程慶樂(lè) 熊 琛 田 源 許 鎮(zhèn) 廖文杰 陸新征※

1) 清華大學(xué)土木工程系，土木工程安全與耐久教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084

2) 北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，北京 100044

3) 深圳大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，廣東省濱海土木工程耐久性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東深圳 518060

4) 北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院，北京 100083

1 標(biāo)準(zhǔn)編制背景

地震破壞力為地震對(duì)建筑的破壞能力及對(duì)建筑內(nèi)人員引起的不適反應(yīng)，評(píng)估地震對(duì)區(qū)域建筑的破壞力是震后應(yīng)急決策的重要依據(jù)，影響應(yīng)急資源的調(diào)度和應(yīng)急力量的部署。隨著我國(guó)強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)[1]，當(dāng)前密集的強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站為基于強(qiáng)震動(dòng)記錄的地震破壞力評(píng)估提供了實(shí)施基礎(chǔ)。

目前，我國(guó)既有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或是面向城市規(guī)劃的地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，如《城市抗震防災(zāi)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)GB 5-0413-2007》[2]和《城市綜合防災(zāi)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51327-2018》[3]；或是依賴現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查，如《地震災(zāi)情應(yīng)急評(píng)估GB/T 30352-2013》[4]等，尚沒(méi)有一部面向震后應(yīng)急決策的、基于強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)的地震破壞力評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)際上，相關(guān)的震害評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)也同樣主要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查階段，而相關(guān)的地震應(yīng)急評(píng)估平臺(tái)，如美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局USGS 的PAGER[5]、日本的J-RISQ[6]等，由于軟件權(quán)限和標(biāo)準(zhǔn)不兼容等一系列問(wèn)題，并不能直接在我國(guó)應(yīng)用。

因此，為滿足地震應(yīng)急管理部門及時(shí)了解地震破壞力的迫切需求，充分利用現(xiàn)有強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)的強(qiáng)震數(shù)據(jù)，清華大學(xué)等13 家單位共同編制了此標(biāo)準(zhǔn)[7]。

2 標(biāo)準(zhǔn)的用戶

本標(biāo)準(zhǔn)主要推薦各省市地震局、應(yīng)急管理局等在震后應(yīng)急評(píng)估中應(yīng)用。另外，住建、民政等部門可應(yīng)用本標(biāo)準(zhǔn)輔助評(píng)估災(zāi)后建筑震害和損失，城市規(guī)劃、保險(xiǎn)等機(jī)構(gòu)可借助歷史強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)用本標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估區(qū)域建筑地震風(fēng)險(xiǎn)，也推薦科研院所采用本標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展相關(guān)研究。需要說(shuō)明的是：①本標(biāo)準(zhǔn)是在國(guó)內(nèi)外100 余次基于強(qiáng)震動(dòng)記錄的地震破壞力評(píng)估的成功經(jīng)驗(yàn)上制定的[8-10]，其中包含的理論與方法經(jīng)過(guò)了實(shí)際震害的檢驗(yàn)[11-14]，特別是在我國(guó)2017 年8 月8日九寨溝7.0 級(jí)地震[14]、2019 年6 月17 日長(zhǎng)寧6.0 級(jí)地震和2018 年12 月1 日美國(guó)阿拉斯加7.2 級(jí)地震中，均取得了良好的評(píng)估結(jié)果。②本標(biāo)準(zhǔn)主要面向區(qū)域建筑開(kāi)展地震破壞力的震后快速評(píng)估。在獲得強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)的強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)和區(qū)域建筑承災(zāi)體屬性數(shù)據(jù)的條件下，可在震后2 小時(shí)內(nèi)給出地震對(duì)分析區(qū)域的建筑破壞力評(píng)估結(jié)果。

3 標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)給出了基于強(qiáng)震動(dòng)記錄的地震破壞力評(píng)估方法、程序與技術(shù)要求，規(guī)定了評(píng)估報(bào)告編寫的內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)共分為9 章，主要章節(jié)的內(nèi)容包括：

（1）地震破壞力的評(píng)估程序。給出了基于強(qiáng)震動(dòng)記錄的地震破壞力評(píng)估的基本流程。

（2）強(qiáng)震動(dòng)記錄數(shù)據(jù)收集。給出了強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站強(qiáng)震動(dòng)記錄數(shù)據(jù)的要求。

（3）區(qū)域建筑屬性數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。主要用于確定臺(tái)站關(guān)聯(lián)區(qū)域的建筑屬性數(shù)據(jù)。

（4）區(qū)域建筑抗震彈塑性時(shí)程分析。給出了建立建筑計(jì)算模型和開(kāi)展區(qū)域建筑抗震彈塑性時(shí)程分析的基本要求。

（5）地震破壞力和影響綜合評(píng)估。給出了確定建筑破壞狀態(tài)和人員加速度感受以及開(kāi)展地震破壞力和影響綜合評(píng)估的相關(guān)要求。

