中國的建築能抵禦得住像土耳其這種規模的地震嗎?

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2月6日土耳其7.8級地震發生後,引起了廣泛的關注,大量建築倒塌的圖片和視頻資料給了人們巨大的震撼,作為專業研究人員,自然會好奇:

為什麽這次地震的破壞如此嚴重?

中國的建築是否具備抵禦這個規模地震的能力?

隨著采集和傳感儀器的飛速進步,在地震後我們已經可以獲得大量的震中附近強震記錄,從而為定量分析不同地震的破壞力,揭示地震破壞機理提供了至關重要的資料。

2月6日拿到兩次7.8級地震動已經是半夜了,直接啟動RED-ACT程序分析了一下拿到的地震動,然後居然就看到了此前極少看到的恐怖結果(表1)。

表1 第一次7.8級地震典型建築和橋梁分析結果


在3138台站地震動輸入下,居然所有的分析案例都是”毀壞“,於是趕緊把這幾個地震動的反應譜繪製出來,如圖1所示。


圖1 第一次7.8級地震典型台站反應譜

從圖1中可以看出,這次土耳其地震,提供了從短周期(4614台站)、中周期(3138台站)到長周期(3123台站)的全頻段覆蓋。特別值得一提的是,圖1中的紅線是中國規範9度罕遇的設計反應譜。熟悉地震工程的讀者都知道,9度罕遇是中國抗震設計的最高標準,隻有極個別地區或工程達到這樣的標準,而這次土耳其地震實際發生的地震動強度遠遠超過了這個最高標準,可見地震動破壞力之強大。

一、土耳其建築和城區震損分析

那土耳其的建築能扛得住這麽大的地震動麽?正好我們課題組此前和土耳其方麵合作開展過土耳其伊斯坦布爾城區的區域震害研究,詳見:

新論文 | 傳感器質量和密度對震後快速評估影響的成本效益分析(A cost-benefit analysis of sensor quality and spatial density for rapid regional post-event seismic damage assessment: Application to Istanbul, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2022)

新論文 | 強震台網密度對震害評估的影響 (Influence of sensor density on seismic damage assessment: a case study for Istanbul, Bulletin of the Seismological Society of America, 2022)

有相應的土耳其單體和區域建築模型(圖2)。我們就把實測的地震動輸入土耳其的典型單體和城區建築,看看破壞情況。


圖2 土耳其伊斯坦布爾的單體建築和區域建築模型

首先看看單體建築的破壞情況,我們分析了3個土耳其多/高層鋼筋混凝土框架的模型(分別為2層、5層、13層)在3123台站記錄下的響應,結果不出預料,3個框架都非常幹脆的垮了(圖3)。所以,土耳其的建築看來是很難抵禦本次地震震中附近的強烈地麵運動的。




圖3 土耳其多/高層框架在3123台站記錄下的響應

進一步,我們采用城市抗震彈塑性分析方法,來研究不同台站地震記錄對區域建築的震害作用。由於我們沒有震中附近地區的建築數據,所以我們暫時用圖2中伊斯坦布爾的區域建築數據來代替。

我們將第一次7.8級地震的地震動數據輸入區域模型,由城市抗震彈塑性分析方法得到的震中附近建築震害如圖4、圖5所示。圖中,紅色圓點為第一次7.8級地震的震中,藍色圓點為第二次7.8級地震的震中。


圖4 第一次7.8級地震記錄下區域建築震害分布


圖5 局部放大後第一次7.8級地震記錄下區域建築震害分布

從圖4、5可見,在地圖南側的震害是非常嚴重的,大部分建築都進入了倒塌或者嚴重破壞的狀態(紅色或橙色)。

這裏肯定有讀者會問:圖4隻是一次7.8級地震引起的破壞,北側藍點(第二次7.8級地震震中)附近在第二次7.8級地震後肯定會遭到很嚴重的破壞啊!

