Analysis of Structural Characteristics and Seismic Performance of Rural Residential Buildings in Gonghe County, Qinghai Province
-
摘要: 青海省共和地区位于柴达木—阿尔金地震带内，具备发生中强地震的构造背景，近年来该地区地震活动频繁，农村地区受经济和技术等条件的限制，造成了巨大的人员伤亡和经济损失。为深入了解共和地区农村民居结构特征与抗震性能现状，开展实地调查，基于历史震害资料，总结区域内典型农村民居震害特点，并进行震害预测，得到不同地震烈度下农村民居不同的破坏结果。结果表明：青海省共和地区农村民居中的砖混结构和砖木结构房屋数量约占48%、47%，其中约68%砖混结构房屋未设置构造柱和圈梁等抗震设防措施；该地区主要农村民居基本达到Ⅶ度抗震设防要求，仅部分建造年代久的土木结构房屋破坏严重；地震烈度为Ⅷ度时，大部分房屋以中等破坏和严重破坏为主；地震烈度为Ⅸ、Ⅹ度时，农村民居将发生大范围严重破坏，甚至毁坏。Abstract: The Gonghe County of Qinghai Province is located in the Qaidam-Altun seismic zone, and has the tectonic background of moderate to strong earthquakes. In recent years, there have been frequent earthquake activities in Qinghai, and rural areas are restricted by economic and technological conditions, causing huge casualties and economic losses. In order to investigate the structural characteristics and seismic performance of rural residential buildings in Gonghe region, a field survey of rural houses of Qinghai Province was conducted. In addition, based on historical seismic damage data, the seismic damage characteristics of typical rural residential buildings in Qinghai Province are summarized. Finally, the seismic damage prediction analysis of buildings in the rural region that our team investigated by using the theory of seismic damage prediction was conducted, and the different damage results of the rural buildings in the different earthquake intensity ranges in Gonghe region were obtained. The results show that: The number of brick masonry buildings and brick-wood structural buildings of rural residential buildings in Gonghe region of Qinghai accounts for 48% and 47% of the total number of houses. Nearly 70% of the brick masonry buildings are not provided with seismic fortification measures such as structural columns and ring beams. The prediction results show that the main rural residential buildings basically meets the requirements of 7-degree seismic intensity protection, and only part of the soil-wood structural building built in disrepair will have severe damage; For 8-degree areas, most buildings will have medium-severe damage; For 9-or 10-degree areas, there will be extensive severe damage or even be destroyed of rural residential buildings in Gonghe County. The above research results can provide a basis for the earthquake prevention and disaster reduction work of rural residential buildings in Qinghai.
-
引言
地震是一种极具破坏性的灾难，全世界地震多发的国家都因地震造成不可弥补的损失，人民生命与财产安全受到严重威胁。对建筑结构采取抗震设防措施是减轻地震灾害损失的根本手段，而地震区划是工程抗震设防的基础和前提条件。现阶段超过设防水平的大地震的发生不能忽视，如唐山地震（1978年）、汶川地震（2008年）等多次地震中，地震实际烈度往往超出抗震设计规范的设防烈度（陈肇元，2008），造成大面积楼房倒塌，数百万人流离失所。因此，灾前对既有建筑结构开展震害评估，并采取相应防灾措施尤为重要。传统的地震预测分析方法通常指对结构在特定地震作用下发生不同破坏状态的可能性进行分析，由于未充分考虑地震活动的不确定性，不能较好地反映建筑结构潜在的地震风险水平。Preciado等（2015）进行建筑结构震害风险评估时联合结构易损性和场地危险性，并以二者卷积为表征，表示结构在未来某一段时间内超过或发生某种地震破坏状态的概率，从而明确度量建筑结构未来可能发生的风险水平，为做好灾前预防、地震应急准备和灾后救援工作提供科学的决策依据，也是贯彻“从减少灾害损失向减轻灾害风险转变”（罗华春，2017）思想的体现。
