按房屋结构类型划分,云南地区房屋建筑主要包括钢筋混凝土剪力墙结构、框架剪力墙结构、框架结构、内框架结构、钢筋混凝土厂房、砖混结构、砖结构、砖木结构、木构架房屋、土坯房屋等,还有少量具有民族特色的圆木屋(分布在丽江、宁蒗泸沽湖畔彝族聚居区)、穿斗木结构竹编墙或木板墙(分布在滇南、滇西南傣族、佤族聚居区)。为方便地震现场工作,结合云南绝大部分地震灾区的具体特点和多年来地震现场工作的实际情况,参照《地震现场工作第4部分:灾害直接损失评估》(GB/T 18208.4—2005),《地震现场工作第3部分:调查规范》(GB/T 18208.3—2000),《地震灾害损失评估规定》(试行)^①,《地震灾害损失评估工作补充规定》(试行)^②等规范,按建筑物的抗震性能和建筑单价的差异,笔者将房屋建筑大致划分成钢筋混凝土框架结构房屋(砖混结合)、多层砌体房屋、砖木结构房屋、土木结构房屋和其它结构房屋共5类。

由于其它结构的房屋在灾区呈零星分布,所以历次地震的灾害损失评估报告把这类房屋纳入土木结构进行震害调查和灾害损失评估。云南地区主要房屋建筑结构可归纳为框架结构、砖混结构、砖木结构和土木结构共4类(非明伦等,2006,2007; 周光全等,2003,2005a,2005b,2006)。

“灾评国标”首次提出简易房屋概念。简易房屋包括单层砖结构厂房、木构架房屋(包括砖、土围护墙)、砖柱房屋、土坯房屋、石墙承重房等。在地震现场调查和灾害损失评估时,房屋建筑类别的划分把单层砖柱厂房、砖柱房屋、砖木结构房屋,土坯房屋、石墙承重房归并到土木结构房屋。这样看来,云南地区4类房屋类型中,砖木结构房屋和土木结构房屋可归为简易房屋。

“规定”把房屋的破坏划分为“毁坏”、“严重破坏”、“中等破坏”、“轻微破坏”和“基本完好”5个破坏等级。“灾评国标”将简易房屋的破坏等级进行了适当的合并,划分为“毁坏”、“破坏”和“基本完好”3个破坏等级。具体说来,将“毁坏”、“严重破坏”合并为“毁坏”,将“中等破坏”、“轻微破坏”合并为“破坏”,保留“基本完好”。简易房屋的3个破坏等级可按下列标准进行划分。

(1)“基本完好”(含“完好”):土木结构房屋个别掉瓦或墙体有细裂; 砖木结构房屋墙体有轻微裂缝,不加修理可继续使用。

(2)“破坏”:承重构件出现位移或局部有裂缝; 土木结构和砖木结构房屋的非承重构件如围护墙体有明显裂缝或严重开裂、甚至局部倒墙,普遍梭瓦或明显掉瓦,可修理,修理后可继续使用。

(3)“毁坏”:二面以上墙体倒塌,屋架明显倾斜或倒塌,屋盖坍落或完全倒塌; 承重构件多数断裂或破坏严重,结构濒于崩溃,修理困难或无法修复。

本文所采用的地震灾害数据(表1)主要来源于云南省地震局历次地震灾害损失评估报告,同时参考了相关文献(国家地震局,国家统计局,1996; 中国地震局监测预报司,2001)。邻区发生并波及云南辖区的地震灾害也统计在内。

表1 1992～2009年云南地区地震灾害目录
Tab.1 Statistics of earthquake disaster in Yunnan from 1992 to 2009

1992～2009年期间,除2002年以外,每年都有M≥5.0地震发生。18年的时间内,云南境内发生或受邻区影响的M≥5.0(含少数4.7～4.9级)地震68次,平均每年3～4次。由于云南地区人口分布相对均匀,人口密度相对稠密,一般情况下,M≥5.0(含少数4.7～4.9级)地震都是成灾事件。地震部门组织有一定规模的地震应急共55次,并完成了相应的灾评报告共55个。

