坯标号是不同的，对应的弹性模量200R，R为土坯的抗压强度。本文中取土坯标号为25，砌筑泥浆标号为10，其对应R为105 kN/m2，因此对应的弹性模量E为2×107 kN/m2。

　　荷载计算：屋面均布荷载（考虑民房的槽瓦及檩条自重）为1?4 kN/m2，活荷载为0?3 kN/m2；根据民房实际情况，在2?8 m处（墙高较高时在3 m处）考虑了楼面荷载，楼面均布荷载为3 kN/m2，活荷载为1?4 kN/m2。

　　在建筑抗震设计规范中，一般建筑的设计基准期（设计使用期）为50年，采用了三水准设防标准，相应的超越概率分别为63%、10%、3%。根据宁洱地震现场调查的情况，场地类别有3类。因此假定民房的使用期为50年，分别进行了小震—强度验算和大震—抗倒塌验算，依次输入3类场地超越概率为63%、3%的地震波，地震波数据点数1 024。因普洱地区的基本设防烈度为Ⅶ度，超越概率为63%和3%的地震波分别对应的烈度为5?5度和8度。

　　2?2破坏程度判别标准

　　因土坯房在地震作用下的破坏一般是因为主拉应力及位移过大引起的，而对于土坯房的变形位移没有相应的判别标准，可参照类似于砌体结构的变形判别标准（表1）。

　　3计算结果分析3?1墙厚计算结果计算中选取墙宽为3 m，墙高也固定（檐口高3 m），输入超越概率63%的地震波，表2中的计算结果是不同墙厚对应产生的应力和位移的最大值。表1土坯房破坏程度判别标准

转自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_15f2964540102x7mn.html