多層建筑結(jié)構(gòu)地震破壞倒塌機理新認識

羅若帆，郭迅，董孝曜，張欽哲

（1.中國地震局工程力學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.嘉應(yīng)學院土木工程學院，廣東 梅州 514015；3.防災(zāi)科技學院中國地震局建筑物破壞機理與防御重點實驗室，河北 三河 065201）

引言

雖然關(guān)于填充墻的研究開展較早，研究成果也較多，但較少系統(tǒng)地從實際震害的角度對結(jié)構(gòu)整體進行探討。汶川地震中，大量現(xiàn)代多層建筑破壞倒塌［2］。此后我國發(fā)生的多次破壞性地震，如2010年玉樹地震［13］，2013年蘆山地震［3］，2014年魯?shù)榈卣穑?4］，2017年九寨溝地震［15］，2019年的長寧地震［16］，2021年漾濞地震［17］以及瀘縣地震中［18］，均有不少舊建筑和新建建筑發(fā)生極其嚴重的破壞。然而在歷次破壞性地震的極震區(qū)均存在同類設(shè)防的部分多層建筑保存完好或僅發(fā)生輕微破壞。這表明現(xiàn)階段對結(jié)構(gòu)倒塌機理與抗倒塌能力的認識仍不夠充分。文中選取多層建筑結(jié)構(gòu)地震破壞的典型案例進行研究，依據(jù)對震害現(xiàn)象的調(diào)查和分析，提出結(jié)構(gòu)地震破壞倒塌的“變形飽和”假說。根據(jù)我國典型多層建筑的結(jié)構(gòu)形式及施工方式，設(shè)計了3組擬靜力試驗，驗證多層建筑結(jié)構(gòu)“變形飽和”破壞倒塌機理。

1 震害現(xiàn)象分析

為深入剖析結(jié)構(gòu)及構(gòu)件破壞原因，選取汶川地震、蘆山地震、魯?shù)榈卣鸺把ǖ卣鸬湫投鄬咏ㄖ槔?，以地震剪力最大，破壞最嚴重的首層為研究對象，分析結(jié)構(gòu)及各構(gòu)件的震害現(xiàn)象及其原因。

1.1 “強柱弱梁”與“弱柱強梁”模式

汶川地震后北川新城防保中心通廊，梁由于上部空曠，無填充墻約束，僅單側(cè)有樓板，最終梁端出現(xiàn)塑性鉸，為“強柱弱梁”式的破壞［19］（圖1（a））。在房屋建筑的實際震害中，由于填充墻、樓板等約束作用，極少出現(xiàn)“強柱弱梁”的破壞模式［20］。汶川地震后都江堰的一座臨湖別墅，由于底層架空，2層以上存在大量填充墻，剛度突變導致首層成為軟弱層，最終出現(xiàn)大量柱端塑性鉸，2層以上基本不壞，形成“弱柱強梁”式的層屈服破壞［21］。該建筑首層因無填充墻約束，所有柱都具有較好的延性，結(jié)構(gòu)整體運動位移并未達到倒塌極限位移，因此并未倒塌（圖1（b））。北川禹荷花園酒店，地震發(fā)生時該建筑尚未砌筑填充墻，最終破壞程度較輕。由于樓板的約束作用，也未出現(xiàn)梁端破壞的情況，僅部分柱端形成塑性鉸，梁柱節(jié)點區(qū)出現(xiàn)局部損傷（圖1（c））。

圖1 “強柱弱梁”和“弱柱強梁”機制Fig.1 Mechanism of strong column weak beam and weak column strong beam

1.2 脆性破壞模式

無論是“強柱弱梁”的破壞模式，還是“弱柱強梁”的層屈服破壞模式，構(gòu)件的延性都能得到充分利用。然而在實際震害中，大量建筑的主要受力構(gòu)件發(fā)生了脆性破壞。蘆山地震后一座底商多層建筑，沿結(jié)構(gòu)縱向的外側(cè)第1道軸線上無填充墻的柱未發(fā)生破壞，第2道軸線上填充墻與柱組合體則出現(xiàn)脆性性質(zhì)明顯的剪切破壞（圖2（a））。魯?shù)榈卣鸷簖堫^山中學教學樓，走廊內(nèi)側(cè)的框架柱因半高填充墻的約束形成短柱，發(fā)生明顯的剪切破壞（圖2（b））。汶川地震后北川種子站，梁沒有發(fā)生破壞，充分配筋的底層柱也未出現(xiàn)端部塑性鉸，而是與填充墻組合后，發(fā)生嚴重的剪切破壞（圖2（c））。

