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2月6日，土耳其東南部的卡赫拉曼馬拉什省發(fā)生兩次7.8級(jí)地震和數(shù)百次余震。敘利亞國(guó)家地震中心表示，這次地震是敘利亞國(guó)家地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)1995年建成以來(lái)監(jiān)測(cè)到的最強(qiáng)烈地震。根據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)消息，此次地址震中位于土耳其東南城市加濟(jì)安泰普以西約40千米的東安納托利亞斷裂帶，地震破壞強(qiáng)度高達(dá)9度。據(jù)稱(chēng)，加濟(jì)安泰普市幾乎被夷為平地，以西的卡赫拉曼馬拉什、阿達(dá)納、奧斯曼尼耶等地也受到了不同程度的影響。此次地震破壞力為何如此巨大？
高震級(jí)加淺震源
破壞力約等于130顆原子彈發(fā)生爆炸
英國(guó)開(kāi)放大學(xué)行星地球科學(xué)教授戴維·羅瑟里說(shuō)，超過(guò)7.0級(jí)的地震平均每年不到20次，此次地震的最初地質(zhì)斷裂發(fā)生在東安納托利亞斷層，震源深度較淺。英國(guó)南安普敦大學(xué)結(jié)構(gòu)與地震工程學(xué)副教授穆罕默德·卡沙尼指出，高震級(jí)加上淺震源使這次地震極具破壞性。
這次地震震源深度約為24公里。地震學(xué)上，震源深度小于70公里的地震被稱(chēng)為淺源地震；震源深度越淺，地震對(duì)人類(lèi)活動(dòng)造成的傷害就越大。2008年中國(guó)汶川地震的震源深度為14公里。2017年，兩場(chǎng)震源深度50公里左右的7.1級(jí)和8.1級(jí)地震襲擊墨西哥，造成全國(guó)性破壞和數(shù)百人死亡。
7.5級(jí)左右的淺源地震，嚴(yán)重影響的范圍約為距震中50公里到100公里之內(nèi)。2020年墨西哥南部瓦哈卡州的7.4級(jí)地震，震源深度10公里，但震中只有6個(gè)村鎮(zhèn)，距離主要城市超過(guò)100公里，所以未造成嚴(yán)重傷亡。而這一次，距離震中40公里的加濟(jì)安泰普市就有約210萬(wàn)人口，包括數(shù)十萬(wàn)敘利亞難民。同時(shí)，震中距離敘利亞西北部邊境僅50公里，那里的難民營(yíng)中還有超過(guò)170萬(wàn)流離失所者。
據(jù)土耳其地震專(zhuān)家表示，地震災(zāi)區(qū)的斷層積累了500年的應(yīng)力平衡被打破，這次地震也是土耳其過(guò)去百年來(lái)第二大地震，破壞力約等于130顆原子彈持續(xù)爆炸了43秒。
地震動(dòng)反應(yīng)譜遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)反應(yīng)譜
從建筑抗震角度來(lái)看，如何理解這130顆原子彈的威力？日前，北京工業(yè)大學(xué)李易教授團(tuán)隊(duì)基于若干中國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)建筑，對(duì)做土耳其地震破壞力進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。
李易教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)選用此次地震中三組地震臺(tái)站記錄數(shù)據(jù)，對(duì)三條地震動(dòng)記錄的反應(yīng)譜與我國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)反應(yīng)譜進(jìn)行了對(duì)比，得出結(jié)論：本次土耳其地震作用遠(yuǎn)超過(guò)了用于一般抗震分析的8度罕遇地震作用，甚至也超過(guò)了最高的9度罕遇地震作用，超過(guò)了一般設(shè)計(jì)考慮的場(chǎng)景。要知道，我國(guó)抗震規(guī)范設(shè)防烈度最高也就是9度，超過(guò)9度地區(qū)即用“9度+”表示。
地震動(dòng)反應(yīng)譜（來(lái)