在长期的实践探索中，国内外学者在结构震害风险研究方面取得了一系列有价值的成果。Melani等（2016）采用IDA方法对某低层钢筋混凝土框架结构开展易损性分析，并基于框架结构概率风险四次积分公式，对其进行地震风险分析和年损失估计。Berto等（2012）基于强震环境对钢筋混凝土构件的影响研究，提出概率风险管理方法，计算与建筑结构长期性能相关的地震风险。谷音等（2012）针对某典型矮塔斜拉桥，采用LHS-MC方法对其地震风险概率进行评估。尹超等（2016）以实际路堤结构为例，采用蒙特卡罗抽样方法评价有无挡土墙路堤的震害风险，提出基于风险可接受度的路堤抗震设计与管理方法。然而，城市中存在的大量钢筋混凝土框架结构震害风险尚未可知，对不同抗震设防烈度区框架风险等级的划分仍处于研究阶段。
基于上述认识，综合考虑我国地域辽阔且国土范围内地震危险性差异大的实际情况（马玉宏等，2002）和目前国内最主要的钢筋混凝土建筑结构形式，本文以钢筋混凝土框架结构为例，按照不同设防烈度要求设计3个结构模型，采用IDA方法对模型进行地震易损性分析和不同地震作用的可能性分析，评估结构震害风险，为抗震防灾对策的制定提供参考。
1. 结构易损性分析
根据地震影响区域、地震损伤数据采集方法和计算方法的不同，地震易损性评价的方法主要有经验方法和理论方法（Wu等，2012）。理论方法内容主要包括确定损伤判别条件、确定结构模型、选择和输入地震动、IDA分析、绘制易损性曲线等，主要通过计算数值反映结构各损伤状态与地震动强度之间的概率关系（孙柏涛等，2018）。IDA方法是目前性能化地震工程（Performance-Based Earthquake Engineering，PBEE）中评价结构地震反应、预测结构震害最常用的方法之一。该方法可对结构进行从弹性状态到弹塑性状态直至倒塌的全过程分析，能较好地反映结构在未来不同地震作用下的抗震能力变化规律（侯炜，2013）。因此，本文采用IDA方法进行结构地震易损性分析。
1.1 IDA指标选取
IDA分析结果由地震动强度指标IM（Intensity Measures）与结构性能参数指标DM（Damage Measures）之间的关系表示，目前国内外常用的地震动强度指标主要包括第一模态谱加速度Sa（T1，5%）和地震加速度峰值PGA（g），为了与地震危险性关联，本文选取PGA作为地震动强度指标。最大层间位移角${\theta _{\max }}$通过体现层间变形的综合结果在整体层面反映结构抗震性能（蒋欢军等，2009），因此，本文选取${\theta _{\max }}$作为结构性能参数指标。
1.2 结构破坏等级判别
建筑结构地震破坏等级随着破坏程度的加深分为基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌。框架结构最大层间位移角${\theta _{\max }}$与地震破坏等级之间的对应关系如表 1所示（马东辉等，2007）。
表 1 最大层间位移角与地震破坏等级的关系Table 1. The relationship between the maximum inter-story drift ratios and damage degrees破坏等级 基本完好 轻微破坏 中等破坏 严重破坏 倒塌 ${\theta _{\max }}$ ${\theta _{\max }}$＜1/400 1/400≤${\theta _{\max }}$＜1/250 1/250≤${\theta _{\max }}$＜1/125 1/125≤${\theta _{\max }}$＜1/50 ${\theta _{\max }}$≥1/50 1.3 结构模型信息
本文以住宅中常用的内廊式结构为例进行研究，考虑所建模型应能从一定程度上反映按照不同设防标准设计和建造的一般框架结构抗震性能，采用较规则的平面布置，如图 1所示。按照相关规范（中华人民共和国住房和城乡建设部等，2010；中华人民共和国住房和城乡建设部，2012）要求，采用PKPM软件建立3个抗震设防烈度分别为6度（0.05g）、7度（0.1g）、8度（0.2g）的3跨10层框架结构模型。场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第二组，场地特征周期为0.40s。结构首层层高4.5m，其他层层高3.6m，建筑高度和抗震等级如表 2所示。恒荷载标准值取4.6kN/m2，活荷载标准值不上人屋面取0.5kN/m2、楼面取2.5kN/m2。
表 2 结构抗震等级Table 2. Seismic grade of structures项目 模型1 模型2 模型3 设防烈度 6度（0.05g） 7度（0.1g） 8度（0.2g） 建筑高度/m 36.9 36.9 36.9 抗震等级 三级 二级 一级 1.4 地震动选取和输入
不同地震动输入得到的地震作用效应值差异较大，有时可达数十倍（王亚勇等，1991）。如果建筑物所在场地具有实际强震记录，则为最优选择，但大部分情况下并不具备满足条件的强震记录。与美国地质勘测中心（United States Geological Survey，USGS）划分的S2场地基本相似，为使选用的地震动频谱特性尽可能与建筑物所在场地保持一致，从S2场地中选取30条具有代表性的强震记录（FEMA建议20条以上），将PGA调幅后作为地震动输入，如表 3所示。
表 3 地震动基本信息Table 3. Basic information of ground motion编号 名称 时间/年 台站 PGA/g 1 Livermore-02 1980 San Ramon-Eastman Kodak 0.191 2 Westmorland 1981 Parachute Test Site 0.219 3 Imperial Valley-06 1979 Delta 0.284 4 Northridge-06 1994 LA-Century City CC North 0.123 5 Whittier Narrows-01 1987 Downey-Co Maint Bldg 0.177 6 Whittier Narrows-01 1987 Brea Dam（Downstream） 0.231 7 Whittier Narrows-02 1987 LA-116th St School 0.157 8 Imperial Valley-02 1940 El Centro Array #9 0.342 9 