賈明明,袁昊禎,彭慧君

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150090;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 結(jié)構(gòu)工程災(zāi)變與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱 150090;3.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 土木工程智能防災(zāi)減災(zāi)工業(yè)與信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱 150090)

0 引言

城市地震災(zāi)害會(huì)破壞區(qū)域的基礎(chǔ)設(shè)施和建筑，中斷城市社會(huì)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在短時(shí)間內(nèi)，強(qiáng)震會(huì)重創(chuàng)城市幾十年甚至上百年的發(fā)展成果，同時(shí)會(huì)對(duì)生命安全與財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的威脅。因此，城市地震常常給人類社會(huì)帶來(lái)巨大的損失，不僅僅是受災(zāi)時(shí)的直接損失，還包含災(zāi)后恢復(fù)過(guò)程中帶來(lái)的間接損失，因此對(duì)群體建筑結(jié)構(gòu)的抗震韌性分析在區(qū)域地震預(yù)測(cè)中顯得尤為重要。

對(duì)于大城市,建筑結(jié)構(gòu)一般都是由具有資質(zhì)的設(shè)計(jì)施工單位建造的,具有較高的抗震能力。而中小城鎮(zhèn)及農(nóng)村有很多自建房,沒(méi)有經(jīng)過(guò)相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)和缺乏抗震構(gòu)造措施,往往在中等等級(jí)地震作用下出現(xiàn)嚴(yán)重的地震震害。而且受當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素制約,建筑功能的震后恢復(fù)周期加長(zhǎng)、城鎮(zhèn)的區(qū)域抗震韌性較弱,目前的研究又缺乏系統(tǒng)定量的分析,對(duì)當(dāng)?shù)氐恼鸷笾亟Q策和實(shí)施產(chǎn)生極大的制約。

在過(guò)去的十幾年里,學(xué)者們對(duì)群體建筑結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)計(jì)算有了一定的發(fā)展。2011年Hori等[1]和2014年Lu等[2]提出基于多自由度建筑模型,采用彈塑性時(shí)程分析的方法來(lái)模擬城市群體建筑的地震災(zāi)害。2014年許鎮(zhèn)等[3]提出將2D-GIS樓層平面豎向拉伸的方法來(lái)獲得城市建筑群的三維幾何模型,是一種簡(jiǎn)化的建筑物建模方法。2016年熊琛等[4]根據(jù)近年航空攝影技術(shù)以及激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展,提出建立高真實(shí)感的城市區(qū)域3D-GIS模型。2017年林旭川[5]通過(guò)編制程序源代碼,建立了基于快速逐棟建模技術(shù)的城市大規(guī)模建筑群地震災(zāi)害模擬與三維可視化系統(tǒng)。

當(dāng)前國(guó)外主要發(fā)達(dá)國(guó)家在有關(guān)韌性方面的探究較為領(lǐng)先。最早也是最為經(jīng)典的韌性模型是由Holling等[6]建立的“適應(yīng)性循環(huán)”(Panarchy)模型。2003年,美國(guó)地震工程學(xué)會(huì)(EERI)發(fā)布了《確保社會(huì)抵御地震損失-地震工程研究和推廣計(jì)劃》報(bào)告,首次提出了抗震韌性概念。2007年Mayunga[7]探討了通過(guò)社會(huì)資本、經(jīng)濟(jì)資本、物質(zhì)資本、人力資本和自然資本五個(gè)因素量化社區(qū)災(zāi)害的韌性。2008 年Susan等[8]提出了較為完整的韌性評(píng)估指標(biāo)。2011年Framgopold等[9]提出單位時(shí)間韌性指標(biāo)的概念,以此可以在完善的單體建筑韌性評(píng)估理論中給出一個(gè)評(píng)價(jià)韌性的量化值。2012年,形成了FEMA P-58建筑物抗震性能評(píng)估[10-11]體系,通過(guò)分析建筑的經(jīng)濟(jì)損失、倒塌風(fēng)險(xiǎn)、修復(fù)時(shí)間和人員傷亡等確定建筑的性能。

