云南玉溪紅塔城區建筑抗震能力現狀調查與分析

周洋 明小娜 張鵬 楊健強 謝巍

摘要：運用普查與詳查相結合的方法收集云南玉溪紅塔城區各鄉鎮建筑基礎資料，分析城區建筑結構特點及其抗震現狀；利用抗震能力指數和結構易損性建立建筑抗震能力評估公式，并計算研究區遭遇不同地震烈度的區域建筑綜合抗震能力數值。結果表明：紅塔城區各鄉鎮遭遇地震烈度為Ⅵ度、Ⅶ度和Ⅷ度時，區域建筑綜合抗震能力等級分別為較優、良好和中等；遭遇地震烈度為Ⅸ度或Ⅹ度時，區域建筑綜合抗震能力等級為較差。

關鍵詞：建筑；抗震能力；紅塔城區；云南

中圖分類號：TU352.1文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2023）03-0446-07

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0048

0引言

地震災害的本質是一種土木工程災害（謝禮立，2009），因此，造成地震災害和損失的一個十分重要的原因就是工程設施的抗震能力不足。對建筑物進行合理的抗震能力評估，是對不滿足抗震要求的建筑物采取相應的加固措施的前提，也是減輕建筑地震災害行之有效的途徑；不僅可服務于地震災害風險評估與區劃編制工作（史鐵花等，2021），還可為區域制定防震減災規劃提供參考。2020年起我國開展了第一次全國自然災害綜合風險普查工作。這是一項重大的國情國力調查，是提升自然災害防治能力的基礎性工作。通過普查摸清全國自然災害風險隱患底數，查明重點區域抗災能力，客觀認識全國和各地區自然災害綜合風險水平，不僅能直接為監測預警、應急指揮、搶險救災、物資調度等提供數據和科技支撐，也能為開展自然災害防治和災害綜合風險防范、自然災害保險等工作提供有力支撐，還將為我國經濟社會可持續發展的科學布局和功能區劃提供科學依據。云南省地震災害形勢嚴峻，全省各市縣乃至各鄉鎮街道對于建筑抗震性能評估有著重要的需求。

建筑抗震性能評估的方法總體上可分為確定性方法和非確定性方法兩大類，其中確定性方法指在確定性地震動作用下得到結構地震反應的確定性函數表達，包括經驗評估法、規范校核法以及靜力彈塑性分析法等（楊仕升等，2004）。規范校核法利用現場實測數據分析結果對照規范條文，給出建筑抗震能力評價，然而這類針對單體實測數據的方法缺少統計數據參考，難以表征區域群體建筑的抗震能力；靜力彈塑性分析法中研究的模型建筑物可以一定程度反映群體建筑的差異與共同特征（林世鑌等，2011），但是開展此類分析在參數選取、數據處理、模型計算等方面的工作繁瑣，依賴專業技術人員，難以在大范圍區域建筑抗震性能評估工作中推廣。

經驗評估法從結構抗震設防目標出發，對實際建筑的承重構件和非承重構件進行現場觀察、觀測，通過與震害實例對比判斷結構的抗震性能，分析范圍廣，分析結果具有一定的準確性。因此，本文采用經驗評估法評估云南玉溪紅塔城區房屋抗震能力，通過適宜的調查方法獲取研究區建筑物基礎數據，從建筑建構造特點和使用現狀分析其抗震能力，構建建筑抗震能力公式定量計算、評估和分析紅塔城區建筑遭遇不同烈度地震作用的綜合抗震能力。

1研究區概況

紅塔區（24.1°N～24.5°，102.2°～102.7°E）位于云南省中部—玉溪市西北部，全區面積共1004km2。紅塔區平面形態呈北寬南窄不規則三角形狀，四面環山，區內地層褶皺、斷裂構造復雜，有晚更新世活動斷裂普渡河斷裂和玉江斷裂穿過（安曉文等，2018）（圖1）。普渡河斷裂為近南北走向，沿玉溪盆地西緣九龍池、大營街到研和鎮西、延伸至峨山小街東；玉江斷裂為北西走向，以玉溪九龍池為界，分為東、西兩段，普渡河斷裂與玉江斷裂交接處曾發生過1761年玉溪北古城61/4級地震。紅塔區抗震設防烈度為Ⅷ度，設計基本地震加速度值為0.2g。