圖2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的脆性破壞Fig.2 Brittle failure of structural compoments

1.3 表現(xiàn)好與表現(xiàn)差的結(jié)構(gòu)對比

在歷次地震的極震區(qū)，均同時存在發(fā)生嚴重破壞甚至倒塌的建筑和破壞輕微甚至完好無損的建筑。北川電信局宿舍相鄰的一棟底商多層建筑，首層的縱向第1道軸線無墻體，其余軸線上則存在大量開洞填充墻，該建筑首層發(fā)生沿街道方向的倒塌（圖3（a））。北川電信局宿舍是典型的砌體結(jié)構(gòu)，縱向第1道軸線因增加了翼墻，3道軸線的墻柱分布較為接近，震后近乎完好（圖3（b））。映秀鎮(zhèn)漩口中學教學樓，縱向第1道軸線由空曠的外廊柱組成，第2、3道軸線由帶填充墻的框架柱組成，發(fā)生了疊瓦式的倒塌（圖3（c））。漩口中學教學樓之間的連廊建筑，底層無填充墻，出現(xiàn)柱端塑性鉸，因充分發(fā)揮了柱的延性，并未倒塌（圖3（d））。漾濞地震后花椒園小學教學樓，其建筑形式與漩口中學相似，部分構(gòu)件發(fā)生了不同程度的破壞（圖3（e））。與花椒園小學教學樓平行的一棟宿舍樓，填充墻在縱向3個軸上的分布比較均勻，震后完好無損（圖3（f））。

圖3 表現(xiàn)好與表現(xiàn)差的結(jié)構(gòu)Fig.3 Structures performed well and badly

同一建筑中，不同特征的構(gòu)件也存在嚴重破壞和基本完好的情況。魯?shù)辇堫^山中學教學樓縱向第1道軸線上無填充墻的框架柱幾乎完好，僅部分柱的裝飾層發(fā)生脫落，而第2道軸線上的墻柱組合體則出現(xiàn)了嚴重的脆性破壞（圖4（a））。蘆山縣的一棟底商建筑，縱向第1道軸線的柱完好無損，第2道軸線的墻柱組合體則出現(xiàn)了嚴重的脆性破壞（圖4（b））。

圖4 表現(xiàn)好與表現(xiàn)差的構(gòu)件Fig.4 Components performed well and badly

對未倒塌的建筑震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)建筑橫向多道滿砌填充墻均未破壞，或因結(jié)構(gòu)整體的縱向運動而發(fā)生出平面的破壞?？v向不帶墻體的柱均未發(fā)生破壞，而墻柱組合構(gòu)件則發(fā)生明顯的脆性破壞。選取2021年5月21日漾濞地震后的花椒園小學教學樓和宿舍樓為代表進行剖析（圖3（e）、（f））。

全面貫徹落實“三條紅線”，編制完成《太湖流域水量分配方案》并通過了水利部審查，啟動新安江水量分配方案編制工作,認真做好最嚴格水資源管理制度考核、評估各項準備工作；完成水資源監(jiān)控能力年度建設(shè)任務(wù)，部分站點已投入運用；積極推進上海迪士尼等重點項目取水許可管理，加強水資源論證，許可項目水量平均核減15%左右,組織完成節(jié)水型社會建設(shè)試點中期評估和驗收有關(guān)工作；《太湖流域水功能區(qū)管理辦法》經(jīng)水利部印發(fā)實施，有力促進了太湖流域的水功能區(qū)監(jiān)督管理工作。

花椒園小學3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)教學樓和宿舍樓的首層3維示意圖如圖5（a）、（b）所示。由圖5可知，2棟建筑橫向分別有5片和6片不開洞橫墻，剛度和承載力均較高，且各軸構(gòu)件剛度和承載力較接近，地震作用下各軸構(gòu)件內(nèi)力分配均勻，并未發(fā)生破壞。因多道橫墻的約束，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)也很小。而縱向僅3道軸線，因使用功能需要，需大量開洞，剛度與承載力大大降低，在樓板的帶動下，結(jié)構(gòu)發(fā)生較明顯的縱向平動。由于樓板和梁沒有破壞，各豎向構(gòu)件的頂點位移基本相同。因此可將各特征構(gòu)件的本構(gòu)關(guān)系示意曲線在同一坐標系下進行對比，如圖6（a）所示。以教學樓的縱軸為例，第2道軸線門窗間墻因承載力低、極限位移小而先行破壞（圖3（e））。帶填充墻的混凝土柱，因剛度大，變形能力小，率先達到開裂位移而出現(xiàn)墻柱整體的剪切裂縫（圖3（e））。第1道軸線和第3道軸線的構(gòu)件均尚未達到其開裂所需位移。宿舍3個軸的構(gòu)件均帶填充墻，剛度和承載力較均勻，各軸構(gòu)件均勻分擔地震剪力，結(jié)構(gòu)運動位移并未達到構(gòu)件開裂所需位移，因此宿舍完好無損。

