欽州市建筑物抗震性能普查及震害預(yù)測(cè)分析

楊欽杰，李 蕾，梁 結(jié)，韋王秋

（廣西壯族自治區(qū)地震局，南寧 530022）

0 引言

欽州市為北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)重要城市，是全國(guó)地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)，境內(nèi)有防城至靈山、百色至合浦、巴馬至博白和北部灣斷裂帶通過，具備發(fā)生破壞性地震的地質(zhì)構(gòu)造背景。第五代《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》實(shí)施后，欽州市部分地區(qū)的抗震設(shè)防烈度由6度提高到7度，抗震設(shè)防水平大幅提高。為提高欽州市防震減災(zāi)能力，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，欽州市實(shí)施了建筑物抗震性能普查工作，并對(duì)部分建筑進(jìn)行了震害預(yù)測(cè)分析。

1 建筑物抗震性能普查

1.1 工作范圍

本次普查工作從收集資料開始到現(xiàn)場(chǎng)工作結(jié)束共歷時(shí)一年時(shí)間，工作范圍為欽州市建筑密集的主城區(qū)：西起欽防鐵路沿線，東至325國(guó)道，北到城北市場(chǎng)，南至金海灣大道沿線，大致呈三角形的區(qū)域（紅線內(nèi)），面積約80 km2，如圖1所示：

圖1 工作范圍Fig.1 Working range

1.2 普查對(duì)象及方法

根據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范[1-3]，本次普查的對(duì)象分為重要建筑和民用建筑。重要建筑包括防災(zāi)救災(zāi)建筑、醫(yī)療衛(wèi)生建筑、教育設(shè)施建筑、基礎(chǔ)設(shè)施建筑、文化體育建筑；民用建筑包括300戶以上住宅小區(qū)、80 m以上高層建筑、廠房等群體性建筑和普通民居建筑等。普查期間共調(diào)查建筑物約3萬棟，其中詳細(xì)調(diào)查建筑物2614棟，基本做到了重要建筑和民用建筑全覆蓋。進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查的建筑物數(shù)量統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 普查數(shù)量統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistic table of the number of the surveyed buildings

重要建筑和民用群體建筑普查采用建筑抗震能力快速判定方法[4]，分信息采集階段、評(píng)價(jià)階段開展。信息采集階段識(shí)別出建筑基本屬性信息（建筑年代、建筑結(jié)構(gòu)類型、抗震設(shè)防烈度、建筑面積、高度、層數(shù)、建筑用途、建筑照片）和快速找出抗震薄弱環(huán)節(jié)，要完成建筑基本屬性信息，填寫登記表和拍攝建筑外觀照片。評(píng)價(jià)階段首先根據(jù)建筑基本屬性信息給出建筑的抗震性能基本評(píng)級(jí)，然后根據(jù)識(shí)別出的抗震不利因素或有利因素，進(jìn)行評(píng)級(jí)修正，并最終確定評(píng)定等級(jí)。對(duì)于量大面廣的普通民居建筑，通過現(xiàn)場(chǎng)宏觀調(diào)查判定其抗震性能。

1.3 建筑物等級(jí)劃分

建筑物按抗震性能現(xiàn)狀，分類為A、B、C、D四個(gè)等級(jí)：“A”類為建造年代新（2000年以后）、房屋現(xiàn)狀完好、結(jié)構(gòu)形式利于抗震；“B”類為建造年代較新（上世紀(jì)90年代）、結(jié)構(gòu)形式較利于抗震、抗震性能處于城區(qū)建筑中等水平；“C”類為建造年代較久（上世紀(jì)80年代）、結(jié)構(gòu)形式不利于抗震、抗震性能差；“D”類為建造年代久（上世紀(jì)80年代以前）、結(jié)構(gòu)形式不利于抗震、目前已處于危房階段。

1.4 重要建筑普查

實(shí)地調(diào)查的重要建筑共488棟，總面積達(dá)2 208 754 m2。根據(jù)實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出的各年代建筑的數(shù)量和相應(yīng)的建筑面積及所占比例見表2和圖2。由表2和圖2可知，調(diào)查建筑年代越新，所占比例越大，1980年以前和80年代建筑所占比例極少，90年代比例有所增加，但依然不足10%，2010年以后建筑比例最大。

表2 建造年代信息統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistical table of construction age information

圖2 各年代建筑比例圖Fig.2 Portion of buildings in different ages

將不同建設(shè)年代的重要建筑從建筑層數(shù)、抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型、完好程度、薄弱環(huán)節(jié)、抗震性能分級(jí)等方面進(jìn)行比較分析，不同方面的建筑面積及所占比例見表3~8。