Imperial Valley-06 1979 El Centro Array #7 0.42 10 Northridge-01 1994 LA-Century City CC North 0.223 11 Northridge-01 1994 LA-Obregon Park 0.467 12 Sierra Madre 1991 LA-Obregon Park 0.224 13 Superstition Hills-02 1987 Parachute Test Site 0.451 14 Loma Prieta 1989 Capitola 0.480 15 Victoria，Mexico 1980 LA-Obregon Par 0.118 16 Morgan Hill 1984 Capitola 0.117 17 San Fernando 1971 Carbon Canyon Dam 0.070 18 San Fernando 1971 Gormon-Oso Pump Plant 0.087 19 Imperial Valley-07 1979 Bonds Corner 0.092 20 Imperial Valley-07 1979 El Centro Array #7 0.161 21 Livermore-01 1980 San Ramon-Eastman Kodak 0.106 22 Victoria，Mexico 1980 Chihuahua 0.118 23 Whittier Narrows-02 1987 Inglewood-Union Oil 0.133 24 Landers 1992 Downey-Co Maint Bldg 0.046 25 Landers 1992 Inglewood-Union Oil 0.040 26 Northridge-06 1994 LA-Baldwin Hills 0.052 27 Hector Mine 1999 Downey-Co Maint Bldg 0.031 28 Hector Mine 1999 LA-116th St School 0.022 29 CA/Baja Border Area 2002 Calexico Fire Station 0.094 30 CA/Baja Border Area 2002 El Centro Array #7 0.078 1.5 易损性分析
统计和实际工程中认为结构能力参数C服从对数正态分布，假定结构反应参数D也服从对数正态分布（李玉，2015）：
$$C = \ln (\mathop C\limits^ \wedge, {\beta _{\rm{c}}})$$ (1) $$D = \ln (\mathop D\limits^ \wedge, {\beta _{\rm{d}}})$$ (2) 式中，$\mathop C\limits^ \wedge $、$\mathop D\limits^ \wedge $分别表示结构能力和结构反应均值；${\beta _{\rm{c}}}$、${\beta _{\rm{d}}}$分别表示结构能力和结构反应对数标准差。
结构进行IDA分析后，可得最大层间位移角${\theta _{\max }}$（结构反应D）和$PGA$的对应关系（何益斌等，2016）为：
$$D = aPG{A^b}$$ (3) 上式两边分别取对数可得：
$$\ln D = \ln a + b\ln PGA = A + B\ln PGA$$ (4) 式中，a、b、A、B为回归系数，可根据结构IDA分析结果拟合得到。
易损性曲线表示不同地震作用下结构反应D超出某一破坏等级所定义的结构能力C的条件概率（贾晗曦等，2019），即结构失效概率${P_{\rm{f}}}$：
$${P_{\rm{f}}} = P(C/D \leqslant 1)$$ (5) 根据式（1）和式（2），已知D和C均服从对数正态分布，则结构失效概率可表示为：
$${P_{\rm{f}}} = \mathit{\Phi} \left[ {\frac{{\ln (\mathop D\limits^ \wedge /\mathop C\limits^ \wedge)}}{{\sqrt {\beta _{\rm{c}}^{\rm{2}} + \beta _{\rm{d}}^2} }}} \right]$$ (6) 式中，$\mathop C\limits^ \wedge $根据表 1中以最大层间位移角表示的结构性能量化指标取值；$\sqrt {\beta _d^{\rm{2}} + \beta _c^{\rm{2}}} $根据规定：当结构易损性曲线以地震峰值加速度$PGA$为自变量时取0.5，本文取0.5；$\mathit{\Phi}( \cdot )$为正态分布函数，其取值可通过查询标准分布表确定。
对30条地震动PGA进行调幅，分别调至0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g、1.2g，得到结构性能参数（θmax）与地震动强度（PGA）之间的关系曲线，即IDA曲线簇，如图 2—4所示。
图 2 6度设防烈度框架结构IDA分析结果Figure 2. IDA analysis results of the 6 intensity frame structure
图 3 7度设防烈度框架结构IDA分析结果Figure 3. IDA analysis results of the 7 intensity frame structure
图 4 8度设防烈度框架结构IDA分析结果Figure 4. IDA analysis results of the 8 intensity frame structure对结构模型进行IDA分析后，将横纵坐标取对数，拟合线性关系，并根据上述计算方法分别得到结构易损性曲线，如图 5—7所示。
由图 5—7可知，结构发生各种破坏状态的累积超越概率曲线均随着PGA的增大呈上升趋势，PGA越大，结构震害越严重；对于同一破坏状态的累积超越概率曲线，8度设防烈度结构上升趋势最缓，同一地震动强度作用下8度设防烈度结构发生严重破坏和倒塌的概率更小，说明8度设防烈度结构较6度和7度设防烈度结构具有更好的抗震能力。
2. 震害风险评价
2.1 地震烈度概率分布
根据高小旺等（1985）对华北、西北、西南地区的45个城镇地震危险性分析结果，一个地区在未来50年内发生的地震烈度服从极值Ⅲ型分布，分布函数为：
$$F(x) = \exp \left[ { - {{\left({\frac{{\omega - x}}{{\omega - \varepsilon }}} \right)}^K}} \right]$$ (7) 对分布函数求导可得概率密度函数$f(x)$，即某一场地未来50年内发生各地震烈度的概率密度：
