一种基于楼层屈服强度系数的砌体结构地震易损性快速评估方法与系统与流程

本发明属于建筑结构抗震性能评估，具体涉及一种基于楼层屈服强度系数与静力非线性方法的多层砌体结构地震易损性快速评估方法，适用于规则多层砌体结构在不同强度地震作用下的抗震性能评定与震害风险预测。

背景技术：

1、砌体结构是我国城镇建筑的主要结构形式之一，不同年代建造的砌体结构在设计方法、抗震措施和材料强度等方面差异较大，大量既有砌体结构建造时未进行抗震设计或设防水准很低，存在结构体系和构造不合理、施工质量缺陷、老化损伤严重等问题。对其进行抗震加固又面临直接或间接费用高、临时搬迁过渡难等突出矛盾。因此，亟需一种简便、高效且可量化的抗震性能评估方法，对既有砌体结构在不同强度地震作用下的震害风险进行合理评定。

2、大量老旧砌体结构建造时无设计图纸或图纸资料缺失，结构的墙体布置、材料强度、构造措施等基本信息不明，传统计算方法所需的大量输入参数难以获取。老旧砌体结构的材料劣化、损伤累积效应显著，其实际抗震能力较建造时已有明显折减，而常规计算方法难以有效考虑这些退化因素。此外，老旧砌体结构往往存在横墙间距过大、墙体面积率不足、高宽比超限等抗震构造缺陷，这些缺陷对结构抗震性能的影响是多因素耦合的，传统规范方法难以系统量化评估。

3、地震易损性分析从概率的角度定量描述建筑结构的抗震性能，能够直观反映地震动强度与结构破坏程度之间的关系，是连接地震危险性分析和地震损失评估的重要环境。目前，砌体结构抗震性能评估的各类方法均存在一定的局限性，如基于经验统计的震害调查法虽能直观反映实际震害规律，却高度依赖大量震害数据的积累，无法针对具体结构的材料强度、构造措施、层数及施工质量等个体差异进行精细化分析，对未经历强震检验的结构类型亦缺乏预测能力；基于非线性时程分析的精细化方法虽分析精度较高，但计算量巨大、耗时漫长，对分析人员的专业技术要求极高，且砌体结构滞回模型复杂、参数敏感，难以在工程实践中推广应用；基于位移的抗震性能评估方法仍需进行复杂的等效线性化或位移修正计算，对输入参数敏感，计算过程依然繁琐。总体而言，现有方法分别存在数据依赖性强、计算成本过高或计算过程复杂等不足，工程实用性和可推广性不足，难以满足工程实践中大量既有砌体结构快速评估的需求。

4、因此，亟需开发一种既兼顾计算简便性又能提供概率化易损性评估结果的砌体结构抗震性能快速评估方法，使工程师能够在缺乏完整图纸资料的情况下，利用少量基本参数即可快速完成老旧砌体结构的抗震能力筛查与震害风险预测。

技术实现思路

1、本发明针对现有砌体结构抗震性能评估方法计算复杂、效率低、过度依赖完整输入参数、难以工程应用的问题，提供一种基于楼层屈服强度系数的砌体结构地震易损性快速评估方法。该方法以静力非线性分析方法为基础，考虑抗震措施的影响，通过楼层屈服强度系数与阻尼折减系数计算，实现不同强度地震作用下多层砌体结构破坏超越概率的快速计算与震害风险预测，显著降低计算工作量，提高工程实用性。

2、本发明提供了一种基于楼层屈服强度系数的砌体结构地震易损性快速评估方法，包括以下步骤：

3、步骤s1，获取待评估砌体结构的确定性基本参数，包括：楼层数、每层建筑面积、层高、各层墙体面积率（计算方向）与（另一方向）、单位建筑面积上的重力荷载代表值。对于图纸资料缺失的老旧砌体结构，墙体面积率可通过现场少量抽样检测结合经验值推定。