表3 建筑層數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistics table of building floors

建設(shè)年代 單位 頂部突出 平面不規(guī)則90年代 面積(m2) 3166 91 312面積比(%) 2.0 56.7 2000年代 面積(m2) 61 302 558 973面積比(%) 6.5 58.9 2010年以后 面積(m2) 182 959 240 787面積比(%) 17.9 23.6底層開洞15 461 9.6 84 166 8.9 230 274 22.5其它21 751 13.5 32 686 3.4 173 115 16.9

由表3可知，在建筑層數(shù)方面，1980年以前建筑絕大多數(shù)不超過3層；80年代時(shí)建筑大部分為4~6層，所占比例達(dá)到68.7%；90年代時(shí)出現(xiàn)7層以上建筑，比例占到總面積的三分之一；7層以上建筑在2000年代時(shí)達(dá)到最大，并超過4~6層建筑所占比例；2010年以后4~6層建筑占比持續(xù)降低。

由表4可知，在設(shè)防烈度方面，隨年代增加，不設(shè)防比例逐步降低，到90年代時(shí)不設(shè)防情況已基本消失；6度設(shè)防在80年代開始出現(xiàn)，90年代時(shí)達(dá)到最大（98.6%）；7度設(shè)防在2000年代開始出現(xiàn)，2010年以后所占比例達(dá)到三分之二。

表4 設(shè)防烈度統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistics table of fortification intensity

由表5可知，在建筑結(jié)構(gòu)方面，1980年以前，磚混結(jié)構(gòu)所占比例約為三分之一，由于有大面積的文物建筑存在，其它結(jié)構(gòu)（磚木結(jié)構(gòu)）比例約占三分之二；80年代，磚混結(jié)構(gòu)所占比例達(dá)到最大（56.4%），框架結(jié)構(gòu)開始大量出現(xiàn)；從90年代起框架結(jié)構(gòu)所占比例逐步提升，到2010年以后達(dá)到最大（99.4%），磚混結(jié)構(gòu)基本消失。

表5 結(jié)構(gòu)類型統(tǒng)計(jì)表Table 5 Statistics table of structure types

由表6可知，在建筑完好度方面，從1980年以前開始，一直到2010年以后，完好的比例逐步提高，基本完好和局部破損的比例逐步降低。

表6 完好程度統(tǒng)計(jì)表Table 6 Statistics table of building integrity

由表7可知，在建筑薄弱環(huán)節(jié)方面，薄弱環(huán)節(jié)主要集中在頂部突出、平面不規(guī)則和底層開洞等方面，同一棟建筑這幾個(gè)方面往往交叉出現(xiàn)；頂部突出現(xiàn)象隨著年代的增加呈逐步增加的態(tài)勢(shì)，主要是建筑開始追求形狀的多樣化所致。

表7 薄弱環(huán)節(jié)統(tǒng)計(jì)表Table 7 Statistics table of the weak parts

由表8可知，在抗震性能分級(jí)方面，1980年以前，C類建筑占絕大部分，B類建筑很少；80年代的建筑全部為B類；90年代的建筑絕大部分是B類，A類開始出現(xiàn)；2000年代時(shí)，A類建筑占絕大部分，B類為少數(shù)；2010年以后，A類建筑占絕大部分。

表8 抗震性能分級(jí)統(tǒng)計(jì)表Table 8 Statistics table of seismic performance classification

總之，從整體上看，重要建筑年代較新，隨著時(shí)代的發(fā)展，建筑物的各個(gè)方面都向著有利抗震的方向發(fā)展。

1.5 民用建筑普查

民用建筑普查期間共詳細(xì)調(diào)查群體性民用建筑150處，2126棟建筑。各年代建筑的數(shù)量及所占比例見表9，建筑的設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型、評(píng)價(jià)等級(jí)統(tǒng)計(jì)比例見表10。

表9 建設(shè)年代分布Table 9 Construction age distribution

表10 建筑數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table 10 Statistics table of building data

由表9可知，在建設(shè)年代方面，90年代及以前建筑所占比例極少，從80年代開始，調(diào)查建筑年代越新，所占比例越大，至2010年以后達(dá)到比例最大值（67.0%），建筑總體較新。

由表10可知，在設(shè)防烈度方面，7度設(shè)防建筑的比例極低，6度設(shè)防比例最大，占絕大多數(shù)（93.9%），整體設(shè)防比例接近95%；在結(jié)構(gòu)類型方面，框架結(jié)構(gòu)比例最大，占大多數(shù)（77.5%），其次為磚混結(jié)構(gòu)（22.1%），對(duì)抗震有利的框架結(jié)構(gòu)占大多數(shù)；在抗震性能等級(jí)方面，A類建筑比例最大，占大多數(shù)（72.7%），其次為B類，C類占極少數(shù)（5.8%），無D類。從整體上看，群體性建筑年代較新，設(shè)防情況較好，建筑物的抗震性能總體較好。

