翻译：土耳其的重大挑战——20年内实现建筑防灾

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译者按：

从抗震防灾的角度，世界上不同国家差异巨大：

一些是类似海地这样的国家（参见：从海地地震看地震工程对减轻地震灾害的决定性意义），技术、管理和经济上都不行，基本上没有什么现代化抗震防灾能力。

抗震防灾能力较强的例如美、日等国家，经济、科技、人才条件都不错，而且已经阔绰了很久了，即便是老房子，其标准也不低，且很多老房子都陆续做了维修加固。所谓“身后有家底，历史无包袱”（参见：美国加州7.1级地震破坏力分析小结：分析结果、与实际震害对比及思考）。

还有很多国家，处于二者之间，在各方面都做出了很多努力，也切实实现了抗震防灾能力的显著提升，但是毕竟家底太薄、祖上太穷，想达到国际先进水平还有很多的路要走。而土耳其正是其中的一个典型代表。

近期土耳其地震引起了很多关注，我们查阅资料，看到一篇文献：Gunes O., Turkey's grand challenge: Disaster-proof building inventory within 20 years, Case Studies in Construction Materials, 2015, 2: 18-34. 看了以后感触很多，对帮助理解这次土耳其地震震害有很大帮助，也对相关抗震防灾工作有一定参考价值。节选部分翻译供大家交流，水平有限，很多内容翻译得不好，请各位专家和读者批评指正。

节选翻译内容：

自 20 世纪初以来，土耳其的所有自然灾害造成 87,000 人伤亡、210,000 人受伤以及 651,000 座房屋严重受损或被毁。受损或被毁房屋中，地震造成的占 76%，其次是山体滑坡 (10%) 和洪水 (9%)。过去二十年在土耳其发生的数次中等至毁灭性地震已夺去近 20,000 条生命，并造成超过 170 亿美元的直接和间接损失。其中最重要的一次是Kocaeli地震（1999 年 8 月 17 日，Mw = 7.4），造成 17,000 多人伤亡，损失约为 130 亿美元。

研究表明，在伊斯坦布尔附近的北安纳托利亚断层沿线，下一次发生另一场严重的破坏性地震的概率为 62 ± 15% / 30 年。伊斯坦布尔及周边地区是土耳其人口最稠密、工业化程度最高的地区，是土耳其经济的心脏。基于伊斯坦布尔附近地震情景的研究粗略估计会有 30,000-40,000 座建筑严重受损——相当于该地区建筑存量的 5%——其中 5000-6000 座倒塌、30,000–50,000 人伤亡和 110 亿美元的直接损失。

2011 年的土耳其Van地震敲响了警钟，要求官员最终对既有建筑的抗震缺陷采取行动。六个月后，第 6306 号法律“灾害风险地区的转型”，通常被称为城市转型法，获得议会批准，由环境和城市化部实施。法律规定了关于识别和更新高风险建筑物以及高风险区域的基本规则和程序，后者是授予内阁的一项有争议的权力。为促进快速自愿实施，该法律规定不必征得高风险建筑物中所有住户的同意，而是征得三分之二住户的同意就足以实施更新过程。异议情况由环境和城市化部工作人员和大学教授组成的指定地方技术委员会处理，其决定为最终决定。一旦建筑物被认定为高风险建筑物，即使未经居住者同意，管理部门也有权要求其疏散和拆除，或者拆除重建。在此过程中，向居住者提供租金援助和其他一些费用帮助。

据估计，在土耳其近 2000 万个居住单位中，约有三分之一抗震能力不足，需要改造或更新。城市改造的成本粗略估计为 5000 亿美元，完成时间雄心勃勃地定为 20 年。如果坚持不懈地实施，这些数字将使这一举措成为历史上最大的重建项目之一，并使土耳其成为未来二十年最大的建筑市场之一。

图2（为便于读者阅读原文，译文图号均采用原文图号）显示了土耳其的建筑物总数、居住单位（occupancy units）和人口。

Fig. 2 Total number of buildings and occupancy units in Turkey.

根据 2011 年建筑和住房普查报告，伊斯坦布尔和土耳其按建筑年龄划分的居住单位分布如图 3 所示。土耳其第一个国家抗震设计规范于 1944 年发布（译者注：中国第一部建筑抗震国家规范（GB）是1989年），进行了七次修订，最新版本于 2007 年发布（译者注：原文是2015年发表的，当时最新规范是2007版，现在土耳其规范最新版是2018版）。该规范的早期版本主要包含说明性规则。1975 年的版本是第一个与现代地震规范非常相似的版本，而 1998 年的版本实际上可以被视为一个现代地震规范。2007 版本是第一个包含最先进的基于性能的评估概念的版本。

Fig. 3 Proportions of occupancy units by the construction year of buildings in Istanbul and Turkey.

受上述抗震规范的影响，建筑物的性能分组通常按照 1980 年前后划分。考虑到 2001 年通过的第 4708 号建筑检查法使得对该日期之后建造的建筑物有更好的质量控制，后一组可以进一步分为 2001 年前和 2001 年后。根据这一分组，23.4% 的现有居住单元建于 1980 年或之前，43.5% 建于 1981-2000 年，21.8% 建于 2001 年或之后，而 13.1% 的建造年份未知。

图 5 显示了伊斯坦布尔和土耳其的建筑结构类型比例。

Fig. 5. Distribution of buildings in Istanbul and Turkey by their structural system.