源：北工大結(jié)構(gòu)抗倒塌課題組）
什么是地震動(dòng)反應(yīng)譜？根據(jù)專(zhuān)業(yè)定義，是指在給定的地震加速度作用期間內(nèi)，單質(zhì)點(diǎn)體系的最大反應(yīng)位移、速度反應(yīng)和加速度反應(yīng)隨質(zhì)點(diǎn)自振周期變化的曲線。可以通俗地理解為，每個(gè)建筑都有自己的振動(dòng)頻率，在一次確定的地震作用下，各個(gè)振動(dòng)頻率不同的建筑分別達(dá)到最大的變形情況。
設(shè)計(jì)反應(yīng)譜則是根據(jù)大量實(shí)際地震記錄分析得到的地震反應(yīng)譜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并結(jié)合震害經(jīng)驗(yàn)綜合判斷給出的一條共用反應(yīng)譜，用作計(jì)算在地震作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。
通過(guò)對(duì)比可以看出，此次土耳其的三組地震動(dòng)反應(yīng)譜在0~4秒的周期內(nèi)基本包絡(luò)了設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，自振周期在0~4秒內(nèi)的建筑最大反應(yīng)位移、速度和加速度都高于正常設(shè)計(jì)值。
建筑未按規(guī)范設(shè)計(jì)
土耳其96%的國(guó)土位于地震帶上，98%的人口生活在地震帶上。1999年，土耳其西北部的伊茲米特市附近發(fā)生7.4級(jí)地震，造成超1.6萬(wàn)人死亡、25萬(wàn)人無(wú)家可歸。這場(chǎng)悲劇發(fā)生后，土耳其政府出臺(tái)了新的建筑法規(guī)和強(qiáng)制性地震保險(xiǎn)制度。目前，該地區(qū)的抗震建筑規(guī)范要求，建筑應(yīng)該能夠承受強(qiáng)烈地震（地面加速度為正常重力的 30% 至 40%，即0.3g至0.4g）而不會(huì)發(fā)生完全破壞。本次地震可能引起20%到50%重力范圍內(nèi)的震動(dòng)，大部分建筑物應(yīng)不至于倒塌。而據(jù)總統(tǒng)埃爾多安稱(chēng)，土耳其此次遇難人數(shù)超過(guò)了1999 年地震造成的死亡人數(shù)。
由此可見(jiàn)，新規(guī)的執(zhí)行并不理想。雖然有消息表示，2月6日地震中受到影響的許多建筑物都是在2000年之前建造的，但一項(xiàng)由中東技術(shù)大學(xué)于2021年發(fā)布的研究顯示，在加濟(jì)安泰普的11萬(wàn)棟建筑中，只有11%的建筑完全符合建筑規(guī)范，多達(dá)38%的建筑不符合抗震建筑規(guī)范，許多5至8層的公寓樓通常在沒(méi)有正式批準(zhǔn)的情況下建造。
據(jù)悉，此次倒塌的建筑多為抗震能力差的無(wú)筋磚砌體結(jié)構(gòu)。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)，土耳其南部居民生活在抗震能力較差的建筑物中，這些建筑物多采用無(wú)鋼筋磚砌體結(jié)構(gòu)和低層混凝土框架，因此在震動(dòng)中十分脆弱，易坍塌。土耳其中東科技大學(xué)去年3月在《土壤動(dòng)力學(xué)與地震工程》雜志上發(fā)表的研究中指出，土耳其南部最大城市加濟(jì)安泰普中心地區(qū)的建筑物，在6.5級(jí)地震中就會(huì)受到中等至嚴(yán)重的破壞，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)現(xiàn)有建筑物都采用低層磚砌體結(jié)構(gòu)，彼此間距又非常近。
除了設(shè)計(jì)沒(méi)有達(dá)到抗震標(biāo)準(zhǔn)，材料與施工質(zhì)量也沒(méi)有任何保障。在土耳其東部農(nóng)村，因?yàn)槌杀镜土⒖梢跃偷厝〔?，用土坯、石塊等砌成的簡(jiǎn)單磚石結(jié)構(gòu)建筑占據(jù)主流，在地震中不堪一擊。在城市中，許多建筑物使用的混凝土質(zhì)量事實(shí)上未達(dá)到政府規(guī)定的最低標(biāo)準(zhǔn)。