地震灾害损失评估过程中,对于发震地点相同、发震时间相近的多次地震,难以详细区分不同地震的震害,只能提出一个综合评估结果; 对于主震不久后发生的强余震,由于没造成更大损失,而且灾区恢复重建工作尚未开展,因此没有进行灾害损失评估; 对于在邻区发生、波及云南辖区的地震,只考虑云南境内的地震灾害。1992～2009年云南地区发生成灾地震68次,2005年10月1日,“灾评国标”实施以前,云南地区地震部门完成了56次地震的44个灾评报告。自2006年“灾评国标”实施以来,云南地震部门完成了12次地震的灾评报告。相关报告中都给出的简易房屋(即砖木结构和土木结构房屋)的破坏比。

(1)“灾评国标”实施以前云南地区简易房屋的地震破坏比

1992年,地震灾评处于尝试阶段,相应的报告不够规范,没有给出房屋建筑的破坏比。1993年以后至“灾评国标”实施以前,云南地区简易房屋划分为“毁坏”、“严重破坏”、“中等破坏”、“轻微破坏”和“基本完好”5个破坏等级。这期间云南地区共完成了44次灾评,其中,有40个灾评报告给出了Ⅵ度区土木结构房屋的破坏比; 35个灾评报告给出了Ⅵ度区砖木结构房屋的破坏比; 22个灾评报告给出了Ⅶ度区土木结构房屋的破坏比; 16个灾评报告给出了Ⅶ度区砖木结构房屋的破坏比; 8个灾评报告给出了Ⅷ度区土木结构房屋的破坏比; 7个灾评报告给出了Ⅷ度区砖木结构房屋的破坏比; 在此期间,1995年武定6.5级和1996年丽江7.0级两次地震造成Ⅸ度破坏区,因此,有2个灾评报告给出了Ⅸ度区土木和砖木结构房屋的破坏比。1993年以后至“灾评国标”实施以前历次地震的简易房屋破坏比平均值见表2。

表2 “灾评国标”实施前云南地区简易房屋不同破坏等级的破坏比(%)平均值
Tab.2 Average damage ratio of buildings of several classes in Yunnan before the Post-earthquake Field Works—Part 4:Assessment of Direct Loss came into effect

(2)“灾评国标”实施以来云南地区简易房屋的地震破坏比

2006年“灾评国标”实施以来,土木结构、砖木结构等房屋归为简易房屋,破坏等级被简化,划分为“毁坏”、“破坏”和“基本完好”3个破坏等级。云南地区共发生12次破坏性地震,其中2006年8月29日盐津4.9级与8月25日5.1级地震震中相邻、发震时间相近,合在一起进行评估; 按国家 “东四西五” 地震应急的原则要求,云南地区5.0级以下地震不纳入统计,没有统计2008年12月26日瑞丽4.9级地震的灾评数据。因此,12次地震实际只进行了10次灾评,10个灾评报告都给出了Ⅵ度区土木结构和砖木结构房屋的破坏比; 有5次灾评报告给出了Ⅶ度区土木结构和砖木结构房屋的破坏比。此期间内,云南境内最大地震为2007年宁洱6.4级,最大烈度达Ⅷ度,有3次灾评报告给出了Ⅷ度区土木结构和砖木结构房屋的破坏比,“灾评国标”实施以来云南地区历次地震简易房屋破坏比平均值见表3。

表3 “灾评国标”实施以来云南地区简易房屋不同破坏等级的破坏比(%)平均值
Tab.3 Average damage ratio of buildings of several classes in Yunnan after the Post-earthquake Field Works—Part 4:Assessment of Direct Loss came into effect

“灾评国标”实施以前,各类房屋结构的破坏等级划分为毁坏、严重破坏、中等破坏、轻微破坏、基本完好(含完好)5个等级。《地震现场工作大纲与技术指南》(中国地震局,1998)对房屋不同破坏等级的震害指数作了明确规定:基本完好(含完好)房屋震害指数取0～0.1,轻微破坏取0.2,中等破坏取0.4,严重破坏取0.6,毁坏取0.8～1.0。云南地区地震现场调查和灾害损失评估过程中,基本完好(含完好)的房屋震害指数取0,毁坏房屋震害指数一般取1.0(表4)。

表4 房屋建筑各破坏等级对应的震害指数(Ι)
Tab.4 Seismic damage index of each damage class(Ι)