$$f(x) = \frac{{K{{(\omega - x)}^{K - 1}}}}{{{{(\omega - \varepsilon)}^K}}}\exp \left[ { - {{\left({\frac{{\omega - x}}{{\omega - \varepsilon }}} \right)}^K}} \right]$$ (8) 式中，$x$表示地震烈度，为1—12的离散变量；$\omega $为烈度上限值，根据目前通用的地震烈度划分方法，$\omega $取12；$\varepsilon $为众值烈度，即未来50年内超越概率为63.2%的地震烈度；K为形状参数，取决于一个地区地震背景的复杂性，根据文献（吕大刚，1999），形状参数K的取值如表 4所示。由式（8）绘制不同设防烈度地区地震概率密度曲线，如图 8所示。
表 4 形状参数K的取值Table 4. Values of shape parameter K基本烈度 6度 7度 8度 K 9.7932 8.3339 6.8713 2.2 震害风险计算方法
结构震害风险可定义为：在考虑场地地震危险性的基础上，结构发生各种破坏状态的可能性，在数值上等于场地危险性和地震易损性的卷积。结构在未来50年内发生震害的概率P计算公式如下：
$$P = \sum\limits_{{\rm{all}}\;{x_i}} {P(C \leqslant D|PGA = {x_i})} P(PGA = {x_i})$$ (9) 式中，${x_i}$为未来可能遭遇的$PGA$。由于$PGA$的取值是连续的，因此式（9）可写为：
$$P{\rm{ = }}\int {P(C \leqslant D|PGA = {x_i})} f({x_i}){\rm{d}}x$$ (10) 式中，$f({x_i})$为$PGA$取值概率密度函数，与地震烈度概率密度函数$f(x)$一致。
2.3 基于蒙特卡罗方法的风险评价
蒙特卡罗方法是以概率和统计理论方法为基础的数值计算方法，也称统计模拟方法或随机抽样技术，通过使用随机数（或伪随机数）解决计算问题。本文根据蒙特卡罗思想产生大量符合地震概率密度的随机数，模拟未来场地可能遭遇的地震烈度。考虑积分计算的精确性，将地震烈度作为连续变量，以式（7）为母体，采用蒙特卡罗方法通过MATLAB软件对地震烈度进行n次抽样，并根据公式将地震烈度转化为PGA，则每个PGA在整体中出现的概率为$1/n$，产生的随机样本n越大，结果越接近真实值。本文取n=50000，50000个随机数即表示该地区可能发生的地震烈度值及其分布特征。当对不同设防烈度地区进行计算时，由于其分布特征不同，因而对结构造成的危险性也不同。
将抽样后得到的地震烈度I根据刘恢先等（1981）提出的公式转换为PGA：
$$ PGA = {10^{\left( {I \cdot \lg 2 - 0.01} \right)}} $$ (11) 根据大数定律，式（10）可写为：
$$P = \frac{1}{n}\sum\limits_{i = 1}^{50000} {P(C \leqslant D|PGA = {x_i})} $$ (12) 结构超越各级破坏的风险概率${P_j}$为：
$${P_j} = \sum\limits_{i = 1}^{50000} {\frac{{P(C \leqslant D|PGA = {x_i})}}{{50000}}} $$ (13) 式中，j=1、2、3、4、5，代表每级震害状态，分别对应基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、倒塌。
同理，可知结构发生各级震害的风险${C_j}$为：
$${C_j} = \left\{ \begin{gathered} {P_j} - {P_{j + 1}}\;\;\;\;\;\;\;j \leqslant 4 \\ {P_j}\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;j = 5 \\ \end{gathered} \right.$$ (14) 2.4 震害风险评价
依据上述分析模型，结合本文结构易损性分析结果，计算得到不同设防烈度框架结构50年震害风险结果，如表 5—7所示。
表 5 6度设防烈度框架结构震害风险评价结果（%）Table 5. Seismic risk assessment results of 6 intensity frame structure(%)震害等级 基本完好 轻微破坏 中等破坏 严重破坏 倒塌 超越风险 100 29.04 8.91 1.92 0.14 发生风险 70.96 20.13 6.99 1.78 0.14 表 6 7度设防烈度框架结构震害风险评价结果（%）Table 6. Seismic risk assessment results of 7 intensity frame structure(%)震害等级 基本完好 轻微破坏 中等破坏 严重破坏 倒塌 超越风险 100 42.34 16.09 4.25 0.43 发生风险 57.66 26.25 11.84 3.82 0.43 表 7 8度设防烈度框架震害风险评价结果（%）Table 7. Seismic risk assessment results of 8 intensity frame structure(%)震害等级 基本完好 轻微破坏 中等破坏 严重破坏 倒塌 超越风险 100 55.20 25.64 8.28 1.07 发生风险 44.80 29.56 17.36 7.21 1.07 由表 5—7可知，在3类设防烈度地区结构处于基本完好和轻微破坏状态风险的概率较大，分别为91.09%、83.91%和74.36%，发生严重破坏和倒塌状态风险的概率较低。由6度、7度、8度抗震设防烈度框架结构震害风险对比可知，8度设防烈度框架结构发生严重破坏和倒塌状态风险的概率最大，分别为7.21%、1.07%；7度设防烈度框架结构次之，发生严重破坏和倒塌状态风险的概率分别为3.28%、0.43%；而6度设防烈度框架结构发生严重破坏和倒塌状态风险的概率最低，分别为1.78%、0.14%。综合结构地震易损性结果可以看出，造成结构震害风险的因素除结构抗震能力外，还与其所处抗震设防烈度地区有关。
2.5 震害风险等级划分