土耳其薩卡里亞應(yīng)用科學(xué)大學(xué)相關(guān)論文指出，城市公共建筑普遍使用的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在實(shí)際施工中存在混凝土強(qiáng)度差、鋼筋無(wú)肋（帶肋可以增加鋼筋和水泥的結(jié)合能力）、細(xì)節(jié)不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題，但至今未有顯著改觀。
國(guó)內(nèi)規(guī)范設(shè)計(jì)建筑能經(jīng)得起土耳其地震考驗(yàn)嗎？
在此次地震中倒塌的建筑很多是砌體結(jié)構(gòu)，對(duì)此，李易教授團(tuán)隊(duì)選取20世紀(jì)80年代上海某建成的5層砌體結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模模擬分析。通過(guò)前期試驗(yàn)，該有限元模型可以較準(zhǔn)確地模擬砌體結(jié)構(gòu)地震動(dòng)力響應(yīng)。在該模型的基礎(chǔ)上輸入土耳其的三條地震動(dòng)，分析結(jié)果：該結(jié)構(gòu)在土耳其三條地震動(dòng)作用下均發(fā)生了倒塌破壞。也就是說(shuō)，中國(guó)上世紀(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)的砌體房屋在如果放在這次地震中也很可能倒塌。
框架結(jié)構(gòu)房屋表現(xiàn)如何呢？李易教授團(tuán)隊(duì)依據(jù)中國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)了45組代表性混凝土框架結(jié)構(gòu)，共建立了675個(gè)典型混凝土框架結(jié)構(gòu)分析模型，進(jìn)行三組地震動(dòng)作用下?lián)p傷情況模擬分析。這45個(gè)建筑主要有三類(lèi)設(shè)計(jì)參數(shù)的不同：結(jié)構(gòu)總層數(shù)分別取值2、4、6；結(jié)構(gòu)跨度分別取值4.5、6、7.5、9、12米；抗震設(shè)防烈度分別取值6度（0.05g）、7度（0.1g）、8度（0.2g）。進(jìn)一步考慮0%、5%、10%、15%與20%五種鋼筋銹蝕率及1978年前、1978-1989年、1989年后三種建造年代。建筑平立面規(guī)則布置，橫向四跨，縱向八跨，結(jié)構(gòu)底層層高為4.5 米，其他層層高為3.6 米。建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。分析結(jié)果顯示，中長(zhǎng)期地震動(dòng)的破壞力遠(yuǎn)大于短期地震動(dòng)，三種建造年代的框架結(jié)構(gòu)在中長(zhǎng)期地震動(dòng)下全部發(fā)生倒塌，在短期地震動(dòng)下沒(méi)有全部倒塌，出現(xiàn)了中等破壞及嚴(yán)重破壞的情況；此外，年代越近的框架結(jié)構(gòu)在短期地震動(dòng)作用下發(fā)生倒塌破壞的比例越低，由此可以反映出，隨著時(shí)間推移、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全儲(chǔ)備越高，結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌破壞的可能性會(huì)降低。怎么理解中長(zhǎng)期與短期的破壞結(jié)論？通俗地說(shuō)，在一定范圍內(nèi)，自振周期越短、剛性越強(qiáng)、越“硬”的房子比自振周期越短、柔性越好、越“軟”的房子受到的破壞要稍微小一些。