圖5 花椒園小學教學樓和宿舍3D示意圖Fig.5 3D views of teaching building and dormitory of Huajiaoyuan elementary school

圖6 剪力－位移關(guān)系示意圖Fig.6 Schematic diagram of shear force-displacement relationship

將2個建筑各軸線上主要特征構(gòu)件的本構(gòu)關(guān)系示意曲線繪制在同一坐標系下，如圖6（b）所示?？芍虒W樓第2道軸線均為脆性性質(zhì)明顯的構(gòu)件，在小位移下已經(jīng)出現(xiàn)斜裂縫，而第1和第3道軸線上的構(gòu)件承載力低、延性好，尚處于承載力和位移的初始階段。若承受更大的地震力，第2道軸線的大量構(gòu)件將首先發(fā)生嚴重的脆性破壞，進而可能直接導致結(jié)構(gòu)倒塌，因脆性構(gòu)件的極限位移極小，此時其余各軸構(gòu)件的延性無法得到發(fā)揮，同時也未能貢獻出最大的承載力。而宿舍樓3個軸線剛度和承載力較為接近，各軸構(gòu)件可較為均勻地發(fā)揮其承載力貢獻，結(jié)構(gòu)總承載力較大。與教學樓相比，更不容易發(fā)生破壞和倒塌。

2 “變形飽和”假說

基于對多層建筑的震害調(diào)查與分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)建筑因使用功能的要求，具有相似的墻體分布模式。因分隔空間需要，橫向存在數(shù)量較多的不開洞填充墻，而縱向軸線填充墻較少，且大面積開洞，開洞程度和位置各不相同。由于橫向各軸構(gòu)件的剛度及承載力非常均勻，通常不會首先破壞。筆者對未倒塌的建筑進行了實際震害的調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示縱向墻柱發(fā)生不同程度破壞的同時，橫墻均未發(fā)生破壞［17］。在多道不開洞橫墻的約束下，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)也很小。王波等［22］開展了振動臺試驗，監(jiān)測了結(jié)構(gòu)沿長邊方向兩側(cè)的橫向位移，監(jiān)測結(jié)果顯示兩端位移計的信號基本重合，表明結(jié)構(gòu)未發(fā)生實際的扭轉(zhuǎn)。因此承載力薄弱的縱向?qū)⑹紫劝l(fā)生破壞，剛度大、變形小的構(gòu)件成為結(jié)構(gòu)破壞和倒塌的觸發(fā)點，重力作用成為結(jié)構(gòu)倒塌的最終條件。據(jù)此提出結(jié)構(gòu)地震破壞倒塌的“變形飽和”假說。

“變形飽和”定義為結(jié)構(gòu)中部分構(gòu)件達到其變形極限時，將首先發(fā)生破壞，一定數(shù)量的構(gòu)件破壞后，豎向受力構(gòu)件將因無法承受結(jié)構(gòu)整體的重力作用而發(fā)生倒塌，其余高延性構(gòu)件的延性無法得到發(fā)揮，也不能貢獻其最大承載力。圖7（a）所示為縱向各軸存在承載力高、變形小的強脆構(gòu)件及承載力較低、延性較好的弱延構(gòu)件混搭的結(jié)構(gòu)。強脆構(gòu)件因剛度大，內(nèi)力高倍凝聚，當達到其變形極限時，發(fā)生小變形的脆性破壞。一定數(shù)量的脆性構(gòu)件破壞后，容易直接引起結(jié)構(gòu)的倒塌。此時延性較好的構(gòu)件僅貢獻了極限承載力的一部分，良好的延性更是無法發(fā)揮出來。由于填充墻的存在及其相似的分布規(guī)律，此類結(jié)構(gòu)數(shù)量較多，在較強地震作用下非常容易發(fā)生破壞和倒塌。典型的學校外廊式教學樓、底商多層建筑均屬于這種類型。圖7（b）所示為縱向各軸大部分構(gòu)件均為弱延構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，所有構(gòu)件的延性均能得到發(fā)展，飽和點可定義為位移極限點，結(jié)構(gòu)運動位移易達屈服點，但難以到達極限位移，不易倒塌。底層架空的結(jié)構(gòu)則屬于這種類型。圖7（c）所示為大部分構(gòu)件均為強脆構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，因剛度和承載力分布均勻，總承載力極高，通常也較難達到飽和點。學校內(nèi)廊式教學樓、縱向第一道軸線帶翼墻或翼柱的底商建筑及其他墻體在各軸線上分布均勻的建筑則屬于這種類型。