國(guó)內(nèi)的抗震韌性研究起步較晚,而2020年3月31日我國(guó)發(fā)布了《建筑抗震韌性評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GBT 38591—2020)》[12],于2021年2月1日實(shí)施,可用于單體建筑的抗震韌性評(píng)估,這也標(biāo)志著我國(guó)有關(guān)建筑抗震韌性的研究和應(yīng)用已提上了日程。

已有的群體建筑抗震性能分析主要注重于群體建筑的地震響應(yīng)分析和地震損失評(píng)估。本文根據(jù)剛出臺(tái)的《建筑抗震韌性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(GBT 38591—2020)》進(jìn)行了松原地區(qū)群體建筑的抗震韌性研究,考慮群體建筑地震作用下的損傷程度、修復(fù)時(shí)間、修復(fù)費(fèi)用和人員傷亡,建立了群體建筑抗震韌性的定量評(píng)價(jià)方法。本文以近年來(lái)多次發(fā)生破壞性地震的吉林松原地區(qū)為研究對(duì)象,系統(tǒng)地分析了當(dāng)?shù)厝后w建筑結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng),并評(píng)價(jià)了群體建筑結(jié)構(gòu)的抗震韌性。研究成果能夠?yàn)樗稍貐^(qū)防震減災(zāi)決策、建筑結(jié)構(gòu)抗震加固、以及提高當(dāng)?shù)氐姆勒饻p災(zāi)能力提供了理論支持和參考依據(jù)。

1 群體建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析

1.1 群體建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)計(jì)算軟件介紹

本文采用林旭川團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的城市震害模擬器YouSimulator V2.0進(jìn)行群體建筑結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析。

城市震害模擬器(YouSimulator)通過(guò)三大基本功能模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)群體建筑地震災(zāi)害的模擬。該系統(tǒng)以自動(dòng)化建模模塊為核心,通過(guò)彈塑性時(shí)程分析,獲得每個(gè)建筑在地震作用下的各種樓層響應(yīng)與統(tǒng)計(jì)信息,最后由計(jì)算結(jié)果形成標(biāo)注的VTK格式的可視化數(shù)據(jù)文件,可在任意自行開(kāi)發(fā)或開(kāi)源的學(xué)可視化軟件上展現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)可視化結(jié)果。

1.2 地震動(dòng)的選擇

由《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011—2010)》[13]附錄A可判定本文的研究對(duì)象松原城區(qū)和查干花鎮(zhèn)處于8度(0.20g)區(qū)。

基于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011—2010)》和《建筑抗震韌性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(GBT 38591—2020)》可以確定設(shè)防地震和罕遇地震的地震動(dòng)峰值加速度。在綜合了呂大剛等[14]的研究成果后確定了在8度設(shè)防水平下針對(duì)小震、中震、大震、巨震的時(shí)程分析地震動(dòng)峰值加速值(表1)。

表1 8度設(shè)防水平下小震、中震、大震和巨震地震動(dòng)峰值加速度(單位:g)Table 1 Peak ground acceleration of frequent,moderate,large,and giant earthquakes under fortification intensity of 8 degree (Unit:g)

最終根據(jù)上述兩規(guī)范的要求選取了表2所列的11組地震動(dòng)(表2),并根據(jù)上標(biāo)峰值加速度進(jìn)行調(diào)幅,進(jìn)行群體建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析。

表2 選取地震動(dòng)詳細(xì)信息Table 2 Detailed information of selected ground motions

松原地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為8度,設(shè)計(jì)地震分組為第一組,II類場(chǎng)地類別,設(shè)計(jì)譜水平地震影響系數(shù)最大值:多遇地震為0.16,罕遇地震為0.9,場(chǎng)地特征周期為0.35 s。根據(jù)圖1繪制多遇地震和罕遇地震設(shè)計(jì)譜,其中阻尼比為0.05,按規(guī)范要求η1為0.02,η2為1,γ為0.9。

圖1 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)譜Fig.1 Design spectrum of Code for Seismic Design of Buildings

將11組地震動(dòng)導(dǎo)入SeismoSignal軟件后得到各條地震動(dòng)的加速度反應(yīng)譜,如圖2所示。選取的地震動(dòng)滿足上述兩規(guī)范的要求,且加速度反應(yīng)譜處于多遇與罕遇地震設(shè)計(jì)譜之間。