（6）評(píng)估報(bào)告編寫。給出了編寫地震破壞力評(píng)估報(bào)告的要求?？赏ㄟ^(guò)文獻(xiàn)[7]查看標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于破壞性地震發(fā)生后基于強(qiáng)震動(dòng)記錄的地震破壞力評(píng)估工作，并建議了平立面布置規(guī)則的高層鋼筋混凝土框架剪力墻或鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)、多層鋼筋混凝土框架或鋼框架結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)與土木結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型和參數(shù)。對(duì)于其他結(jié)構(gòu)類型，應(yīng)進(jìn)行專門研究。

4 標(biāo)準(zhǔn)的特色

本標(biāo)準(zhǔn)具有如下3 個(gè)特色。

4.1 結(jié)合實(shí)測(cè)強(qiáng)震動(dòng)時(shí)程數(shù)據(jù)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外缺乏基于強(qiáng)震動(dòng)時(shí)程數(shù)據(jù)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)ATC-20[15]、FEMA 306[16]和FEMA 351[17]等評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)都采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查方式，不涉及地震動(dòng)時(shí)程數(shù)據(jù)。本標(biāo)準(zhǔn)充分考慮地震動(dòng)力特性，可以充分考慮當(dāng)?shù)氐孛孢\(yùn)動(dòng)特征，結(jié)果更加真實(shí)、合理。

4.2 采用彈塑性時(shí)程分析方法

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外缺乏依托彈塑性時(shí)程分析方法的區(qū)域震害評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)可通過(guò)城市抗震彈塑性時(shí)程分析方法[18-19]給出建筑地震反應(yīng)、破壞等級(jí)、人員加速度感受等精細(xì)結(jié)果，能更好地反映不同結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性和地震動(dòng)的特征。

4.3 推薦了全國(guó)性的區(qū)域建筑承災(zāi)體數(shù)據(jù)庫(kù)

根據(jù)人口普查等數(shù)據(jù)，本標(biāo)準(zhǔn)推薦了分級(jí)區(qū)域各結(jié)構(gòu)比例數(shù)據(jù)庫(kù)，涵蓋全國(guó)320 個(gè)城、鎮(zhèn)、村級(jí)別區(qū)域，進(jìn)而可在缺乏當(dāng)?shù)卦敿?xì)數(shù)據(jù)的情況下，考慮當(dāng)?shù)亟ㄖy(tǒng)計(jì)特征，給出更符合實(shí)際的評(píng)估結(jié)果。

綜合來(lái)看，本標(biāo)準(zhǔn)充分挖掘了我國(guó)強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)價(jià)值，依托彈塑性時(shí)程分析和當(dāng)?shù)亟ㄖy(tǒng)計(jì)結(jié)果，給出更及時(shí)、更精細(xì)、更合理的區(qū)域建筑地震破壞力評(píng)估結(jié)果，為震后應(yīng)急評(píng)估提供了重要的方法。

5 典型案例

以2020 年5 月18 日云南昭通市巧家縣5.0 級(jí)地震的破壞力評(píng)估為典型案例[10]，對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)的具體應(yīng)用進(jìn)行介紹。

5.1 地震基本參數(shù)

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)正式測(cè)定，2020 年5 月18 日21 時(shí)47 分在云南昭通市巧家縣發(fā)生5.0 級(jí)地震，震源深度8 km，震中位于（27.18°N，103.16°E）。

5.2 地震動(dòng)記錄信息

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)第5 章的相關(guān)規(guī)定，獲取本次地震強(qiáng)震記錄。

2020 年5 月18 日云南昭通市巧家縣5.0 級(jí)地震獲得了83 組地震動(dòng)，地震動(dòng)記錄信息如表1 所示。典型地震記錄分析如下：編號(hào)為1 的記錄臺(tái)站位置（27.23°N，103.20°E），記錄到水平向地震動(dòng)峰值加速度（PGA）為2.82 m·s-2，豎直向PGA 為3.16 m·s-2。該地震動(dòng)及反應(yīng)譜如圖1 所示。

圖1 1 號(hào)臺(tái)站地面運(yùn)動(dòng)記錄和絕對(duì)加速度反應(yīng)譜及設(shè)計(jì)反應(yīng)譜Fig.1 Ground motion records，absolute acceleration response spectra，and design response spectra of station 1

表1 地震動(dòng)記錄的基本信息Table 1 Basic information of ground motion records

5.3 匹配建筑承災(zāi)體屬性數(shù)據(jù)集

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)第6 章，進(jìn)行區(qū)域建筑屬性數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