图 6 显示了伊斯坦布尔 Zeytinburnu 区不同时代建造的常见建筑物的样本照片，让读者大致了解土耳其人口密集城市地区的建筑概况。

Fig. 6. Representative buildings by their construction era in Istanbul's Zeytinburnu region.

在土耳其最近发生的大地震中，大规模建筑破坏有许多原因。其中，建筑材料质量差几乎总是被列为严重损坏或倒塌建筑物的重要诱因。当前的抗震规范规定地震带的建筑使用的混凝土的最小特征（characteristic）抗压强度为 20 MPa。然而，在 2000 年之前建造的建筑物中，大多数混凝土都是现场搅拌的，混凝土强度低于这一最低要求，甚至低于 10 MPa 并不少见。图 7 显示了从伊斯坦布尔及周边城市 2000 年之前建造的大量钢筋混凝土建筑中获得的混凝土样品的特征抗压强度分布，这些建筑大多使用现场搅拌混凝土。结果表明，超过三分之二的建筑的混凝土抗压强度低于最低要求（20 MPa）。混凝土强度为 8 MPa 或以下的建筑物的百分比为 21.3%，相当于约 135,000 座建筑物。更令人担忧的是，混凝土强度为 4 MPa 或以下的建筑物的百分比为 5.3%，相当于该地区近 34,000 座建筑物，这清楚地表明了大地震可能给该区域造成的破坏规模。

Fig. 7. Distribution of concrete strength in buildings constructed before 2000 mostly with site-mixed concrete in Istanbul and surrounding cities.

2001 年通过的《施工检查法》（第 4708 号法律）强制要求在建筑中使用预拌（ready-mixed）混凝土并加强现场监督，提高了 2000 年之后建造的建筑物的混凝土质量。Bal 等 (2008) 报告说，获得了 433 座建筑物施工期间的混凝土样品，其 28 天强度呈对数正态分布，平均混凝土强度为 24.9 MPa，标准差为 2.1 MPa。

与混凝土的强度一样重要的是建筑物中使用的钢筋的强度和延性。土耳其使用的变形钢筋和光圆钢筋的典型类型分别是 S420 和 S220，其名称表示它的特征屈服强度（以 MPa 为单位）。1970 年代初期建造的钢筋混凝土建筑都使用 S220 钢筋。在 1970 年代至 90 年代后期，使用 S420 钢筋几乎呈线性增长。在 2000 年之后建造的建筑物中，几乎全部使用 S420 钢筋。

从现有建筑物中获得的 S220 和 S420 钢筋样品的屈服强度分布如图 8 所示，这些分布是从相当大的数据集中获得的。由于 1990 年之前和之后生产的 S420 钢筋的特性存在显著差异，因此将 S420 钢筋的分布呈现为 1990 年之前和之后。

Fig. 8. Yield strength distributions of S220 and S420 type reinforcing steels used in existing buildings.

应该强调的是，图8中的钢筋强度是实测屈服强度而不是特征屈服强度。通过换算可知，图 8a 中 S220钢筋特征屈服强度为 212 MPa，略低于规范要求。图 8b 中 S420 钢筋计算得出 1990 年前和 1990 年后生产的特征屈服强度值分别为 334 和 357 MPa，两者均明显低于规范要求的最小值 420 MPa。

根据图 7 和图 8 所示的材料特性粗略估计土耳其不合格建筑的比例。只需将材料特性强度与规范要求的最小值进行比较，得到的数字就会远高于 50% 。然而，真正的挑战是如何估计在设计地震下遭受严重破坏或倒塌的建筑比例。因为该评估不能仅基于材料信息，还需要抗震性能评估。

土耳其曾有建筑物因自重倒塌的案例，这些事故由包括低质量材料在内的多种因素共同造成的。最近的两个案例是 2004 年Konya市一座 11 层钢筋混凝土建筑的倒塌和 2007 年伊斯坦布尔一座 5 层建筑的倒塌。这些建筑分别建于 1997 年和 1980 年代初。调查表明，两栋建筑的混凝土平均强度约为9 MPa，试验结果最低至6 MPa。值得注意的是，图 7 中近 12% 的建筑物的混凝土特征强度为 6 MPa 或更低。

土耳其面临的重大挑战涉及对近 900 万座建筑物和 2000 万个居住单元（图 2）进行抗震安全评估，并在 20 年内对抗震能力不足的建筑物进行改造或更新。钢筋混凝土框架建筑是比例最高的风险组，因此也是本文的重点，其数量在土耳其超过一半，在伊斯坦布尔超过四分之三（图 5）。超过三分之二的旧建筑由特征强度低于 20 MPa（规范要求的最低值）的混凝土制成（图 7）。钢筋的特征屈服强度也在不同程度上低于相应规范要求的最小值（图 8）。

延伸阅读，2月6日土耳其地震相关分析工作

第一次7.8级地震3123台站的地震动记录可以从以下链接下载

https://cloud.tsinghua.edu.cn/f/034f73abd2ed419ba3ec/?dl=1

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首次发布时间：2023-03-18