武汉市城区一般建筑抗震性能评价及震害预测

李 黎, 苏 原, 叶 昆, 龙晓鸿

(华中科技大学 土木工程与力学学院， 湖北 武汉 430074)

为了提高全市的整体抗震防灾能力，武汉市从2008年底起启动了抗震防灾规划的修编工作[1,2,3]。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的基础工作。在武汉市城乡建设委员会的领导下，我们对武汉市城区的一般建筑进行了抗震性能评价及震害预测。

1 评价方法的确定

建筑抗震性能评价与震害预测研究在我国虽然起步较晚，但经过广大研究人员近十年的努力，取得了长足的进步。针对不同结构，学者们提出了各种简洁有效的评价计算方法，我们的工作思路与方法如下：

(1)对已有多种简化评价方法的结构，选取若干栋典型建筑，采用不同的评价方法、现有设计软件和有限元方法分别进行计算，通过比较选择相对精确简洁的方法作为评价用方法。

(2)对目前只有1种简化评价方法的结构，也选取若干典型建筑，分别用评价方法、现有设计软件或有限元法分别进行计算，通过比较了解评价方法的精度，根据情况决定是否需要对其修正。

(3)对目前还没有简化评价方法的结构，如体育馆、影剧院、高层建筑等则参照《地震损失分析与设防标准》[4]一书中的“公用建筑震害预测表”，先计算出被评价建筑的地震易损性指数，再由查表得到震害预测。对农村民居、古塔、城中村建筑等则根据现场测试和有限元建模计算结果得出震害预测。

2 评价样本的选取

根据《武汉市抗震防灾规划纲要》的要求，本项目需调查评价的一般建筑约二万栋，若每一栋建筑均采用选定的评价方法进行评价，其工作量是非常巨大的，为此我们研制了评价系统。评价系统的基本思路是：选择各种建设年代、各种用途、各种结构形式的建筑作为样本，用选定的评价方法对其抗震性能进行单体评价分析，然后将其信息及评价结果输入系统，其它一般建筑则利用该系统，通过与样本的比较根据相似度理论得出群体评价结果。

根据评价方法计算要求，必须获得需评价建筑的设计图纸。为此，我们按房屋用途、建设年代、结构形式到武汉市各大建筑设计院、城市档案馆、湖北省行管局等单位选择收集本项目工作范围内已建建筑的图纸并作为样本。由于建设年代能反映出不同设计规范下建筑的抗震设防标准，而从我国抗震规范的发展演变过程来看，除74规范～78规范外，其他基本上是以每10年为一档，因此，对建设年代我们是按50年代，60年代、70年代、80年代、90年代、2000以后进行划分。具体工作时，对90年代以前的图纸，采用现场拍照的方式，将其变成电子图片格式用于计算。对90年代以后房屋，随着档案管理的电子化，图纸已经被扫描成电子格式，并形成了电子数据库，我们是通过数据库的搜索查询来进行图纸的收集。本项目我们共在武汉市范围内选取了700多栋样本建筑，通过对它们的单体评价，并运用相似度理论得到了其它一般建筑抗震性能的群体评价结果。

3 影响结构震害的主要因素

通过大量样本建筑的计算与评价，发现建筑的震害虽然与诸多因素有关，但影响其震害预测结果最主要的因素是建设年代、房屋用途、结构形式、设防标准、场地土类别和层数[5]。因此在对一般建筑作调查和群体评价时，我们主要掌握每栋建筑的上述信息。

3.1 建设年代

建设年代对建构筑物的抗震能力产生影响的原因主要有两方面：一方面是建筑年代愈久远，由于年久失修或建构筑物的材料特性发生变化，在地震中建构筑物越容易发生损坏。另一方面是与地震科学、建筑科学的发展相关的，随着人们对地震认识水平的深入，人们对建构筑物采取的设防措施将愈趋近于科学合理。建筑年代在一定程度上反应了抗震设防措施的可靠程度。

3.2 房屋用途

以建筑物在社会中的作用为依据来分类，如住宅建筑、商业建筑、工业建筑等。不同用途的房屋其开间大小不同，抗震性能不同。

3.3 结构型式

不同的结构形式其抗震性能是不一样的。本项目根据 GB/T 19428-2003《地震灾害预测及其信息管理系统技术规范》并结合现有的工作基础，将一般城镇建筑物按照结构类型分为以下六种：多层砌体房屋、多层钢筋混凝土结构、高层建筑、单层工业厂房和空旷房屋、老旧民房、其他类建筑。

3.4 设防标准

房屋是否经过抗震设防，在地震中的表现有很大的不同。近年多次地震中凡是考虑了抗震设防的房屋均具备一定的抗震能力，表现良好。

3.5 场地土类别

建在I、II类场地，尤其是基岩上的结构，因基岩的地震加速度峰值小，且持续时间短，对建筑物的破坏轻，但如果坚硬土层的卓越周期与结构的自振周期接近，则会加重震害。一般来说，软土地基是属于不利建筑物抗震的地段，但对于刚性的多层砖房，软土场地也未必不利。

