陳子峰，林旭川，陸新征，陳 輝，楊 凝，周中一

(1.中國地震局工程力學(xué)研究所 地震工程與工程振動重點實驗室，黑龍江，哈爾濱 150080；2.地震災(zāi)害防治應(yīng)急管理部重點實驗室，黑龍江，哈爾濱 150080；3.清華大學(xué)土木工程系，北京 100084)

2021 年05 月21 日，云南大理州漾濞縣發(fā)生6.4 級地震，震源深度8 km。作者作為地震現(xiàn)場應(yīng)急評估人員，第一時間趕赴現(xiàn)場開展震害調(diào)查與科考，并對不同區(qū)域各類建筑的破壞情況進(jìn)行調(diào)查。此次地震記錄到的最大的地震峰值加速度(PGA)高達(dá)720.2 gal，其記錄臺站位于漾濞縣縣城內(nèi)[1]。此次地震反映出一些值得關(guān)注與深入研究的震害現(xiàn)象：① 盡管此次地震記錄到的PGA 非常大，但通過對臺站附近即縣城內(nèi)各類結(jié)構(gòu)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地震的破壞力卻相對較小，破壞主要集中于土木結(jié)構(gòu)(本文特指由土和木為主構(gòu)建的房屋)的自建民居，約束砌體和鋼筋混凝土(RC)框架結(jié)構(gòu)的震害總體上非常輕，框架結(jié)構(gòu)的震害多為結(jié)構(gòu)與填充墻之間出現(xiàn)裂縫或非結(jié)構(gòu)部件開裂、墜落；② 盡管RC 框架結(jié)構(gòu)總體上震害非常輕，但仍有一小部分RC 框架出現(xiàn)與其他框架明顯的差異，其結(jié)構(gòu)及其非結(jié)構(gòu)部件破壞均相對嚴(yán)重，包含各種類非結(jié)構(gòu)部件的破壞。上述“異常”不僅與地震動特性有關(guān)，也與結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，需要通過詳細(xì)的現(xiàn)場震害調(diào)查與量化計算進(jìn)行分析與探討。

以往震害表明：非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞往往造成建筑使用功能的中斷，而對重要建筑(如醫(yī)院、學(xué)校等)功能的嚴(yán)重影響將直接或間接地給社會帶來巨大損失[2-6]。目前，結(jié)構(gòu)設(shè)計階段設(shè)計人員主要關(guān)注主體結(jié)構(gòu)的安全?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》(GB 50011-2010)[7](后文簡稱抗震規(guī)范)雖然要求估計圍護(hù)墻和隔墻對框架結(jié)構(gòu)抗震的不利影響，但沒有給出具體的設(shè)計方法。如何充分合理地考慮砌體填充墻對主體結(jié)構(gòu)的影響，仍然是結(jié)構(gòu)抗震分析的技術(shù)挑戰(zhàn)[8-10]。由于砌體填充墻對框架結(jié)構(gòu)的承載力、剛度、延性等力學(xué)性能均有明顯影響[11-12]。在對框架結(jié)構(gòu)震害機(jī)理進(jìn)行分析時，有必要采用一定手段合理考慮非結(jié)構(gòu)部件對主體結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響。

為研究震害調(diào)查中少量RC 框架出現(xiàn)豐富震害的現(xiàn)象，首先選取位于漾濞縣城南部的一棟6 層商用RC 框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。該框架具有場地約束不規(guī)則、底部大空間和填充墻分布不均勻的特點，其結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)震害也相對嚴(yán)重。非結(jié)構(gòu)部件的震害涉及大面積玻璃破碎、房屋裝飾脫落、填充墻開裂、電梯設(shè)備損壞以及內(nèi)飾瓷器、廚具等物品傾倒、墜落等。其次，結(jié)合圖紙和現(xiàn)場調(diào)查信息，在考慮不同地震動的影響下，作者分別建立純框架和帶填充墻框架兩種有限元模型，對產(chǎn)生結(jié)構(gòu)及各種非結(jié)構(gòu)部件震害的原因與條件進(jìn)行研究。本文的研究可為結(jié)構(gòu)性能化抗震設(shè)計與房屋加固提供參考意見。