圖7 變形飽和機制示意圖Fig.7 Schematic diagram of deformation saturation mechanism

圖1～圖4所展示的實例中，電信局宿舍相鄰底商建筑（圖3（a））、漩口中學教學樓（圖3（c））、漾濞花椒園小學教學樓（圖3（e））、魯?shù)辇堫^山中學教學樓（圖4（a））及蘆山底商建筑（圖4（b）），均存在剛度不一致的豎向構(gòu)件。此類建筑屬于圖7（a）所示的類型。

都江堰臨湖別墅（圖1（b））、北川禹荷花園酒店（圖1（c））及映秀漩口中學連廊建筑（圖3（d））均為首層無填充墻的建筑，所有柱子都能發(fā)揮其延性，柱端出現(xiàn)塑性鉸，但均未倒塌。其中禹荷花園酒店因尚未完工，全樓均無填充墻，自重較輕，破壞程度也相對較輕。此類建筑屬于圖7（b）所示的類型。

北川電信局宿舍在外側(cè)軸線的柱上設(shè)置了翼墻，從而各軸構(gòu)件剛度相近，地震力分配較為均勻，在巨大的地震力下，相鄰建筑已經(jīng)倒塌，此建筑近乎完好（圖3（b））。花椒園小學宿舍也因各軸墻體分布較為均勻，剛度和承載力相近，震后完好無損（圖3（f））。此類建筑屬于圖7（c）所示的類型。

3 實驗驗證

3.1 實驗設(shè)計

震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，破壞嚴重及保存完好的大量多層建筑中，主要存在3種不同特征的豎向受力構(gòu)件。第1種是無填充墻的鋼筋混凝土柱構(gòu)件，主要存在于外廊式教學樓的外廊柱、底層商鋪建筑外側(cè)大開間形成無填充墻的柱及存在架空層的底層框架柱。第2種是先施工鋼筋混凝土柱后砌筑墻體的構(gòu)件，主要存在于框架結(jié)構(gòu)中因開門窗洞口所形成帶填充墻的框架柱。第3種是先砌墻體留馬牙槎再施工鋼筋混凝土柱的構(gòu)件，主要存在于砌體結(jié)構(gòu)及采用這種施工工藝的框架結(jié)構(gòu)和混合式結(jié)構(gòu)。

考慮結(jié)構(gòu)形式及施工方式，設(shè)計了3組比例為1：4的平面框架模型，分別為無墻框架模型（PF）、后砌墻框架模型（LW）和先砌墻框架模型（FW）。模型詳細尺寸和配筋方式如圖8所示。為滿足縮尺構(gòu)件合理配筋率和粘結(jié)強度的要求，柱鋼筋采用AQ100GJC型低屈服點鋼，實測屈服強度為154.2 MPa，混凝土抗壓強度為15.6 MPa。墻體采用50 mm厚小型灌漿砌塊砌筑，實測砌塊抗壓強度為8.3 MPa，砌筑砂漿抗壓強度為6.1 MPa。設(shè)計梁尺寸大于柱尺寸，以模擬梁－梁上填充墻－樓板組合體所形成的大剛度，以確保梁不發(fā)生破壞。實際工程結(jié)構(gòu)在同一軸線上具有多個構(gòu)件經(jīng)由樓板和梁并聯(lián)而成，為更準確模擬構(gòu)件的受力情況，在平面內(nèi)設(shè)置了3個相同特征構(gòu)件組成兩跨，LW模型和FW模型的邊緣設(shè)置窗下墻和鋼筋混凝土短柱來模擬邊界條件。根據(jù)典型多層建筑首層豎向構(gòu)件實際受力情況，設(shè)計軸壓比為0.3。為保證軸向荷載的穩(wěn)定性，制作了兩榀相同的平面模型，通過蓋板連接在一起，蓋板上通過配重鐵塊進行堆載。這種方式可無需考慮千斤頂?shù)哪Σ亮φ`差，同時可保證豎向荷載始終保證恒定不變。3組實驗?zāi)Ｐ腿鐖D9所示。