圖2 反應(yīng)譜對(duì)比圖Fig.2 Comparison of response spectra

1.3 GIS數(shù)據(jù)的生成

(1) 查干花鎮(zhèn)GIS數(shù)據(jù)生成

將查干花鎮(zhèn)的地圖信息導(dǎo)入ArcGIS進(jìn)行處理得到建筑物外表面多邊形數(shù)據(jù),并結(jié)合查干花鎮(zhèn)實(shí)地調(diào)查的結(jié)果,獲得每棟建筑的層數(shù)信息、結(jié)構(gòu)類型信息以及大致的建設(shè)年代信息。將識(shí)別得到的每棟建筑外表面多邊形與其建筑屬性數(shù)據(jù):層數(shù)、結(jié)構(gòu)類型、建設(shè)年代在ArcGIS軟件內(nèi)一一對(duì)應(yīng),最終生成群體建筑GIS數(shù)據(jù)。建筑信息統(tǒng)計(jì)情況列于表3。

表3 查干花鎮(zhèn)建筑信息統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistical table of building information in Chaganhua Town

(2) 松原城區(qū)GIS數(shù)據(jù)生成

選取松原市寧江區(qū)部分群體建筑,利用水經(jīng)注軟件,下載松原市區(qū)電子地圖,并提取出建筑物多邊形數(shù)據(jù)。結(jié)合無(wú)偏移遙感地圖和百度街景地圖,對(duì)選取的松原市區(qū)867棟建筑物的層數(shù)、結(jié)構(gòu)類型及建造年代進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。建筑信息統(tǒng)計(jì)列于表4。

表4 松原局部城區(qū)建筑信息統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistics of building information in some urban areas of Songyuan

1.4 群體建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析

將群體建筑信息導(dǎo)入YouSimulator軟件,并輸入地震動(dòng),得到每棟建筑的損傷指數(shù)。損傷指標(biāo)與損傷等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系列于表5。

表5 損傷指標(biāo)與損傷等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系Table 5 Correspondence between damage indexes and damage levels

(1) 查干花鎮(zhèn)群體建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析結(jié)果

根據(jù)11組地震動(dòng)計(jì)算得到的建筑物損傷指數(shù)取平均值。輸出查干花鎮(zhèn)群體建筑的平均損傷等級(jí)如圖3所示。

圖3 查干花鎮(zhèn)群體建筑損傷示意圖Fig.3 Schematic diagram of group building damage in Chaganhua Town

(2) 松原局部城區(qū)群體建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析結(jié)果

松原局部城區(qū)群體建筑的平均損傷等級(jí)如圖4所示。

圖4 松原城區(qū)群體建筑損傷示意圖Fig.4 Schematic diagram of group building damage in Songyuan City

1.5 城市與鄉(xiāng)鎮(zhèn)地震響應(yīng)對(duì)比分析

將兩個(gè)區(qū)域的每棟建筑在11種地震動(dòng)的相同震級(jí)作用下的損傷指數(shù)取平均值,依據(jù)表5進(jìn)行損傷等級(jí)的劃分,并確定各級(jí)地震作用下群體建筑各級(jí)損傷等級(jí)的占比。

從圖5中可得,在小震、中震和大震作用下,查干花鎮(zhèn)建筑的破壞程度明顯比松原城區(qū)高一個(gè)等級(jí)。其主要原因?yàn)?(1)松原市屬于我國(guó)的中小城市,其中建筑物都是由具有資質(zhì)的設(shè)計(jì)施工單位設(shè)計(jì)建造,具有較好的抗震性能;而查干花鎮(zhèn)屬于鄉(xiāng)鎮(zhèn),建筑物中有很大一部分為自建房,并沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì);(2)由于松原城區(qū)建筑物層數(shù)普遍高于查干花鎮(zhèn),在相同強(qiáng)度地震作用下,往往損傷程度也越高。