確實,第二次7.8級地震發生後,建築震害肯定會進一步的變化。但是這種破壞肯定和直接遭受一次7.8級地震作用的結果不一樣。因為第一次地震已經引起了破壞,第二次地震再來,建築的破壞會進一步發展,而兩次地震疊加會使得問題更加複雜

那兩次地震疊加後的區域建築震害該怎麽分析呢?不急,我們有專門研究,請聽下回分解。今天我們隻討論第一次7.8級地震的影響。

二、中國建築震損分析

那中國的建築有可能頂住這次地震的地麵運動麽?正好課題組此前積累了不少建築分析模型,於是我們就把這次土耳其地震的地震動輸入進去分析了一下。

(1) 鋼筋混凝土框架結構

華東院、北京院曾經設計了一個7層鋼筋混凝土框架,設計條件為8度設防,三類場地,用於中美抗震規範設計結果對比(圖6)。我們課題組張弛同學建立了其非線性有限元模型,結構一階周期約為1.3-1.4s。


圖6 中國規範8度7層鋼筋混凝土框架

我們將3123台站地震動記錄輸入該框架,得到結構的倒塌過程如圖7所示。


圖7 中國規範8度7層鋼筋混凝土框架在3123台站地震動記錄輸入下的倒塌過程

(2) 鋼框架-支撐結構

中國建築科學研究院設計了一棟高度166m、37層的鋼框架-支撐結構,首層層高12.9m,其餘層4.2m,平麵尺寸50.2mx48.6m,核心筒尺寸21.8mx20m。按8度、三類場地設計,用於中美抗震規範設計結果對比(圖8)。我們課題組張弛同學建立了其非線性有限元模型,結構一階周期約為5.9s。

圖8 中國規範8度37層鋼框架-支撐結構

我們將3123台站地震動記錄輸入該框架,得到結構的動力響應過程如圖9所示。


圖9 中國規範8度37層鋼框架-支撐結構在3123台站地震動記錄輸入下的倒塌過程

該鋼框架-支撐結構在地震下劇烈振動,中部支撐(普通矩形鋼管支撐,非BRB)發生受壓屈曲和破壞,最後整體結構失穩破壞(圖10)。


圖10 中國規範8度37層鋼框架-支撐結構在3123台站地震動記錄輸入下的破壞情況

(3) 鋼框架結構

電子院和中建西南院共同設計了一個鋼框架結構,為一座6層的辦公樓(附加1層出屋麵屋頂),首層與屋頂層高5.0 m,其餘層層高3.6 m。設防烈度為8度,場地類別為II類,用於中美抗震規範設計結果對比(圖11)。我們課題組張弛同學(張弛同學的優秀碩士論文當之無愧!)建立了其非線性有限元模型,結構一階周期約為2.2s。


圖11 中國規範8度6層鋼框架結構

我們將3123台站地震動記錄輸入該框架,得到結構的損傷狀況和層間位移角包絡如圖12所示,層間位移角也已經遠超中國抗震設計規範的限值(中國規範限值2%,計算結果為6.7%)。


圖12 中國規範8度6層鋼框架結構損傷狀況和層間位移角包絡

三、小結

本次土耳其地震,第一次7.8級地震引起的地震動就具有恐怖的破壞力,其震中附近地麵運動強度遠超中國規範最高設防水平的要求。即便是按照中國規範8度設防設計的結構,在本次地震下也很可能會發生倒塌或發生遠超規範限值的嚴重變形。

自2008年汶川地震後,超設防水準地震抗倒塌的研究熱度逐年降低。而近幾次國外強震都再次提醒我們,現階段人類對地震的認識還非常有限,發生遠超設防罕遇地震水平的極端地震作用的風險客觀存在。在此我們特向周建龍大師等專家表示誠摯的謝意,感謝他們在編製中國勘察設計協會標準《建築結構抗震性能化設計標準T/CECA 20024-2022》中,支持我們撰寫了“結構防地震倒塌性能設計”一章,為抗地震倒塌設計提供了參考依據。但現階段抗地震倒塌的研究和工程實踐還遠不能滿足需求,還需要學術界、工程界繼續關注和推動。

BananaeEggs 發表評論於
住落後的房屋,地震起來最安全。例如,僅一層的平房,牆用竹子和泥巴糊成,屋頂用壓縮板加防水薄膜。
zheteng 發表評論於
我們的設計通常都是合規範的,因為畫一根15M的鋼筋和一根6M的鋼筋,時間,成本,是一樣的。施工的時候就不一樣了…………
徐州雪花大如習 發表評論於
最好的方法就是不要住在地震帶上。如果住在地震帶上,要住矮的房子,最好是木結構的。
生肖迷宮 發表評論於
那些私自惡意統計地震死亡人數的敵對分子不是已經都抓起來了嗎
咲媱 發表評論於
中國的建築,應該有下麵幾個抗鎮的弱點。
到不是在建築的設計方麵。而是在建設和實施的方麵。

