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2017.09.30四川青川5.4级地震动破坏力分析

地震那些事

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致谢和声明：

感谢中国地震局工程力学研究所“国家强震动台网中心”为本研究提供数据支持。本分析仅供科研使用，具体灾情和灾损分析应根据现场调查情况确定。

本分析由杨哲飚、徐永嘉、顾栋炼、程庆乐等研究生共同完成，其中杨哲飚负责地震动处理和反应谱分析，顾栋炼负责单体建筑分析工作，徐永嘉和程庆乐负责区域建筑分析工作。

由于9月30日晚上有课，所以分析结果发布的比较晚。

1. 9•30四川青川5.4级地震简介

据中国地震台网正式测定：09月30日14时14分，在四川广元市青川县(北纬32.27度，东经105.00度)发生5.4级地震，震源深度13公里。

2. 9.30四川青川5.4级地震动频谱分析

依据中国地震局工程力学研究所“国家强震动台网中心”对9.30四川青川5.4级地震强震动观测简讯，截至2017年9月30日16时01分，收到四川省地震局29组强震动记录事件、甘肃省地震局4组强震动记录时间、陕西省地震局1组强震动记录事件。公布的数据中，平武南坝强震台震中距最小，震中距17.7公里，南北、东西、垂直向加速度峰值分别为92、-88.5、35.6 cm/s/s，速度峰值分别为 1.9、1.8、-0.8 cm/s。其与震中相对位置如图1所示。

图1 平武南坝强震台位置

平武南坝地震动时程曲线如图2所示。对地震动记录的三个分量（东西方向，南北方向和竖直方向）求加速度反应谱（阻尼比5%），并将加速度反应谱与我国7度Ⅱ类场地设计反应谱对比，如图3所示。可见，此次9.30平武南坝地震动的反应谱值很低。

(a) NS方向分量

(b) EW方向分量

图2 平武南坝地震动记录

图3 平武南坝强震台记录加速度反应谱

3. 平武南坝强震台记录对典型框架和典型超高层建筑破坏力分析

3.1 平武南坝强震台记录对典型框架破坏力分析

本文采用施炜设计的三个钢筋混凝土框架结构为研究对象。该钢筋混凝土框架结构共6层，结构平面和立面布置如图4所示。结构底层层高4.1m，其他层高3.7m，总高22.6m，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第二组，设防烈度分别为6度、7度和8度。

(a) 平面布置

(b) 立面布置

图4框架结构布置图(单位：mm)

对以上3个框架输入平武南坝强震台地震动记录，采用经典的Rayleigh 阻尼进行弹塑性时程分析，阻尼比取5%。分析得到的框架层间位移角包络图如图5所示。

图5 框架层间位移角包络图

可见，层间位移角均处于弹性范围，不会有结构破坏。

3.2 平武南坝强震台记录对中国典型超高层破坏力分析

本文以我国两栋典型超高层建筑—上海中心大厦和中国尊大厦为例，进行弹塑性时程分析，研究其结构响应和地震损失情况。

上海中心大厦和中国尊大厦，分别位于我国抗震设防烈度7度区（上海）和8度区（北京）。上海中心大厦主体塔楼共124层，塔顶建筑高度为632m，结构高度为580m，为“巨柱—核心筒—伸臂桁架”的混合抗侧力结构体系，基于2010年1月上海中心设计方案，采用通用有限元软件MSC.Marc 2007，建立了其有限元模型（如图6）；中国尊大厦（在建）塔楼共108层，建筑高度528米，采用了“巨型支撑框架－核心筒”的混合抗侧力体系，同样采用通用有限元软件MSC.Marc 2007，建立了其有限元模型（如图7）。

图6 上海中心大厦有限元模型

图7 中国尊大厦有限元模型

对以上两超高层模型输入平武南坝强震台记录，采用经典的Rayleigh 阻尼进行弹塑性时程分析，阻尼比取5%。两超高层的楼层层间位移角包络图如图8所示。从图8可以看出，无论是上海中心大厦还是中国尊大厦，在平武南坝地震动记录下的层间位移角均较小，均远小于《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）中钢筋混凝土框架-剪力墙结构1/800弹性层间位移角的限值。可见，两超高层结构在此地震下的抗震安全性均有很好的保证。

(a) 上海中心层间位移角包络图

(b) 中国尊层间位移角包络图

图8 平武南坝强震台记录下上海中心和中国尊层间位移角包络图

注：上海中心大厦的层间位移角包络图不包括大厦顶部桁架。

4. 平武南坝强震台记录对典型城市区域破坏能力分析

本文基于《第六次全国人口普查》及《中国城市统计年鉴》等数据，通过线性规划构建了四川广元地区的典型城市区域、村镇区域和典型农村区域的建筑模型，包括不同建造年代、不同结构类型、不同层数的建筑；将平武南坝记录输入广元地区典型城市、典型村镇和典型农村区域建筑模型，采用城市地震动力弹塑性分析方法，分析平武南坝强震台记录对广元地区典型城市、典型村镇和典型农村建筑的破坏能力。下面详细介绍具体分析流程和方法。

本文建筑分析模型采用城市地震动力弹塑性分析方法，该方法基于多自由度非线性集中质量层模型，其基本思路是把建筑物简化成不同楼层组成的一系列的“糖葫芦串”，其中单层、多层建筑采用多自由度剪切层模型，高层建筑采用多自由度弯剪耦合层模型（如图9所示），并建议了如何基于有限的建筑属性信息（结构类型、高度、层数、建造年代、楼层面积），来确定城市内成千上万建筑物的集中质量模型的有关参数。