为综合考虑结构不同震害等级的发生风险，并实现对不同设防烈度地区结构震害风险的排序，本文采用综合震害风险指数R表征结构震害风险平均程度，其数值范围0—1，结构综合震害风险指数越小，表示结构震害风险水平越低。参考震害指数（尹之潜等，1990）划分方法，建议各震害等级对应的综合震害风险指数范围如表 8所示。
表 8 综合震害风险指数划分Table 8. Composite seismic risk indexes classification震害等级 基本完好 轻微破坏 中等破坏 严重破坏 倒塌 综合震害风险指数范围 0＜R1≤0.2 0.2＜R2≤0.4 0.4＜R3≤0.6 0.6＜R4≤0.8 0.8＜R5≤1 综合震害风险指数中值 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 结构综合震害风险指数计算公式如下：
$$R = \sum\limits_{i{\rm{ = 1}}}^5 {\sum\limits_{j = 1}^5 {{R_i}{C_j}} } $$ (15) 式中，Cj为结构发生各级震害的风险；Ri为各级震害风险指数中值，i=1、2、3、4、5。
结构综合震害风险指数由式（15）计算，既考虑结构各级震害风险的发生概率，又量化结构震害风险。
为了更直观地对建筑结构震害风险水平进行评定和分类，本文根据结构综合震害风险指数将结构震害风险等级划分为4级，由低到高分别为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级，从Ⅰ级到Ⅳ级表示结构震害风险越来越严重，如表 9所示。
表 9 震害风险等级划分Table 9. Seismic risk grades classification综合震害风险指数 0＜R≤0.25 0.25＜R≤0.5 0.5＜R≤0.75 0.75＜R≤1 震害风险等级 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级 结合表 5—7中不同设防烈度框架结构发生各震害等级的风险，按照式（15）进行计算，得到结构综合震害风险指数，进而根据表 9中综合震害风险指数范围判断结构震害风险等级，计算和判断结果如表 10所示。
表 10 结构综合震害风险指数和震害风险等级Table 10. Composite seismic risk indexes and risk grades of buildings结构 6度设防烈度框架结构 7度设防烈度框架结构 8度设防烈度框架结构 综合震害风险指数 0.18 0.22 0.28 震害风险等级 Ⅰ级 Ⅰ级 Ⅱ级 经过计算，6度、7度、8度设防烈度框架结构综合震害风险指数分别为0.18、0.22、0.28，可知8度设防烈度地区框架结构震害风险最高，7度设防烈度地区框架结构震害风险次之，6度设防烈度地区框架结构震害风险最低。根据表 9可知，6度、7度设防烈度框架结构综合震害风险指数为0—0.25，震害风险等级为Ⅰ级；8度设防烈度框架结构震害风险指数为0.25—0.5，震害风险等级为Ⅱ级。
3. 结论
1）进行建筑结构震害风险分析时，综合考虑结构地震易损性和地震危险性，通过对风险水平进行量化与评估，更全面和直观地反映建筑结构未来一段时间存在潜在破坏可能，对制定科学合理的抗震防灾对策更有意义。
2）在抗震能力方面，按照6度、7度、8度设防烈度设计的框架结构随着设防烈度的升高，抗震性能有所提高。但由于不同设防烈度地区地震危险性的差异，导致综合考虑地震危险性后结构震害风险趋势发生变化，如8度设防烈度地区结构震害风险等级为Ⅱ级，而6度和7度设防烈度地区结构震害风险等级为Ⅰ级。因此地震危险性在震害风险中起着不容忽视的作用，在城市抗震防灾规划中应注意高烈度地区建筑结构震害风险的防范。
3）由于建筑结构使用功能不同，使其平立面布置等具有较大差异，必然导致其在结构设计方面存在差异，难以通过单一模型表示。本文仅以3个3跨10层内廊式规则框架结构为例，评估其在不同设防烈度地区的震害风险，存在一定局限性。建筑结构模型的不确定性、地震活动的不确定性、认知不确定性及其他因素对风险的影响有待进一步研究。
-
图 1 不同年收入村落房屋结构类型占比
Figure 1. Proportion of building structure of villages with different annual income
图 4 砖（土）木结构房屋震害预测计算流程
Figure 4. Flow chart of earthquake damage prediction calculation for brick-timber structure and civil-timber structure house
表 1 农村民居房屋结构类型现状
Table 1. Types and proportion of rural buildings in different villages in Gonghe region of Qinghai province
村镇 户籍人口/人 年收入/万元 房屋数/栋 砖混结构占比/% 砖木结构占比/% 土木结构占比/% 龙羊新村 700 2～3 230 80 15 5 西台村 1 376 4～5 360 60 35 5 东巴村 1 000 1～2 300 1 94 5 西香卡村 1 200 4～5 200 50 45 5 次汗素村 714 2～3 217 40 30 30 阿乙亥村 1 041 3～4 286 70 30 0 沙有村 398 1～2 104 15 85 0 上合乐寺村 908 1～2 273 8 90 2 克才村 713 1～2 213 30 60 10 次汉土亥村 1 400 2～3 340 90 5 5 下塔迈村 1 021 4～6 247 90 5 5 上塔迈村 1 610 3～4 428 60 40 0 尕当村 1 104 2～3 237 10 90 0 
下载: 导出CSV
表 2 1990年以来青海省中强地震统计结果
Table 2. Statistics of middle-strong earthquakes of Qinghai since 1990
发震时间/
年-月-日发震地点 震级 极震区烈度 主要房屋震害情况 地震损失/
万元1990-04-26 塘格木 7.0 Ⅸ 砖柱土坯结构平房大量倒塌，砖混结构房屋屋顶局部塌落，墙身多数开裂，极震区土坯房几乎全部倒塌 7 792.46 1997-10-13 玛多县 4.2 Ⅵ 地基下陷，墙体发生倾斜和裂缝，少数房屋出现倒塌 194.54 1997-12-06 玛多县 4.4 Ⅵ 1999-09-27 河南蒙古族自治县 5.1 Ⅵ 房屋出现裂缝，墙体严重倾斜并与木架屋体分离，室内墙体有
