云南玉溪紅塔城區(qū)建筑抗震能力現(xiàn)狀調(diào)查與分析

周洋 明小娜 張鵬 楊健強(qiáng) 謝巍

摘要：運(yùn)用普查與詳查相結(jié)合的方法收集云南玉溪紅塔城區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑基礎(chǔ)資料，分析城區(qū)建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其抗震現(xiàn)狀；利用抗震能力指數(shù)和結(jié)構(gòu)易損性建立建筑抗震能力評估公式，并計(jì)算研究區(qū)遭遇不同地震烈度的區(qū)域建筑綜合抗震能力數(shù)值。結(jié)果表明：紅塔城區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭遇地震烈度為Ⅵ度、Ⅶ度和Ⅷ度時(shí)，區(qū)域建筑綜合抗震能力等級分別為較優(yōu)、良好和中等；遭遇地震烈度為Ⅸ度或Ⅹ度時(shí)，區(qū)域建筑綜合抗震能力等級為較差。

關(guān)鍵詞：建筑；抗震能力；紅塔城區(qū)；云南

中圖分類號：TU352.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-0666（2023）03-0446-07

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0048

0引言

地震災(zāi)害的本質(zhì)是一種土木工程災(zāi)害（謝禮立，2009），因此，造成地震災(zāi)害和損失的一個(gè)十分重要的原因就是工程設(shè)施的抗震能力不足。對建筑物進(jìn)行合理的抗震能力評估，是對不滿足抗震要求的建筑物采取相應(yīng)的加固措施的前提，也是減輕建筑地震災(zāi)害行之有效的途徑；不僅可服務(wù)于地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估與區(qū)劃編制工作（史鐵花等，2021），還可為區(qū)域制定防震減災(zāi)規(guī)劃提供參考。2020年起我國開展了第一次全國自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查工作。這是一項(xiàng)重大的國情國力調(diào)查，是提升自然災(zāi)害防治能力的基礎(chǔ)性工作。通過普查摸清全國自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患底數(shù)，查明重點(diǎn)區(qū)域抗災(zāi)能力，客觀認(rèn)識全國和各地區(qū)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)水平，不僅能直接為監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急指揮、搶險(xiǎn)救災(zāi)、物資調(diào)度等提供數(shù)據(jù)和科技支撐，也能為開展自然災(zāi)害防治和災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)防范、自然災(zāi)害保險(xiǎn)等工作提供有力支撐，還將為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)布局和功能區(qū)劃提供科學(xué)依據(jù)。云南省地震災(zāi)害形勢嚴(yán)峻，全省各市縣乃至各鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道對于建筑抗震性能評估有著重要的需求。

建筑抗震性能評估的方法總體上可分為確定性方法和非確定性方法兩大類，其中確定性方法指在確定性地震動(dòng)作用下得到結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的確定性函數(shù)表達(dá)，包括經(jīng)驗(yàn)評估法、規(guī)范校核法以及靜力彈塑性分析法等（楊仕升等，2004）。規(guī)范校核法利用現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果對照規(guī)范條文，給出建筑抗震能力評價(jià)，然而這類針對單體實(shí)測數(shù)據(jù)的方法缺少統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)參考，難以表征區(qū)域群體建筑的抗震能力；靜力彈塑性分析法中研究的模型建筑物可以一定程度反映群體建筑的差異與共同特征（林世鑌等，2011），但是開展此類分析在參數(shù)選取、數(shù)據(jù)處理、模型計(jì)算等方面的工作繁瑣，依賴專業(yè)技術(shù)人員，難以在大范圍區(qū)域建筑抗震性能評估工作中推廣。

經(jīng)驗(yàn)評估法從結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防目標(biāo)出發(fā)，對實(shí)際建筑的承重構(gòu)件和非承重構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場觀察、觀測，通過與震害實(shí)例對比判斷結(jié)構(gòu)的抗震性能，分析范圍廣，分析結(jié)果具有一定的準(zhǔn)確性。因此，本文采用經(jīng)驗(yàn)評估法評估云南玉溪紅塔城區(qū)房屋抗震能力，通過適宜的調(diào)查方法獲取研究區(qū)建筑物基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從建筑建構(gòu)造特點(diǎn)和使用現(xiàn)狀分析其抗震能力，構(gòu)建建筑抗震能力公式定量計(jì)算、評估和分析紅塔城區(qū)建筑遭遇不同烈度地震作用的綜合抗震能力。

