2月6日土耳其7.8級地震發(fā)生后，引起了廣泛的關(guān)注，大量建筑倒塌的圖片和視頻資料給了人們巨大的震撼，作為專業(yè)研究人員，自然會好奇：

1. 為什么這次地震的破壞如此嚴(yán)重？
2. 中國的建筑是否具備抵御這個規(guī)模地震的能力？

隨著采集和傳感儀器的飛速進(jìn)步，在地震后我們已經(jīng)可以獲得大量的震中附近強(qiáng)震記錄，從而為定量分析不同地震的破壞力，揭示地震破壞機(jī)理提供了至關(guān)重要的資料。

2月6日拿到兩次7.8級地震動已經(jīng)是半夜了，直接啟動RED-ACT程序分析了一下拿到的地震動，然后居然就看到了此前極少看到的恐怖結(jié)果（表1）。

表1 第一次7.8級地震典型建筑和橋梁分析結(jié)果

在3138臺站地震動輸入下，居然所有的分析案例都是”毀壞“，于是趕緊把這幾個地震動的反應(yīng)譜繪制出來，如圖1所示。

圖1 第一次7.8級地震典型臺站反應(yīng)譜

從圖1中可以看出，這次土耳其地震，提供了從短周期（4614臺站）、中周期（3138臺站）到長周期（3123臺站）的全頻段覆蓋。特別值得一提的是，圖1中的紅線是中國規(guī)范9度罕遇的設(shè)計反應(yīng)譜。熟悉地震工程的讀者都知道，9度罕遇是中國抗震設(shè)計的最高標(biāo)準(zhǔn)，只有極個別地區(qū)或工程達(dá)到這樣的標(biāo)準(zhǔn)，而這次土耳其地震實際發(fā)生的地震動強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了這個最高標(biāo)準(zhǔn)，可見地震動破壞力之強(qiáng)大。

一、土耳其建筑和城區(qū)震損分析

那土耳其的建筑能扛得住這么大的地震動么？正好我們課題組此前和土耳其方面合作開展過土耳其伊斯坦布爾城區(qū)的區(qū)域震害研究。

有相應(yīng)的土耳其單體和區(qū)域建筑模型（圖2）。我們就把實測的地震動輸入土耳其的典型單體和城區(qū)建筑，看看破壞情況。

圖2 土耳其伊斯坦布爾的單體建筑和區(qū)域建筑模型

首先看看單體建筑的破壞情況，我們分析了3個土耳其多/高層鋼筋混凝土框架的模型（分別為2層、5層、13層）在3123臺站記錄下的響應(yīng)，結(jié)果不出預(yù)料，3個框架都非常干脆的垮了（圖3）。所以，土耳其的建筑看來是很難抵御本次地震震中附近的強(qiáng)烈地面運動的。

圖3 土耳其多/高層框架在3123臺站記錄下的響應(yīng)

進(jìn)一步，我們采用城市抗震彈塑性分析方法，來研究不同臺站地震記錄對區(qū)域建筑的震害作用。由于我們沒有震中附近地區(qū)的建筑數(shù)據(jù)，所以我們暫時用圖2中伊斯坦布爾的區(qū)域建筑數(shù)據(jù)來代替。

我們將第一次7.8級地震的地震動數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)域模型，由城市抗震彈塑性分析方法得到的震中附近建筑震害如圖4、圖5所示。圖中，紅色圓點為第一次7.8級地震的震中，藍(lán)色圓點為第二次7.8級地震的震中。

圖4 第一次7.8級地震記錄下區(qū)域建筑震害分布

圖5 局部放大后第一次7.8級地震記錄下區(qū)域建筑震害分布

從圖4、5可見，在地圖南側(cè)的震害是非常嚴(yán)重的，大部分建筑都進(jìn)入了倒塌或者嚴(yán)重破壞的狀態(tài)（紅色或橙色）。

這里肯定有讀者會問：圖4只是一次7.8級地震引起的破壞，北側(cè)藍(lán)點（第二次7.8級地震震中）附近在第二次7.8級地震后肯定會遭到很嚴(yán)重的破壞！