圖5 群體建筑損傷等級(jí)占比圖Fig.5 The percentage of damage levels of group structures

總的來(lái)說(shuō),松原城區(qū)的建筑基本滿足“小震不壞,中震可修,大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo),查干花鎮(zhèn)作為松原地區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)代表,其中很多建筑為未經(jīng)抗震設(shè)計(jì)的自建房,極易在大震下倒塌,造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

1.6 松原地區(qū)實(shí)測(cè)地震動(dòng)的地震響應(yīng)分析

采用中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所“國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心”提供的2013年10月31日于吉林省松原市前郭爾羅斯蒙古族自治縣發(fā)生的5.6級(jí)地震的地震動(dòng)記錄,并分別按照小震、中震、大震、巨震分別進(jìn)行調(diào)幅,對(duì)查干花鎮(zhèn)和松原城區(qū)分別進(jìn)行群體建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析,群體建筑各級(jí)損傷占比如圖6所示。

圖6 松原實(shí)際地震動(dòng)作用下群體建筑損傷等級(jí)占比圖Fig.6 The percentage of damage levels of group structures under a real earthquake in Songyuan area

從圖中可知,在任意地震動(dòng)作用下,查干花鎮(zhèn)建筑的破壞程度都比松原城區(qū)高一個(gè)等級(jí),可見(jiàn)查干花鎮(zhèn)建筑的抗震能力相較于松原城區(qū)明顯偏低。由于松原當(dāng)?shù)貙?shí)際地震動(dòng)記錄原始峰值較小,且衰減較快,調(diào)幅后進(jìn)行的群體建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析得到的群體建筑損傷較小。

2 群體建筑結(jié)構(gòu)抗震韌性分析

2.1 韌性指數(shù)法

功能恢復(fù)曲線可以表示建筑的震后功能損失及恢復(fù)過(guò)程。主要有四種恢復(fù)路徑[15],包括線性恢復(fù)、三角函數(shù)型恢復(fù)、指數(shù)型恢復(fù)、水平串聯(lián)恢復(fù)。

單體建筑地震韌性可以通過(guò)韌性指數(shù)[9,16]來(lái)評(píng)價(jià),恢復(fù)曲線如圖7所示。與水平線串聯(lián)恢復(fù)的曲線較為相似,能較為準(zhǔn)確地體現(xiàn)恢復(fù)過(guò)程,同時(shí)恢復(fù)過(guò)程也足夠保守。其數(shù)學(xué)表達(dá)式:

圖7 建筑震后恢復(fù)曲線Fig.7 Building recovery curve after earthquake

(1)

式中:R為韌性指數(shù);Q(t)為以時(shí)間t為自變量的功能恢復(fù)函數(shù);t0為地震發(fā)生時(shí)刻;TT為震后恢復(fù)總時(shí)間TT=TI+TR;TI為功能恢復(fù)的推遲時(shí)間;TR為功能恢復(fù)所需時(shí)間。

由于各城市發(fā)展的不平衡,導(dǎo)致TI的不同。群體建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理復(fù)雜,為了方便計(jì)算,認(rèn)為一片區(qū)域的功能恢復(fù)推遲時(shí)間與功能恢復(fù)所需時(shí)間存在一定函數(shù)關(guān)系。由于各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不同,人員物資在震后抵達(dá)災(zāi)區(qū)的速度也不同,導(dǎo)致了建筑修復(fù)的推遲時(shí)間有較大差異,從而引申出功能恢復(fù)推遲時(shí)間系數(shù):k=TI/TT。k值是建筑修復(fù)的推遲系數(shù),其值越小說(shuō)明震后的救援和修復(fù)響應(yīng)越快。k的取值針對(duì)不同地區(qū)和不同震級(jí)都有差異,依據(jù)以往鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城區(qū)地震響應(yīng)速度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,并綜合考慮查干花鎮(zhèn)和松原城區(qū)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和人力資源條件,兩地的建筑修復(fù)推遲系數(shù)分別取50%和30%。查干花鎮(zhèn)相較于松原城區(qū)震后修復(fù)響應(yīng)更慢,其k值更大,且此k值僅用于韌性指數(shù)的計(jì)算。

將恢復(fù)曲線t0+TI后曲線段簡(jiǎn)化為直線后可求得:

(2)

群體建筑的抗震韌性則根據(jù)各單體建筑的韌性并考慮其重要性系數(shù)加權(quán)求和得到,本文所取建筑重要性系數(shù)一致,即群體建筑韌性指數(shù)為區(qū)域內(nèi)各單體建筑韌性的均值。建筑群中的各個(gè)建筑會(huì)因使用功能、歷史價(jià)值、造價(jià)成本、人口密度等因素的差異在重要性方面有不同的權(quán)重,后續(xù)可通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和專家經(jīng)驗(yàn)打分等方法對(duì)建筑的重要程度進(jìn)行排序,確定各自的重要性系數(shù),提高該系數(shù)取值的精確性。

2.2 韌性等級(jí)法

《建筑抗震韌性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(GBT 38591—2020)》對(duì)于建筑韌性評(píng)價(jià)主要包括三項(xiàng)內(nèi)容:直接經(jīng)濟(jì)損失、修復(fù)時(shí)間和人員傷亡的評(píng)估,這三者的評(píng)估過(guò)程獨(dú)立進(jìn)行,結(jié)果互不影響。依據(jù)建筑破壞可能造成的人員傷亡的概率模型,人員傷亡的平均值可按下列公式計(jì)算:

(3)

(4)

式中:MH為因建筑破壞可能造成的受傷人數(shù)平均值;MD為因建筑破壞可能造成的死亡人數(shù)平均值;C為地震發(fā)生時(shí)人員在室內(nèi)的百分比;η為室內(nèi)人員的密度;Ai分為5級(jí),A1～A5,分別表示發(fā)生嚴(yán)重破壞、中等破壞、輕度破壞、輕微破壞以及完好的建筑面積;rhi分為5級(jí),分別表示發(fā)生嚴(yán)重破壞、中等破壞、輕度破壞、輕微破壞以及完好時(shí)的受傷率;rdi也分為5級(jí),分別表示發(fā)生嚴(yán)重破壞、中等破壞、輕度破壞、輕微破壞以及完好時(shí)的死亡率。

地震發(fā)生時(shí)人員在室內(nèi)的百分比C可按建筑類別,取表6所列四個(gè)時(shí)間段百分比的均值或中位值。室內(nèi)人員密度η根據(jù)鄭山鎖等[17]的研究可取值如表7。受傷率rh和死亡率rd按照表8取值。

表6 一天時(shí)間內(nèi)人員在不同建筑內(nèi)的百分比Table 6 Percentage of personnel in different buildings in a day

表7 人員密度表Table 7 Personnel density table

表8 建筑處于不同破壞狀態(tài)時(shí)室內(nèi)人員的傷亡率Table 8 The casualty rate of indoor personnel when the building is at different damage levels

對(duì)于直接經(jīng)濟(jì)損失和修復(fù)時(shí)間,由于《建筑抗震韌性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(GBT 38591—2020)》只針對(duì)單體建筑進(jìn)行評(píng)價(jià),其計(jì)算過(guò)程精確到每一個(gè)建筑的構(gòu)件破壞程度,并不適用于成百上千的群體建筑進(jìn)行抗震韌性評(píng)估,本文基于《建筑抗震韌性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、FEMA計(jì)算出幾個(gè)代表性單體建筑的直接經(jīng)濟(jì)損失和修復(fù)時(shí)間,并結(jié)合Yousimulator的輸出結(jié)果進(jìn)行計(jì)算?；贔EMA計(jì)算的幾個(gè)單體建筑的經(jīng)濟(jì)損失和修復(fù)時(shí)間均是基于超越概率為50%的點(diǎn)來(lái)確定的。

在《建筑抗震韌性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(GBT 38591—2020)》中建筑修復(fù)費(fèi)用評(píng)價(jià)指標(biāo)可由下式確定:

(5)

式中:к為建筑修復(fù)費(fèi)用評(píng)價(jià)指標(biāo);RT為建筑物的建筑修復(fù)費(fèi)用;CT為建筑物按照現(xiàn)行定額計(jì)算得到的建造成本。