1研究區(qū)概況

紅塔區(qū)（24.1°N～24.5°，102.2°～102.7°E）位于云南省中部—玉溪市西北部，全區(qū)面積共1004km2。紅塔區(qū)平面形態(tài)呈北寬南窄不規(guī)則三角形狀，四面環(huán)山，區(qū)內(nèi)地層褶皺、斷裂構(gòu)造復(fù)雜，有晚更新世活動(dòng)斷裂普渡河斷裂和玉江斷裂穿過（安曉文等，2018）（圖1）。普渡河斷裂為近南北走向，沿玉溪盆地西緣九龍池、大營街到研和鎮(zhèn)西、延伸至峨山小街東；玉江斷裂為北西走向，以玉溪九龍池為界，分為東、西兩段，普渡河斷裂與玉江斷裂交接處曾發(fā)生過1761年玉溪北古城61/4級地震。紅塔區(qū)抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.2g。

紅塔區(qū)下轄9個(gè)街道、2個(gè)彝族鄉(xiāng)（圖1），分別為玉興街道、玉帶街道、鳳凰街道、北城街道、大營街街道、李棋街道、春和街道、高倉街道、研和街道，洛河彝族鄉(xiāng)、小石橋彝族鄉(xiāng)；鳳凰街道為紅塔區(qū)政府駐地。玉溪市紅塔區(qū)2021年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，紅塔區(qū)生產(chǎn)總值1034.27億元、常住人口58.96萬人、人口密度約587人/km2、人均可支配收入約4.79萬元。本文研究以街道為最小行政單元。因研和街道和2個(gè)彝族鄉(xiāng)離主城區(qū)距離較遠(yuǎn)，房屋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與主城區(qū)差別較大，本文主要研究上述前8個(gè)街道。

2建筑抗震能力調(diào)查

2.1調(diào)查方法

調(diào)查采用普查和詳查相結(jié)合的方法，調(diào)查技術(shù)流程如圖2所示，通過普查摸清研究區(qū)建筑分布范圍、建筑主要結(jié)構(gòu)類型及其比例等基本信息；通過詳查抽取典型建筑實(shí)地調(diào)查其建構(gòu)造特點(diǎn)和使用現(xiàn)狀（張桂欣，孫柏濤，2010），了解結(jié)構(gòu)抗震性能；其中，詳查區(qū)域盡可能覆蓋城郊、城中村和新建城區(qū)，詳查對象覆蓋普查所系建筑結(jié)構(gòu)類型。普查和詳查各有側(cè)重，其調(diào)查結(jié)果互為補(bǔ)充。

2.2調(diào)查數(shù)據(jù)

紅塔城區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中人口、經(jīng)濟(jì)部分源于《紅塔年鑒（2021）》（中共玉溪市紅塔區(qū)黨史研究和地方志編纂辦公室，2021），各結(jié)構(gòu)類型面積比例源于2021年住建部門城鎮(zhèn)房屋統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和紅塔區(qū)地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫房屋數(shù)據(jù)。由表1可知，紅塔城區(qū)建筑結(jié)構(gòu)類型以磚混結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，磚混結(jié)構(gòu)房屋占比為53.91%、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋占比為41.83%、磚木結(jié)構(gòu)房屋占比為3.23%、土木結(jié)構(gòu)房屋占比為1.03%。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋主要分布于鳳凰街道和玉興街道；除前述2個(gè)街道外，磚混結(jié)構(gòu)房屋廣泛分布于其余6個(gè)街道；北城街道、春和街道有部分土木和磚木房屋。

紅塔城區(qū)開展實(shí)地詳查建筑棟數(shù)為1208棟，磚混結(jié)構(gòu)700棟、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)254棟、磚木結(jié)構(gòu)169棟、土木結(jié)構(gòu)85棟，各結(jié)構(gòu)類型棟數(shù)占比分別為58%、21%、14%和7%。

2.3抗震現(xiàn)狀分析

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，紅塔城區(qū)建筑總體抗震性能較好，但是自建房仍存在抗震加固不完善、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、施工方式不規(guī)范等缺陷，從而削弱了房屋的整體抗震性。