1 現(xiàn)場震害調(diào)查

1.1 漾濞縣城震害情況

漾濞臺站位于漾濞縣縣城內(nèi)，震中距約7.9 km，地震中記錄的地震動時程如圖1 所示，其加速度反應(yīng)譜如圖2 所示。該地震動南北分量的PGA 高達(dá)720.2 gal，僅從數(shù)值上看已經(jīng)超越了9 度罕遇地震對應(yīng)的幅值，而從反應(yīng)譜加速度值與基本周期的關(guān)系看，該地震動對基本周期不大于0.15 s 的建筑(基本上是單層建筑)具有很強(qiáng)的破壞力，對于大于0.15 s 的建筑的破壞力明顯減小，當(dāng)結(jié)構(gòu)基本周期大于1.0 s 時，則作用力非常小。

圖1 漾濞臺站地震動記錄Fig.1 Ground motion records at Yangbi station

圖2 漾濞臺記錄加速度反應(yīng)譜與抗震規(guī)范設(shè)計反應(yīng)譜Fig.2 Acceleration response spectra of Yangbi records and design spectra

漾濞縣城位于此次地震極震區(qū)內(nèi)，震害相對較重，該區(qū)域中1 層～2 層的土木結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的震害比較嚴(yán)重，除了出現(xiàn)大范圍的梭瓦與屋面破壞現(xiàn)象外，還出現(xiàn)墻面明顯開裂、墻體脫落、局部垮塌等現(xiàn)象，如圖3 所示。漾濞縣城內(nèi)的帶圈梁、構(gòu)造柱的約束砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以3 層～6 層居多，震害較輕，主要表現(xiàn)為墻體或填充墻開裂、填充墻與RC 框架之間出現(xiàn)裂紋、裝飾面脫落等，如圖4 所示。從宏觀趨勢上看，建筑的破壞情況與地震動頻譜特性相關(guān)度很高，也受到房屋抗震能力的影響。需要注意的是，即使是低矮房屋的震害也明顯輕于由地震動的PGA、反應(yīng)譜等所表現(xiàn)出來的震害預(yù)期，這與地震動的持時較短、長周期成分較弱有關(guān)，建筑一旦受到損傷，其周期將明顯增大，進(jìn)一步規(guī)避了地震動破壞力較強(qiáng)的短周期部分。

圖3 土木結(jié)構(gòu)震害情況Fig.3 Seismic damage of timber-and-soil structure

圖4 約束砌體與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)震害情況Fig.4 Seismic damage of reinforced masonry structure and RC structure

1.2 典型框架震害詳細(xì)調(diào)查

漾濞縣城中個別RC 框架震害相對較重，且呈現(xiàn)出豐富的非結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象。因此，本文專門針對這種現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，為震害機(jī)理研究與結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計提供參考。詳細(xì)調(diào)研的RC 框架結(jié)構(gòu)為商住樓，該結(jié)構(gòu)的部分典型非結(jié)構(gòu)震害如圖5 所示，建筑平面呈“L”形，如圖5(i)所示。院內(nèi)地坪以上共7 層(分別為1 層地下室以及6 層上部框架結(jié)構(gòu))。結(jié)構(gòu)(含地下室)總高度為27.6 m，其中地下一層層高2.9 m，地上第1 層、第2 層層高4.2 m，第3 層～第5 層層高3.3 m，第6 層層高為4.2 m，三角屋面最高點與平屋面高差為2.9 m。該建筑地下1 層為停車場，第1 層、第2 層為酒店大堂、餐廳，其余樓層、為酒店客房。第1 層、第2 層靠路面一側(cè)(北側(cè))存在連通兩層的大空間結(jié)構(gòu)用作酒店大堂，該大空間使得第2 層存在樓板局部不連續(xù)，如圖6、圖7 所示。建筑在豎向、水平上均體現(xiàn)了一定的不規(guī)則性。同時，第1 層與北側(cè)道路平齊，地下1 層與院內(nèi)地坪平齊，如圖7 所示，北側(cè)道路為第1 層樓面提供了額外的約束。結(jié)構(gòu)安全等級二級，抗震設(shè)防類別為丙類，設(shè)防烈度為8 度，場地類別為Ⅱ類。工程中該結(jié)構(gòu)使用C30 混凝土和HRB400 鋼筋，填充墻砌體采用MU10 實心粘土磚和M7.5 砂漿。