比如我在浙江鄉下的親戚,家裏建房,沒有誰會去找設計師搞抗震設計的,都是用自己建設的。
這是一類。

對於商品房,設計是用軟件做的,但是建設是民工做的。就像樓下說的,用少鋼筋是一方麵,還有看錯圖紙,鋼筋放錯地方的。還有建設的時候,用垃圾填充柱子牆壁的,還有為了加快進程,拿火烤幹水泥,結果水泥變成是渣渣的。

再就是假材料,比如用回收的垃圾鋼筋,甚至用竹子冒充鋼筋的。還有用海水,汙水來造水泥的,

還有就是非法改造加層的,在大樓上加幾層,裝修破壞建築內部結構的。很多都沒有人管,或者有人管但是交點錢找點關係就行了。
加拿大小毛驢 發表評論於
中國不缺各種法律法規,但就是執法不嚴、有法不依,汝能奈我何?
15毫米的鋼筋,我就用12毫米的,細一圈無傷大雅。
戰機、軍艦都能偷工減料,民用建築又有何妨?
roliepolieolie 發表評論於
中國人喜歡偷工減料,搞坑蒙拐騙。而地震是無情的,將撕破中國劣質建築。
不好吃懶做 發表評論於
短周期(4614台站)、中周期(3138台站)到長周期(3123台站)的全頻段 ??? What are they?
中航科工六院 發表評論於


英國在北京建模測試了故宮,承受了裏氏9.5

true? 發表評論於
每個地方的地震設計烈度不同。一個設計烈度十度的地方沒有必要造抗十二度地震的建築。
一個地震在不同的地方產生的地震烈度是不一樣的。建築設計看烈度不看震級。
InNorthTexas 發表評論於
有捅雞局在,
什麽規模的地震都抵禦得住。
jinzhengping 發表評論於
等著看重慶
LAOK 發表評論於
普世國I的建築都沒問題,12級也沒事兒!因為都是按民主自由人權建造的!不信下次加州大地震見。保證(⊙o⊙)啥?損失都沒有。
菲斯普的裏爾克 發表評論於
去年剛地震過一次,中科院成都山地所的一個樓三樓直接變二樓,死了一個博士生,中科院不讓人討論。細節各位可以去網上查。
US_Lion 發表評論於
西亞病夫和東亞病夫的建築都差不多,東亞病夫的略好一點,因為有當年日本援助的技術在裏麵。
行者陌言 發表評論於
曆史上 土耳其境內發生過多次強烈地震, 摧毀了多座曆史名城、 那裏的建築標準比較高.
zhanglao9 發表評論於
能不能抵禦其實不好說,地點,深度,強度,時間都很重要。但是共軍的救援能力,是人類第一,習主席一聲令下,馬上就能把人救出來。
Lisland_2013 發表評論於
日本的建築能防幾度?
3sporter 發表評論於
還有一點:地震波來襲時先是縱波,再是橫波,在烈度9.5情況下,什麽節點也扛不住。讓我很驚訝的是,居然有不少框架高層並沒有倒
咲媱 發表評論於
他用的模型,和真正的房子,是兩回事。
模型是理性狀態。
而房屋的建造,會有錯漏,偷工減料的事情發生。

用理想中的模型,來判斷現實中的房屋?騙誰啊?
beijingconnection 發表評論於
中國各地的建築防震標準不一,在高發區的建築可能會結實一些。但改革後有許多新的建築公司,那時得管理也不行,其施工質量難以得到保障。特別是八九十年代的房子,還有農村自建的房屋。還是希望沒有地震吧。
泰傻 發表評論於
各級政府辦公大樓啥的,應該能扛的住,普通城市民眾住宅樓啥的,難說。
必須要有 發表評論於
應該問:中國的建築能抵抗氫彈攻擊嗎?這樣的標題更能吸睛