中國(guó)高地震風(fēng)險(xiǎn)區(qū)基于性能的建筑直接經(jīng)濟(jì)損失估計(jì).pdf

1、各次大地震的震后調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分析均表明，由結(jié)構(gòu)破壞引起的直接經(jīng)濟(jì)損失非常大，于是美國(guó)太平洋地震工程研究中心(PEER)在21世紀(jì)初提出了采用概率方法的第二代基于性能的地震工程用于基于性能的估計(jì)和設(shè)計(jì)，以指導(dǎo)地震風(fēng)險(xiǎn)決策、有效降低未來地震損失。本文采用基于性能的直接經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)方法分別估計(jì)了由地震風(fēng)險(xiǎn)引起的兩幢六層框架辦公建筑的期望損失。這兩個(gè)框架建筑分別處于中國(guó)高地震風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包頭（抗震設(shè)防八度（0.3g）區(qū)）和昆明東川（抗震設(shè)防九度（0.4

2、g）區(qū)）。本文通過估計(jì)建筑直接損失期望，檢驗(yàn)了中國(guó)建筑規(guī)范在直接經(jīng)濟(jì)損失這個(gè)性能指標(biāo)方面的有效性和合理性。本論文主要進(jìn)行了下列研究工作：
　　①選擇峰值地面加速度PGA作為地震風(fēng)險(xiǎn)度量指標(biāo)IM，獲取包頭（0.3g）和昆明（0.4g）兩個(gè)城市的地震風(fēng)險(xiǎn)曲線，即峰值地面加速度的年平均超越概率。
　?、趯?duì)嚴(yán)格按中國(guó)混凝土規(guī)范(GB50010-2002)和抗震規(guī)范(GB50011-2001)等中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)的最低限分別設(shè)計(jì)的抗震設(shè)防烈

3、度為八度（0.3g）區(qū)和九度（0.4g）區(qū)的鋼筋混凝土框架辦公樓，采用雙頻段選波法選擇了合適的地震地面運(yùn)動(dòng)的加速度記錄。用地震工程模擬開放系統(tǒng)（OpenSees）和增量動(dòng)力分析法（IDA）計(jì)算結(jié)構(gòu)在地震下的反應(yīng)，獲取工程需求參數(shù)EDP。將EDP隨IM不同而變化的規(guī)律P(EDP│IM)模擬為對(duì)數(shù)正態(tài)累積分布，用改進(jìn)的極大似然法得到了EDP均值和對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差隨IM變化的函數(shù)表達(dá)式。
　?、劾靡延械匿摻罨炷两Y(jié)構(gòu)各構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的易損

4、性函數(shù)得到EDP條件下各構(gòu)件在各損傷狀態(tài)DS下的概率(PDSdsEDPedp==。i)
　?、苡弥袊?guó)建筑成本數(shù)據(jù)計(jì)算構(gòu)件價(jià)值L。利用各構(gòu)件各損傷狀態(tài)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)濟(jì)損失期望和EDP條件下各構(gòu)件各損傷狀態(tài)的概率計(jì)算各構(gòu)件在結(jié)構(gòu)不倒塌、EDP條件下的標(biāo)準(zhǔn)化損失期望。再利用EDP在IM條件下的概率計(jì)算各構(gòu)件在結(jié)構(gòu)不倒塌、IM條件下的標(biāo)準(zhǔn)化損失期望。將各構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化損失期望和構(gòu)件價(jià)值相乘再累積求和得到結(jié)構(gòu)不倒塌、IM條件下建筑的損失期望。

5、然后再計(jì)算建筑在IM條件下倒塌的概率P（C│IM）。最后求得建筑在IM條件下的損失期望和建筑年平均損失期望。初步評(píng)估了按中國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)的八度（0.3g）區(qū)和九度（0.4g）區(qū)框架建筑的地震直接經(jīng)濟(jì)損失的合理性。
　　通過上述分析，本文得出了如下結(jié)論：
　?、貳DP的均值基本上隨著IM的增大而增大，但是八度（0.3g）區(qū)框架第四層的最大層間位移角IDR4在IM大于35m/s2后有下降趨勢(shì)，九度（0.4g）區(qū)的框架第四層和的第六層

6、最大層間位移角IDR4和IDR6分別在IM大于80m/s2和60m/s2后有下降趨勢(shì)。說明EDP值在IM達(dá)到一定程度后有飽和。而EDP的對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差隨IM的增大的變化幅度不大。
　?、谥D(zhuǎn)角占層間位移角的比例隨樓層不同變化較大，底層柱轉(zhuǎn)角占層間位移角的比例較小，頂層柱轉(zhuǎn)角占層間位移角的比例較大。柱轉(zhuǎn)角占層間位移角的最大比例隨地震地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加有一定程度的增大，但增大的程度不如隨樓層增加而增大的程度大。
　　③非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在建

7、筑總價(jià)值中所占比重大于結(jié)構(gòu)構(gòu)件所占的比重，且非結(jié)構(gòu)構(gòu)件損失也大于結(jié)構(gòu)構(gòu)件損失。對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件，八度（0.3g）區(qū)的結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)未倒塌情況下，一、二、三層的結(jié)構(gòu)構(gòu)件在IM條件下的損失期望比較大，尤其是第三層，4-6層的結(jié)構(gòu)構(gòu)件在IM條件下的損失期望相對(duì)較??；九度（0.4g）區(qū)的結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)未倒塌情況下，一、二、六層的結(jié)構(gòu)構(gòu)件在IM條件下的損失期望比較大，尤其是第六層，另外三層的結(jié)構(gòu)構(gòu)件在IM條件下的損失期望相對(duì)較小。對(duì)于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，第二、三、四

8、層構(gòu)件在大震下的損失期望相對(duì)于其他三層來說更大。
　?、馨硕龋?.3g）區(qū)和九度（0.4g）區(qū)的框架結(jié)構(gòu)均在各層層間位移角最大值達(dá)到0.1時(shí)接近倒塌。
　?、輫?yán)格按規(guī)范設(shè)計(jì)的八度(0.3g)區(qū)和九度(0.4g)區(qū)鋼筋混凝土框架辦公樓在多遇烈度水準(zhǔn)、設(shè)防烈度水準(zhǔn)、罕遇烈度水準(zhǔn)下的損失比都較為一致。在多遇烈度水準(zhǔn)下，建筑直接經(jīng)濟(jì)損失約占建筑總價(jià)值的1.5％；在設(shè)防烈度水準(zhǔn)下，建筑直接經(jīng)濟(jì)損失約占建筑總價(jià)值的10%；在罕遇烈度水準(zhǔn)

9、下，建筑經(jīng)濟(jì)損失約占建筑總價(jià)值的20%。在上述三個(gè)地震強(qiáng)度水準(zhǔn)下的建筑直接經(jīng)濟(jì)損失比均在可以接受的范圍內(nèi)。
　?、薨^（八度(0.3g)區(qū)）鋼筋混凝土框架辦公樓的年平均損失期望大約為昆明東川（九度(0.4g)區(qū)）鋼筋混凝土框架辦公樓的年平均損失期望的一半，主要原因在于昆明的地面運(yùn)動(dòng)峰值加速度年平均超越概率在多數(shù)地震強(qiáng)度下均高于包頭的地面運(yùn)動(dòng)峰值加速度年平均超越概率。總的來說，兩個(gè)框架建筑的年平均損失期望值都較小，正常運(yùn)營(yíng)條件下遠(yuǎn)小