4、步骤s2，根据构造柱设置情况，将多层砌体结构分为a~e五类抗震措施类别，并据此确定各性能点的层间位移角限值及抗震措施影响系数。

5、步骤s3，确定结构不确定性参数和地震动不确定性参数及其概率分布模型。结构不确定性参数为各层砌筑砂浆强度，服从正态分布；地震动不确定性参数包括水平地震影响系数最大值，服从对数正态分布，场地特征周期，服从均匀分布。

6、步骤s4，根据步骤s3中各不确定性参数的概率分布模型，采用蒙特卡洛法生成组结构-地震动随机样本，每组样本包含一组结构参数和一组地震动参数。每组样本均代表一个可能的结构-地震动组合工况。的取值根据所需置信水平确定。

7、步骤s5，对于步骤s4中生成的每一组随机样本，依次执行以下子步骤，计算该样本在给定地震动强度下的最大层间位移角：

8、步骤s5.1，根据该组样本中的地震影响系数最大值，按下式计算第层的地震剪力：

9、

10、式中，为第

i层地震剪力，为地震影响系数最大值，

n为楼层数，a0为每层建筑面积，

g

e为单位建筑面积上的重力荷载代表值。

11、步骤s5.2，以砌体平均抗剪强度公式和理想弹塑性模型为基础，楼层屈服强度取楼层平均受剪承载力的90%，第层的楼层屈服强度系数为楼层屈服强度与地震剪力的比值，按下式计算：

12、

13、式中，

n为楼层数，

i为当前楼层号，

ρ

i为第

i层计算方向的墙体面积率，为第

i层另一方向的墙体面积率，为第

i层单位建筑面积重力荷载代表值，为第

i层砌筑砂浆强度，为地震影响系数最大值，

r

i为第

i层楼层平均受剪承载力，

v

i为第

i层地震剪力。

14、步骤s5.3，将步骤s2中确定的抗震措施影响系数与该组样本的楼层屈服强度系数相乘，得到修正后的楼层屈服强度系数。

15、步骤s5.4，根据步骤s2确定的抗震措施类别及其对应的允许位移延性系数，确定该样本在各性能点的允许位移延性系数，轻微破坏性能点为，中等破坏性能点为，严重破坏性能点为。

16、步骤s5.5，结合结构的层数和振型高度系数，按下式将层间位移延性系数换算为整体位移延性系数：

17、

18、式中，为层数，为振型高度系数，

k表示性能点，

k的取值为s、u或f，分别代表轻微破坏性能点、中等破坏性能点以及严重破坏性能点，

μ1

,k为对应性能点的层间位移延性系数。

19、步骤s5.6，根据窄takeda滞回模型，计算该组样本的阻尼折减系数：

20、。

21、步骤s5.7，将步骤s5.3得到的修正后楼层屈服强度系数与子步骤5.6计算得到的各性能目标下的阻尼折减系数进行比较，对该组样本进行破坏状态判定：

22、若，则该组样本判定为满足轻微破坏性能目标；

23、若，则该组样本判定为满足中等破坏性能目标；

24、若，则该组样本判定为满足严重破坏性能目标；

25、若，则该组样本判定为不满足严重破坏性能目标。

26、步骤s5.8，重复步骤s5.1至s5.7，直至完成全部组样本的计算，得各样本对应的破坏状态判定结果。

27、步骤s6，对步骤s5中计算得到的组破坏状态判定结果进行统计分析。对于给定地震峰值加速度，统计组样本中超越某一破坏状态的样本数量，将其与样本总数的比值作为该破坏状态的条件超越概率的统计估计值，。改变地震峰值加速度的取值，重复步骤s4~步骤s5，分别统计各强度地震作用下超越各破坏状态的样本比例，并根据对数正态分布进行曲线拟合，绘制以地震峰值加速度为横坐标、超越概率为纵坐标的地震易损性曲线。