4 城区一般建筑震害评价结果

表1给出的是城区一般建筑群体评价的震害矩阵。从表中数据可知，武汉市城区建筑在小震(50年超越概率63.2%)、中震(50年超越概率10%)、大震(50年超越概率2%)作用下的建筑破倒率分别为0.0%、4.38%和15.98%，总体上满足抗震规范“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防要求，但大震时的破倒率偏高。主要原因：一是武汉市的设防烈度历史上绝大多数时间是六度，而本次评价地震动参数采用的是小区化值，它相对六度设防的参数大大提高了，部分区域接近7度；二是武汉是个特大的老城市，还存在着相当一部分老旧建筑，因此破倒率较高。从绝对数量来看，中震时的破倒建筑面积将达到1千多万平方米，大震时可能达到4千多万平方米。因此，为了保证人民生命财产的安全、保证在预估的地震作用下城市能正常运转、城市功能不致中断，制定城市抗震防灾规划是十分必要的。

表1 武汉市城区一般建筑群体评价震害矩阵

表2～表4分别给出了汉口片、汉阳片、武昌片城区一般建筑群体评价震害矩阵。汉口片区的老房屋数量较多，相应地汉口片的震害预测结果与武汉市整个城市的震害预测结果相比要严重一些，中震和大震下的破倒率分别为5.35%和20.56%，均高于武汉市的平均值；中震和大震下的破倒建筑面积分别为540余万平方米和2075余万平方米，两个值均接近武汉市在中震和大震下的破倒总量的一半。汉阳片区房屋的总数量较少，其中具有抗震能力(按89规范执行)的房屋数量占总量的比例较大，相应地汉阳片的震害预测结果与武汉市整个城市的震害预测结果相比要轻一些，中震和大震下的破倒率分别为4.02%和12.73%，均低于武汉市的平均值；中震和大震下的破倒建筑面积分别为126余万平方米和401余万平方米，两个值均在武汉市在中震和大震下的破倒总量的1/10左右。武昌片区房屋的总数量在三大片区中是最多的，其中具有抗震能力(按89规范执行)的房屋数量占总量的比例接近于武汉市的平均值，因此武昌片的震害预测结果与武汉市整个城市的震害预测结果比较一致，中震和大震下的破倒率分别为4.18%和15.07%，稍低于武汉市的平均值；中震和大震下的破倒建筑面积分别为550余万平方米和1986余万平方米，两个值均在武汉市在中震和大震下破倒总量的一半左右。

表2 汉口片城区一般建筑群体评价震害矩阵

表3 汉阳片城区一般建筑群体评价震害矩阵

表4 武昌片城区一般建筑群体评价震害矩阵

5 城区一般建筑震害评价结果验证

在《地震损失分析与设防标准》一书中，根据我国1986年全国城镇房屋普查资料，利用相关公式计算出了2000年左右我国各类房屋的震害矩阵。考虑到全国各地气候的差异和各地设防标准的不同，按结构的易损性分别给出震害矩阵。

易损性A级结构，主要是钢筋混凝土结构和钢结构，它们不受温度的影响，其震害矩阵不分区。易损性B级结构，主要是砖墙承重，由于气候的影响，不同地区砖结构的外墙厚度不同，对结构的抗力有一定影响。分析时对B级结构在全国分三类地区给出不同的震害矩阵。I类地区，外墙一般为49 cm厚；II类地区，外墙一般为37 cm厚；III类地区，外墙一股为24 cm厚。易损性C、D级结构，绝大部分是未经正规设计的农村房屋，其震害矩阵不受时间的影响，主要根据震害经验确定。武汉市属于III类地区，下面给出此书中Ⅲ类地区基本烈度为6度易损性分类为B级结构的震害矩阵。

表5 Ⅲ类地区基本烈度为Ⅵ度地区易损性分类B级结构的震害矩阵(%)

把武汉市城区一般建筑群体评价震害矩阵(表1)与之进行比较可以看出，大震下，武汉市一般建筑的严重破坏率和倒塌率分别达到12.80%和4.02%，与表5中8度下的严重破坏率12.74%、倒塌率5.01%相当。选取表5中的8度进行比较的原因如前所述，因为评价用的是小区划地震动参数，在城区大部分区域都远高于6度的值，部分接近7度，因此，武汉市大震的地震动参数接近8度。有此可见，两者尚具有一定的相似性，表明震害评价结果具有较高的合理性。

[1]GB 50011-2008，建筑抗震设计规范[S].

[2]GB 50223-2008, 建筑工程抗震设防分类标准[S].

[3]武汉市城乡建设委员会.武汉市抗震防灾规划纲要(2008～2020年)[Z].武汉：武汉市城乡建设委员会，2009.

[4]尹之潜. 地震损失分析与设防标准[M].北京：地震出版社，2004.

[5]乔亚玲，闫维明．建筑结构震害预测方法研究评述[J]．工业建筑，2005,35(6)：1-5.