中国的建筑能抵御得住像土耳其这种规模的地震吗?

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2月6日土耳其7.8级地震发生后,引起了广泛的关注,大量建筑倒塌的图片和视频资料给了人们巨大的震撼,作为专业研究人员,自然会好奇:

为什么这次地震的破坏如此严重?

中国的建筑是否具备抵御这个规模地震的能力?

随着采集和传感仪器的飞速进步,在地震后我们已经可以获得大量的震中附近强震记录,从而为定量分析不同地震的破坏力,揭示地震破坏机理提供了至关重要的资料。

2月6日拿到两次7.8级地震动已经是半夜了,直接启动RED-ACT程序分析了一下拿到的地震动,然后居然就看到了此前极少看到的恐怖结果(表1)。

表1 第一次7.8级地震典型建筑和桥梁分析结果


在3138台站地震动输入下,居然所有的分析案例都是”毁坏“,于是赶紧把这几个地震动的反应谱绘制出来,如图1所示。


图1 第一次7.8级地震典型台站反应谱

从图1中可以看出,这次土耳其地震,提供了从短周期(4614台站)、中周期(3138台站)到长周期(3123台站)的全频段覆盖。特别值得一提的是,图1中的红线是中国规范9度罕遇的设计反应谱。熟悉地震工程的读者都知道,9度罕遇是中国抗震设计的最高标准,只有极个别地区或工程达到这样的标准,而这次土耳其地震实际发生的地震动强度远远超过了这个最高标准,可见地震动破坏力之强大。

一、土耳其建筑和城区震损分析

那土耳其的建筑能扛得住这么大的地震动么?正好我们课题组此前和土耳其方面合作开展过土耳其伊斯坦布尔城区的区域震害研究,详见:

新论文 | 传感器质量和密度对震后快速评估影响的成本效益分析(A cost-benefit analysis of sensor quality and spatial density for rapid regional post-event seismic damage assessment: Application to Istanbul, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2022)

新论文 | 强震台网密度对震害评估的影响 (Influence of sensor density on seismic damage assessment: a case study for Istanbul, Bulletin of the Seismological Society of America, 2022)

有相应的土耳其单体和区域建筑模型(图2)。我们就把实测的地震动输入土耳其的典型单体和城区建筑,看看破坏情况。


图2 土耳其伊斯坦布尔的单体建筑和区域建筑模型

首先看看单体建筑的破坏情况,我们分析了3个土耳其多/高层钢筋混凝土框架的模型(分别为2层、5层、13层)在3123台站记录下的响应,结果不出预料,3个框架都非常干脆的垮了(图3)。所以,土耳其的建筑看来是很难抵御本次地震震中附近的强烈地面运动的。




图3 土耳其多/高层框架在3123台站记录下的响应

进一步,我们采用城市抗震弹塑性分析方法,来研究不同台站地震记录对区域建筑的震害作用。由于我们没有震中附近地区的建筑数据,所以我们暂时用图2中伊斯坦布尔的区域建筑数据来代替。

我们将第一次7.8级地震的地震动数据输入区域模型,由城市抗震弹塑性分析方法得到的震中附近建筑震害如图4、图5所示。图中,红色圆点为第一次7.8级地震的震中,蓝色圆点为第二次7.8级地震的震中。


图4 第一次7.8级地震记录下区域建筑震害分布


图5 局部放大后第一次7.8级地震记录下区域建筑震害分布

从图4、5可见,在地图南侧的震害是非常严重的,大部分建筑都进入了倒塌或者严重破坏的状态(红色或橙色)。

这里肯定有读者会问:图4只是一次7.8级地震引起的破坏,北侧蓝点(第二次7.8级地震震中)附近在第二次7.8级地震后肯定会遭到很严重的破坏啊!