從建造年代分析，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為2010年后建造較廣的結(jié)構(gòu)類型；磚混結(jié)構(gòu)為數(shù)量最大、建造面最廣的結(jié)構(gòu)類型，建造年代跨度最大，從1990年至今均有分布，其中2000年前后建造占比為72%、2010年前后建造占比為22%；磚木、土木結(jié)構(gòu)多建于20世紀(jì)70、80年代或更早。

從抗震設(shè)防情況分析，77%的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、60%的磚混結(jié)構(gòu)房屋為正規(guī)設(shè)防。其余自建框架結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)（圖3a）房屋采取了抗震措施，其中自建框架結(jié)構(gòu)多為筏基礎(chǔ)，框架結(jié)構(gòu)梁截面寬約為250～300mm，柱截面為300～400mm；自建磚混結(jié)構(gòu)多為條形基礎(chǔ)，設(shè)有圈梁（截面高不小于120mm），房屋四角、內(nèi)外縱墻交接處和樓梯間四角設(shè)置構(gòu)造柱（截面180mm×240mm）。土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)房屋多數(shù)為穿斗式木結(jié)構(gòu)（圖3b），檁和椽以榫卯結(jié)構(gòu)相連，穿坊將柱子“串聯(lián)”，整體性好，少數(shù)為無任何抗震加固措施的老舊房屋（圖3c）。

從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，自建框架結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)房屋多為2～6層，墻厚240mm，墻面粉飾，開間小、進(jìn)深深，外觀呈瘦高型，樓頂出屋面無構(gòu)造措施，陽臺外挑，沿街建筑底層墻體少且縱墻大面積開窗。木結(jié)構(gòu)房屋木柱浮放于石基上，層數(shù)為1～2層，以四榀三間為主，部分為“L”型二坊房或凹字型三坊房，廂房與正房用穿坊連接，多數(shù)廂房僅有前后兩根落地柱。圍護(hù)墻多為夯土墻，山尖墻用木板、實(shí)心磚或土坯磚砌筑，部分墻體用鐵件加固，有墻體歪閃、樓屋蓋構(gòu)件變形的情況。土木、磚木結(jié)構(gòu)房屋用毛石或片石做基礎(chǔ)，開間較小，坡屋頂或石棉瓦頂，墻體開裂。

3建筑抗震能力評估

3.1建筑結(jié)構(gòu)易損性

建筑結(jié)構(gòu)易損性指一個(gè)區(qū)域內(nèi)某類建筑結(jié)構(gòu)在遭遇Ⅵ～Ⅹ度地震作用時(shí)發(fā)生某種破壞程度的概率。根據(jù)相同區(qū)域同類建筑建造方式、結(jié)構(gòu)特征、歷史地震震害特征及建筑抗震性能具有相似性的特點(diǎn)，筆者引用云南農(nóng)居易損性矩陣分區(qū)中滇南地區(qū)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)和土木結(jié)構(gòu)易損性矩陣（周洋等，2021）作為紅塔城區(qū)對應(yīng)結(jié)構(gòu)類型的易損性矩陣，見表2～5。

3.2抗震能力評估公式

借鑒《中國地震烈度表》（GB/T17742—2020）用震害指數(shù)定量描述建筑破壞程度的思路，筆者引入建筑抗震能力指數(shù)（SeismicCapacityInde，SCI）定量描述建筑抵御地震作用免遭破壞的能力（張風(fēng)華等，2004），定義鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)5個(gè)破壞等級（基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴(yán)重破壞和毀壞）對應(yīng)的抗震能力指數(shù)分別為1.0、0.8、0.6、0.4和0.2；土木結(jié)構(gòu)和磚木結(jié)構(gòu)基本完好、破壞和毀壞3個(gè)破壞等級對應(yīng)的抗震能力指數(shù)分別為1.0、0.7和0.3。

在遭遇一定地震作用時(shí)，某類建筑物的抗震能力是指該建筑物本身抵御其地震破壞的能力，計(jì)算公式為：

式中：j表示結(jié)構(gòu)類型（包括土木結(jié)構(gòu)，磚木結(jié)構(gòu)，磚混結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）；i表示建筑破壞等級（i=1基本完好，i=2輕微破壞，i=3中等破壞，i=4嚴(yán)重破壞，i=5毀壞）；SCj表示j類建筑的抗震能力；SCIji表示j類建筑發(fā)生破壞等級i對應(yīng)的抗震能力指數(shù)；P（i/j，I）表示j類建筑在遭遇烈度為I的地震作用時(shí)，發(fā)生破壞等級i的概率，即建筑的易損性。

