泸定6.8级地震中的建筑坠物问题及模拟

陆新征课题组

2022年09月07日 11:00

编者荐语：

我们一直对地震坠物问题高度关注。中国大城市的核心区大多存在密集的高层建筑和大量聚集的人口，一旦城市附近发生强烈地震，一方面高层建筑可能会产生大量坠物，一方面高层建筑周围遍布密集的人群，一想到这个场景就让人不寒而栗。

2022

泸定6.8级地震中的

建筑坠物问题及模拟

2022年9月5日12时52分，四川省甘孜州泸定县发生6.8级地震，震源深度16公里。截至目前，地震已造成66人死亡，15人失联，253人受伤。

建筑地震坠物

根据目前网络信息，一些高层建筑虽然没有结构破坏，但建筑外围护构件发生了严重破坏，造成了突出的建筑地震坠物问题。

建筑外围护构件破坏

建筑外部石材面板坠落

大范围的建筑地震坠物

随着抗震标准的提高和建造水平的进步，建筑倒塌问题的得到有效控制，但非结构构件破坏导致的建筑坠物不容忽视。建筑地震坠物可能会造成严重的人员伤亡，美国北岭地震中有近50%的受伤是地震坠物造成的。

为了避免地震坠物的人员伤亡，如何预测坠物的运动规律及分布区域就成了一个问题。

如何才能准确预测坠物分布区域呢？

模拟思路

针对地震次生坠物问题，课题组曾发表过一篇关于建筑地震坠物模拟的论文（具体内容可点击文末“阅读全文”查看）。

该论文的基本架构包括了坠物分布计算、地震动不确定分析和室外避难场地的选取三部分，如下图所示。在坠物分布计算上，具体步骤包括

（1）基于已开发的MDOF模型获得建筑结构地震反应；

（2）根据外围护构件破坏准则，判断构件是否脱落；

（3）根据刚体动力学计算脱落坠物的运动轨迹，进而得到坠物的分布。

技术路线图

坠物模拟

为了真实模拟地震坠物，我们选取了SC2271典型站台收集到的20220905四川甘孜州泸定6.8级地震中的一条地震波进行模拟。该站台记录到的水平向地震动峰值加速度为891cm/s/s。

现阶段无法找到此次地震真实的建筑破坏数据，因此我们选择一栋典型的20层居民楼建筑进行模拟分析。基于MDOF进行弹塑性时程分析，得到地震的结果响应数据（EDP）；当层间位移角大于限值后，则认为建筑外围护结构破坏并产生坠物；再通过Blender中的物理引擎模拟坠物下落的平抛运动以及坠物接触碰撞运动过程。

坠物模拟结果如下图所示