贯穿的水平走向横断裂缝114.14 1999-11-26 玛沁县 5.0 Ⅵ 多数房屋墙体开裂、墙砖松动，极个别房屋出现附属房倒塌 1 233 2000-04-15 玉树州杂多 5.3 Ⅶ 大多数房屋墙体出现细小裂缝，木屋顶有梭瓦现象 324.1 2000-09-12 兴海县 6.6 Ⅷ 土坯房遭受严重破坏，其余建筑以墙体开裂、木架屋顶梭瓦为主 541.93 2003-04-17 德令哈 6.6 Ⅷ 大量墙体出现弯曲水平裂缝与剪切斜裂缝，墙体与砖柱脱离；屋架下弦檐口处墙体出现竖向裂缝 7 324.34 2004-05-11 德令哈 5.9 Ⅶ 旧房墙体出现严重开裂，部分房屋倒塌 5 911.8 2006-07-18 玉树州日玛村 5.0 Ⅶ 房屋承重墙与房梁、墙角及门窗连接处墙体开裂严重，部分墙体倒塌，出现墙倒房倒、柱倒房塌的震害现象 4 253.89 2006-07-19 玉树州日玛村 5.6、5.4 Ⅶ 2008-11-10 海西州大柴旦 6.3 Ⅶ 大量土木结构房屋出现墙体开裂，局部倒塌现象 26 611.32 2009-08-28 海西 6.4 Ⅶ 极震区房屋破损严重，墙面出现斜裂缝、水平裂缝，木屋架塌落 23 368.05 2010-04-14 玉树 7.1 Ⅸ 30多万间民居出现不同程度损伤，20多万间民居倒塌 7 551 000 2011-06-26 囊谦县 5.2 Ⅵ 老旧房屋毁坏情况严重，多数房屋出现墙体倒塌 6 502.81 2016-01-21 门源县 6.4 Ⅷ 墙体开裂，有竖向裂缝、横向裂缝和斜向裂缝，围墙倒塌 122 251.09 2016-10-17 玉树州杂多县 6.2 Ⅶ 大多数房屋墙体出现贯穿裂缝，少数房屋开裂 28 466 2018-05-06 玉树州称多县 5.3 Ⅵ 房屋主体结构局部开裂，多数墙体出现长裂缝，木屋顶梭瓦现象明显 11 754.5
下载: 导出CSV
表 3 土木结构、砖木结构房屋震害矩阵（%）
Table 3. Earthquake damage matrix of civil and brick-wood structures (Unit:%)
地震烈度 结构类型 破坏等级 基本完好 轻微破坏 中等破坏 严重破坏 毁坏 Ⅵ 砖木结构 67.5 22.0 8.9 1.4 0.2 土木结构 48.8 30.0 17.1 3.5 0.6 Ⅶ 砖木结构 32.1 32.9 25.1 8.1 1.8 土木结构 10.2 33.6 31.5 19.5 5.2 Ⅷ 砖木结构 8.8 21.7 30.2 29.5 9.8 土木结构 3.3 6.0 25.0 36.7 29.0 Ⅸ 砖木结构 0.7 7.3 19.6 40.1 32.3 土木结构 1.3 3.4 14.3 23.5 57.5 Ⅹ 砖木结构 0.4 1.4 9.7 26.3 62.2 土木结构 0.0 0.4 1.0 8.3 90.3
下载: 导出CSV
表 4 修正系数取值
Table 4. Correction factor value
修正因素 修正系数Ci 满足规范要求 不满足规范要求 横墙最大间距 0 0.10 楼、屋盖刚性 0 0.15 平、立面规整性 0 0.10～0.20 结构施工质量 0 0.20 符合《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2001） −0.35 0 符合《建筑抗震设计规范》（GBJ 11—89）要求，但不符合《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2001）要求 −0.20 0
下载: 导出CSV
表 5 建筑物震害等级与其相应的震害指数
Table 5. Earthquake damage grade of building and corresponding earthquake damage index
震害等级 项目 基本完好 轻微破坏 中等破坏 严重破坏 毁坏 震害指数 0 0.2 0.4 0.7 1.0 指数范围 D≤0.1 0.1<D≤0.3 0.3<D≤0.55 0.55<D≤0.85 D>0.85
下载: 导出CSV
表 6 农村民居基本参数
Table 6. Parameters of rural residential buildings
基本参数 砖混结构（设防） 砖混结构（未设防） 砖木结构 土木结构 结构1 结构2 结构3 结构4 结构5 结构6 建筑年份 2014 2004 2000 2000 1990 1990 房屋层数 2 1 2 1 1 1 建筑层高/m 3～4 3～4 3～4 3～4 2～3 2～3 墙体砌筑 实心 实心 实心 实心 实心 土坯 外墙厚度/cm 24 24 24 24 24 38 内墙厚度/cm 24 24 24 24 18 12 墙体抗剪强度/MPa 0.11 0.08 0.06 0.06 0.06 无 楼面（屋顶）材料 钢筋混凝土 钢筋混凝土 预制楼板 预制楼板 轻质瓦屋顶 轻质瓦屋顶 配筋间距/cm 15 15 — — — — 柱尺寸/cm 35×35 35×35 — — — — 门洞尺寸/m 2.5×3.5 2.5×3.0 2.5×3.0 2.5×3.0 1.5×2.1 1.2×2.1 窗口尺寸/m 2.1×2.5 1.8×2.1 1.5×1.8 1.5×1.8 1.2×1.5 0.8×1.2 基础 地梁 砖砌 毛石 毛石 毛石 毛石 圈梁 钢筋混凝土 钢筋混凝土 无 无 无 无 单层面积/m2 185 142 128 92 92 80
下载: 导出CSV
表 7 砖混结构房屋震害预测结果
Table 7. Earthquake damage prediction results of rural masonry buildings
建筑物类型 项目 地震烈度 Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ 结构1 震害指数 ＜0.100 0 0.278 6 0.431 5 0.538 9 0.632 5 震害等级 基本完好 轻微破坏 中等破坏 中等破坏 严重破坏 结构2 震害指数 ＜0.100 0 ＜0.100 0 0.225 0 0.466 0 0.589 4 震害等级 基本完好 基本完好 轻微破坏 中等破坏 严重破坏 结构3 震害指数 0.182 5 0.513 4 0.612 7 0.702 4 0.781 6 震害等级 轻微破坏 中等破坏 严重破坏 严重破坏 严重破坏 结构4 震害指数 0.231 4 0.507 4 0.671 2 0.763 2 0.897 5 震害等级 轻微破坏 中等破坏 严重破坏 严重破坏 毁坏
下载: 导出CSV
