云南农村土木结构房屋有限元抗震研究

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1、云南农村土木结构房屋有限元抗震研究摘要：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。关键词：土坯房；主拉应力；层间位移；抗震措施；宁洱64级地震中图分类号：P31592文献标识码：

2、A文章编号：1000-0666（2012）02-0276-060引言5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

3、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

4、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5km，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

5、85m，墙顶上搁檩，檩上铺椽建顶（大多为“人”字顶），房间高35～40m，深60～80m，宽30～35m。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400～800mm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

6、河村地处震源区内，地基较软，地下水位较高，地基面以下1m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。5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

7、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bearingstructuredamageofadobewallinNingerMS64earthquake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。

8、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5kN/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105kN/m2，因此对应的弹性模量E为2×107kN/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4kN/m2，活荷载为03kN/m2；根据民房实际情况，在28m处（墙高较高时在3m处）考虑了楼面荷载，楼面均布荷载为3kN