建筑物的地震减灾

摘 要

最近的自然灾害，暴露了可怕的后果，损害和影响了建筑环境。看来，最大的挑战之一，是如何提高社区旧的建设和基础设施抵御自然灾害的能力，以提高他们自然减灾的表现。通过改善他们的表现，建筑物和基础设施对自然灾害相关的风险与可以缓解。建筑物抵抗地震危害的管理，一般的做法是遵循三个步骤的过程中，即筛选，评价和减灾。筛查构成了初步的评估过程，并将评估优先详细的列出。新的结构根据规范进行评价比较建筑环境，并列出优先缓解。改造或更换，可以达到的缓解目的。改造的用意是改善的建筑环境的性能要求。经济，技术和环境考虑资金时，重建可能是唯一可行的解决办法。

1 、概述

地震，无可避免的自然灾害，可对我们的建筑环境造成毁灭性的灾难。近年中度至中强地震对有人居住的地区产生灾难性的影响。这些地震，即在美国northridge（ 1994年） ，日本神户（ 1995年） ，土耳其Golcuk-Izmit（ 1999年） ，台湾JiJi（ 1999年） ，印度gunjarat（ 2001年）和美国西雅图nisqually 。在过去的几年失去了数以千记的生命和损失了数十亿的资金。

最近发生的地震表明，会幸存下来的旧楼在大多数情况下有一个合理的翻新。最近的地震表明，通过加装结构来提升建筑物的老化和不足表现是令人满意的，这似乎是最有效和高效率的地震危险性缓解措施。从吸取的经验教训来看，其中减震区最大的挑战是，如何改善性能较旧的建设和基础设施，以提高他们的能力足以承受地震危险。

通过改善他们的表现，相关的风险与建筑物及基础设施对地震灾害可以缓解。加拿大的做法给出了一个概念，将处理与地震危险性减轻建筑物和其潜在的应用作为国家计划，缓解自然灾害对其他结构的危害。

3 、地震减灾

最近发生的地震，暴露了旧建筑物的脆弱性和失效的结果。一个有效的和有效率的方式，以减轻相关的风险与旧的和较脆弱的建筑物，是加装构件和翻新的旧式建筑，以至于与较新的建筑类似的性能水平。

在加拿大，建设，一般经过三个步骤的程序来解决地震危害，即筛选，评价和缓解。筛选建筑物的优先次序，例如建筑物风险分数最高的会进行更详细的分析，而建筑物的风险分数最低的，可避免或推迟进一步的调查。这详细的分析，决定是否和到什么程度的建设需要加强。图1显示了建筑物的地震危险缓解程序的筛选（第1步） ，评价（步骤2 ）和缓解（第3步）。

3.1 筛选

由加拿大国家研究理事会制定了建筑物可以筛选使用的风险管理工具，即 《Manual for Screening of Buildings for Seismic

图1 .减震程序的筛选，评价和升级

Investigation》 (NRC, 1992)。建筑物被筛选根据建筑物位置，土壤条件，类型和使用结构，明显的违规建设，存在或没有非结构性的危害，楼龄，入住特点和建设的重要性（灾害后或特殊的业务要求） 。筛选可用于数值建立一个地震优先索引（ SPI ），即排名，

结果从另外一个结构指数（ SI ）和非结构性指数（NSI）。

这个筛选的过程中，主要用于库存的筛选和优先为此目的，不是为了个别建筑物。不列颠哥伦比亚省最近通过了一项不同的筛选方法，这是类似美国的做法，从联邦紧急管理机构，一个快速评价建筑物的基础剪切的需求和能力(P. Lam, personal communication, 2001)。

3.1.1 、筛选参数
筛选规范是基于：
（ 1 ）确定建筑物的主要特点，它的位置，和使用率等。
（ 2 ）（ 1 ）中个别数值的相关因素与参数的确定和《SEISMIC HAZARD MITIGATION FOR BUILDINGS》。

（ 3 ）结合风险指数，本质上是个别数值因素在数学上的产物。

信息，如今年建成和适用的确定建筑物在地震下危险性的关键参数nbcc。资料显示，因为它涉及到设计和建造的做法，现有建筑物，是直接作为个别分数绑向其他参数。地震活动影响建筑物的位置是确定，并且作为适用nbcc给在表二。地震活动的位置是由有效的地震带确定，这是界定在nbcc 1990。有效地震区等于zv （如果Za是相等于或小于zv ）或zv + 1 （如果Za> zv ） 。Za是法向加速度，zv为位置在加拿大的某一特定的法向速度。 地震参数（A）是1.0和4.0之间的一个值。影响结构的类型，是由该类型该建筑物的结构体系和适用的nbcc来决定，见于表三。建筑结构的筛选同时要考虑材料和体系。木材，钢材， 混凝土预制件，砌筑填充和砌体结构是评价重点。结构类型参数（ c ）取值范围为1.0和3.5 。

