昨天(9月18日)合肥市肥东县发生了4.7级地震。这次地震的震级和破坏性都不大,但是引起的网络声浪却很大。尤其作为一个安徽人,我的朋友圈里面更是非常的热闹。 从新闻报道看,合肥市大量居民在震后都紧急疏散到室外,甚至距离合肥150多公里外南京的居民,都反映感受强烈甚至进行了紧急避险。到底是当地居民太敏感了,还是这次地震确实震感比较强烈?我们课题组对地震引起的加速度感受问题也做过系列分析,参阅:具体而言,人对地震一个很重要的感受就是地震引起的加速度。地面运动加速度作用到建筑后,还会被建筑放大,因此一般来说,楼层越高,感觉到的晃动也就越大。加速度达到一定程度,人就会感到难受甚至恐慌(海盗船、过山车、跳楼机,游乐园里面的各种设备就是通过制造加速度来制造刺激)。我们此前多次提到,我们开展区域震害分析的“城市抗震弹塑性分析”方法,一个突出的特点就是可以提供完整的工程需求参数(EDP)信息,不仅包括结构损伤判断必不可少的层间位移角信息,还包括了结构的残余位移信息,当然,也包括了不同建筑的楼面加速度信息。 图1 三层框架结构加速度响应 因此,我们就可以进一步利用各个台站的记录,以及城市抗震弹塑性分析给出结果,得到不同地区人员感受到的加速度(这里已经考虑了建筑引起的加速度放大效应),进而给出人群的感受比率,如图2所示。其中,人员感受与加速度的对应关系如表1所示(董安正, 赵国藩. 高层建筑结构舒适度可靠性分析[J]. 大连理工大学学报, 2002, 42(4):472-476)。表1 加速度与人员感受对应关系 图2-5给出了RED-ACT分析得到的合肥、南京以及我的家乡芜湖等地区的人员加速度感受分布。不同饼图位置代表了不同的地震动记录位置。不同扇区面积大小代表不同感受的人群比例。之所以同一地点不同人群感受不同,主要是因为不同建筑类型、高度,以及同一建筑的不同楼层的加速度响应都会不同,因此人员感受也就各不相同。 图2 合肥周边地区人员加速度感受分布
图3 南京周边地区人员加速度感受分布,虽然距离震中超过100km,但是仍然可以达到“有感”甚至“不适”的水平
图4 芜湖周边地区人员加速度感受分布,芜湖市区的震感比南京还要更强烈一些
图5 蚌埠-淮南周边地区人员加速度感受分布 从图中不难看出,合肥地区明显东侧感觉更加强烈,甚至达到了“难以忍受”的程度。城区普遍达到了“不适”或“非常不适”的级别。 这其实也是我们课题组一直非常担心的问题:一个不需要太大的地震(例如这次只有4.7级),就可以引起城市大量居民的强烈恐慌。如果城市密集高层建筑群中大量人员在地震后集中下楼避险,密集的人群、紧张的情绪、叠加上有限的地面空间,万一出现拥挤踩踏事故,那可能就造成非常严重的后果。对于这个风险,目前的研究积累相对还是很缺乏的。 图6 如何能够避免这样的灾难情景发生?
小结 城市抗震弹塑性分析基于结构动力学和地震工程的基本原理,不仅可以给出常规的震损评价结果,还可以进一步给出残余位移(修复难度),楼面加速度(人员感受)等多种多样的信息,其潜力还有很大的发掘空间。因此,欢迎大家一起来研究、推广城市抗震弹塑性分析方法。另外,在中国地震学会标准《基于强震动记录的地震破坏力评估T/SSC 1—2021》中已经给出了具体的地震加速度感受分析方法,欢迎大家一起交流,进一步完善、发展这一技术(详见:新标准发布 :基于强震动记录的地震破坏力评估)。
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