對(duì)于量大面廣的普通民居建筑，調(diào)查發(fā)現(xiàn)其抗震性能主要分布于B和C之間，B類約占總面積的70%，C和D類約占30%。C和D類建筑主要分布于城市老城區(qū)，這些建筑物普遍建設(shè)年代較早，結(jié)構(gòu)形式大多是單層或多層的磚木結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)，且無圈梁和構(gòu)造柱等抗震措施，抗震性能較差，是城市抗震的薄弱區(qū)。

2 典型建筑震害預(yù)測(cè)分析

為了能夠更為直觀的研究欽州市建筑物的抗震性能狀況，本文選取了對(duì)抗震救災(zāi)或維持城市功能有重要作用的重要建筑進(jìn)行震害預(yù)測(cè)分析。在結(jié)構(gòu)類型上選擇了建設(shè)年代較舊、數(shù)量較多、抗震性能相對(duì)較弱的磚混結(jié)構(gòu)進(jìn)行震害預(yù)測(cè)分析。

2.1 震害預(yù)測(cè)方法介紹

國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)建筑物震害預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了大量研究[5]，形成了歷史震害統(tǒng)計(jì)法、模糊類比法等方法。我國(guó)專家學(xué)者也對(duì)震害預(yù)測(cè)的應(yīng)用進(jìn)行了有益探索[6-8]。本文采用《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)（GB50023-2009）》規(guī)定的“兩級(jí)鑒定，綜合評(píng)定”的方法對(duì)多層砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震能力評(píng)估，再利用結(jié)構(gòu)理論計(jì)算法[9]對(duì)建筑物在不同烈度下的震害進(jìn)行預(yù)測(cè)。

首先根據(jù)建筑物的竣工圖紙資料，讀取結(jié)構(gòu)的實(shí)際詳細(xì)設(shè)計(jì)信息，包括建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置情況、截面尺寸、材料強(qiáng)度、承重構(gòu)件配筋情況、配筋信息、荷載分布情況等。其次進(jìn)行一級(jí)鑒定，主要包括建筑總高度和層數(shù)層高，建筑結(jié)構(gòu)體系平立面的規(guī)則性，體系抗震薄弱環(huán)節(jié)，承重構(gòu)件截面尺寸，構(gòu)件連接和支撐情況，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置情況，材料強(qiáng)度，地基類型和基礎(chǔ)形式等，根據(jù)核查的情況確定結(jié)構(gòu)的體系影響系數(shù)和局部影響系數(shù)。再次進(jìn)行二級(jí)鑒定，即采用PKPM有限元軟件按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際設(shè)計(jì)方案建立三維計(jì)算模型，計(jì)算綜合抗震能力指數(shù)。最后根據(jù)兩級(jí)鑒定的結(jié)果確定結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的震害等級(jí)。

磚混砌體結(jié)構(gòu)的樓層綜合抗震能力指數(shù)與震害破壞等級(jí)之間的關(guān)系[10]見表11。

表11 樓層綜合抗震能力指數(shù)與震害等級(jí)的關(guān)系Table 11 Relationship between comprehensive seismic capacity index of floors and earthquake damage grade

2.2 震害預(yù)測(cè)實(shí)例分析

欽州市某學(xué)校教學(xué)樓，如圖3所示，本工程為地上三層，建設(shè)于1978年。層高：3 m，結(jié)構(gòu)型式為磚混結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，樓板厚為100 mm。地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度(0.10 g)，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類?？拐鹪O(shè)防類別為丙類，基本風(fēng)壓為0.3 kN/m2。墻厚240 mm，砂漿M10，普通磚MU10，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。

圖3 欽州市某學(xué)校教學(xué)樓Fig.3 Teaching building of a school in Qinzhou

采用PKPM2010-V4.3系列程序中“鑒定加固”模塊計(jì)算，以綜合抗震能力指數(shù)為判斷指標(biāo)，結(jié)果計(jì)算見表12：

表12 震害預(yù)測(cè)結(jié)果Table 12 Results of earthquake damage prediction

計(jì)算模型如下：

圖4 欽州市某學(xué)校教學(xué)樓模型Fig.4 Model of a school building in Qinzhou

重要建筑中的其它磚混結(jié)構(gòu)建筑在不同烈度下震害矩陣如表13所示，由表可知，磚混結(jié)構(gòu)建筑在7度烈度時(shí)大部分達(dá)到中等破壞，在8度烈度時(shí)大部分達(dá)到嚴(yán)重破壞，而且建設(shè)年代越久，破壞越嚴(yán)重，建設(shè)年代對(duì)建筑物抗震性能的影響很大。

