纵横墙和楼板协同作用对砌体结构房屋抗震性能的影响

At strong earthquake exposure, collapse of masonry walls out-of-plane is one of the most commonly seen seismic damages.The spatial interaction of the longitudinal and transverse walls and the floorslab is the key factor to the collapse resistance of masonry structures under strong earthquake actions. Due to the lack of comprehensive study on this issue, the distance between two transverse walls of masonry structures is strictly limited based on field investigation results of masonry structures after strong earthquake exposure. In order to understand the structural behaviors of spatial interaction of masonry structures under earthquak actions in various directions, the shear and flexural strength tests of masonry materials under pressure force，in-plane and out-of-plane pseudo-static tests of masonry walls, pseudo-static tests of one storey masonry structures and pseudo-earthquake shaking table tests of full-scale masonry structures need to be carried out. With the use of numerical analysis and orthogonality experimental design method, the process of collapse of masonry structures can be simulated and the influence factors can be determined. Thus, the spatial interaction between perpendicular walls and floorslab on seismic performance of masonry structures can be understood, based on which the bearing capacity of masonry structure can be calculated and the building will not collapse.

结构倒塌是砌体房屋常见震害之一，纵横墙和楼板协同受力是决定砌体房屋抗倒塌能力的主要因素。由于破坏过程复杂，目前设计中主要通过验算地震作用方向墙体平面内抗剪承载力和限制抗震横墙最大间距以确保房屋不发生倒塌，而间距限值主要源于震害调查。项目以地震作用下砌体房屋为对象，重点关注纵横墙和楼板协同作用对其抗倒塌能力的影响，揭示房屋倒塌机理。基于申请人已经完成的倒塌试验和震害调查结果，采用试验和数值分析相结合的方法进行研究。在了解砌体材料弯压和剪压性能的基础上，先完成砖墙平面内和平面外拟静力试验，再进行单层房屋低周反复加载试验，通过比较分析纵横墙和楼板协同工作的程度，最后完成足尺房屋振动台试验直至结构倒塌，明确房屋空间受力机理；同时采用数值分析方法模拟试件受力破坏过程，用正交设计法对竖向压力和洞口等参数进行分析并确定影响结构抗震性能的主要因素，提出砌体结构抗倒塌设计方法，确保房屋在大震中不倒。

为了摸清砌体结构房屋在强震中倒塌的机理，利用试验和数值分析技术，研究了纵横墙和楼板协同作用对房屋抗震性能的影响，主要工作及成果包括：(1) 采用散斑摄影测量技术，试验确定了混凝土多孔砖砌体材料抗压、抗拉、抗剪和弯曲抗拉性能，证实了竖向压力对砌体材料抗弯和抗剪性能存在影响，多孔砖砌体属于各向异性的脆性材料。提出的模型为数值模拟提供依据。(2) 开洞多孔砖墙平面内抗震性能试验和数值分析证实竖向压力是影响承载力的主要因素，洞口偏置会使试件二个方向水平承载力和破坏形态产生差异。数值及参数分析给出了承载力相对较小方向的计算公式。(3) 多孔砖墙气囊推覆试验发现楼板与墙顶的界面是两者协同受力的薄弱截面；当墙顶滑出楼板后，受力砖墙立即倒出平面外。设置横墙后，虽然受力砖墙顶部也会出现水平裂缝，但结构倒塌多发生在纵横墙交接位置突然断裂后。受力砖墙和垂直相交横墙、受力砖墙和楼板的连接失效是砌体结构房屋倒塌的主要原因，研究为揭示砌体结构倒塌机理提供了静力性能试验依据。(4) 单层足尺结构的单向振动台试验证实砖混结构房屋抗震能力主要由受力砖墙平面外抗倒塌承载力决定。楼板可协调与其相连的砖墙一起受力，设置横墙有利于提高受力砖墙平面外抗震能力。如果砖墙顶部与楼板界面开裂，楼板与砖墙的协同受力就会受到影响；一旦楼板从墙顶滑落或纵横墙从交界处断开，砖混结构空间受力的体系就会失效，砌体房屋在地震中就会倒塌。研究揭示了不同承重体系砌体结构房屋倒塌的机理。(5) 在数值模拟能够反映试件破坏过程的基础上，考虑横墙的影响，分析正交设计构件，确定了受力砖墙长度、高度和厚度，竖向压力水平，洞口和构造措施等因素对结构抗震性能的影响，给出了受力砖墙倒塌承载力计算模型，避免了欧洲标准忽略纵横墙连接破坏带来的隐患，成果可为我国结构设计规范修订提供依据。