28、优选地，步骤s2中，五类抗震措施类别包括：a类措施，按现行标准要求设置圈梁，但未设置构造柱；b类措施，除圈梁外，在外墙四角及对应转角、错层部位横墙与外纵墙交接处、大房间内外墙交接处、较大洞口两侧、楼电梯间四角、楼梯斜梯段上下端对应墙体处设置构造柱；c类措施，除b类要求外，还在楼梯间对应的另一侧内横墙与外纵墙交接处、间隔12~15m或单元横墙与外纵墙交接处设置构造柱；d类措施，除b类要求外，还在隔开间横墙（轴线）与外墙交接处、山墙与内纵墙交接处设置构造柱；e类措施，除b类要求外，还在内墙（轴线）与外墙交接处、内纵墙与横墙（轴线）交接处、内墙的局部较小墙垛处设置构造柱。

29、优选地，步骤s2中，a类至e类抗震措施的影响系数分别取1.0、1.05、1.1、1.2、1.3。其他抗震措施（圈梁设置、房屋高宽比、横墙间距、立面高度变化、错层、局部内框架、楼层刚度突变、现状损伤、墙体局部尺寸、独立砖柱承重、楼盖构件支承长度、出屋面小房间等）的影响系数按gb 50023《建筑抗震鉴定标准》规定取值，当存在多项抗震措施时各影响系数连乘。

30、优选地，步骤s5.4中，严重破坏性能点的允许位移延性系数按以下取值：a类取3.0、b类取3.3、c类取4.0、d类取5.0、e类取6.0；中等破坏性能点的允许位移延性系数分别为：a类2.0、b类2.2、c类2.5、d类3.3、e类4.0；轻微破坏性能点的允许位移延性系数统一取1.25。

31、优选地，步骤s5.5中，振型高度系数与楼层数的对应关系为：=1时=1.0，=2时=0.81，=3时=0.75，=4时=0.72，=5时=0.71，=6时=0.70，=7时=0.69。

32、本发明提供了一种基于楼层屈服强度系数的砌体结构地震易损性快速评估系统，包括：信息获取模块，用于获取待评估砌体结构的确定性基本参数，确定性基本参数包括楼层数、每层建筑面积、层高、各层墙体面积率以及单位建筑面积上的重力荷载代表值；抗震措施划分模块，用于根据待评估砌体结构的构造柱设置情况，划分抗震措施类别，并确定与抗震措施类别对应的抗震措施影响系数；参数分布确定模块，用于确定结构不确定性参数和地震动不确定性参数及其概率分布模型；样本生成模块，用于根据概率分布模型，采用蒙特卡洛法生成多组结构-地震动随机样本；破坏状态判定模块，用于针对每一组随机样本，判定当前样本所处的破坏状态；易损性分析模块，用于对所有样本的破坏状态判定结果进行统计分析，建立地震易损性曲线。

33、技术效果

34、与现有技术相比，采用本发明提供的基于楼层屈服强度系数的砌体结构地震易损性快速评估方法及系统，将砌体结构的地震响应计算归结为楼层屈服强度系数的解析公式，每组结构-地震动样本的计算无需任何非线性动力方程迭代求解或数值积分。与依赖非线性时程分析的现有方法相比，本发明计算效率提升两个数量级以上，使易损性分析从学术研究走向工程日常应用成为可能。同时，各随机样本的计算彼此独立，适配运算软件中的并行计算，可进一步缩短大规模群体评估的计算耗时。

35、现有精细方法需建立完整有限元模型，输入参数多达数十项，而大量老旧砌体结构设计图纸缺失，关键信息无从获取。本发明所需的基本参数仅为楼层数、建筑面积、墙体面积率、砌筑砂浆强度、层高和场地类别等少量参数，均可通过现场快速测量与检测获取。这一特点使本发明特别适用于图纸信息不全的老旧砌体结构的大规模群体评估与快速筛查。

36、本发明的楼层屈服强度系数以砌体平均抗剪强度公式和理想弹塑性模型为基础，阻尼折减系数以窄takeda滞回模型为依据，各参数均具有明确的物理意义。最终输出的易损性曲线直观给出各级地震下各破坏状态的发生概率，评估结论简洁直接，便于后续加固优先级排序与抗震防灾规划。