表 8 砖木结构房屋震害预测结果
Table 8. Earthquake damage prediction results of rural brick structural buildings
建筑物类型 项目 地震烈度 Ⅶ Ⅷ Ⅸ 结构5 震害指数 0.4 0.6 0.8 震害等级 中等破坏 严重破坏 倒塌
下载: 导出CSV
表 9 土木结构房屋震害预测结果
Table 9. Earthquake damage prediction results of rural civil structural buildings
建筑物类型 项目 地震烈度 Ⅶ Ⅷ Ⅸ 结构6 震害指数 0.6 0.8 0.9 震害等级 严重破坏 倒塌 倒塌
下载: 导出CSV
-
[1] 白国良, 薛冯, 徐亚洲, 2011. 青海玉树地震村镇建筑震害分析及减灾措施. 西安建筑科技大学学报(自然科学版), 43(3): 309—315.Bai G. L., Xue F., Xu Y. Z., 2011. Seismic damage analysis and reduction measures of buildings in village and town in the Yushu Earthquake. Journal of Xi'an University of Architecture & Technology (Natural Science Edition), 43(3): 309—315. (in Chinese) [2] 崔文河, 2015. 青海多民族地区乡土民居更新适宜性设计模式研究. 西安: 西安建筑科技大学.Cui W. H., 2015. Appropriate design pattern of the vernacular dwellings renewal of multi-ethnic areas in Qinghai. Xi'an: Xi'an University of Architecture and Technology. (in Chinese) [3] 杜晓霞, 2016. 村镇砖砌体房屋平面外抗震能力研究. 北京: 北京工业大学.Du X. X., 2016. Research on out-of-plane seismic capacity of brick masonry buildings in rural areas. Beijing: Beijing University of Technology. (in Chinese) [4] 郭宁, 2012. 南北地震带具有区域特殊性的典型房屋建筑抗震性能分析. 哈尔滨: 中国地震局工程力学研究所.Guo N., 2012. The seismic capability anlaysis of typical building with regional and characteristics in North-South seismic belt. Harbin: Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration. (in Chinese) [5] 郭小东, 王志涛, 段春辉, 2011. 村镇木构建筑震害预测方法. 建筑科学, 27(S2): 64—67.Guo X. D., Wang Z. T., Duan C. H., 2011. Earthquake damage assessment method for rural timber buildings. Building Science, 27(S2): 64—67. (in Chinese) [6] 刘志刚, 张守谊, 宋西战等, 1990. 青海省共和-兴海地震震害调查报告. 工程抗震, (3): 45—49. [7] 朴永军, 2013. 云南省青海省房屋地震易损性研究. 哈尔滨: 中国地震局工程力学研究所.Piao Y. J., 2013. Study on housing seismic vulnerability of Yunnan and Qinghai province. Harbin: Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration. (in Chinese) [8] 秦松涛, 李智敏, 谭明等, 2010. 青海玉树7.1级地震震害特点分析及启示. 灾害学, 25(3): 65—70. doi: 10.3969/j.issn.1000-811X.2010.03.014Qin S. T., Li Z. M., Tan M., et al., 2010. Analysis of damage characteristics of the M 7.1 Yushu earthquake of Qinghai and the enlightenments. Journal of Catastrophology, 25(3): 65—70. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-811X.2010.03.014 [9] 邱舒睿, 高惠瑛, 2015. 青海省农居地震灾害易损性研究. 震灾防御技术, 10(4): 969—978. doi: 10.11899/zzfy20150415Qiu S. R., Gao H. Y., 2015. The research of rural dwelling's seismic vulnerability in Qinghai. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 10(4): 969—978. (in Chinese) doi: 10.11899/zzfy20150415 [10] 邵峰, 2017. 江西地震重点监视防御区内村镇房屋抗震能力调查与分析. 南昌: 南昌大学.Shao F., 2017. Investigation and analysis of rural houses in Jiangxi earthquake monitoring area. Nanchang: Nanchang University. (in Chinese) [11] 苏延芬, 王铭勇, 2013. 青海农村民居抗震性能调查与分析. 建筑科学, 29(9): 13—16. doi: 10.3969/j.issn.1002-8528.2013.09.003Su Y. F, Wang M. Y, 2013. Investigation and analysis on seismic performance of rural houses in Qinghai. Building Science, 29(9): 13—16. