王麗萍,李英民,劉立平

(重慶大學(xué)土木工程學(xué)院,重慶 400045)

國(guó)內(nèi)外建筑震害調(diào)查表明,地震災(zāi)害損失中建筑物破壞的損失占很大比例,因此進(jìn)行建筑物震害預(yù)測(cè)是評(píng)估地震損失的有效途徑和主要依據(jù),對(duì)制定減輕地震損失對(duì)策有重要意義[1-3].所謂建筑物震害預(yù)測(cè),即估計(jì)一個(gè)地區(qū)或城市在遭遇一定烈度地震影響時(shí)建筑物可能發(fā)生的破壞程度.建筑物震害預(yù)測(cè)結(jié)果通常用震害預(yù)測(cè)矩陣表示,所謂震害預(yù)測(cè)矩陣就是估計(jì)某種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的建筑物在遭遇不同烈度的地震時(shí),不同的震害等級(jí)所對(duì)應(yīng)的建筑物破壞概率.建筑物震害等級(jí)通常分為倒塌、嚴(yán)重破壞、中等破壞、輕微破壞、基本完好五類(lèi)[4-5].自1990年以來(lái),我國(guó)陸續(xù)在許多城市和地區(qū)開(kāi)展了震害預(yù)測(cè)工作,得到不同地區(qū)20多個(gè)城市的不同建筑結(jié)構(gòu)的震害預(yù)測(cè)矩陣,其中建立震害預(yù)測(cè)矩陣的城市主要集中在東部和設(shè)防烈度為7度及7度以上的地區(qū),西部和設(shè)防烈度為6度及6度以下的地區(qū)則較少[6-7].重慶市作為直轄市和人口大市,也尚未開(kāi)展此項(xiàng)工作.此外,對(duì)重慶市主城區(qū)交通系統(tǒng)震害預(yù)測(cè)時(shí),需用沿街建筑物的破壞概率來(lái)估計(jì)沿街建筑物的倒塌瓦礫量以計(jì)算路段單元的通行概率.為此,本文收集了重慶市主城區(qū)沿街建筑物的現(xiàn)狀資料,如建造年代、結(jié)構(gòu)形式、層數(shù)、建筑面積等作為調(diào)查因素,然后統(tǒng)計(jì)整理得到重慶市主城區(qū)沿街建筑物現(xiàn)狀;再采用專(zhuān)家評(píng)分對(duì)重慶市主城區(qū)沿街建筑物進(jìn)行震害預(yù)測(cè),并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和處理,最終得到重慶市主城區(qū)沿街建筑物的震害預(yù)測(cè)矩陣.

1 重慶市主城區(qū)沿街建筑物分布概況

為得到重慶市主城區(qū)沿街建筑物現(xiàn)狀資料,對(duì)重慶市主城區(qū)沿街建筑物逐一進(jìn)行調(diào)查.調(diào)查區(qū)域遍布整個(gè)重慶市主城區(qū)主要街道,按沙坪壩區(qū)、渝中區(qū)、江北區(qū)、巴南區(qū)、南岸區(qū)、九龍坡區(qū)、大渡口區(qū)7個(gè)區(qū)分別展開(kāi)調(diào)查.由于主要道路兩旁老舊平房逐漸拆除,數(shù)量較少,在調(diào)查中不予考慮.調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表1,其中沿街建筑物主要分為多層砌體結(jié)構(gòu)房屋、底部框架結(jié)構(gòu)房屋、多層混凝土結(jié)構(gòu)房屋和高層混凝土結(jié)構(gòu)房屋4種類(lèi)型.此調(diào)查結(jié)果為本文進(jìn)行沿街建筑物震害預(yù)測(cè)提供了部分參考和依據(jù).