紅塔區下轄9個街道、2個彝族鄉（圖1），分別為玉興街道、玉帶街道、鳳凰街道、北城街道、大營街街道、李棋街道、春和街道、高倉街道、研和街道，洛河彝族鄉、小石橋彝族鄉；鳳凰街道為紅塔區政府駐地。玉溪市紅塔區2021年國民經濟和社會發展統計公報顯示，紅塔區生產總值1034.27億元、常住人口58.96萬人、人口密度約587人/km2、人均可支配收入約4.79萬元。本文研究以街道為最小行政單元。因研和街道和2個彝族鄉離主城區距離較遠，房屋結構特點與主城區差別較大，本文主要研究上述前8個街道。

2建筑抗震能力調查

2.1調查方法

調查采用普查和詳查相結合的方法，調查技術流程如圖2所示，通過普查摸清研究區建筑分布范圍、建筑主要結構類型及其比例等基本信息；通過詳查抽取典型建筑實地調查其建構造特點和使用現狀（張桂欣，孫柏濤，2010），了解結構抗震性能；其中，詳查區域盡可能覆蓋城郊、城中村和新建城區，詳查對象覆蓋普查所系建筑結構類型。普查和詳查各有側重，其調查結果互為補充。

2.2調查數據

紅塔城區各鄉鎮基礎數據中人口、經濟部分源于《紅塔年鑒（2021）》（中共玉溪市紅塔區黨史研究和地方志編纂辦公室，2021），各結構類型面積比例源于2021年住建部門城鎮房屋統計數據和紅塔區地震應急數據庫房屋數據。由表1可知，紅塔城區建筑結構類型以磚混結構、鋼筋混凝土結構為主，磚混結構房屋占比為53.91%、鋼筋混凝土結構房屋占比為41.83%、磚木結構房屋占比為3.23%、土木結構房屋占比為1.03%。鋼筋混凝土結構房屋主要分布于鳳凰街道和玉興街道；除前述2個街道外，磚混結構房屋廣泛分布于其余6個街道；北城街道、春和街道有部分土木和磚木房屋。

紅塔城區開展實地詳查建筑棟數為1208棟，磚混結構700棟、鋼筋混凝土結構254棟、磚木結構169棟、土木結構85棟，各結構類型棟數占比分別為58%、21%、14%和7%。

2.3抗震現狀分析

根據調查結果，紅塔城區建筑總體抗震性能較好，但是自建房仍存在抗震加固不完善、結構設計不合理、施工方式不規范等缺陷，從而削弱了房屋的整體抗震性。

從建造年代分析，鋼筋混凝土結構為2010年后建造較廣的結構類型；磚混結構為數量最大、建造面最廣的結構類型，建造年代跨度最大，從1990年至今均有分布，其中2000年前后建造占比為72%、2010年前后建造占比為22%；磚木、土木結構多建于20世紀70、80年代或更早。

從抗震設防情況分析，77%的鋼筋混凝土結構、60%的磚混結構房屋為正規設防。其余自建框架結構和磚混結構（圖3a）房屋采取了抗震措施，其中自建框架結構多為筏基礎，框架結構梁截面寬約為250～300mm，柱截面為300～400mm；自建磚混結構多為條形基礎，設有圈梁（截面高不小于120mm），房屋四角、內外縱墻交接處和樓梯間四角設置構造柱（截面180mm×240mm）。土木結構、磚木結構房屋多數為穿斗式木結構（圖3b），檁和椽以榫卯結構相連，穿坊將柱子“串聯”，整體性好，少數為無任何抗震加固措施的老舊房屋（圖3c）。

從結構特點分析，自建框架結構和磚混結構房屋多為2～6層，墻厚240mm，墻面粉飾，開間小、進深深，外觀呈瘦高型，樓頂出屋面無構造措施，陽臺外挑，沿街建筑底層墻體少且縱墻大面積開窗。木結構房屋木柱浮放于石基上，層數為1～2層，以四榀三間為主，部分為“L”型二坊房或凹字型三坊房，廂房與正房用穿坊連接，多數廂房僅有前后兩根落地柱。圍護墻多為夯土墻，山尖墻用木板、實心磚或土坯磚砌筑，部分墻體用鐵件加固，有墻體歪閃、樓屋蓋構件變形的情況。土木、磚木結構房屋用毛石或片石做基礎，開間較小，坡屋頂或石棉瓦頂，墻體開裂。

3建筑抗震能力評估

3.1建筑結構易損性

建筑結構易損性指一個區域內某類建筑結構在遭遇Ⅵ～Ⅹ度地震作用時發生某種破壞程度的概率。根據相同區域同類建筑建造方式、結構特征、歷史地震震害特征及建筑抗震性能具有相似性的特點，筆者引用云南農居易損性矩陣分區中滇南地區鋼筋混凝土框架結構、磚混結構、磚木結構和土木結構易損性矩陣（周洋等，2021）作為紅塔城區對應結構類型的易損性矩陣，見表2～5。

