臺灣花蓮6.9級地震加速度人員感受分析

9月18日臺灣花蓮地震，我國多個地區(qū)的民眾反映震感強烈。但是我們課題組發(fā)的破壞力分析報告認為這次地震不會在大陸地區(qū)引起什么破壞（詳見：RED-ACT | 臺灣花蓮6.9級地震破壞力分析）。那到底是不是民眾反應(yīng)過度？我們進一步做了一些分析。

人對地震一個很重要的感受就是地震引起的加速度。地面運動加速度作用到建筑后，還會被建筑放大，因此一般來說，樓層越高，感覺到的晃動也就越大。加速度達到一定程度，人就會感到難受甚至恐慌（海盜船、過山車、跳樓機，游樂園里面的各種設(shè)備就是通過制造加速度來制造刺激）。我們此前多次提到，我們開展區(qū)域震害分析的“城市抗震彈塑性分析”方法，一個突出的特點就是可以提供完整的工程需求參數(shù)（EDP）信息，不僅包括結(jié)構(gòu)損傷判斷必不可少的層間位移角信息，還包括了結(jié)構(gòu)的殘余位移信息，當然，也包括了不同建筑的樓面加速度信息。例如，圖1給出了一棟3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的樓層加速度響應(yīng)結(jié)果。在2016年山西清徐地震時，我們就用城市抗震彈塑性分析方法探討了太原示范區(qū)的人員感受（詳見"1218"山西清徐4.3級地震太原示范區(qū)建筑振動模擬）

圖1 3層框架結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)

因此，我們就可以進一步利用各個臺站的記錄，以及城市抗震彈塑性分析給出結(jié)果，得到不同地區(qū)人員感受到的加速度（這里已經(jīng)考慮了建筑引起的加速度放大效應(yīng)），進而給出人群的感受比率，如圖2所示。其中，人員感受與加速度的對應(yīng)關(guān)系如表1所示（董安正, 趙國藩. 高層建筑結(jié)構(gòu)舒適度可靠性分析[J]. 大連理工大學(xué)學(xué)報, 2002, 42(4):472-476）。

表1 加速度與人員感受對應(yīng)關(guān)系

圖2 20220918臺灣花蓮6.9級地震不同臺站地震加速度人員感受分布圖
（深綠色代表“難以感覺”、淡綠色代表“可感覺”、黃色代表“不適”、橙色代表“非常不適”、紅色代表“難以忍受”）

從圖2可以清晰看出，雖然本次地震不會在大陸地區(qū)引起什么破壞，但是地面加速度造成的人員不適的比例較高。在福州等地，感到“不適”的比例可以接近50%。所以當?shù)孛癖姼杏X震感強烈是完全合情合理的。本案例也進一步說明了城市抗震彈塑性分析的優(yōu)點。

如果進一步深入分析圖中的數(shù)據(jù)，還會發(fā)現(xiàn)一個很有意思的現(xiàn)象。

圖3所示為福州市區(qū)附近的不同臺站地震加速度人員感受分布圖?？梢钥吹皆诜浅ＥR近的區(qū)域里面，人員加速度感受會有很明顯的差異，而且規(guī)律也比較復(fù)雜，不是簡單的隨著距震中距離增加而單調(diào)下降。

圖5福州市區(qū)附近的不同臺站地震加速度人員感受分布圖
（深綠色代表“難以感覺”、淡綠色代表“可感覺”、黃色代表“不適”、橙色代表“非常不適”、紅色代表“難以忍受”）

但是，如果將這一加速度分布圖和地形圖疊加在一起，就看到一些規(guī)律了（圖6）。人員感受較明顯的地區(qū)，多數(shù)都是山間的平原地區(qū)。而在山地上，多數(shù)加速度感受反而不那么明顯。

圖6不同加速度感受分析結(jié)果和地形結(jié)果對比
（深綠色代表“難以感覺”、淡綠色代表“可感覺”、黃色代表“不適”、橙色代表“非常不適”、紅色代表“難以忍受”）

我們可以進一步選取兩個典型臺站對比。A2002臺站和A6010臺站距離很近，直線距離約10km（圖7）。但是，二者的感受差異非常顯著。

圖7A2002臺站和A6010臺站
（深綠色代表“難以感覺”、淡綠色代表“可感覺”、黃色代表“不適”、橙色代表“非常不適”、紅色代表“難以忍受”）

如果我們將兩個臺站的地震動放在一起對比，就會發(fā)現(xiàn)，A2002臺站的地震動顯著強于A6010臺站（圖8）。至于為什么會有這樣的現(xiàn)象，是因為場地問題還是因為地形問題，這個還有待進一步研究。

圖8A2002臺站和A6010臺站地震動記錄對比（EW分量，縱坐標單位為gal）

小結(jié)

城市抗震彈塑性分析基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)和地震工程的基本原理，不僅可以給出常規(guī)的震損評價結(jié)果，還可以進一步給出殘余位移（修復(fù)難度），樓面加速度（人員感受）等多種多樣的震害后果，其潛力還有很大的發(fā)掘空間。因此，歡迎大家一起來研究、推廣城市抗震彈塑性分析方法。