圖5 非結(jié)構(gòu)震害情況Fig.5 Seismic damage of non-structural components

圖6 建筑第2 層平面示意圖 /mm Fig.6 Plan of the RC frame at the second floor

圖7 建筑1-1 剖面示意圖Fig.7 Profile of the RC frame at the elevation 1-1

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該建筑主體結(jié)構(gòu)的破壞整體較輕，各層有瓷磚脫落的現(xiàn)象，震害主要集中于第1 層、第2 層，其內(nèi)部的非結(jié)構(gòu)部件(包括家具、飾物、設(shè)備等)的破壞情況嚴(yán)重。這些非結(jié)構(gòu)部件破壞主要可分為墻、柱的瓷磚貼片脫落；玻璃窗破壞；填充墻開裂；花瓶、柜子等設(shè)備、物品傾倒或墜落等，見圖5(a)～圖5(h)，震害在建筑中對應(yīng)位置詳見圖5(i)。

1) 瓷磚貼片掉落。瓷磚貼片通常作為裝飾粘貼于建筑的內(nèi)外墻體表面。該建筑瓷磚貼片脫落主要出現(xiàn)在第1 層、第2 層靠近路面一側(cè)，電梯間等位置也存在瓷磚掉落的情況(如圖5(a)～圖5(d)所示)。瓷磚貼片通過水泥砂漿或瓷磚膠粘貼于墻面。二者之間的粘貼強(qiáng)度主要取決于粘貼材料強(qiáng)度、瓷磚強(qiáng)度和施工質(zhì)量。瓷磚的破壞與墜落一般是由于層間位移角過大。瓷磚掉落范圍十分廣泛，部分碎片覆蓋建筑的逃生出口，對建筑周圍的行人及逃生人員產(chǎn)生嚴(yán)重的安全威脅。

2) 玻璃窗破壞。玻璃窗是建筑的通風(fēng)和采光重要手段，一般通過夾膠與窗框架進(jìn)行連接。玻璃窗的破壞主要與面內(nèi)的層間位移及其材料性能有關(guān)。該建筑共有2 處玻璃窗破壞，均位于第1 層靠近路面一側(cè)(如圖5(b)、圖5(c)所示)。玻璃窗的破壞使其外圍護(hù)功能中斷，而地震后屋內(nèi)財產(chǎn)很難得到及時轉(zhuǎn)移，存在安全風(fēng)險。同時，玻璃窗破碎墜落也對附近人員安全產(chǎn)生威脅。

3) 填充墻破壞。該建筑出現(xiàn)了多處填充墻開裂的情況，且主要集中于變形較大的第1 層、第2 層，該區(qū)域為酒店大堂或餐廳，填充墻較少。震害表現(xiàn)為填充墻開裂，其位置位于第1 層內(nèi)部，為開有門窗洞的粘土磚填充墻(如圖5(e)所示)。墻體涂有較厚的瓷磚膠粘貼瓷磚貼片，但仍可看出墻體出現(xiàn)“X”形裂縫。填充墻開裂后影響了建筑正常使用功能，并威脅人員安全。

4) 設(shè)備、物品損壞。在建筑內(nèi)部，大型花瓶、木雕、柜子、廚具等物品(如圖5(f)～圖5(h)所示)發(fā)生傾覆或墜落。其中花瓶、木雕等裝飾品經(jīng)濟(jì)價值通常較高，其損壞給業(yè)主帶來較大經(jīng)濟(jì)損失。抽屜作為柜子的活動部件在受到地震作用時容易滑出，使柜子重心發(fā)生改變，若柜子較高且沒有固定措施則存在傾覆的風(fēng)險。同時，建筑內(nèi)部部分設(shè)備(如電梯、熱水器等)因受損而造成使用功能中斷，嚴(yán)重影響其商業(yè)功能。

總體上，主體結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)部件的破壞主要位于具有大空間的下部薄弱層。非結(jié)構(gòu)部件(如瓷磚貼片、玻璃窗等)形式多樣，往往缺乏地震保護(hù)的構(gòu)造措施，結(jié)構(gòu)層間變形較大時易出現(xiàn)大量破壞、掉落。而家具、熱水器、電梯等財產(chǎn)設(shè)備的受損則造成其使用功能中斷，對該建筑恢復(fù)經(jīng)營帶來較大困難。因此，對非結(jié)構(gòu)部件地震破壞機(jī)理開展進(jìn)一步研究對減輕震害損失、加快震后恢復(fù)、提升建筑抗震韌性具有參考意義。