依據(jù)人口普查數(shù)據(jù)，云南昭通市巧家縣抗震性能好的建筑比例為10.8%，抗震性能較差的建筑比例為36.1%。參照標(biāo)準(zhǔn)6.2.1 條規(guī)則，該區(qū)域分級(jí)編碼為T-Ⅳ-2，匹配標(biāo)準(zhǔn)附錄A 中的表A.2.23 構(gòu)造區(qū)域建筑數(shù)據(jù)集。對(duì)各類型的結(jié)構(gòu)，根據(jù)第7.2 條進(jìn)行力學(xué)模型的建立與分析。

5.4 臺(tái)站關(guān)聯(lián)區(qū)域地震破壞力評(píng)估-一報(bào)

由于應(yīng)急評(píng)估的時(shí)限要求，應(yīng)首先給出部分重點(diǎn)區(qū)域的地震破壞力（參見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)4.2 條），盡快進(jìn)行第一批次報(bào)告。然后，再評(píng)估所收集到的全部地震動(dòng)記錄，進(jìn)行更加全面的第二批次報(bào)告。

由標(biāo)準(zhǔn)4.2 條，一報(bào)共包括7 組地震動(dòng)記錄PGA＞1 m·s-2的強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)第7.3 條，開(kāi)展彈塑性時(shí)程分析計(jì)算得到每棟建筑響應(yīng)，并參照第8 章開(kāi)展地震破壞力和影響綜合評(píng)估。各破壞狀態(tài)及加速度感受判定準(zhǔn)則可參考標(biāo)準(zhǔn)附錄C 和表8.3.1。圖2 和圖3 分別為根據(jù)2020 年5 月18 日云南昭通市巧家縣5.0 級(jí)地震震中附近范圍內(nèi)臺(tái)站記錄評(píng)估得到的建筑震害分布示意圖和人員加速度感受分布示意圖（一報(bào)），圖中藍(lán)色底圖為公里網(wǎng)格人口密度，餅圖為不同破壞狀態(tài)或人員加速度感受的比例。

圖2 不同臺(tái)站地震記錄破壞力分布圖Fig.2 Damage ratio distribution of the buildings near to different stations

圖3 不同臺(tái)站地震記錄人員加速度感受分布示意圖Fig.3 Human feeling distribution near to different stations

5.5 臺(tái)站關(guān)聯(lián)區(qū)域地震破壞力評(píng)估-二報(bào)

第二批次報(bào)告（二報(bào)）選取全部83 組臺(tái)站記錄。圖4 和圖5 分別為根據(jù)2020 年5 月18 日云南昭通市巧家縣5.0 級(jí)地震震中附近范圍內(nèi)臺(tái)站記錄評(píng)估得到的建筑震害分布示意圖和人員加速度感受分布示意圖（二報(bào)）。

圖4 不同臺(tái)站地震記錄破壞力分布圖Fig.4 Damage ratio distribution of the buildings near to different stations

圖5 不同臺(tái)站地震記錄人員加速度感受分布示意圖Fig.5 Human feeling distribution near to different stations

最后，將上述具體結(jié)果匯總于表2。

表2 臺(tái)站關(guān)聯(lián)區(qū)域地震破壞力評(píng)估結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table 2 Seismic destructive power evaluation results of area related to strong motion stations

5.6 評(píng)估報(bào)告結(jié)論

本次評(píng)估結(jié)果表明，大部分臺(tái)站關(guān)聯(lián)區(qū)主要處于輕微破壞，震中附近以中度破壞和嚴(yán)重破壞為主。人員加速度感受主要以非常不適為主，因此，地震破壞力整體較大。在地震應(yīng)急避險(xiǎn)與抗震救災(zāi)方面，可注意震中附近抗震能力較差建筑的排查與救援。

6 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)對(duì)基于強(qiáng)震動(dòng)記錄的地震破壞力評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的編制背景、標(biāo)準(zhǔn)用戶、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)特色和典型案例進(jìn)行了介紹。標(biāo)準(zhǔn)給出了基于強(qiáng)震動(dòng)記錄的地震破壞力評(píng)估的方法、程序與技術(shù)要求，規(guī)定了評(píng)估報(bào)告編寫的內(nèi)容。本標(biāo)準(zhǔn)能夠充分挖掘我國(guó)強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)價(jià)值，依托彈塑性時(shí)程分析和當(dāng)?shù)亟ㄖy(tǒng)計(jì)結(jié)果，能夠給出更及時(shí)、更精細(xì)、更合理的區(qū)域建筑地震破壞力評(píng)估結(jié)果，為震后應(yīng)急評(píng)估提供了重要的方法。

致謝

感謝中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心為本標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)支持。感謝技術(shù)審查專家對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)性意見(jiàn)。