城区一般建筑抗震性能调查方法探讨

2010-01-28张先进郭建华

土木工程与管理学报 2010年4期

李黎，苏原，张先进，郭建华

(华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉 430074)

为了提高武汉市的整体抗震防灾能力，保障城市可持续、安全的发展，经市人民政府同意，武汉市城乡建设委员会决定从2008年底开始启动武汉市抗震防灾规划的修编工作。考虑到城区建筑抗震性能评价是城市震害预测工作重要的组成部分，也是人员伤亡、经济损失预测和防灾减灾对策工作的基础。为了掌握武汉城区建筑在目前抗震设防标准下的抗震能力，满足新的武汉抗震防灾规划的工作要求，受武汉市城乡建设委员会委托，我们承担了武汉城区建筑抗震性能调查这一工作。

武汉市一般建筑现状比较复杂，1986年以前修建的各类建筑物均未进行抗震设防，特别是老旧城区中存在着成片的超过或接近设计使用年限的未设防老旧建筑。而且随着城市发展，过去位于城乡结合部的农村农民自建房和其他用房现已成为了城市建筑的一部分，这些城中村的建筑基本上没有按抗震规范进行设计和施工。同时，由于经济建设和社会发展的需要，不少建筑物改变了用途，相应也部分改变了主体结构，这些都将引起建筑抗震能力的变化。城区建筑抗震性能调查的目的就是：通过一定比例的抽查，获得被抽查建筑作抗震性能评价所需的信息，同时还要通过调查测算出各抗震分区的建筑数量与分布，以致最后测算出整个城区建筑物的总量以及按建设年代、结构形式等分布情况。从2008年底至2009年底，我们在有关政府部门的配合下，基本摸清了武汉城区一般建筑的现状、分布及其特点，为城区建筑抗震性能评价作好了准备。

1 一般建筑调查的技术路线

武汉市是国内首个开展抗震规划修编的特大城市，整个城市由长江和汉水分割成汉口、汉阳和武昌三大片区。由于三个片区的城市发展过程和功能并不完全相同，如汉口有老租界区、商业区、金融区、工业区，汉阳有老工业区、文化区，武昌有行政区、商业区、文化教育区等，城区范围内各处的建筑特征、结构类型的分布十分复杂且差异很大，因此根本无法用某一个或几个区域的建筑构成及分布特点来说明整个城市的建筑抗震性能。为此，我们提出了一般建筑抗震性能调查“以点带片”的技术路线。

所谓“以点带片”的技术路线，具体做法是：把武汉市勘察设计院提供的1∶2000城市建筑现状平面图分割成一平方公里一个区域，编号打印后为调查时使用；在调查区域现场首先选取能够代表周围建筑特点的建筑物，作为调查样本，即为“点”建筑，并标记在图纸上，然后记录该“点”建筑的调查信息，再后将“点”建筑周围相同或类似的建筑“片”画在调查图纸上；把“点”的信息及现场的画“片”结果输入至武汉市地理信息系统，由系统统计出每个“点”所代表的“片”中建筑的栋数和面积；利用调查信息对“点”建筑进行抗震性能评价，并将其评价结果通过系统赋予“点”建筑及周边的“片”建筑，从而达到“以点带片”的目的。如此这样，由很多个“点”和由“点”所带的“片”，铺开到整个城市，就可以得到整个城市建筑的总体信息，如：建筑的总量及分布、抗震性能的评价结果、建筑物按建设年代、结构形式和用途的分布情况等。

在抗震调查中，选择“点”建筑的数量，与该区域内建筑物的复杂程度有关，当建筑类型比较单一时，只要选择少数几个“点”即可，这时每个“点”建筑所带的“片”较大(如图1所示)。当区域内建筑构成及分布比较复杂时，选择“点”建筑的数量就比较多，这时每个“点”建筑所带的“片”较小(如图2所示)。当调查区域内建筑构成及分布特别复杂，无法用“点”来带“片”时，可根据不同情况，采用以下方法：对于在建筑用途、建设年代、结构形式相似的一片建筑物中，混杂着一些高层建筑的情况，可以将高层建筑单独列出，其余的建筑用“以点带片”的方法进行调查；对于建筑用途相同、层数相近，但结构形式不同、建设年代相差较大的区域，可以在该区域内选择几栋典型建筑作为“点”建筑，按其所代表的建筑数量估计出一个比例，将这个比值标示在“点”建筑上，同时用这几个“点”建筑来带这样的一个“片”(如图3所示)。然后通过对所有“点”建筑所带的“片”建筑面积进行统计，就可以得到整个武汉市建筑的结构形式、建设年代等分布信息，完成整个城市一般建筑的抗震调查工作。

图1 “以点带片”示例1

图2 “以点带片”示例2

图3 “以点带片”示例3

2 调查方法验证

为验证所提出的“以点带片”技术路线的可靠性，在第一阶段抗震调查完成以后，我们又任意选择了已经调查过的5个区域(每个区域为2平方公里)，与第一次调查不同的人员进行了验证。验证原来调查图纸上已经划好的“片”，能否用“点”建筑来代表，如果认为不能用原有的“点”建筑来代表，则增加新的“点”建筑，或对原“点”建筑进行修改，重新划“片”，最后对两次调查结果进行分析统计，检查误差情况。

两次调查结果的部分对比见表1～表3。表中图纸编号为由武汉市1∶2000建筑现状平面图分割成的调查图纸编号，表中数据是该调查图纸范围内各类建筑面积的总和，所占比例是指该类建筑面积占该调查图纸中所有建筑总面积的比值。

从以上的对比结果可以看出，两次调查结果的偏差不大，也就是说，目前我们得到的调查结果是有较好可信度的，提出的“以点带片”的抗震调查技术路线是可行的。

表1 两次调查结果对比——古田片区109号 m2

表2 两次调查结果对比——江汉关片区152号 m2

表3 两次调查结果对比——10平方公里 m2

3 调查结果

调查结束后，在城市地理信息系统中把所有“点”建筑的位置标出，并将调查的主要信息如用途、建设年代、结构形式、层数、面积和场地土等分别赋予各“点”建筑，然后再将画“片”结果输入系统。如此以后，就可由系统进行各种要求的统计，如：可统计各抗震分区中一般建筑的情况，也可分别统计汉口、汉阳、武昌三大片区的情况，甚至整个城区一般建筑的情况都可由系统统计得到。表4给出的是武汉市城区一般建筑按建设年代的统计结果，表5给出的是武汉市城区一般建筑按结构形式的统计结果。

表4 武汉市城区一般建筑按建设年代的统计结果

由表4可知，武汉市的一般建筑从建设年代上看，尚存有不少1960年以前的房屋，总建筑面积达900万平方米，这些房屋的使用年限已经超过50年的使用期，是城市抗震防灾需要重点关注的房屋。同时武汉市在89抗震规范实施以前建造的大部分房屋是没有做抗震设防的，表中数据显示，这一部分房屋面积占到总建筑面积的1/3，也是城市抗震防灾需要关注的房屋。当然，武汉市大部分房屋是在89抗震规范实施后建造的占62.44%，是具备相当的抗震能力的。

从表5数据可以看出，武汉市房屋的最主要结构形式是砌体结构和框架结构，两者相加占到了总建筑面积的83.95%，说明武汉市的房屋还是以多层建筑为主，而剪力墙结构和框剪结构占总建筑面积的13.4%，说明武汉市的高层建筑已经有相当多的数量。