由于選取地區(qū)70%以上均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)且80%以上為住宅建筑,根據(jù)王麗萍[18]及王禮瀚[19]的研究?jī)?nèi)容,房地產(chǎn)企業(yè)在住宅建造過(guò)程中,建安成本控制在1 500元/m2左右,最終采取王麗萍案例中的1 587元作為本文的單方工程造價(jià)。由此上述公式可與已知參數(shù)構(gòu)成聯(lián)系,建立如下關(guān)系:

(6)

式中:d為建筑的震后損傷指數(shù);l0為單體建筑基于FEMA求得的單方損失;d0為單體建筑震后的損傷指數(shù);l為所要計(jì)算建筑的單方損失。

針對(duì)修復(fù)時(shí)間,《建筑抗震韌性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(GBT 38591—2020)》中規(guī)定了單層單位面積或單臺(tái)震損設(shè)備修復(fù)的工人數(shù)量需求,同時(shí)以工人總工時(shí)與工人數(shù)量之比作為最后修復(fù)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。群體建筑修復(fù)時(shí)間受樓層面積影響不大,主要與建筑損傷程度有關(guān),由此建立如下關(guān)系式:

(7)

式中:Ttot為建筑修復(fù)時(shí)間;T0為單體建筑修復(fù)時(shí)間。

建筑修復(fù)費(fèi)用、建筑修復(fù)時(shí)間和人員傷亡的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表9～11所列。建筑的抗震韌性等級(jí)應(yīng)該綜合考慮修復(fù)費(fèi)用、修復(fù)時(shí)間和人員傷亡三項(xiàng)指標(biāo)的各項(xiàng)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià),取三項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的最低等級(jí)作為目標(biāo)建筑最終的抗震韌性等級(jí)。

表9 建筑修復(fù)費(fèi)用指標(biāo)的等級(jí)Table 9 Grades of building repair cost indicators

表10 建筑修復(fù)時(shí)間指標(biāo)的等級(jí)Table 10 Grades of building repair time indicators

表11 人員傷亡指標(biāo)的等級(jí)Table 11 Grades of casualties indicators

(1) 查干花鎮(zhèn)抗震韌性等級(jí)

如上文所述,依據(jù)使用功能可以將建筑分為三類,查干花鎮(zhèn)的建筑類型分布如圖8所示。將根據(jù)11組地震動(dòng)計(jì)算得到的損傷指數(shù)取平均值,進(jìn)而得到查干花鎮(zhèn)各建筑的綜合韌性等級(jí),韌性等級(jí)分布如圖9。

圖8 查干花鎮(zhèn)建筑類型分布圖Fig.8 Distribution of building types in Chaganhua Town

圖9 查干花鎮(zhèn)綜合韌性等級(jí)分布圖Fig.9 Distribution of comprehensive resilience levels in Chaganhua Town

(2) 松原城區(qū)韌性等級(jí)劃分

依據(jù)使用功能也可以將松原城區(qū)建筑分為三類,分布如圖10所示。將依據(jù)11組地震動(dòng)計(jì)算得到的建筑損傷指數(shù)取平均值,同樣也可以得到松原城區(qū)各建筑的綜合韌性等級(jí)。其韌性等級(jí)分布如圖11。

圖10 松原城區(qū)功能分布圖Fig.10 Distribution of building types in Songyuan City

圖11 松原城區(qū)綜合韌性等級(jí)分布圖Fig.11 Distribution of comprehensive resilience levels in Songyuan City

2.3 城市與鄉(xiāng)鎮(zhèn)抗震韌性的對(duì)比分析

根據(jù)查干花鎮(zhèn)和松原城區(qū)在各震級(jí)下的韌性指數(shù),如表12所列。在不同大小地震作用下,建筑群的損傷情況不同,建筑群震后恢復(fù)所需的時(shí)間成本各異。群體建筑韌性指數(shù)取值范圍在0到1之間,數(shù)值越高說(shuō)明該區(qū)域群體建筑的震后恢復(fù)能力越強(qiáng),抗震韌性越好?？砂l(fā)現(xiàn)松原城區(qū)的建筑在各震級(jí)下韌性指數(shù)略高于查干花鎮(zhèn),且隨著震級(jí)的增大,兩者差值有所增大,但二者差值較小。說(shuō)明松原城區(qū)群體建筑的抗震韌性略高于查干花鎮(zhèn)。