2 數(shù)值分析

為了深入、量化地研究此次地震的破壞力及震害產(chǎn)生的機(jī)理，為建筑抗震韌性的提升、非結(jié)構(gòu)地震保護(hù)提供參考，本文根據(jù)震害建筑的設(shè)計圖紙，建立結(jié)構(gòu)有限元模型，并開展參數(shù)分析。首先，作者以南向為X正向建立純框架模型和考慮填充墻作用效應(yīng)的框架模型，研究填充墻等非結(jié)構(gòu)部件對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響機(jī)制，并利用震害調(diào)查結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果進(jìn)行比對進(jìn)一步驗證了模型的有效性；其次，以與抗震規(guī)范反應(yīng)譜相近的El Centro (1940)波為對照，分析此次地震的地震動破壞力特征。

2.1 數(shù)值模型

本文利用纖維梁單元模擬框架結(jié)構(gòu)的梁柱構(gòu)件。纖維梁單元程序通過用戶子程序[13]嵌入通用有限元軟件MSC.Marc 進(jìn)行實現(xiàn)。模型通過將截面劃分為保護(hù)層混凝土纖維、約束混凝土纖維和鋼筋纖維(見圖8)，纖維模型截面中的鋼筋纖維單元和混凝土纖維單元的材料本構(gòu)模型如圖9 所示?；炷晾w維受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系骨架線由拋物線和直線組成，受拉開裂行為采用雙折線模型模擬；鋼筋纖維模型的彈性段平臺段以及卸載段由直線表示，屈服后的強(qiáng)度上升、劣化行為用拋物線來描述。反向再加載部分考慮包辛格效應(yīng)。關(guān)于該模型的進(jìn)一步詳細(xì)說明以及有效性驗證工作參見文獻(xiàn)[9, 14 - 15]。

圖8 纖維梁模型單元劃分Fig.8 Standard section of the fiber model

圖9 纖維梁單元中的材料本構(gòu)Fig.9 Stress-strain relationship of material for the fiber model

本文利用單壓桿模型考慮填充墻對框架的影響，此類模型已有廣泛的研究[16-18]。當(dāng)帶填充墻的鋼筋混凝土框架發(fā)生彎曲變形和剪切變形，如圖10 所示，一定有效寬度的墻體對框架結(jié) 構(gòu)產(chǎn)生擠壓，形成類似壓桿的作用效果，故可將填充墻的作用效果簡化為單壓桿。在不同國家，填充墻的材料性能與布置方式具有較大差異[19]。吳開來[20]通過收集國內(nèi)歷年的填充墻試驗作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對多種填充墻剛度和強(qiáng)度模型進(jìn)行分析對比，得到合理且適用于國內(nèi)的框架填充墻單壓桿模型參數(shù)設(shè)置方法，并對比現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)驗證了此方法的有效性。本文根據(jù)其方法建立填充墻的單壓桿模型。

圖10 填充墻與框架的相互作用Fig.10 Interaction between the infilled wall and RC frame

建筑材料對應(yīng)強(qiáng)度、彈性模量等參數(shù)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010-2010)[21]選取。荷載按照設(shè)計說明和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009-2012)[22]設(shè)置。不論結(jié)構(gòu)模型中是否包含填充墻的貢獻(xiàn)，結(jié)構(gòu)中填充墻的質(zhì)量與自重均折算到相應(yīng)樓板質(zhì)量中，單壓桿填充墻模型并不影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布。由于樓板未發(fā)生明顯破壞，將樓板設(shè)置為彈性厚殼單元，并忽略樓板面外抗彎作用。

2.2 算例與地震動輸入

對純框架結(jié)構(gòu)模型(模型1)與帶填充墻框架結(jié)構(gòu)模型(模型2)進(jìn)行三向地震動輸入的彈塑性時程分析，如圖11 所示。為研究地震動對結(jié)構(gòu)反應(yīng)的影響，本文在上述模型的基礎(chǔ)上，分別采用漾濞縣城記錄到的地震動(在調(diào)查框架結(jié)構(gòu)附近)與被普遍使用(且與抗震規(guī)范設(shè)計反應(yīng)譜接近)的El Centro (1940)波進(jìn)行參數(shù)分析。分別對El Centro (1940)波(以NS 分量為基準(zhǔn))按照抗震規(guī)范要求8 度設(shè)防罕遇地震水平和漾濞地震動PGA 進(jìn)行等比例調(diào)幅，然后將地震動三向輸入帶填充墻的框架模型進(jìn)行彈塑性時程分析。調(diào)幅El Centro (1940)波加速度反應(yīng)譜如圖12 所示。