抗震能力更強(qiáng)的框剪結(jié)構(gòu)房屋表現(xiàn)會(huì)好一點(diǎn)嗎？李易教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了3個(gè)代表性框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建立有限元模型，對(duì)其進(jìn)行地震響應(yīng)分析。結(jié)構(gòu)采用橫向四跨，縱向八跨。結(jié)構(gòu)底層層高為4.5 米，其他層層高為3.6 米。建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。3個(gè)模型的抗震設(shè)防烈度均為8度，跨度選取6 、9 、12 米，層數(shù)均為8層。團(tuán)隊(duì)將三個(gè)臺(tái)站三個(gè)方向的地震動(dòng)記錄（共計(jì)9條地震動(dòng)）分別輸入到上述3個(gè)框剪結(jié)構(gòu)中，共計(jì)27個(gè)算例。計(jì)算分析結(jié)果顯示：3棟框剪架結(jié)構(gòu)基本周期介于0.59s ~ 0.66s，也是中長(zhǎng)周期地震動(dòng)的破壞力遠(yuǎn)大于短周期地震動(dòng)。三棟建筑在中長(zhǎng)周期地震動(dòng)作用下均發(fā)生倒塌破壞，在短周期地震動(dòng)作用下發(fā)生嚴(yán)重破壞或中等破壞。
通過(guò)對(duì)砌體、框架、框剪三種結(jié)構(gòu)在土耳其地震動(dòng)下的模擬分析，震損情況均較為嚴(yán)重，尤其是中長(zhǎng)期地震動(dòng)下結(jié)構(gòu)大多發(fā)生了倒塌，對(duì)于強(qiáng)度最大的短周期地震動(dòng)，結(jié)構(gòu)也發(fā)生了從輕微到倒塌的不同程度的損傷。李易教授團(tuán)隊(duì)的模擬分析結(jié)果仍是保守的，是基于單次地震作用分析所得，土耳其地震是發(fā)生了多次強(qiáng)烈地震動(dòng)，其結(jié)構(gòu)的響應(yīng)與單次地震動(dòng)有較大的差別，且更為復(fù)雜。
減隔震建筑未來(lái)可期
令人想不到的是，目前世界上最大的單體隔震建筑也在土耳其，位于伊斯坦布爾的巴沙克謝希爾松櫻都市醫(yī)院。由于地震距離伊斯坦布爾很遠(yuǎn)，沒(méi)有對(duì)擁有2682張病床的巴沙克謝希爾松櫻都市醫(yī)院造成什么影響。這棟全球最大隔震建筑的設(shè)防目標(biāo)是“大震后立即使用”。能否真正實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，尚有待實(shí)際地震的檢驗(yàn)。
而在土耳其東部、距離加濟(jì)安泰普約250公里的隔震建筑馬拉蒂亞醫(yī)院則受到了地震的影響。地震預(yù)警軟件廠商QuakeLogic日前在網(wǎng)絡(luò)發(fā)布一段視頻顯示，隔震層上部結(jié)構(gòu)像浮在軟墊上一樣前后左右上下晃動(dòng)，雖然晃動(dòng)的幅度不大，但毫無(wú)疑問(wèn)的是，隔震層開(kāi)始工作了。不過(guò)由于距震中較遠(yuǎn)，當(dāng)?shù)亓叶茸罡邽?.5度，并不高，但隔震層的正常啟動(dòng)起碼說(shuō)明它的隔震構(gòu)造措施得當(dāng)。
隔震技術(shù)被美國(guó)地震專(zhuān)家稱(chēng)為“40年來(lái)世界地震工程最重要的成果之一”，它利用隔震層將建筑物基礎(chǔ)與地基上下隔斷，使絕大多數(shù)的地震能量不能傳遞上來(lái)。減震技術(shù)是通過(guò)在建筑某些部位設(shè)置耗能裝置來(lái)耗散或吸收地震能量，從而減小主體結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。
自汶川大地震之后，我國(guó)對(duì)房屋抗震安全性能愈加重視，減隔震技術(shù)也被更多地應(yīng)用到建筑中來(lái)。目前建成總量超1萬(wàn)棟，位列世界第一，但在我國(guó)比例不高。解決建筑抗震問(wèn)題的思路主流仍是傳統(tǒng)的抗震技術(shù)。2021年5月我國(guó)頒布《建設(shè)工程抗震管理?xiàng)l例》后，減隔震技術(shù)備受關(guān)注。對(duì)重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)、特殊設(shè)防類(lèi)等建筑，國(guó)家推廣政策口徑也由“鼓勵(lì)”變“應(yīng)當(dāng)采用”，甚至有的地方要求“強(qiáng)制采用”，并鼓勵(lì)利用減隔震技術(shù)開(kāi)展抗震加固。