圖8 實驗?zāi)Ｐ统叽绾弯摻畈贾茫▎挝唬簃m）Fig.8 Test model frame dimensions and reinforcement arrangement（Unit：mm）

圖9 擬靜力試驗?zāi)Ｐ虵ig.9 Pseudo static test models

3.2 破壞模態(tài)

無填充墻的框架模型由于沒有填充墻的約束，呈現(xiàn)典型的雙曲變形，最終形成柱上下端塑性鉸的延性破壞，破壞模態(tài)如圖10（a）所示。帶后砌墻的框架模型由于窗下具有大剛度的連續(xù)填充墻，窗下墻構(gòu)成上半部分窗間墻柱的嵌固端，窗間墻柱組合體首先出現(xiàn)剪切裂縫，隨著荷載的增大，墻柱之間有分離趨勢，最終鋼筋和混凝土之間發(fā)生粘結(jié)破壞，破壞模態(tài)如圖10（b）所示。帶先砌墻的框架模型由于馬牙槎的咬合作用，窗間墻柱結(jié)合效果較好，構(gòu)件變形更小。達到峰值荷載時，交叉斜裂縫不斷開展，墻柱組合體發(fā)生剪切破壞，模型毫無預兆直接倒塌，倒塌前破壞模態(tài)如圖10（c）所示。

圖10 破壞模態(tài)Fig.10 Failure modes

3.3 荷載位移關(guān)系

3個模型的滯回曲線如圖11所示。無填充墻的框架模型滯回性能表現(xiàn)為承載力較低，但延性和耗能能力較高（圖11（a））。帶后砌墻的框架模型承載力較高，延性較差，除填充墻與柱組合體水平方向的承載力貢獻外，結(jié)構(gòu)沿水平方向運動時，梁的位置也同時不斷下降，填充墻提供的豎向支撐阻礙梁的下沉。位移增大的過程中曲線有明顯的上揚，即后半段剛度不斷增大，這是墻體對梁的反作用力不斷增大的體現(xiàn)。這也是滯回曲線顯著捏縮，且捏縮程度遠大于無填充墻框架模型的主要原因（圖11（b））。帶先砌填充墻的框架模型因通過馬牙槎與混凝土柱緊密結(jié)合，組合效應(yīng)最大。從滯回曲線可以看出，因墻柱始終緊密結(jié)合，后期未出現(xiàn)明顯分離趨勢，構(gòu)件剛度下降較慢，承載力最高，極限位移最小（圖11（c））。

圖11 滯回曲線Fig.11 Hysteretic curves

為體現(xiàn)同一結(jié)構(gòu)中不同特征構(gòu)件組合的情況，將3個模型的骨架曲線繪制于同一坐標系下，如圖12所示。以這3個實驗?zāi)Ｐ妥鳛榻Y(jié)構(gòu)中3種特征構(gòu)件的代表進行組合。根據(jù)圖1～圖4所代表的大量實際工程案例，分別考慮3個PF構(gòu)件組合、3個FW構(gòu)件組合、2個PF構(gòu)件和1個FW構(gòu)件組合、2個PF構(gòu)件和1個LW構(gòu)件組合4種工況。PF構(gòu)件由于具有較好的延性，取承載力下降到85%時的位移為極限位移，F(xiàn)W和LW構(gòu)件脆性性質(zhì)明顯，以承載力最大值所對應(yīng)位移作為極限位移。不同特征構(gòu)件組合后，以最小位移為該結(jié)構(gòu)的極限位移，以最小位移所對應(yīng)的各構(gòu)件荷載之和作為結(jié)構(gòu)的極限承載力。對組合后的最大承載力和最大位移為基準進行歸一化。組合數(shù)據(jù)見表1，歸一化承載力和位移對比見圖13。

表1 特征構(gòu)件組合Table 1 Combination of characteristic components

圖12 骨架曲線Fig.12 Skeleton curves

圖13 歸一化承載力和位移Fig.13 Normalized capacity and displacement

工況1代表所有構(gòu)件均為弱延構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，組合后的歸一化承載力最低，僅為0.26，但極限位移極大，為1.0。這類型的結(jié)構(gòu)雖然承載力不高，在大震下容易屈服，但延性能得到較大程度的發(fā)揮，難以達到結(jié)構(gòu)倒塌所需的位移，不容易發(fā)生倒塌。都江堰臨湖別墅（圖1（b））、北川禹荷花園酒店（圖1（c））和漩口中學連廊建筑（圖3（d））即為此類型建筑。

