(1.机械工业第六设计研究院有限公司,河南 郑州 450007; 2.北京工业大学 建筑工程学院,北京 100124)
(1.SIPPR Engineering Group CO.,LTD,Zhengzhou 450007,Henan,China)(2.The College of Architecture and Civil Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)
building complex; seismic damage prediction; earthquake damage factor; geographic information system
备注
采用震害因子法对保定市区的群体建筑进行震害预测研究,给出了保定市区遭受不同震级地震时的预测结果和各分区破坏状态,并在地理信息系统中显示,其结果可为保定市抗震防灾提供重要依据。
We do the research on the seismic damage prediction of the group buildings in Baoding by the damage factor method. The prediction results and the damage state of each partition in Baoding were given and was shown in the geographic information system.when Baoding city suffered the earthquake in different magnitude. The results can provide an important basis for the earthquake resistance and disaster in Baoding.
引言
历次地震的灾害统计数据表明,建筑物发生倒塌或严重破坏是造成人员伤亡和经济损失的重要原因。科学、快速的对城市已有建筑物进行震害预测,能为城市的抗震改造以及震后应急救灾提供重要的指导信息,从而有效的减轻地震灾害损失。根据《地震灾害预测及其信息管理系统技术规范》(GB/T 19428-2003)的规定,城市一般建筑物抽样率宜占该类建筑总面积的8%~11%,如采用传统的单体震害预测方法(崔红玉等,2001)调查每栋房屋的结构特性参数,势必耗费大量的人力、物力,不仅造成巨大的前期现场调查工作量,也给后期数据提炼与计算带来困难。近年来,不少学者提出了一些群体震害预测方法,如震害类比法(王志涛等,2008; 李静,陈健云,2011)、支持向量机法(刘勇健等,2008)、熵权法(陈健云等,2009)、震害因子法等。震害因子法采用易于现场调查的多个震害因子,对建筑物在不同设定地震下的震害进行预测,方法简便易行。本文采用震害因子法对保定市区群体建筑进行震害预测。
1 震害因子法
震害因子法(仝永德,2008; 高杰等,2007)通过对历史震害数据的归纳总结,将影响震害的多个因素定义为震害因子,用d表示。建筑物的破坏度指数D表示为
D=w∏Ni=1∏Tj=1dmijij.(1)
式中,w为地震动峰值加速度A的折算系数,A与烈度的关系及w取值见表1; mij为幂指数,当第i个震害因子的实际情况符合第j分类时取1,其余取0。N为参与震害预测的因子个数,本文取9; T为对应第i个震害因子取值分类的类别数; dij为符合第j项分类的第i个震害因子,取值见表2。
通过对以往震害的统计分析,可以确定破坏度指数D与震害等级对应的范围(表3),将计算得到的D值与范围表相对照,判定建筑物的震害情况。
注:括号内为dij在各取值分类下的值; 在场地环境因子中,括号内/前的值为低于7层的建筑取值,/后为7层及以上建筑的取值.2 房屋调查和震害结果分析
2.1 房屋调查概况保定市区抗震设防烈度为7度,研究区面积约为110 km2。为了便于调查,将保定市区划分为24个分区,根据《地震灾害预测及其信息管理系统技术规范》(GB/T 19428-2003)规定,将保定市群体建筑分为4种结构类型,共抽样调查建筑3 175栋,调查建筑面积6.623 7×106 m2(表4)。
2.2 震害预测结果及分析用震害因子法对保定市区调查建筑物数据进行计算分析。首先,在EXCEL表格中录入抽查建筑的震害因子信息。然后,用MATLAB读取数据,分别对各类型房屋在不同烈度下的震害进行计算。最后,统计出各分区内建筑物在不同烈度下的破坏栋数和面积,从而得出保定各结构类型(表5)
表4 各结构调查类型房屋面积、栋数调查情况
Tab.4 Investigation situation of the area and the number of buildings in various types structure由表5、表6的震害结果,可得各类结构的平均抗震能力指数分布(图1)和房屋总体平均震害指数分布(图2)。为了对保定市群体建筑物的震害分布情况有一个直观的了解,将各分区的在不同烈度下的破坏状态分布情况通过ARCGIS软件显现出来,见图3。
图1 各类结构平均抗震能力指数分布
Fig.1 Average seismic capacity index distribution of buildings in various types structure图3 各分区破坏状态分布(a)小震;(b)中震;(c)大震
Fig.3 Damage state distribution of all district(a)small earthquake;(b)middle earthquake; (c)large earthquake(2)由图2可以看出,保定市群体建筑的平均震害指数在小震下为0.12,属于基本完好偏轻微破坏状态; 中震下为0.30,属于轻微破坏; 大震下为0.54,属于中等破坏状态,表明保定群体建筑具有的较好抗震能力,基本满足三水准设防目标。
(3)由表6可以看出,保定市区在遭遇中震的情况下仅有6.78%的房屋出现严重及以上破坏,符合设计规范 “中震可修”的理念。出现少量的破坏严重及倒塌的状态,主要是位于城乡结合处以及一些沿街1~2层的老旧砖混结构房屋,这些应为抗震加固的重点。
3 结论
(1)本文采用的震害因子方法在操作上简单易行,与传统方法相比简化了群体建筑物震害预测的工作量,误差在工程允许范围之内,可满足新时期城市群体建筑物震害预测的需要。
(2)震害预测是城市抗震防灾的前提和主要内容,做好群体建筑震害预测,可为保定市抗震防灾提供重要依据。
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