圖11 有限元模型Fig.11 Finite element models

圖12 調(diào)幅El Centro (1940)波反應(yīng)譜與抗震規(guī)范加速度譜Fig.12 Acceleration response spectra of scaled El Centro(1940) records and design spectra

3 計算結(jié)果分析

3.1 模態(tài)分析

采用數(shù)值模型，對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，結(jié)果如表1 所示。案例建筑含地下室共7 層，砌體填充墻較多且分布不均勻?？紤]填充墻作用效應(yīng)后結(jié)構(gòu)整體剛度增加，帶填充墻框架的第一階周期約為0.68 s，與一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗周期接近。相比純框架模型，填充墻使結(jié)構(gòu)的各階周期縮短14%以上。

表1 各振型周期Table 1 Period of each vibration mode

3.2 不規(guī)則性分析

填充墻的初始彈性剛度使得結(jié)構(gòu)的剛度分布偏離一般設(shè)計預(yù)期，因此，本文對考慮填充墻作用效應(yīng)前后結(jié)構(gòu)不規(guī)則性進(jìn)行分析。在考慮偶然偏心的水平力作用下，模型各層兩端抗側(cè)力構(gòu)件的彈性層間位移最大值與平均值之比見表2。除樓面受到北側(cè)道路額外約束的第1 層，模型1 僅在第5 層～第7 層扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2(在X向水平力作用下)?？紤]填充墻的作用效應(yīng)后，填充墻較多的樓層(第4 層以上樓層)的扭轉(zhuǎn)位移比大幅增加。表3 展示了結(jié)構(gòu)各層X向、Y向?qū)娱g抗側(cè)剛度。模型1 第3 層抗側(cè)剛度僅為相鄰上3 層的64%(Y向)?？紤]填充墻的作用效應(yīng)后，結(jié)構(gòu)各層剛度有不同程度的增加，但結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度不規(guī)則性加劇，如第3 層抗側(cè)剛度僅為第4 層的39%、相鄰上3 層的28%。

表2 樓層兩端抗側(cè)力構(gòu)件的彈性層間位移最大值與平均值之比Table 2 The ratio of the maximum value to the average value of the elastic inter-story displacement of the lateral force resisting members at both ends of each story

表3 層間抗側(cè)剛度/(kN·mm-1)Table 3 Inter-story lateral stiffness

可以發(fā)現(xiàn)，考慮填充墻作用效應(yīng)后建筑的不規(guī)則性增加，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)變得明顯，薄弱樓層剛度突變的情況更加突出，這些變化均對結(jié)構(gòu)抗震與非結(jié)構(gòu)部件地震保護(hù)產(chǎn)生不利影響。

3.3 震害模擬

分別針對模型1 與模型2 輸入本次地震實測強(qiáng)震的記錄(圖1、圖2)進(jìn)行彈塑性時程分析。兩個模型得到的分析結(jié)果具有明顯差異，以建筑的西北角位置(記為A點，如圖6 所示)為例進(jìn)行說明。圖13 給出了A點各層地震響應(yīng)。考慮填充墻作用效應(yīng)后，由于結(jié)構(gòu)整體剛度變大，各層最大加速度整體增加，忽略與地面接觸的第一層，地震作用下最大樓層加速度位于屋面。相比純框架模型(模型1)，考慮填充墻后(模型2)結(jié)構(gòu)最大樓層加速度增幅多達(dá)54%。

