天津地區典型農居抗震能力評價與防震減災對策

姚新強

天津地區典型農居抗震能力評價與防震減災對策

姚新強

姚新強,天津市地震局工程師，博士，在讀博士后。主要研究方向為結構抗震、地震災害學。先后負責天津市自然科學基金項目“天津近代老舊建筑動態抗震能力與地震災害快速判定技術研究”，中國地震局星火計劃項目“天津地區農居抗震能力分析和防震減災對策研究”等；發表論文10余篇，其中EI期刊論文2篇；曾獲天津市地震局防震減災優秀成果一等獎。

項目研究背景

2004年，針對我國農村民居和村鎮公共設施防震能力薄弱的現狀，18位院士聯名提出關于啟動“地震安全農居工程” 的建議，得到了國務院領導的肯定和支持。同年，國務院召開全國防震減災工作會議，會后下發《國務院關于加強防震減災工作的通知》（國發〔2004〕25號）明確提出逐步實施農居工程。2006年國務院在新疆召開了全國農村民居防震保安工作會議，會后國務院辦公廳轉發了地震局和建設部《關于實施農村民居地震安全工程的意見》，全面部署了農村民居地震安全工程的實施。

隨著農居地震安全工程和城鎮化建設的開展，我國部分地區的農居抗震水平得到了極大提高，但全國還有很多地區的農居抗震水平較差，屬于抗震薄弱區域。無論四川汶川地震、甘肅玉樹地震、四川蘆山地震、甘肅岷縣地震還是云南魯甸地震都清楚的表明，房屋破壞是造成地震損失和人員傷亡的主因。村鎮農居的抗震能力普遍低于城市，地震造成的破壞和人員傷亡均大于城市。據統計，我國因地震導致的50%以上的經濟損失和60%的人員傷亡都在農村。歷次中強地震中，由于農居的抗震能力都較差，造成農村人員傷亡慘重，財產等損失重大。農居基本沒有納入規范的建設管理，大多數房屋未經正規設計、正規施工，基本處于“不設防”的狀態。“小震致災”甚至“小震大災”是我國農村地震災害的顯著特點，一次5級左右甚至某些4級多的地震，就會造成房屋倒塌和人員傷亡。可以說村鎮農居抗震起點低，需求迫切，量大面廣，有區域特點。

天津地區地處河北平原地震帶與張家口—渤海兩大地震帶的交匯部位，具有發生強烈地震的背景和條件，歷史上曾多次遭遇重大的地震災害，1679年的三河—平谷8級地震，1976年的唐山7.8級地震和1976年的寧河6.9級地震等都使天津市遭受了嚴重的破壞。1976年唐山地震中，寧河和漢沽的地震烈度達Ⅸ度，塘沽及市區大部分地區達Ⅷ度，從而使天津成為我國唯一遭受Ⅷ度地震災害的特大型城市，也因此被納為首都圈地震重點監視防御區。

研究目標、研究內容

1.研究目標

針對天津村鎮農居抗震能力和防震減災對策研究需求的緊迫性，在國家社會服務工程天津分項農居調查和典型農居結構詳查的基礎上，分析農居結構的抗震、抗倒能力，建立農居震害矩陣，選取適合天津場地條件、設防烈度，特色農居結構的抗震加固措施，最終形成村鎮農居防震減災對策。具體研究目標如下：

（1）建立典型農居結構特征數據庫。在國家社會服務工程天津分項薊縣、寧河、靜海縣農居建筑抗震性能調查和詳查的基礎上，建立典型農居結構特征數據庫；

（2）形成典型農居抗倒能力評價方法。對典型農居結構抗震鑒定和地震動時程彈塑性有限元研究，確定天津農居結構的抗震、抗倒能力評價方法和易損性；

（3）建立農居震害矩陣。結合農居調查和詳查資料、歷史地震震害、經驗震害矩陣和典型結構地震易損性分析，建立天津農居震害矩陣；

（4）形成農居防震減災對策。在天津地區地震地質災害研究的基礎上，分析農居的抗震有利措施和薄弱環節，在現有的低價抗震加固技術中，選取適合天津場地特性和典型農居結構特點的抗震加固技術，形成農居防震減災對策。

2.研究內容

采用《建筑抗震鑒定標準》和《鎮（鄉）村建筑抗震技術規程》相結合的方式，通過綜合抗震能力指數對農居的抗震能力進行定量的評價和分析；采用楊玉成通過唐山地震等國內幾次地震形成的抗震能力指數與震害等級之間的判別關系進行天津農居的破壞等級劃分，形成了3個區縣和天津市不同結構類型農居平均易損性矩陣，限于篇幅本文僅給出天津市三種結構類型農居的平均易損性矩陣，見圖19—圖21。

天津地區設防烈度較高，尤其是漢沽和寧河屬于中強地震區。無論是1976 年的唐山地震，還是稍后發生的寧河6.9級地震，都對天津地區尤其是寧河、漢沽一帶的農居造成了重大的地震地質災害。目前天津地區位于首都圈地震重點監視防御區，人民生命財產面臨著地震災害的潛在威脅，提高村鎮房屋的抗震能力是減輕震害最直接有效的途徑。一般來講，農居分為兩大類，一類是傳統農居，另一類是新建農居。即使是傳統農居，其抗震性能也存在較大差異。當前城市化進程加快，農村城鎮化集中新建的房屋也不盡相同，因此掌握村鎮房屋抗震能力的現狀，提出增強措施，使之達到小震不壞、中震可修、大震不倒的安居設防目標，這是地震工程研究應肩負的重大職責。

