洪孝路，趙宇 （中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

1 引言

我國地震區(qū)域分布廣泛，很多地區(qū)經歷過不同級別的地震，造成了巨大的人員和財產損失，并且砌體結構隨著時代的發(fā)展，墻體的基準面積等內容不斷地發(fā)生變化，砌體結構的抗震措施也相繼出現新的內容，但在原有抗震準則不變的情形下，砌體結構的抗震性能研究依然缺乏對于砌體結構承受地震作用時的定量分析。在砌體結構設計中，圈梁和構造柱已然成為非常重要的抗震設計，考慮構造柱率和含圈率是非常有必要的。

2 砌體結構震害特征和規(guī)律

汶川地震后，對于砌體結構的震害分析進行了廣泛深入的調查，關于砌體結構的震害特點進行總結。

砌體結構以縱墻和橫墻作為主要的承重構件，除了構造柱和圈梁起到的約束作用外，砌體結構很難保證在地震來臨時的整體穩(wěn)定性。當地震作用的方向與結構縱墻的方向一致時，則主要由縱墻承受地震剪力，反之則為橫墻，因此砌體結構構件破壞與地震作用下的破壞方向有著很高的關聯(lián)性。

3 砌體結構的有限元分析模型

3.1 層間模型

砌體的力學分析模型較為復雜，在層間分析模型下，把砌體結構中的樓層作為有限元分析目標，用單一的桿件表征整個樓層下的豎向桿件，因此，質量便集中于樓蓋層的一個節(jié)點處，便可應用樓層的等效側移剛度代替結構層剛度，形成各個節(jié)點貫穿于多個質點的質點系模型，該模型自由度較少，分析簡單，速率較快。

3.2 桿系模型

桿系模型下的有限元分析原理：將每個桿件，作為分析對象，例如簡單的構造柱，圈梁等構件。分析過程更貼近于經典的力學分析模型，能較好進行結構的非線性分析，是砌體結構進行抗震分析貼合度較高的模型。

4 構造柱、圈梁對砌體結構抗震性能的影響

砌體結構在增設構造柱，圈梁等構造措施后，能有效地增大墻體剛度，可以延緩墻體的開裂，增強房屋的整體性能，還可利用滑移變形消散地震波對結構的破壞力。當砌體結構經過地震破壞后，圈梁、構造柱與墻體有效地拉結，可以防止結構發(fā)生連續(xù)倒塌的行為。不同位置的構件，拉結方式不同。

4.1 構造柱式的豎向拉結方式

研究表明，構造柱可以提升墻體10%～20%的抗剪強度，最重要的是可以有效地抑制墻體的倒塌，降低墻體水平方向裂縫的進一步開展，有效地消耗地震能。與圈梁形成整體的框架結構，將墻體與樓板連成整體，提升結構在地震作用下的整體性。

構造柱和墻體的豎向有效拉結是以墻體中的構造柱率

γ

表示的，當墻體內未設置構造柱時，

γ

=0，構造柱數量越多，

γ

則越大。構造柱率和設計層地震作用下構造柱的水平面積、墻體的總面積以及混凝土剪切模量有著直接的計算關系。

4.2 圈梁式的水平向拉結方式

圈梁在地震作用下，可以有效地增強各構件之間的連接性能，在與混凝土樓板的連接下，可以減少樓板在地震荷載下的開裂，提高樓板的水平剛度。圈梁限制了裂縫在豎直方向的開展，提高了墻體的抗剪強度。圈梁和墻體的豎向有效拉結以墻體中的含圈率

γ

表示，圈梁數量越多， 則越大。含圈率是通過圈梁豎向截面面積總和、墻體豎向截面面積等指標求解的。

現行砌體結構抗震設計規(guī)范中，砌體房屋的層數與高度限制是考慮設防烈度的不同而設定的，但缺乏了對于結構中構造柱、圈梁的要求，由于墻體、拉結結構數量的不同，相同層數下，結構的抗震性能也存在較大的差異，應該綜合考慮砌體結構中的構造柱率和含圈率的影響，給出相同抗震設防烈度下，依據構造柱率和含圈率的不同，給出設計層數和層高限制的不同取值。

5 構造設計下的砌體結構抗震性能模糊綜合評價

5.1 模型的建立

綜合以上分析，本文建立基于構造設計下提升砌體結構抗震性能的評價模型，分析圈梁和構造柱在地震作用下為結構帶來的保障。

①在建模過程中首先確定因素集：建立因素集

U

：

其中：

U

為結構破壞狀態(tài)，

U

為結構的抗力，

U

為結構墻體裂縫的開展。本文在三個重要因素集中建立小因素集合，得到表1。

構造設計提升砌體結構抗震性能的評判指標體系 表1

5.2 模型的求解

在建立模型的過程中，得到

U

，

U

，

U

的排名矩陣。在排名過程中得到加權向量：

從模糊綜合評價值來看，由于0.46＞0.39＞0.15＞0.01，評價值等級優(yōu)秀。構造柱、圈梁在改善結構破壞狀態(tài)、提升結構的抗力、約束結構墻體裂縫的開展等方面，起到了較好的效果，進而提高了砌體結構抗震性能，在提升結構的抗力方面貢獻較高。

構造設計提升砌體結構抗震性能評價語隸屬度 表2

6 結論

本文對砌體結構抗震能力進行分析，闡述了構造柱率和含圈率對于砌體結構抗震設計的重要性。基于模糊綜合評價模型，得到評價值較高，構造設計有效地提升了地震作用下的結構抗力。特別是在高設防烈度地區(qū)，由于層數、層高的限制，應該著重考慮構造柱和圈梁的設計以及墻體數量的影響。