3.2抗震能力評估公式

借鑒《中國地震烈度表》（GB/T17742—2020）用震害指數定量描述建筑破壞程度的思路，筆者引入建筑抗震能力指數（SeismicCapacityInde，SCI）定量描述建筑抵御地震作用免遭破壞的能力（張風華等，2004），定義鋼筋混凝土結構和磚混結構5個破壞等級（基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴重破壞和毀壞）對應的抗震能力指數分別為1.0、0.8、0.6、0.4和0.2；土木結構和磚木結構基本完好、破壞和毀壞3個破壞等級對應的抗震能力指數分別為1.0、0.7和0.3。

在遭遇一定地震作用時，某類建筑物的抗震能力是指該建筑物本身抵御其地震破壞的能力，計算公式為：

式中：j表示結構類型（包括土木結構，磚木結構，磚混結構，鋼筋混凝土結構）；i表示建筑破壞等級（i=1基本完好，i=2輕微破壞，i=3中等破壞，i=4嚴重破壞，i=5毀壞）；SCj表示j類建筑的抗震能力；SCIji表示j類建筑發生破壞等級i對應的抗震能力指數；P（i/j，I）表示j類建筑在遭遇烈度為I的地震作用時，發生破壞等級i的概率，即建筑的易損性。

區域群體建筑綜合抗震能力是區域各類建筑的抗震能力之和，表示為：

式中：SC表示綜合抗震能力，建筑抗震能力是一個介于0～1之間的數值，數值越大，表明抗震能力越好；Kj表示j類建筑的比例。

3.3抗震能力評估結果

基于各結構易損性和不同破壞等級對應的抗震能力指數，根據式（1）可計算出不同建筑結構類型遭遇不同烈度的抗震能力（表6），數值越大表明抗震能力越好。

基于表1數據，采用式（2）可計算出紅塔城區遭遇不同烈度的綜合抗震能力值分別為0.957、0.871、0.751、0.562、0.389，各街道建筑遭遇不同烈度的綜合抗震能力值如圖4所示。圖4中紅塔區各街道遭遇同一地震烈度時，研究區同色系顏色由淺到深代表區域建筑綜合抗震能力由高到低；紅塔區各街道遭遇不同地震烈度時，顏色由綠到紅代表區域綜合抗震能力由高到低。

3.4抗震能力分析

從圖4可看出，鳳凰街道建筑遭遇不同地震烈度下綜合抗震能力數值均最高，分別為0.965、0.882、0.775、0.608、0.404，玉興街道次之，玉帶街道第三，北城街道綜合抗震能力數值最低，分別為0.945、0.851、0.709、0.503、0.378。紅塔區各街道相同結構類型其易損性相同，在遭遇相同烈度時其抗震能力值也相同（表6），各街道綜合抗震能力指數的差異受結構類型比例影響。鳳凰街道、玉興街道以及玉帶街道非簡易房屋結構比例高達98%，尤其是鳳凰街道和玉興街道，鋼筋混凝土結構比例高達66%以上，因此其綜合抗震能力指數值均較高。而北城街道非簡易房屋以磚混結構為主，比例約82%，其余12%的建筑以老舊土木結構為主，因此綜合抗震能力指數值較小，以上計算結果與紅塔城區抽樣調查和城市發展情況相符。鳳凰街道、玉興街道和玉帶街道為紅塔區中心城區，經濟水平和人均收入均較高、城市建設更新快，新建設防鋼筋混凝土結構比例高；北城街道僅部分地區被劃入城區且鄉村人口多，城市建設更新較慢，未設防老舊建筑存量較大。

結合建筑抗震能力評估標準（林世鑌等，2011），研究區建筑遭遇Ⅵ度、Ⅶ度和Ⅷ度的地震烈度作用時，建筑綜合抗震能力等級對應為較優、良好和中等，評估結果與詳查的建筑抗震現狀相符；研究區建筑遭遇Ⅸ度或Ⅹ度地震烈度時，建筑綜合抗震能力等級為較差，表明建筑遭遇超過其基本設防烈度的地震作用時，建筑抗震能力下降。