“灾评国标”实施以后,简易房屋的破坏等级被简化,即原有的“严重破坏”与“毁坏”合并为“毁坏”,原有的“中等破坏”与“轻微破坏”合并为“破坏”,“基本完好”保持不变。本文研究的目的是寻求破坏等级合并后的震害指数。新的破坏等级的震害指数来自于原有破坏等级的震害指数。在“灾评国标”实施前后震害指数一致性的原则下,把原来5个破坏等级的震害指数分配到现有的3个破坏等级中去。新的破坏等级来源清楚,需要按破坏比的不同权重进行相应的归并。

(1)简易房屋“毁坏”等级的震害指数

令Ι_r、Ι_h表示“灾评国标”实施前“毁坏”等级和“严重破坏”等级的震害指数,λ_r、λ_h分别表示“灾评国标”实施前“毁坏”等级和“严重破坏”等级的破坏比; Ι_nr、λ_nr分别表示“灾评国标”实施后“毁坏”等级的震害指数和破坏比,即“毁坏”与“严重破坏”合并为“毁坏”等级的震害指数和破坏比。按“灾评国标”实施前后震害指数与破坏比的积保持不变的原则,有

I_r·λ_r+I_h·λ_h=I_nr·λ_nr.(1)

将表2简易房屋(土木结构和砖木结构房屋)“毁坏”、“严重破坏”等级的破坏比(λ_r、λ_h)、表4“毁坏”、“严重破坏”等级的震害指数(Ι_r、Ι_h)以及简易房屋合并后“毁坏”等级的破坏比(λ_nr)代入公式(1),可计算出简易房屋“毁坏”等级的震害指数(Ι_nr)(表5)。

(2)简易房屋“破坏”等级的震害指数

用Ι_m、Ι_l表示“灾评国标”实施前“中等破坏”等级和“轻微破坏”等级的震害指数,用λ_m、λ_l分别表示“灾评国标”实施前“中等破坏”等级和“轻微破坏”等级的破坏比; 用Ι_nd、λ_nd分别表示“灾评国标”实施后“破坏”等级的震害指数和破坏比,即“中等破坏”和“轻微破坏”合并后“破坏”等级的震害指数和破坏比。按“灾评国标”实施前后震害指数与破坏比的积必须保持不变的原则,有

I_m·λ_m+I_I·λ_I=I_nd·λ_nd.(2)

将表2中的简易房屋(土木结构和砖木结构房屋)“中等破坏”和“轻微破坏”等级的破坏比(λ_m、λ_l)和表4的“中等破坏”和“轻微破坏”等级的震害指数(Ι_m、Ι_l)以及简易房屋合并后“破坏”等级的破坏比(λ_nd)代入公式(2),可计算出简易房屋“破坏”等级的震害指数(Ι_nd)(表6)。

表5 “灾评国标”实施后简易房屋“毁坏”等级的震害指数(Ιnr)
Tab.5 Seismic damage index of DESTRUCTION of simple-buildings after the Post-earthquake Field Works—Part 4:Assessment of Direct Loss came into effect(Ιnr)

表6 “灾评国标”实施后简易房屋“破坏”等级的震害指数(Ιnd)
Tab.6 Seismic damage index of DAMAGE of simple-buildings after the Post-earthquake Field Works—Part 4:Assessment of Direct Loss came into effect(Ιnr)

(3)“基本完好”破坏等级的震害指数

“灾评国标”实施前、后,“基本完好”(含“完好”)没有经过任何合并或拆分,其破坏比保持不变,因此,其震害指数也保持不变,是0.0。

(4)简易房屋震害指数的取值

在现场调查、灾害损失评估以及科学研究过程中,应尽可能遵循原有规定的震害指数。然而,“灾评国标”提出简易房屋的概念并简化了简易房屋的破坏等级,在研究和计算过程中,遵循“破坏”等级的合并原理计算所得的不同烈度区内不同结构类型,各“破坏”等级的震害指数,数据量大,不便于实际运用。另一方面,不同烈度区内不同结构类型“毁坏”和“破坏”等级的震害指数的标准偏差较小,分别是0.036和0.035,离散性不强,为方便实际使用,各“破坏”等级的震害指数可取用平均值。简易房屋各破坏等级的震害指数可按表7取值。

表7 房屋建筑各破坏等级对应的震害指数(Ι)
Tab.7 Seismic damage index of each damage class(Ι)