確實，第二次7.8級地震發(fā)生后，建筑震害肯定會進(jìn)一步的變化。但是這種破壞肯定和直接遭受一次7.8級地震作用的結(jié)果不一樣。因為第一次地震已經(jīng)引起了破壞，第二次地震再來，建筑的破壞會進(jìn)一步發(fā)展，而兩次地震疊加會使得問題更加復(fù)雜。

那兩次地震疊加后的區(qū)域建筑震害該怎么分析呢？不急，我們有專門研究，請聽下回分解。今天我們只討論第一次7.8級地震的影響。

二、中國建筑震損分析

那中國的建筑有可能頂住這次地震的地面運動么？正好課題組此前積累了不少建筑分析模型，于是我們就把這次土耳其地震的地震動輸入進(jìn)去分析了一下。

(1) 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，用于中美抗震規(guī)范設(shè)計結(jié)果對比（圖6）。課題組張弛同學(xué)建立了其非線性有限元模型，結(jié)構(gòu)一階周期約為1.3-1.4s。

圖6 中國規(guī)范8度7層鋼筋混凝土框架

我們將3123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3123臺站地震動記錄輸入下的倒塌過程

(2) 鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)

中國建筑科學(xué)研究院設(shè)計了一棟高度166m、37層的鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)，首層層高12.9m，其余層4.2m，平面尺寸50.2mx48.6m，核心筒尺寸21.8mx20m。按8度、三類場地設(shè)計，用于中美抗震規(guī)范設(shè)計結(jié)果對比（圖8）。課題組張弛同學(xué)建立了其非線性有限元模型，結(jié)構(gòu)一階周期約為5.9s。

圖8 中國規(guī)范8度37層鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)

我們將3123臺站地震動記錄輸入該框架，得到結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)過程如圖9所示。

圖9 中國規(guī)范8度37層鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)在3123臺站地震動記錄輸入下的倒塌過程

該鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)在地震下劇烈振動，中部支撐（普通矩形鋼管支撐，非BRB）發(fā)生受壓屈曲和破壞，最后整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞（圖10）。

圖10 中國規(guī)范8度37層鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)在3123臺站地震動記錄輸入下的破壞情況

(3) 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，用于中美抗震規(guī)范設(shè)計結(jié)果對比（圖11）。課題組張弛同學(xué)建立了其非線性有限元模型，結(jié)構(gòu)一階周期約為2.2s。

圖11 中國規(guī)范8度6層鋼框架結(jié)構(gòu)

我們將3123臺站地震動記錄輸入該框架，得到結(jié)構(gòu)的損傷狀況和層間位移角包絡(luò)如圖12所示，層間位移角也已經(jīng)遠(yuǎn)超中國抗震設(shè)計規(guī)范的限值（中國規(guī)范限值2%，計算結(jié)果為6.7%）。

圖12 中國規(guī)范8度6層鋼框架結(jié)構(gòu)損傷狀況和層間位移角包絡(luò)

三、小結(jié)

本次土耳其地震，第一次7.8級地震引起的地震動就具有恐怖的破壞力，其震中附近地面運動強(qiáng)度遠(yuǎn)超中國規(guī)范最高設(shè)防水平的要求。即便是按照中國規(guī)范8度設(shè)防設(shè)計的結(jié)構(gòu)，在本次地震下也很可能會發(fā)生倒塌或發(fā)生遠(yuǎn)超規(guī)范限值的嚴(yán)重變形。

自2008年汶川地震后，超設(shè)防水準(zhǔn)地震抗倒塌的研究熱度逐年降低。而近幾次國外強(qiáng)震都再次提醒我們，現(xiàn)階段人類對地震的認(rèn)識還非常有限，發(fā)生遠(yuǎn)超設(shè)防罕遇地震水平的極端地震作用的風(fēng)險客觀存在。在此我們特向周建龍大師等專家表示誠摯的謝意，感謝他們在編制中國勘察設(shè)計協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)T/CECA 20024-2022》（）中，支持我們撰寫了“結(jié)構(gòu)防地震倒塌性能設(shè)計”一章，為抗地震倒塌設(shè)計提供了參考依據(jù)。但現(xiàn)階段抗地震倒塌的研究和工程實踐還遠(yuǎn)不能滿足需求，還需要學(xué)術(shù)界、工程界繼續(xù)關(guān)注和推動。

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來源：陸新征課題組

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