區(qū)域群體建筑綜合抗震能力是區(qū)域各類建筑的抗震能力之和，表示為：

式中：SC表示綜合抗震能力，建筑抗震能力是一個(gè)介于0～1之間的數(shù)值，數(shù)值越大，表明抗震能力越好；Kj表示j類建筑的比例。

3.3抗震能力評估結(jié)果

基于各結(jié)構(gòu)易損性和不同破壞等級對應(yīng)的抗震能力指數(shù)，根據(jù)式（1）可計(jì)算出不同建筑結(jié)構(gòu)類型遭遇不同烈度的抗震能力（表6），數(shù)值越大表明抗震能力越好。

基于表1數(shù)據(jù)，采用式（2）可計(jì)算出紅塔城區(qū)遭遇不同烈度的綜合抗震能力值分別為0.957、0.871、0.751、0.562、0.389，各街道建筑遭遇不同烈度的綜合抗震能力值如圖4所示。圖4中紅塔區(qū)各街道遭遇同一地震烈度時(shí)，研究區(qū)同色系顏色由淺到深代表區(qū)域建筑綜合抗震能力由高到低；紅塔區(qū)各街道遭遇不同地震烈度時(shí)，顏色由綠到紅代表區(qū)域綜合抗震能力由高到低。

3.4抗震能力分析

從圖4可看出，鳳凰街道建筑遭遇不同地震烈度下綜合抗震能力數(shù)值均最高，分別為0.965、0.882、0.775、0.608、0.404，玉興街道次之，玉帶街道第三，北城街道綜合抗震能力數(shù)值最低，分別為0.945、0.851、0.709、0.503、0.378。紅塔區(qū)各街道相同結(jié)構(gòu)類型其易損性相同，在遭遇相同烈度時(shí)其抗震能力值也相同（表6），各街道綜合抗震能力指數(shù)的差異受結(jié)構(gòu)類型比例影響。鳳凰街道、玉興街道以及玉帶街道非簡易房屋結(jié)構(gòu)比例高達(dá)98%，尤其是鳳凰街道和玉興街道，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)比例高達(dá)66%以上，因此其綜合抗震能力指數(shù)值均較高。而北城街道非簡易房屋以磚混結(jié)構(gòu)為主，比例約82%，其余12%的建筑以老舊土木結(jié)構(gòu)為主，因此綜合抗震能力指數(shù)值較小，以上計(jì)算結(jié)果與紅塔城區(qū)抽樣調(diào)查和城市發(fā)展情況相符。鳳凰街道、玉興街道和玉帶街道為紅塔區(qū)中心城區(qū)，經(jīng)濟(jì)水平和人均收入均較高、城市建設(shè)更新快，新建設(shè)防鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)比例高；北城街道僅部分地區(qū)被劃入城區(qū)且鄉(xiāng)村人口多，城市建設(shè)更新較慢，未設(shè)防老舊建筑存量較大。

結(jié)合建筑抗震能力評估標(biāo)準(zhǔn)（林世鑌等，2011），研究區(qū)建筑遭遇Ⅵ度、Ⅶ度和Ⅷ度的地震烈度作用時(shí)，建筑綜合抗震能力等級對應(yīng)為較優(yōu)、良好和中等，評估結(jié)果與詳查的建筑抗震現(xiàn)狀相符；研究區(qū)建筑遭遇Ⅸ度或Ⅹ度地震烈度時(shí)，建筑綜合抗震能力等級為較差，表明建筑遭遇超過其基本設(shè)防烈度的地震作用時(shí)，建筑抗震能力下降。