影响建筑的重要性，是由建筑占用的类型和密度和所适用的nbcc在表四给出。建设的重要性参数表示，灾难后的建筑物和特殊业务所需经费。根据对建筑物的入住类型和密度，建筑物的重要性参数（五）取值范围为0.7和3.0 。

3.1.2 、地震优先指数

该评分系统是由一个结构指数（ SI ）和非结构性指数（NSI）组成 。SI是有关建筑结构可能出现的风险，以NSI是有关建筑构件非结构性的风险。

结构指数，SI，计算方法如下：

SI = A × B × C × D × E

影响A，B，C， D和E因素，地震活动性，土壤条件，结构类型，建筑物重要性（表二 ） 。非结构指数NSI，计算方法如下：

NSI = B × E × F

F是最总要的因素在F1：降低生命危害和F2 ：危害的重要性之间。

地震优先指数， SPI，等于结构指数和非结构性指数的和，即SPI=SI+NSI说明见表二 。地震优先指数，是关系到建筑物地震危险性按nbcc 1990 确定。筛选规范表明，潜在的地震危险性低为建筑物的SPI<10 ，中等为SPI在10至20之间，高的SPI>20 （图1 ） 。优先为一个更详细的评估（步骤2 ）是由SPI的决定顺序。可取的做法是进行详细评价一个建筑物的SPI与15相比较 。建筑物与SPI>30可视为高风险，并立即评估建筑的抗震性能是必要的。

3.2、评价

该建筑的结构和非结构构件的缺陷应根据现行地震规范的要求下确定的评价步骤。NBCC1995 and “Guideline for Seismic Evaluation of Existing Buildings” (NRC, 1993)可以用来评估抗震性能的现有建筑物。“Guidelines for seismic assessment of stone masonry structures”(PWGSC, 2000) 被使用在砌体结构中。CSA-S832介绍了非结构性的建筑构件的风险评估方法，已被称为“operationaland functional components for buildings” (Cheung et al., 1999)。

在评价过程中，建议确定不足和是否需要加装，应考虑到该大厦下过去的历史地震事件的表现，建筑物剩余使用寿命，财务和业务的要求，以及对文物的限制。 (NRC, 1993; PWGSC, 2000)作为技术指南和一个普遍接受的惯例建议，在正常情况下建筑物达到60 ％ 承载能力的要求，则建筑不须升级。

4 、自然灾害缓解

造成这些事件（无论是地震或龙卷风或洪水）有很多不同，影响和缓解个别自然灾害之间也有很多不同。观察过去的自然灾害事件，揭示了以下常见的确凿事实：

1 、在较新的和旧建筑之间预期表现的差别，后者通常不亚于前者。

2 、建筑环境的影响，不仅表现在设计要求，但同时也受施工质量（建造方法，品质材料及施工）对结构和非结构组件的影响。

3 、存在技术知识的差距：

（a）较新的和旧建筑之间的表现-如何改善旧楼性能的达到较新的建筑物表现。

（b）规范之间细化为新的建设和发展，针对现有的建设-更多的努力是需要规范的发展和保护地震作用下现有的建筑物。

（c）科学研究和实际之间需要有必要建立一个更完整的方法，研究的实际需要和要求。

4 、缺乏一个惯例（法律和溯及既往的规定）和一贯的和持续的合作关系的各级政府和其他利益相关者来保护和改善性能的建筑环境。

4.1、用地震的放法缓解其他自然灾害

地震的筛选-评估-升级的做法用于其他自然灾害是可行的。特别是筛选的方法，可能会获得通过，为筛选高层建筑物的结构按照他们个别自然灾害（如洪水，暴雨， 高风，旋风式和暴风雪）的潜在风险水平具体修改的。筛选参数包括建设的地点，土壤条件，结构使用的类型，楼龄，建设的重要性，入住的特点和非结构的危险，同样适用于地震和其他自然危害与适当的校正。