表1 重慶市主城區(qū)沿街建筑物類(lèi)型和建造年代分布Table 1 Distribution of construction time and types of buildings along streets in downtown Chongqing

2 建筑物震害預(yù)測(cè)方法

目前,我國(guó)許多科研人員依據(jù)震害經(jīng)驗(yàn)所研究的震害預(yù)測(cè)方法絕大多數(shù)是理論和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的,既有一定的理論基礎(chǔ),又有相當(dāng)程度的經(jīng)驗(yàn)判斷[8].在重慶市主城區(qū)建筑物震害資料相對(duì)匱乏的情況下,如果采用理論性較強(qiáng)的方法,勢(shì)必導(dǎo)致工作量增大,資金和人員投入增多,如需要齊全的資料,工作實(shí)施難度加大等,而專(zhuān)家評(píng)分法不失為一種有效的方法.因此,在對(duì)重慶市主城區(qū)沿街建筑物進(jìn)行震害預(yù)測(cè)時(shí),以其建筑物現(xiàn)狀為基礎(chǔ),采用專(zhuān)家評(píng)分作為經(jīng)驗(yàn)判斷,然后對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行理論上的處理和調(diào)整,最終得到重慶市主城區(qū)沿街建筑物震害預(yù)測(cè)矩陣.

專(zhuān)家評(píng)分法是一種工程處理方法,進(jìn)行評(píng)分的專(zhuān)家們必須從事多年相關(guān)專(zhuān)業(yè),并按照一定要求根據(jù)積累的知識(shí)和多年的經(jīng)驗(yàn)共同完成對(duì)某項(xiàng)工作的打分.本次調(diào)查向重慶市建筑結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域資深的25位專(zhuān)家發(fā)放了專(zhuān)家預(yù)測(cè)表,這些專(zhuān)家分布在重慶市建筑結(jié)構(gòu)抗震相關(guān)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域,包括設(shè)計(jì)院、高校、工程質(zhì)量監(jiān)督站、地震局和科研等單位,對(duì)重慶市建筑結(jié)構(gòu)十分熟悉,具備地震現(xiàn)場(chǎng)震害相關(guān)經(jīng)驗(yàn),具有豐富的建筑結(jié)構(gòu)抗震知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),他們的預(yù)測(cè)結(jié)果具有一定的可靠性.專(zhuān)家信息分布如表2所示,設(shè)計(jì)院及研究院工作年限30年以上的教授級(jí)高級(jí)工程師所占比例為70%,其他相關(guān)人士占30%.專(zhuān)家評(píng)分過(guò)程中,以重慶市主城區(qū)沿街建筑物的現(xiàn)狀如建造年代、結(jié)構(gòu)形式、層數(shù)、建筑面積等,和不同類(lèi)型建筑物震害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)作為專(zhuān)家打分的依據(jù),讓他們根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí),對(duì)不同類(lèi)型、不同年代的建筑物在遭遇不同地震影響下的震害程度進(jìn)行判斷,給出自己認(rèn)為可能的破壞概率.對(duì)打分結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理后,再對(duì)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析.

表2 專(zhuān)家信息分布Table 2 Distribution of expert information

3 建筑物震害預(yù)測(cè)結(jié)果處理及分析

在統(tǒng)計(jì)分析專(zhuān)家打分結(jié)果時(shí),由于每位專(zhuān)家都是重慶市建筑界資歷較深且經(jīng)驗(yàn)豐富的專(zhuān)家,因此以大多數(shù)專(zhuān)家相接近的打分結(jié)果的平均值作為最終的結(jié)果.也就是把個(gè)別偏離群體的打分?jǐn)?shù)據(jù)作為離群的異常數(shù)據(jù)剔除,因此本文采用離群值檢驗(yàn)法對(duì)評(píng)分結(jié)果進(jìn)行處理[9-10].其基本原理是:首先對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行離群值檢驗(yàn),其中使用Grubbs準(zhǔn)則檢驗(yàn)單個(gè)離群值,使用Dixon準(zhǔn)則檢驗(yàn)多個(gè)離群值.在具體操作時(shí)先用Grubbs準(zhǔn)則檢驗(yàn),在剔除一個(gè)離群值后,再用Dixon準(zhǔn)則進(jìn)行檢驗(yàn),剔除多個(gè)離群值,最后將剩下的所有值加權(quán)平均得到最終的結(jié)果.由于篇幅有限,只把當(dāng)?shù)卣鹆叶葹?度時(shí),20世紀(jì)90年代及以后的沿街建筑物專(zhuān)家打分結(jié)果與處理結(jié)果對(duì)比情況列于表3.由于打分結(jié)果存在不同程度的離群值,當(dāng)剔除離群值后結(jié)果會(huì)更符合大多數(shù)專(zhuān)家打分結(jié)果的分布規(guī)律.