表12 各區(qū)域建筑不同震級(jí)下的韌性指數(shù)Table 12 Resilience indexes of buildings in different areas under different earthquakes

查干花鎮(zhèn)和松原城區(qū)兩地區(qū)建筑的綜合韌性等級(jí)比例如表13所示。查干花鎮(zhèn)中建筑多為自建房,未經(jīng)抗震設(shè)計(jì),并達(dá)不到三星韌性的標(biāo)準(zhǔn);而松原市雖屬我國(guó)中小型城市,松原城區(qū)的建筑多經(jīng)過(guò)抗震設(shè)計(jì),部分建筑能達(dá)到三星韌性等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。最終呈現(xiàn)出查干花鎮(zhèn)沒(méi)有三星韌性等級(jí)建筑,而松原市還存在0.35%的三星韌性等級(jí)建筑。

表13 各區(qū)域建筑綜合韌性等級(jí)占比Table 13 Proportion of comprehensive resilience grades of buildings in different area

依據(jù)修復(fù)時(shí)間評(píng)判的星級(jí)與其他兩項(xiàng)星級(jí)相比普遍較低,而韌性等級(jí)取值為這三項(xiàng)指標(biāo)的最低值,這也導(dǎo)致了最終韌性等級(jí)很大程度上取決于修復(fù)時(shí)間對(duì)應(yīng)的韌性等級(jí)。而《建筑抗震韌性評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》7.1節(jié)中規(guī)定:建筑修復(fù)時(shí)間不宜計(jì)入建筑震損評(píng)估、修復(fù)方案制定、修復(fù)材料采購(gòu)、施工設(shè)備租賃等各項(xiàng)開(kāi)工前準(zhǔn)備工作所耗費(fèi)的時(shí)間。在統(tǒng)一建筑修復(fù)施工程序和人員調(diào)動(dòng)的情況下,城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑在面對(duì)相同地震的震后修復(fù)時(shí)間大多與建筑損傷程度有關(guān),這也說(shuō)明了規(guī)范并未考慮區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡和震后反應(yīng)的差異性。最終導(dǎo)致了分析結(jié)果顯示松原市區(qū)二星建筑比例小于查干花鎮(zhèn)。

3 結(jié)論

以查干花鎮(zhèn)代表的鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)由于大多建筑為農(nóng)村自建房,沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì),建造時(shí)也沒(méi)有相應(yīng)的抗震措施,導(dǎo)致了該區(qū)域經(jīng)歷地震時(shí)建筑物的損傷程度明顯較高;而以松原城區(qū)為代表的城市地區(qū)的建筑多由具有資質(zhì)的單位進(jìn)行設(shè)計(jì)施工,滿足規(guī)范要求,抗震性能較好,因此該區(qū)域經(jīng)歷地震時(shí)建筑的損傷程度較低。

對(duì)于群體建筑結(jié)構(gòu)抗震韌性的定量計(jì)算,本文采用了韌性指數(shù)法和韌性等級(jí)法兩種方法。松原城區(qū)的建筑在各震級(jí)下韌性指數(shù)略高于查干花鎮(zhèn),且隨著震級(jí)的增大,兩者差值有所增大,但二者差值較小。說(shuō)明松原城區(qū)群體建筑的抗震韌性略高于查干花鎮(zhèn)。

查干花鎮(zhèn)沒(méi)有三星韌性等級(jí)建筑,松原市存在0.35%的三星韌性等級(jí)建筑,而松原市區(qū)二星建筑比例小于查干花鎮(zhèn)。建筑震后修復(fù)時(shí)間應(yīng)考慮區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡和震后反應(yīng)的差異性,并基于此評(píng)價(jià)群體建筑的韌性等級(jí)。

群體建筑的抗震韌性涉及到社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)、系統(tǒng)學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域,在地震工程學(xué)分析的基礎(chǔ)上,充分考慮群體建筑系統(tǒng)的復(fù)雜性,可為今后在本文研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行更加深入的研究。