1月1日日本7.4級地震對中國典型建筑的破壞力分析

本次日本地震記錄到的ISK002地震動，可導(dǎo)致按照中國規(guī)范8度設(shè)防設(shè)計的6層鋼框架、7層鋼筋混凝土框架、20層剪力墻和24層混凝土框架-核心筒倒塌。

1 研究背景根據(jù)新華社東京1月6日電，日本石川縣能登半島1日發(fā)生的強震截至6日中午已造成110人死亡，大量建筑物倒塌、毀損，公路開裂。隨著本次地震信息的不斷豐富，也使得我們有條件進一步深入研究本次地震實際破壞能力的大小。在分析本次日本地震記錄到的地面運動時，我們注意到了一條地震記錄ISK002（圖1）。該地震記錄可以從以下網(wǎng)址下載：https://www.kyoshin.bosai.go.jp/kyoshin/quake/index_en.html如果下載遇到困難，也可以和我們聯(lián)系交流。

圖1 ISK002地震記錄的時程和反應(yīng)譜

如果將震中附近四個典型臺站（ISK001、ISK002、ISK003、ISK006）的位置和反應(yīng)譜畫在一張圖上，就可以看到如下結(jié)果，距離震中最近的ISK001和ISK002其1s以后長周期分量顯然最強，破壞力也顯然更大一些。

圖2 震中附近四個典型地震記錄的反應(yīng)譜對比

圖3 震中附近四個典型地震記錄的臺站位置

2 對典型中國建筑物的破壞能力分析這次地震已經(jīng)給日本當?shù)卦斐闪司薮髠?，那按照我國?guī)范建設(shè)的建筑物，是否能夠抵御類似ISK002這樣的強烈地面運動呢？于是把該地震記錄輸入到我們課題組此前積累的建筑結(jié)構(gòu)模型中分析了一下。(1)鋼框架結(jié)構(gòu)電子院和中建西南院共同設(shè)計了一個鋼框架結(jié)構(gòu)，為一座6層的辦公樓（附加1層出屋面屋頂），首層與屋頂層高5.0 m，其余層層高3.6 m。設(shè)防烈度為8度，場地類別為II類，結(jié)構(gòu)一階周期約為2.2s（圖4）。

圖4中國規(guī)范8度6層鋼框架結(jié)構(gòu)

我們將ISK002臺站地震動記錄輸入該框架，得到結(jié)構(gòu)的倒塌過程如圖5所示。

圖5中國規(guī)范8度6層鋼框架在ISK002臺站地震動記錄輸入下的倒塌過程

(2) 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)華東院、北京院曾經(jīng)設(shè)計了一個7層鋼筋混凝土框架，設(shè)計條件為8度設(shè)防，三類場地，結(jié)構(gòu)一階周期約為1.36s（圖6）。

圖6中國規(guī)范8度7層鋼筋混凝土框架

我們將ISK002臺站地震動記錄輸入該框架，得到結(jié)構(gòu)的倒塌過程如圖7所示。

圖7中國規(guī)范8度7層鋼筋混凝土框架在ISK002臺站地震動記錄輸入下的倒塌過程

(3) 鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)

中國院、西南院曾經(jīng)設(shè)計了一個20層剪力墻住宅樓，設(shè)計條件為8度設(shè)防，場地類別為II類，抗震分組為第三組，結(jié)構(gòu)一階周期約為1.35s（圖8）。

圖8中國規(guī)范8度20層剪力墻住宅

我們將ISK002臺站地震動記錄輸入該剪力墻住宅，得到結(jié)構(gòu)的倒塌模態(tài)如圖9所示。

圖9中國規(guī)范8度20層剪力墻在ISK002臺站地震動記錄輸入下的倒塌模態(tài)

(4) 混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)北京院、建研院曾經(jīng)設(shè)計了一個24層混凝土框架-核心筒，設(shè)防烈度為8度，場地類別為III類，抗震分組為第一組，結(jié)構(gòu)一階周期約為2.3s（圖10）。

圖10中國規(guī)范8度24層框架-核心筒結(jié)構(gòu)

我們將ISK002臺站地震動記錄輸入該框架-核心筒結(jié)構(gòu)，得到結(jié)構(gòu)的倒塌過程如圖11所示。

圖11中國規(guī)范8度24層框架-核心筒結(jié)構(gòu)在ISK002臺站地震動記錄輸入下的倒塌過程

3 小結(jié)本次日本地震引起的地面運動強度非常強烈，以ISK002為代表的地震記錄對多層、高層結(jié)構(gòu)具有非常強大的破壞力。如何充分吸取國內(nèi)外近期強震經(jīng)驗和教訓(xùn)，改善中國建筑的地震抗倒塌能力，仍然任重道遠。