結(jié)合破壞狀態(tài)和性態(tài)水平的對應(yīng)關(guān)系（尹之潛，1990；馬玉宏，2000），研究區(qū)遭遇Ⅵ度地震烈度作用時(shí)，建筑綜合抗震能力數(shù)值為0.945～0.965，老舊建筑可能少數(shù)破壞，建筑物功能受影響的可能性很??；研究區(qū)遭遇Ⅶ度地震烈度時(shí)，綜合抗震能力數(shù)值為0.851～0.882，老舊建筑可能個(gè)別毀壞、少數(shù)破壞，自建磚混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)房屋少數(shù)可能發(fā)生輕微或中等破壞，少數(shù)建筑物功能受影響；研究區(qū)遭遇Ⅷ度地震烈度時(shí)，區(qū)域內(nèi)建筑建筑抗震能力數(shù)值為0.709～0.775，老舊建筑可能少數(shù)毀壞、大多數(shù)破壞，穿斗木結(jié)構(gòu)、自建磚混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)房屋可能少數(shù)發(fā)生嚴(yán)重破壞，多數(shù)發(fā)生輕微或中等破壞，設(shè)防建筑發(fā)生輕微破壞或中等破壞，建筑物主要功能受影響，可以通過修理恢復(fù)使用；遭遇Ⅸ度或Ⅹ度地震烈度時(shí)，區(qū)域內(nèi)建筑建筑抗震能力數(shù)值為0.376～0.608，老舊建筑大多數(shù)毀壞，穿斗木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)房屋可能多數(shù)嚴(yán)重破壞或毀壞，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋少數(shù)毀壞，多數(shù)建筑物可能功能喪失，生命安全受到威脅。因此，建議加強(qiáng)對民房建設(shè)的規(guī)劃和監(jiān)管，例如提供建筑標(biāo)準(zhǔn)圖集指導(dǎo)自建房建設(shè)，實(shí)施已有建筑圍護(hù)墻體和承重結(jié)構(gòu)抗震加固，拆除基本不具備抗震能力的老舊建筑。

4結(jié)論

本文通過普查和詳查獲取了云南省玉溪市紅塔城區(qū)建筑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從建筑構(gòu)造特點(diǎn)和使用現(xiàn)狀分析其抗震現(xiàn)狀，采用經(jīng)驗(yàn)評估法構(gòu)建了建筑抗震能力評估公式，定量計(jì)算、評估和分析了紅塔城區(qū)及各街道建筑遭遇不同地震烈度的綜合抗震能力等級，主要得出以下結(jié)論：

（1）從各街道分析，鳳凰街道建筑在遭遇Ⅵ～Ⅹ度烈度下綜合抗震能力數(shù)值均最高，玉興街道次之，玉帶街道第三，北城街道綜合抗震能力數(shù)值最低。

（2）根據(jù)綜合抗震能力值分析得到研究區(qū)遭遇Ⅵ度、Ⅶ度和Ⅷ度地震烈度時(shí)，區(qū)域建筑綜合抗震能力等級分別為較優(yōu)、良好和中等；遭遇Ⅸ度或Ⅹ度地震烈度時(shí)，區(qū)建筑綜合抗震能力等級為較差，部分建筑物可能功能喪失?？拐鹉芰υu估結(jié)果與研究區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、民居建筑結(jié)構(gòu)特征以及基本設(shè)防烈度相匹配。

（3）紅塔城區(qū)新建建筑大多數(shù)具備與基本設(shè)防烈度相當(dāng)?shù)目拐鹪O(shè)防能力，對于簡易房屋占比較大的街道，例如春和街道、北城街道，建議對老舊土木房屋實(shí)施抗震加固或拆除無人居住的老舊房屋；對于量大面廣的存量磚混結(jié)構(gòu)房屋，建議定期開展建筑結(jié)構(gòu)健康診斷，掌握承重構(gòu)建使用情況，確保其建筑正常使用；對新建自建磚混結(jié)構(gòu)房屋，建議參考相關(guān)部門設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖紙建造。

由于本文研究區(qū)范圍小，區(qū)域內(nèi)自然地理環(huán)境相似，建筑抗震能力評估僅考慮了結(jié)構(gòu)易損性和建筑比例兩個(gè)影響因素，其優(yōu)點(diǎn)在于該類數(shù)據(jù)容易獲取，便于開展評估計(jì)算，不足在于未考慮地震危險(xiǎn)性環(huán)境、建造年代、建筑用途等更多的影響因素，評估結(jié)果不夠精細(xì)，如何結(jié)合諸多影響因素選用合理的評估方法開展更精細(xì)化的建筑抗震能力評估還需進(jìn)一步研究。

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