模型1 和模型2 層間位移角的最大值出現(xiàn)在底部第1 層、第2 層。在X方向，模型1 層間位移角最大值為0.44%(第2 層)，模型2 層間位移角最大值為1.0%(第2 層)；在Y方向，模型1 層間位移角最大值為0.81%(第2 層)，模型2 層間位移角最大值為0.96%(第1 層)。案例建筑第1 層、第2 層層高較高且大堂部分為大空間結(jié)構(gòu)，使得此區(qū)域剛度變化較大，形成薄弱層。特別是在模型2 中，填充墻豎向分布不均勻，加劇了結(jié)構(gòu)的剛度不均勻分布，考慮填充墻作用效應(yīng)后，第1 層、第2 層出現(xiàn)更大的地震響應(yīng)。是否考慮填充墻，對框架結(jié)構(gòu)彈塑性時程分析結(jié)構(gòu)影響較大，特別是填充墻的不均勻布置將明顯改變結(jié)構(gòu)的動力特性與變形模式。圖14 分別給出模型1 和模型2 第2 層及屋面的最大扭轉(zhuǎn)角?？紤]填充墻作用效應(yīng)后建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)加劇，第2 層最大扭轉(zhuǎn)角增大了2.75 倍，屋面最大扭轉(zhuǎn)角增大了2.06 倍。值得一提的是，建筑的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)將進(jìn)一步加劇樓內(nèi)不同位置的地震響應(yīng)差異。

圖15 給出模型1 和模型2 典型平面內(nèi)的塑性鉸(鋼筋屈服或混凝土達(dá)到峰值強(qiáng)度)的分布情況。純框架結(jié)構(gòu)(圖15(a))塑性鉸出現(xiàn)于第1 層、第2 層，特別是左側(cè)(近路面?zhèn)?柱端。這是因為第1 層、第2 層為變形集中樓層，且路面對左側(cè)結(jié)構(gòu)存在額外約束?？紤]填充墻作用效應(yīng)后(如圖15(b)所示)，剛度不均勻的狀況加劇，第1 層、第2 層變形集中的趨勢更加明顯，出現(xiàn)更多塑性鉸。

現(xiàn)場調(diào)查同樣發(fā)現(xiàn)，該建筑“位移性”地震破壞現(xiàn)象(如瓷磚貼片脫落、填充墻開裂、玻璃窗破碎)同樣位于框架第1 層、第2 層，特別是左側(cè)第1 跨、2 跨，仿真結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查現(xiàn)象基本吻合。

3.4 地震動特征影響

為揭示地震對該類框架結(jié)構(gòu)以及非結(jié)構(gòu)部件的破壞機(jī)理，采用數(shù)值模型進(jìn)一步考察地震動特性對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。

分析中，地震動采用經(jīng)典的El Centro (1940)波，并分別采用抗震規(guī)范8 度對應(yīng)罕遇地震的PGA與實測地震動PGA 進(jìn)行調(diào)幅，結(jié)構(gòu)模型采用考慮填充墻效應(yīng)的模型2。對比漾濞地震實測記錄與調(diào)幅El Centro (1940)波的加速度譜(如圖2、圖12所示)可以發(fā)現(xiàn)，雖然采用漾濞地震實測地震動的PGA 較高，但持時較短、破壞力主要集中于周期較短的部分。若El Centro (1940)波按漾濞地震實測地震動PGA 進(jìn)行調(diào)幅，其擬加速度反應(yīng)譜幅值在結(jié)構(gòu)主要周期范圍內(nèi)大于9 度罕遇地震反應(yīng)譜。

模型2 彈塑性時程分析的最大層間位移角情況如圖16 所示(以位置A為例)。塑性鉸分布情況如圖17 所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，改用El Centro (1940)波后，結(jié)構(gòu)變形與損傷模式的總體趨勢并沒有發(fā)生質(zhì)的改變，最大層間位移角出現(xiàn)在第1 層。相比漾濞地震動作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，按8 度罕遇地震調(diào)幅的El Centro (1940)波作用下的結(jié)構(gòu)塑性鉸數(shù)量更多，右側(cè)(遠(yuǎn)路面?zhèn)?地下1 層柱端也發(fā)展出塑性鉸，且結(jié)構(gòu)最大層間位移角在X向增大了71%，在Y向增大不明顯。輸入按實測地震動PGA 調(diào)幅的El Centro (1940)波后，結(jié)構(gòu)底層薄弱樓層廣泛出現(xiàn)塑性鉸。上述不同地震動作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的差異也從一個側(cè)面解釋了為什么本次地震的地震動PGA 高達(dá)720.2 gal，破壞力卻有限。