表13 不同烈度下的震害預(yù)測(cè)結(jié)果Table 13 Results of earthquake damage prediction under different intensity

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

（1）重要建筑和民用群體建筑總體抗震性能較好。重要建筑中A類和B類建筑占比達(dá)98.4%，其中A類建筑占比高達(dá)85.5%；民用群體建筑中A類和B類建筑占比達(dá)94.2%。

（2）建設(shè)年代越近，設(shè)防情況越好。重要建筑中6度設(shè)防比例從80年代的37.5%提高到2000年代的95.7%，7度設(shè)防比例也從2000年代的4.2%提高到2010年以后的66.1%。

（3）城市老城區(qū)和城中村是建筑抗震薄弱區(qū)。調(diào)查中的C和D類建筑主要分布于城市老城區(qū)和城中村，這些建筑物普遍建設(shè)年代較早，結(jié)構(gòu)形式大多是單層或多層的砌體結(jié)構(gòu)和磚木結(jié)構(gòu)，且無圈梁和構(gòu)造柱等抗震措施，是城市建筑抗震薄弱區(qū)。

3.2 建議

（1）對(duì)于重要建筑，應(yīng)按照《中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法》有關(guān)規(guī)定對(duì)未采取抗震設(shè)防措施或者抗震設(shè)防措施未達(dá)到抗震設(shè)防要求的相關(guān)重要建筑進(jìn)行抗震性能鑒定，并采取必要的抗震加固措施。對(duì)于使用年限已接近設(shè)計(jì)年限的，應(yīng)優(yōu)先考慮拆除重建；對(duì)教育設(shè)施、醫(yī)療衛(wèi)生類建筑應(yīng)特別重視，應(yīng)按照重點(diǎn)設(shè)防類要求優(yōu)先進(jìn)行抗震鑒定和加固改造，提高其綜合抗震能力。

（2）對(duì)于民用群體建筑，不符合抗震設(shè)防要求的民用建筑物的抗震鑒定及加固改造一般在重點(diǎn)建筑之后開展，可隨城區(qū)改造計(jì)劃一并實(shí)施，且宜結(jié)合民用建筑的修繕、改造進(jìn)行，對(duì)于使用年限已接近設(shè)計(jì)年限、經(jīng)濟(jì)上無價(jià)值的建筑物應(yīng)優(yōu)先考慮拆除重建。建筑物加固時(shí)應(yīng)充分考慮建筑物的抗震安全性，同時(shí)兼顧其使用性和經(jīng)濟(jì)性要求。

（3）對(duì)于普通民居，建議按照目前的“城中村”改造模式逐年對(duì)規(guī)劃區(qū)內(nèi)的城中村建筑進(jìn)行全面改造。若屬于建設(shè)年代較早的老舊房屋，建議全面拆除；對(duì)于優(yōu)秀歷史建筑，均應(yīng)進(jìn)行抗震鑒定，并按照不低于重點(diǎn)設(shè)防類的要求進(jìn)行抗震加固，把保護(hù)和加固統(tǒng)一起來。

（4）對(duì)于新建建筑，抗震設(shè)防應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50233-2008）及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（2016年版）對(duì)應(yīng)設(shè)防要求的規(guī)定和有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求。重要建筑及生命線工程應(yīng)按照《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50233-2008）要求，采取相應(yīng)提高抗震能力的措施。特別重要的建設(shè)工程應(yīng)按照《中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法》有關(guān)規(guī)定進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)。

（5）在抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)變動(dòng)方面，雖然防震減災(zāi)法沒有對(duì)未達(dá)到現(xiàn)行抗震設(shè)防要求的建設(shè)工程強(qiáng)制要求進(jìn)行抗震加固，但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，國(guó)家地震安全能力的需求不斷提升，對(duì)達(dá)到當(dāng)時(shí)抗震設(shè)防要求但未達(dá)到現(xiàn)行抗震設(shè)防要求的建設(shè)工程可根據(jù)欽州市實(shí)際情況，在今后的一定時(shí)期內(nèi)有計(jì)劃地開展抗震加固工作，對(duì)重要建設(shè)工程應(yīng)優(yōu)先開展，對(duì)于其他建設(shè)工程也應(yīng)逐步開展抗震加固工作。