考虑材料变异性的非工程化增量建造无筋砌体填充RC框架抗震评估

为解决低收入国家非工程化增量建造RC框架结构中无筋砌体(URM)填充墙抗震性能差的问题，研究人员通过哥伦比亚案例开展基于拉丁超立方采样的非线性动力分析，建立150个考虑材料变异性的模型进行IDA分析。结果表明：两阶段建造的倒塌概率分别为42%和56%，材料特性使概率波动达±10%，采用砂浆和铁丝网加固可使倒塌概率从47%降至5%。该研究为发展中国家非正规建筑抗震加固提供了量化依据。

　　

在拉丁美洲和加勒比地区，超过半数的低收入家庭居住在自建的非工程化住宅中，这些建筑往往采用无筋砌体(URM)填充的钢筋混凝土(RC)框架结构，既缺乏抗震设计规范，又存在材料质量参差不齐的问题。2010年海地地震、2015年尼泊尔地震等灾难事件中，这类建筑的倒塌率居高不下，暴露出砌体开裂、柱梁节点破坏等典型失效模式。哥伦比亚作为典型案例，其60%-90%的住宅属于非正规建造，2016年穆伊斯内地震中URM填充RC框架的破坏率更是触目惊心。更棘手的是，当地普遍采用"边攒钱边加层"的增量建造方式，导致建筑质量、刚度和承载力在竖向出现突变，进一步放大了地震风险。

针对这一严峻现实，来自Universidad de La Sabana等机构的研究团队选取哥伦比亚托坎西帕市一栋分两阶段建造的三层URM填充RC框架住宅作为研究对象，通过非线性动力分析和脆弱性评估，量化了增量建造对建筑抗震性能的影响。相关成果发表在《International Journal of Disaster Risk Reduction》上，为发展中国家非正规建筑的抗震加固提供了重要数据支撑。

研究采用多学科交叉方法：首先通过实地勘察记录建筑几何特征和材料参数；随后运用拉丁超立方采样(LHS)生成150个考虑材料变异性的二维模型；基于OpenSeesPy平台进行增量动力分析(IDA)，采用FEMA P695远场地震动记录；以最大层间位移比(IDR_max)和0.1秒周期伪加速度(Sa(T=0.1s))作为工程需求参数和强度指标；最后建立考虑四种损伤状态（轻微、中等、严重、倒塌）的脆弱性曲线，并评估砂浆-铁丝网加固技术的效果。

案例研究

以托坎西帕市郊区的自建住宅为对象，第一阶段建造两层结构，三年后增建第三层。现场检测发现混凝土抗压强度低于21MPa，URM抗压强度不足1MPa，且存在竖向刚度突变问题。

基准模型结果

IDA分析显示：两阶段建造的倒塌中值Sa(T=0.1s)分别为0.45g和0.32g。首层柱弯矩能力比(M/M_pr)在第二阶段建造后下降27%，证实增量建造显著削弱结构抗震能力。

材料不确定性影响

考虑材料变异性后，第一阶段建造的倒塌概率在最大考虑地震(MCE)下波动于32%-50%，第二阶段升至55%-68%。混凝土强度变异系数达0.25时，倒塌概率标准差增加40%。

加固效果评估

采用砂浆-铁丝网加固后，MCE水平下的倒塌概率从47%骤降至5%，层间位移角降低62%，证明低成本加固技术的有效性。

结论与意义

该研究首次系统量化了增量建造对URM填充RC框架抗震性能的影响：两阶段建造使MCE下的倒塌概率提升14个百分点，材料变异性进一步放大风险波动。提出的脆弱性函数可支持哥伦比亚国家地震风险评估，而验证的加固方案为资源有限地区提供了每平方米仅5美元的可行解决方案。这些发现不仅解释了既往地震中此类建筑的高倒塌率现象，更为发展中国家制定差异化的抗震政策提供了科学依据。值得注意的是，研究揭示的"边建边改"现象导致的竖向不规则问题，对全球快速城市化地区的违建治理具有普遍警示意义。