土耳其7.8级地震破坏力分析——基于若干中国规范设计建筑和北工大校园建筑

2月6日土耳其发生7.8级地震，根据外媒报道截至当地时间10日晚已经造成土耳其20213人遇难、叙利亚3424人遇难，总数超过2.3万人。课题组前期建立了典型城市建筑结构的模型库，本文在其中选取若干建筑物，利用土耳其地震动数据开展了地震力破坏分析，了解该地震作用下我国建筑物的破坏程度，供大家参考。

图2 地震动反应谱

(1) 标准设计结构

依据中国规范^[4-6]设计了45个代表性混凝土框架结构。结构设计信息如下：平立面规则布置，横向四跨，纵向八跨，结构底层层高为4.5 m，其他层层高为3.6 m。建筑抗震设防类别为丙类，场地类别为II类，设计地震分组为第一组。考虑到在结构设计参数中，层数、跨度与抗震设防烈度对结构冗余承载力的影响较大，按照表2所示的工程常用值进行取值。进一步考虑0%、5%、10%、15%与20%五种钢筋锈蚀率^[7]及1978年前、1978-1989年、1989年后三种建造年代^[8]建立了675个典型混凝土框架结构MDOF层剪切模型（建模方法如图5所示）。

(2) 北工大校园建筑

选取北京工业大学校园建筑群作为研究对象，其中包含不同建造年代的5栋楼宇，以便研究建造年代对结构抗震的影响。选取的楼包括：数理楼（非加固的I段）、机电楼、金工楼、信息楼（西楼）、能源楼，结构形式均为框架结构，如图7所示。为分析不同方向地震作用的结构响应，将三向地震动（EW、NS和UP）单独输入。需要指出的是，实际结构同时遭受上述三个方向的地震动作用，我们这种计算方法会相对保守地估计地震破坏力，即便如此，结构也发生了严重损伤、甚至倒塌。

表3是上述建筑的地震破坏分析结果，结构的损伤状态取三个方向作用的最高损伤等级（用颜色字体进行标记）。可以看到：竖向地震动造成的破坏总体小于水平向地震动。数理楼、机电楼、金工楼、信息楼在3123和3138两个地震动作用下结构均发生了倒塌破坏，其中建造年代在1990年以前的数理楼在4614地震动下也会发生严重破坏，而其他三栋楼宇发生中等破坏。信息楼的震损最轻，但在这些地震动作用下两个场景发生严重破坏、一个场景发生中等破坏。

表3 北京工业大学校园实际建筑的地震破坏分析结果

无论是按规范设计的规则结构、正在服役的真实结构、还是大尺寸试验结构模型，在此次地震下的震损情况均较为严重，尤其是在中长周期地震动3123和3138下（仅考虑单向地震作用）结构大多发生了倒塌（仅有一栋未倒塌）。对于强度最大的短周期地震动4614，结构也发生了从轻微到倒塌的不同程度损伤。

本次分析结果是基于单次地震作用分析所得，土耳其地震是发生了多次强烈地震动，其结构的响应与单次地震动有较大的差别，且更为复杂，有待进一步分析[参考清华陆新征老师的分析]。

上述工作由博士生郭瑞捷、宋笑彦，硕士生张豪友、何坫锦共同完成。感谢学校档案馆为课题组提供了校园建筑设计图纸。  

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