确实,第二次7.8级地震发生后,建筑震害肯定会进一步的变化。但是这种破坏肯定和直接遭受一次7.8级地震作用的结果不一样。因为第一次地震已经引起了破坏,第二次地震再来,建筑的破坏会进一步发展,而两次地震叠加会使得问题更加复杂

那两次地震叠加后的区域建筑震害该怎么分析呢?不急,我们有专门研究,请听下回分解。今天我们只讨论第一次7.8级地震的影响。

二、中国建筑震损分析

那中国的建筑有可能顶住这次地震的地面运动么?正好课题组此前积累了不少建筑分析模型,于是我们就把这次土耳其地震的地震动输入进去分析了一下。

(1) 钢筋混凝土框架结构

华东院、北京院曾经设计了一个7层钢筋混凝土框架,设计条件为8度设防,三类场地,用于中美抗震规范设计结果对比(图6)。我们课题组张弛同学建立了其非线性有限元模型,结构一阶周期约为1.3-1.4s。


图6 中国规范8度7层钢筋混凝土框架

我们将3123台站地震动记录输入该框架,得到结构的倒塌过程如图7所示。


图7 中国规范8度7层钢筋混凝土框架在3123台站地震动记录输入下的倒塌过程

(2) 钢框架-支撑结构

中国建筑科学研究院设计了一栋高度166m、37层的钢框架-支撑结构,首层层高12.9m,其余层4.2m,平面尺寸50.2mx48.6m,核心筒尺寸21.8mx20m。按8度、三类场地设计,用于中美抗震规范设计结果对比(图8)。我们课题组张弛同学建立了其非线性有限元模型,结构一阶周期约为5.9s。

图8 中国规范8度37层钢框架-支撑结构

我们将3123台站地震动记录输入该框架,得到结构的动力响应过程如图9所示。


图9 中国规范8度37层钢框架-支撑结构在3123台站地震动记录输入下的倒塌过程

该钢框架-支撑结构在地震下剧烈振动,中部支撑(普通矩形钢管支撑,非BRB)发生受压屈曲和破坏,最后整体结构失稳破坏(图10)。


图10 中国规范8度37层钢框架-支撑结构在3123台站地震动记录输入下的破坏情况

(3) 钢框架结构

电子院和中建西南院共同设计了一个钢框架结构,为一座6层的办公楼(附加1层出屋面屋顶),首层与屋顶层高5.0 m,其余层层高3.6 m。设防烈度为8度,场地类别为II类,用于中美抗震规范设计结果对比(图11)。我们课题组张弛同学(张弛同学的优秀硕士论文当之无愧!)建立了其非线性有限元模型,结构一阶周期约为2.2s。


图11 中国规范8度6层钢框架结构

我们将3123台站地震动记录输入该框架,得到结构的损伤状况和层间位移角包络如图12所示,层间位移角也已经远超中国抗震设计规范的限值(中国规范限值2%,计算结果为6.7%)。


图12 中国规范8度6层钢框架结构损伤状况和层间位移角包络

三、小结

本次土耳其地震,第一次7.8级地震引起的地震动就具有恐怖的破坏力,其震中附近地面运动强度远超中国规范最高设防水平的要求。即便是按照中国规范8度设防设计的结构,在本次地震下也很可能会发生倒塌或发生远超规范限值的严重变形。

自2008年汶川地震后,超设防水准地震抗倒塌的研究热度逐年降低。而近几次国外强震都再次提醒我们,现阶段人类对地震的认识还非常有限,发生远超设防罕遇地震水平的极端地震作用的风险客观存在。在此我们特向周建龙大师等专家表示诚挚的谢意,感谢他们在编制中国勘察设计协会标准《建筑结构抗震性能化设计标准T/CECA 20024-2022》中,支持我们撰写了“结构防地震倒塌性能设计”一章,为抗地震倒塌设计提供了参考依据。但现阶段抗地震倒塌的研究和工程实践还远不能满足需求,还需要学术界、工程界继续关注和推动。

BananaeEggs 发表评论于
住落後的房屋,地震起來最安全。例如,僅一層的平房,牆用竹子和泥巴糊成,屋頂用壓縮板加防水薄膜。
zheteng 发表评论于
我们的设计通常都是合规范的,因为画一根15M的钢筋和一根6M的钢筋,时间,成本,是一样的。施工的时候就不一样了…………
徐州雪花大如习 发表评论于
最好的方法就是不要住在地震带上。如果住在地震带上,要住矮的房子,最好是木结构的。
生肖迷宫 发表评论于
那些私自恶意统计地震死亡人数的敌对分子不是已经都抓起来了吗
咲媱 发表评论于
中国的建筑,应该有下面几个抗镇的弱点。
到不是在建筑的设计方面。而是在建设和实施的方面。