圖16 不同地震動下A 位置最大層間位移角對比(模型2)Fig.16 Comparison of maximum inter-story drift ratios subjected to different ground motions at position A (model 2)

圖17 框架塑性鉸分布情況(調(diào)幅El Centro (1940)波)Fig.17 Distribution of plastic hinges in the RC frame(subjected to the scaled El Centro (1940) records)

另外，可以發(fā)現(xiàn)，按8 度罕遇地震調(diào)幅的El Centro (1940)波作用下結(jié)構(gòu)最大層間位移角約為1.7%，滿足規(guī)范要求的大震層間位移角限值，滿足“大震不倒”的設(shè)計要求。雖然漾濞地震實測地震動作用下結(jié)構(gòu)總體反應(yīng)略弱于按8 度罕遇地震調(diào)幅的El Centro (1940)波，但已出現(xiàn)大量非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞?？梢?，在“大震不倒”之前，非結(jié)構(gòu)部件就有可能出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失和建筑功能中斷，也對室內(nèi)外人員的安全造成威脅。

4 結(jié)論與啟示

本文對漾濞地震極震區(qū)震害較重的一棟商用RC 框架進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查與數(shù)值仿真分析，主要發(fā)現(xiàn)如下：

(1) 漾濞地震中位于漾濞縣城的某商用RC 框架震害明顯重于其他框架，且表現(xiàn)出各類非結(jié)構(gòu)部件傾覆、墜落與嚴(yán)重破壞，通過對該框架詳細(xì)的現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，非結(jié)構(gòu)部件的破壞大多集中于底部具有跨樓層空曠區(qū)域的樓層。

(2) 基于調(diào)研數(shù)據(jù)與圖紙建立了純框架及帶填充墻框架的數(shù)值模型，并以該建筑所在縣城實測地震動記錄為輸入對建筑震害進(jìn)行了再現(xiàn)。彈塑性時程分析結(jié)果表明，考慮填充墻作用效應(yīng)后，結(jié)構(gòu)周期縮短14%以上，結(jié)構(gòu)最大樓層加速度增幅達(dá)54%，結(jié)構(gòu)最大層間位移角增幅達(dá)127%(X向)，結(jié)構(gòu)最大扭轉(zhuǎn)角增大2 倍以上。仿真結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查現(xiàn)象基本吻合。

(3) 本次地震中位于極震區(qū)的縣城實測地震動峰值加速度(PGA)高達(dá)720.2 gal，數(shù)值上超過了9 度罕遇地震對應(yīng)的PGA，但其對縣城中低層建筑的破壞依然相對較輕。以調(diào)幅的El Centro (1940)波為輸入對該框架開展彈塑性時程分析發(fā)現(xiàn)，漾濞地震動對該框架的破壞力弱于El Centro (1940)波調(diào)幅至8 度罕遇地震PGA (400 gal)時的破壞力。采用持時、頻譜特性差異很大的地震動，并未明顯改變由結(jié)構(gòu)底部跨層大空間主導(dǎo)的變形與損傷模式。

相應(yīng)地，由現(xiàn)場調(diào)研與數(shù)值仿真可以得到如下啟示：

(1) 商業(yè)建筑、公共建筑內(nèi)往往包含大空間或底部跨層大廳，非結(jié)構(gòu)部件的地震保護(hù)對建筑功能的維持至關(guān)重要，此類大空間也成為非結(jié)構(gòu)破壞的關(guān)鍵因素之一。非結(jié)構(gòu)的破壞、墜落、傾倒、堆積威脅室內(nèi)外人員的安全與疏散通道的暢通性。

(2) 填充墻雖為非結(jié)構(gòu)部件，其對結(jié)構(gòu)動力特性與破壞模式的影響較大，局部的大型使用空間往往導(dǎo)致填充墻布置不均勻，容易誘發(fā)結(jié)構(gòu)薄弱層，并放大結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

(3) 實測地震動的破壞力特征有時與設(shè)計預(yù)期存在很大差異，如何合理考慮這種地震動不確定性并選用合適的地震動指標(biāo)仍然是抗震設(shè)計的重要挑戰(zhàn)。同時，尚需研究如何在地震應(yīng)急救援與地震災(zāi)害損失評估中充分運(yùn)用實測地震動記錄蘊(yùn)含的地震破壞力信息，以提高救災(zāi)效率與決策的針對性。