工況2為絕大部分構(gòu)件均為強脆構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，組合后的歸一化承載力最高，為1.0，但極限位移最小，為0.25。這類型的結(jié)構(gòu)各構(gòu)件剛度和承載力分布均勻，總承載力高，雖極限位移小，但因承載力極高而不易發(fā)生破壞。北川電信局宿舍（圖3（b））即為此類型建筑。

工況3代表部分構(gòu)件為弱延構(gòu)件，部分構(gòu)件為先砌墻后澆柱的強脆構(gòu)件混搭的結(jié)構(gòu)，承載力為0.47，極限位移為0.25，結(jié)構(gòu)極限位移受到一定數(shù)量的強脆構(gòu)件控制，且因存在一定數(shù)量的弱延構(gòu)件，結(jié)構(gòu)總承載力不高。這類型的結(jié)構(gòu)在大震下容易發(fā)生破壞甚至倒塌。蘆山底商建筑（圖2（a））、北川種子站大樓（圖2（c））和北川電信局宿舍相鄰底商（圖3（a））均為此類型建筑。

工況4代表部分構(gòu)件為弱延構(gòu)件，部分構(gòu)件為先澆柱后砌墻的強脆構(gòu)件混搭的結(jié)構(gòu)，承載力為0.32，極限位移為0.44，與工況3類似，因存在混搭的情況，結(jié)構(gòu)總承載力不高，極限位移也不大。這類型的結(jié)構(gòu)在大震下同樣易發(fā)生破壞甚至倒塌。魯?shù)辇堫^山中學教學樓（圖2（b））、映秀漩口中學教學樓（圖3（c））和花椒園小學教學樓（圖3（e））即為此類型建筑。

4 結(jié)論

（1）多層建筑結(jié)構(gòu)實際震害中，由于填充墻和樓板的組合作用，“強柱弱梁”的破壞模式難以實現(xiàn)，部分建筑發(fā)生“弱柱強梁”的層屈服破壞模式，但引起倒塌的實例也相對較少。震害嚴重的建筑中，大多數(shù)均存在縱向各軸構(gòu)件剛度差異較大的情況，剛度大的構(gòu)件分配內(nèi)力大，因變形能力小而率先發(fā)生脆性破壞。而保存完好的建筑中，各軸構(gòu)件剛度較為接近，可均勻分配內(nèi)力，且結(jié)構(gòu)總承載力較高。

（2）基于震害調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)大部分多層建筑的橫向剛度及承載力均高于縱向，且橫向各軸構(gòu)件剛度和承載力較為接近，不會首先發(fā)生破壞。多道橫墻的約束下，結(jié)構(gòu)難以扭轉(zhuǎn)。破壞將首先發(fā)生于各軸構(gòu)件剛度不均勻的縱向。由此提出結(jié)構(gòu)地震破壞倒塌的“變形飽和”假說，部分構(gòu)件因剛度大、變形能力小而率先破壞，成為結(jié)構(gòu)破壞和倒塌的觸發(fā)點。由此可解釋實際震害中結(jié)構(gòu)各構(gòu)件破壞的先后順序，以及結(jié)構(gòu)倒與不倒的原因。

（3）根據(jù)實際工程中主要存在的3種特征構(gòu)件，設(shè)計驗證性實驗。無墻框架柱構(gòu)件的承載力低，但變形能力極高，耗能能力強；后砌墻柱組合構(gòu)件因墻體水平向和豎向的剛度及承載力貢獻，剛度較大、承載力較高，但變形能力較差；先砌墻柱組合構(gòu)件因墻柱緊密結(jié)合，大大地提高了剛度和承載力，同時變形能力則更差。

（4）通過3種特征構(gòu)件的組合驗證“變形飽和”的破壞倒塌機理。剛度小、延性較好的構(gòu)件組合，承載力雖然較低，但具有良好的延性，可依靠延性耗能；剛度大、承載力高的構(gòu)件組合，延性雖差，但承載力極高，可依靠承載力硬抗；不同剛度和延性的構(gòu)件混搭，承載力不高，變形能力較小，容易發(fā)生破壞及倒塌。