比如我在浙江乡下的亲戚,家里建房,没有谁会去找设计师搞抗震设计的,都是用自己建设的。
这是一类。

对于商品房,设计是用软件做的,但是建设是民工做的。就像楼下说的,用少钢筋是一方面,还有看错图纸,钢筋放错地方的。还有建设的时候,用垃圾填充柱子墙壁的,还有为了加快进程,拿火烤干水泥,结果水泥变成是渣渣的。

再就是假材料,比如用回收的垃圾钢筋,甚至用竹子冒充钢筋的。还有用海水,污水来造水泥的,

还有就是非法改造加层的,在大楼上加几层,装修破坏建筑内部结构的。很多都没有人管,或者有人管但是交点钱找点关系就行了。
加拿大小毛驴 发表评论于
中国不缺各种法律法规,但就是执法不严、有法不依,汝能奈我何?
15毫米的钢筋,我就用12毫米的,细一圈无伤大雅。
战机、军舰都能偷工减料,民用建筑又有何妨?
roliepolieolie 发表评论于
中国人喜欢偷工减料,搞坑蒙拐骗。而地震是无情的,将撕破中国劣质建筑。
不好吃懒做 发表评论于
短周期(4614台站)、中周期(3138台站)到长周期(3123台站)的全频段 ??? What are they?
中航科工六院 发表评论于


英国在北京建模测试了故宫,承受了里氏9.5

true? 发表评论于
每个地方的地震设计烈度不同。一个设计烈度十度的地方没有必要造抗十二度地震的建筑。
一个地震在不同的地方产生的地震烈度是不一样的。建筑设计看烈度不看震级。
InNorthTexas 发表评论于
有捅鸡局在,
什么规模的地震都抵御得住。
jinzhengping 发表评论于
等着看重庆
LAOK 发表评论于
普世国I的建筑都没问题,12级也没事儿!因为都是按民主自由人权建造的!不信下次加州大地震见。保证(⊙o⊙)啥?损失都没有。
菲斯普的里尔克 发表评论于
去年刚地震过一次,中科院成都山地所的一个楼三楼直接变二楼,死了一个博士生,中科院不让人讨论。细节各位可以去网上查。
US_Lion 发表评论于
西亚病夫和东亚病夫的建筑都差不多,东亚病夫的略好一点,因为有当年日本援助的技术在里面。
行者陌言 发表评论于
历史上 土耳其境内发生过多次强烈地震, 摧毁了多座历史名城、 那里的建筑标准比较高.
zhanglao9 发表评论于
能不能抵御其实不好说,地点,深度,强度,时间都很重要。但是共军的救援能力,是人类第一,习主席一声令下,马上就能把人救出来。
Lisland_2013 发表评论于
日本的建筑能防几度?
3sporter 发表评论于
还有一点:地震波来袭时先是纵波,再是横波,在烈度9.5情况下,什么节点也扛不住。让我很惊讶的是,居然有不少框架高层并沒有倒
咲媱 发表评论于
他用的模型,和真正的房子,是两回事。
模型是理性状态。
而房屋的建造,会有错漏,偷工减料的事情发生。

用理想中的模型,来判断现实中的房屋?骗谁啊?
beijingconnection 发表评论于
中国各地的建筑防震标准不一,在高发区的建筑可能会结实一些。但改革后有许多新的建筑公司,那时得管理也不行,其施工质量难以得到保障。特别是八九十年代的房子,还有农村自建的房屋。还是希望没有地震吧。
泰傻 发表评论于
各级政府办公大楼啥的,应该能扛的住,普通城市民众住宅楼啥的,难说。
必须要有 发表评论于
应该问:中国的建筑能抵抗氢弹攻击吗?这样的标题更能吸睛