结构评价，地震的方法的第2步，应该承认较新及较旧建筑之间表现的差异。应考虑到过去的结构表现，其余服务生活的结构，财务和业务的要求和遗产限制。抗震60 ％的要求，可以做为加固其他不同的自然灾害。
    结构加装或升级是旨在减少潜在的破坏性自然灾害对建筑物的影响，桥梁和通讯，公用事业，水塔。加强结构性的组成部分，一个大厦在发生自然灾害建设与相关潜在的危险最小风险。这是值得注意，一场自然灾害为某一特定的危险（例如，加强墙的地震危险性）有缓解的效果，对其他灾害往往有有利影响（例如， 强风或龙卷风）。

而从一种自然灾害到另一种，需要的程度和缓解工作可能会有所不同，主要结构构件加以考虑和升级是相当常见的和可以给出下面定义。

外墙/外包层-载荷可以是横向的（风，地震）作用在外墙和纵向的（雪，雨） 。特别应考虑到接口（锚碇）之间的墙壁或包层和其他结构性因素， 如梁柱框架和楼层。砌体墙，尤其是如果没有横向框架依靠，可能会承载力不足，在强风或地震的地面振动的非结构性的危害下，有很大可能全面崩溃。承载力不足的外墙或包层应予以删除，更换或加装。

图3和图4说明潜在危害的缓解措施，可用于砌体加强防护和预制面板连接。横向框架和柱-不论潜在的自然灾害，框架可被视为建筑物的骨干柱，框筒结构。避免同时倒塌，并且强柱弱梁标准必须得到满足。这些准则确保有富裕的设计，因此如果一个关键的构件失效，它不会导致全部或部分结构的崩溃。柱可以用钢护套加强或由施工手段与先进复合材料如碳纤维增强塑料。除了加强个别横梁和柱，横向框架也可以加强与补充框架或减振装置（Naumoski and Foo， 2000年） 。

地震或风致建筑结构负荷后，横向框架是可以的减少阻尼的装置。阻尼装置吸收部分负荷，使现有的结构从而避免超载，否则超过的建筑结构的承载力。类似的在通过该建筑结构的基地安装相应的隔离器减少地震荷载，建筑结构也可以实现结构与地面隔离从地面（地面运动）。

屋顶框架-主要装载在屋顶上是抵抗向下的雪， 冰或雨。这也是一个重要构架，提供一个完整的结构负载路径从屋顶横梁，柱，最后转移到基础。为适当让负荷从屋顶梁/柱/框架转移，屋顶的不足可以得到加强，或提供额外支持。

楼板骨架-其功能类似屋顶的装置，楼板加强，通常不是必需的，除了其下调负载是由于住户和用途，而不是由于外部荷载，如在雪地或冰上。

非结构构件-维护非结构构件减少生命危险，保护财产，最大限度地减少财政的影响，协助业务迅速恢复，增强快速搜索和研究活动。关键任务设施的继续运作保护非结构组件是非常重要的如紧急及健康中心，生命线和事业。结构和非结构组件地震的缓解措施，为可以在文献中发现(Cheung et al., 1999; NRC 1995; PWGSC 1995; PWGSC2000b).

5 、结论

一确定个具有挑战性的方面是给地震荷载定义适当的震级和使用风险。减少严重地震的破坏危险，需要增加很强的抵抗构件。这会导致更大的成本结构，但通常相比，不会超过整体计划的总成本。在另一方面，它降低灾害损失。最低成本的地震荷载，取决于灾害的边际成本与抵抗的边际成本的最佳比例。这个比例对预计使用年限有很大的影响，初步（结构）和第二步（非结构性）与结构的重要性损害的比例。更深入的方面是适当运用其他灾害的危害来评估地震灾害的等级，如风灾。需要进行平衡这些风险。

由于加拿大广阔的土地面积，自然灾害，例如地震， 洪水，风/雪暴和龙卷风是区域化。举例来说，西海岸更容易被地震破坏，Manitoba部分更是有洪水灾害，Alberta和Ontario南部更容易受龙卷风袭击，Quebec和东部海岸更关注与雪/冰风暴或飓风的袭击。往往，为一危险，如地震的减灾程序和措施，可以有利于减少其他危害的影响，如风暴。

社会，包括各级政府和私营部门面临的挑战，就是要整合一切措施，针对个别减少危害到一个国家综合计划的灾害，旨在最有效的减少自然灾害后的建筑环境的影响。在国家计划内制定和实施这样一个减震的方法，在建筑物抗震减灾的处理与结构考虑可以考虑其潜在的推广和应用到其他自然灾害和结构。

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附录：

图3 、砌体保护层加强详图(PWGSC, 1995).            图4 、预制楼板连接详图(PWGSC, 1995)