結合破壞狀態和性態水平的對應關系（尹之潛，1990；馬玉宏，2000），研究區遭遇Ⅵ度地震烈度作用時，建筑綜合抗震能力數值為0.945～0.965，老舊建筑可能少數破壞，建筑物功能受影響的可能性很??；研究區遭遇Ⅶ度地震烈度時，綜合抗震能力數值為0.851～0.882，老舊建筑可能個別毀壞、少數破壞，自建磚混結構和框架結構房屋少數可能發生輕微或中等破壞，少數建筑物功能受影響；研究區遭遇Ⅷ度地震烈度時，區域內建筑建筑抗震能力數值為0.709～0.775，老舊建筑可能少數毀壞、大多數破壞，穿斗木結構、自建磚混結構和框架結構房屋可能少數發生嚴重破壞，多數發生輕微或中等破壞，設防建筑發生輕微破壞或中等破壞，建筑物主要功能受影響，可以通過修理恢復使用；遭遇Ⅸ度或Ⅹ度地震烈度時，區域內建筑建筑抗震能力數值為0.376～0.608，老舊建筑大多數毀壞，穿斗木結構、磚混結構房屋可能多數嚴重破壞或毀壞，鋼筋混凝土結構房屋少數毀壞，多數建筑物可能功能喪失，生命安全受到威脅。因此，建議加強對民房建設的規劃和監管，例如提供建筑標準圖集指導自建房建設，實施已有建筑圍護墻體和承重結構抗震加固，拆除基本不具備抗震能力的老舊建筑。

4結論

本文通過普查和詳查獲取了云南省玉溪市紅塔城區建筑基礎數據，從建筑構造特點和使用現狀分析其抗震現狀，采用經驗評估法構建了建筑抗震能力評估公式，定量計算、評估和分析了紅塔城區及各街道建筑遭遇不同地震烈度的綜合抗震能力等級，主要得出以下結論：

（1）從各街道分析，鳳凰街道建筑在遭遇Ⅵ～Ⅹ度烈度下綜合抗震能力數值均最高，玉興街道次之，玉帶街道第三，北城街道綜合抗震能力數值最低。

（2）根據綜合抗震能力值分析得到研究區遭遇Ⅵ度、Ⅶ度和Ⅷ度地震烈度時，區域建筑綜合抗震能力等級分別為較優、良好和中等；遭遇Ⅸ度或Ⅹ度地震烈度時，區建筑綜合抗震能力等級為較差，部分建筑物可能功能喪失。抗震能力評估結果與研究區經濟發展水平、民居建筑結構特征以及基本設防烈度相匹配。

（3）紅塔城區新建建筑大多數具備與基本設防烈度相當的抗震設防能力，對于簡易房屋占比較大的街道，例如春和街道、北城街道，建議對老舊土木房屋實施抗震加固或拆除無人居住的老舊房屋；對于量大面廣的存量磚混結構房屋，建議定期開展建筑結構健康診斷，掌握承重構建使用情況，確保其建筑正常使用；對新建自建磚混結構房屋，建議參考相關部門設計的結構圖紙建造。

由于本文研究區范圍小，區域內自然地理環境相似，建筑抗震能力評估僅考慮了結構易損性和建筑比例兩個影響因素，其優點在于該類數據容易獲取，便于開展評估計算，不足在于未考慮地震危險性環境、建造年代、建筑用途等更多的影響因素，評估結果不夠精細，如何結合諸多影響因素選用合理的評估方法開展更精細化的建筑抗震能力評估還需進一步研究。

參考文獻：

安曉文，常祖峰，陳宇軍，等.2018.云南第四紀活動斷裂暨《云南第四紀活動斷裂分布圖》［M］.北京：地震出版社.

林世鑌，謝禮立，公茂盛.等.2011.城市建筑物抗震能力評估方法［J］.自然災害學報，20（4）：31-37.

馬玉宏.2000.基于性態的抗震設防標準研究［D］.哈爾濱：中國地震局工程力學研究所.

史鐵花，王翠坤，朱立新，等.2021.承災體調查中的房屋建筑調查［J］.城市與減災，（2）：24-15.

謝禮立.2009.汶川地震的教訓［J］.南京工業大學學報（自然科學版），31（1）：1-8.

楊仕升，秦榮，趙小蓮，等.2004.建筑結構抗震能力評估技術的研究及應用［J］.世界地震工程，20（4）：100-106.

尹之潛.1990.震害與地震損失的估計方法［J］.地震工程與工程振動，10（1）：99-108.

張風華，謝禮立，范立礎.2004.城市防震減災能力評估研究［J］.地震學報，26（3）：318-329.

張桂欣，孫柏濤.2010.多因素影響的建筑物群體震害預測方法研究［J］.世界地震工程，26（1）：26-50.

中共玉溪市紅塔區委黨史研究和地方志編纂辦公室.2021.紅塔年鑒（2021）［M］.昆明：云南民族出版社.

周洋，明小娜，楊健強，等.2021.基于已有地震的云南農居易損性矩陣分區研究［J］.地震研究，44（2）：283-291.

GB/T17742—2020，中國地震烈度表［S］.