表3 專(zhuān)家打分結(jié)果與處理結(jié)果對(duì)比Table 3 Comparison between expert scoring and data processing results %

將經(jīng)過(guò)處理后的結(jié)果根據(jù)歷史震害經(jīng)驗(yàn)及尹之潛[11]建立的未來(lái)建筑物震害矩陣規(guī)律稍作調(diào)整后作為重慶市主城區(qū)沿街建筑物震害預(yù)測(cè)矩陣,如表4～7所示.從表4～7可以發(fā)現(xiàn)在遭遇相同地震烈度下,多、高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋震害程度要輕于底部框架結(jié)構(gòu)房屋,而底部框架結(jié)構(gòu)房屋震害和多層砌體結(jié)構(gòu)房屋震害程度相當(dāng);在同類(lèi)房屋中,隨著年代的久遠(yuǎn)房屋震害要嚴(yán)重,隨著烈度的提高,震害明顯加重.

表4 重慶市主城區(qū)多層砌體結(jié)構(gòu)房屋震害預(yù)測(cè)矩陣Table 4 Seismic damage prediction matrices of multi-story masonry buildings in downtown Chongqing

表5 重慶市主城區(qū)底部框架結(jié)構(gòu)房屋震害預(yù)測(cè)矩陣Table 5 Seismic damage prediction matrices of bottom-frame buildings in downtown Chongqing

表6 重慶市主城區(qū)多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋震害預(yù)測(cè)矩陣Table 6 Seismic damage prediction matrices of multi-story reinforced concrete buildings in downtown Chongqing

表7 重慶市主城區(qū)高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋震害預(yù)測(cè)矩陣Table 7 Seismic damage prediction matrices of tall reinforced concrete buildings in downtown Chongqing

在設(shè)防烈度相同的不同城市中,同種結(jié)構(gòu)形式房屋的震害預(yù)測(cè)矩陣具有相似性[4].綿陽(yáng)市和重慶市抗震設(shè)防烈度都是6度,在5?12汶川地震中綿陽(yáng)市區(qū)實(shí)際烈度接近7度,根據(jù)5?12汶川地震綿陽(yáng)市區(qū)房屋震害統(tǒng)計(jì)結(jié)果[12]和本文20世紀(jì)90年代不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)房屋遭遇7度地震時(shí)震害的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)結(jié)果較為接近,本文結(jié)果稍微保守一些.

4 結(jié) 論

a.統(tǒng)計(jì)整理得到了重慶市主城區(qū)沿街建筑物的建造年代、層數(shù)、結(jié)構(gòu)類(lèi)型及建筑面積等分布,由于調(diào)查深入重慶市主城區(qū)各個(gè)主要干道,可近似認(rèn)為重慶市主城區(qū)總體建筑物分布與沿街建筑物分布基本相同.

b.給出了重慶市主城區(qū)沿街建筑物震害預(yù)測(cè)矩陣,已用于重慶市主城區(qū)交通系統(tǒng)震害預(yù)測(cè),為今后重慶市主城區(qū)地震災(zāi)害損失評(píng)估提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和有價(jià)值的參考.

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