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1002-8528.2013.09.003 [12] 唐月, 李玉荣, 蔡康锋, 2012. 关于砖混结构震害预测方法的探讨. 混凝土与水泥制品, (2): 57—60. doi: 10.3969/j.issn.1000-4637.2012.02.015Tang Y., Li Y. R., Cai K. F., 2012. Discussion on methods for seismic damage prediction in brick-and-concrete composite construction. China Concrete and Cement Products, (2): 57—60. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-4637.2012.02.015 [13] 王强, 2009. 砖木结构房屋抗震性能评价方法研究. 兰州: 中国地震局兰州地震研究所.Wang Q., 2009. The methodological analysis on the assessment of the anti-seismic performance of the brick-wood building. Lanzhou: China Earthquake Administration Lanzhou Institute of Seismology. (in Chinese) [14] 王强, 王兰民, 袁中夏等, 2011. 基于模糊数学的农村砖木民房震害预测研究. 西北地震学报, 33(3): 279—283.Wang Q., Wang L. M., Yuan Z. X., et al., 2011. Study on earthquake damage prediction of the rural brick-wood building based on fuzzy mathematics. Northwestern Seismological Journal, 33(3): 279—283. (in Chinese) [15] 杨娜, 王龙, 刘爱文等, 2018. 青海东南部农村民居结构特点及抗震能力分析. 震灾防御技术, 13(1): 206—214. doi: 10.11899/zzfy20180119Yang N., Wang L., Liu A. W., et al., 2018. Structural characteristics and seismic capacity analysis of rural buildings in the southeast of Qinghai province. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 13(1): 206—214. (in Chinese) doi: 10.11899/zzfy20180119 [16] 尹之潜, 李树桢, 杨淑文等, 1990. 震害与地震损失的估计方法. 地震工程与工程振动, 10(1): 99—108.Yin Z. Q., Li S. Z., Yang S. W., et al., 1990. Estimating method of seismic damage and seismic loss. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 10(1): 99—108. (in Chinese) [17] 尹之潜, 1996. 结构易损性分类和未来地震灾害估计. 中国地震, 12(1): 49—55.Yin Z. Q, 1996. Classification of structure vulnerability and evaluating earthquake damage from future earthquake. Earthquake Research in China, 12(1): 49—55. (in Chinese) [18] 中国地震局监测预报司, 1996. 中国大陆地震灾害损失评估汇编: 1990—1995. 北京: 地震出版社. [19] 中国地震局监测预报司, 2001. 中国大陆地震灾害损失评估汇编: 1996—2000. 北京: 地震出版社. [20] 中国地震局监测预报司, 2010. 2001—2005年中国大陆地震灾害损失评估报告汇编. 北京: 地震出版社. [21] 中国地震局震灾应急救援司, 2015. 2006—2010年中国大陆地震灾害损失评估汇编. 北京: 地震出版社. [22] 钟秀梅, 袁中夏, 常想德等, 2019. 西北地区农村房屋结构细化分类及抗震性能分析. 地震研究, 42(2): 151—157. doi: 10.3969/j.issn.1000-0666.2019.02.001Zhong X. M., Yuan Z. X., Chang X. D., et al., 2019. Structure refinement and seismic performance analysis of rural houses in northwest China. Journal of Seismological Research, 42(2): 151—157. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-0666.2019.02.001 [23] 左丹, 2015. 青海乡村传统民居院落景观的设计研究. 西宁: 青海大学.Zuo D., 2015. The study of the courtyard landscape design of Qinghai rural tradtion residence. Xining: Qinghai University. (in Chinese) 期刊类型引用(1)
1. 王辉，张啟兴，黄鑫，陈生栋，崔文婷. 青海省共和地区地热资源特征分析及利用研究. 中国矿业. 2023(06): 167-174 . 
百度学术其他类型引用(1)
-
下载:
点击查看大图
计量
- 文章访问数: 256
- HTML全文浏览量: 71
- PDF下载量: 10
- 被引次数: 2