（1）典型農居構造特征分析。由于經濟條件、生活環境和地方習俗等方面的差異，村鎮房屋存在多種結構形式，相同結構形式的房屋也往往由于建筑材料、施工方法和施工質量等不同而存在明顯差異。對典型村鎮房屋進行詳查，掌握不同地區村鎮房屋的典型結構類型及各自的構造特點。在國家社會服務工程天津分項農居調查和典型農居結構詳查的基礎上，建立典型農居特征數據庫。

（4）農居防震減災對策研究。研究天津地區地震地質災害狀況，分析農居的抗震有利措施和薄弱環節，進行抗震加固技術研究，選取經濟、安全、適合天津地區場地特性和典型農居結構特點的農居結構抗震加固技術，形成農居防震減災對策。

（2）典型農居結構地震反應分析研究。在前期典型農居結構特征分析的基礎上，應用建筑抗震設計規范和抗震鑒定方法，對村鎮房屋中的典型結構進行抗震能力鑒定；采用有限元對典型農居結構進行彈塑性地震反應分析研究，通過有限元軟件，建立村鎮房屋中典型結構的數值模型，詳細分析房屋不同構件在地震中的受力情況，進一步探究村鎮房屋的抗震性能，掌握農居結構的抗震能力現狀；綜合理論計算和有限元模擬，完成農居地震易損性分析；針對抗震能力不足的村鎮房屋，建立采用不同加固措施后的三維有限元模型，分析不同加固措施的抗震加固效果，進而對加固措施做進一步的改進，為實際工程加固提供理論參考。

2.天津農居抗震性能調查與分析

（3）農居震害矩陣研究。在建立的農居特征數據庫的基礎上，結合唐山地震、寧河地震等地震震害，采用眾多學者專家給出的經驗震害矩陣和典型農居結構地震易損性分析，建立農居震害矩陣。

本課程教學改革的目的在于改善當前國際結算授課內容落后于實務操作的現狀，給學生補充適應跨境電商需求的國際結算知識，為畢業后有更多的就業選擇奠定基礎。

付完賬后，營業員把包好的衣服遞給顏曉晨，顏曉晨提著紙袋，和沈侯出門時，長發女子的三個朋友匆匆趕來，營業員說著“歡迎光臨”，可顏曉晨總覺得營業員的表情很古怪，像是馬上要哭出來的樣子。

關鍵技術與主要研究結果

1.我國典型地震農居震害分析和地震易損性分析

根據我國農村民居建造情況，將全國農居劃分為六種結構類型，針對每種類型，分別從農居結構特點，構造特征和抗震能力薄弱點進行研究。分析了近年來全國典型地震農居震害的震例,分別為2003年云南大姚6.1級地震、2003年新疆巴楚6.8級地震、1998年云南寧蒗6.2級地震、1998年河北張北6.2級地震、1996年云南麗江7.0級地震、2013年甘肅岷縣6.6級地震、1996年內蒙古包頭6.4級地震，將典型地震中農居震害矩陣利用震害指數與烈度的統計分布規律進行完善，得到VI度至X度下農居的震害矩陣，但限于震害調查資料有限，磚木、土木和磚混震害分布于不同的地區。在尹之潛提出易損性指數基礎上，給出了地震易損性指數一種新的公式。最后在震害矩陣的基礎上給出了磚木結構、土木結構、磚混結構三種結構農居的易損性指數，并且分別與調查得到的天津市當前農居的易損性指數進行了對比，具體如圖1—圖3所示。

通過易損性指數可以評價同一種結構類型在不同地震中的震害表現。磚木結構農居易損性指數除河北張北地震為0.63外，其他地震對應的易損性指數均在0.40至0.48左右，易損性指數值比較接近，最大值為0.63，對應的地震為1998年發生的河北張北6.2級地震，導致易損性指數偏低的主要原因之一是大量的磚木結構農居采用泥漿砌筑，墻體抗剪能力極差；易損性指數最小值為0.40，對應的地震為2003年云南大姚6.1級地震，說明磚木結構農居抗震能力最好。

土木結構農居易損性指數可以分為兩類，第一類易損性值為0.39至0.47，對應云南大姚地震、云南寧蒗地震、內蒙古包頭地震，云南麗江地震，說明在統計的地震中這四個地區的土木結構農居抗震能力偏好一點；第二類易損性值為0.55至0.64，對應的地震為甘肅岷縣地震、新疆巴楚-伽師地震和天津市當前土木農居易損性指數，說明在這些地震中，這三個地區的土木結構農居抗震能力偏差。

圖1 磚木結構易損性指數對比

圖2 土木結構易損性指數對比

圖3 磚混結構易損性指數對比

磚混結構農居易損性指數最小值為0.31，對應的地震為甘肅岷縣地震，說明在統計的地震中，甘肅岷縣磚混結構的抗震能力最好；易損性指數最大值為0.47，對應的地震為江西九江-瑞昌地震，說明在統計的地震中，江西九江-瑞昌地區的磚混結構農居抗震能力最差。

2.2 堅持以人為本的原則，分層對待員工的各自情況。國有企業職工出身結構的多樣性，往往體現在職工的年齡、學歷、經歷、性別，家庭都是造成不同的思想狀態的因素，對職工進行同類分類，單獨為同類職工制定相關的教育輔導方式，能夠解除職工的一些顧慮，真實準確、及時地了解員工的思想動態，化解企業內部的矛盾，營造和諧融洽的企業工作環境，提高企業的生產經營效率。

地震造成大量人員傷亡的主要原因是房屋倒塌，鑒于建筑抗震設計規范和鑒定標準中僅提供了建筑抗震能力的鑒定方法，無建筑抗倒能力評判標準，本研究提出一種房屋抗倒能力評價方法，通過將鑒定標準中的樓層綜合抗震能力指數發展為抗倒能力指數的方式進行改進，以適合天津地區農居的結構特點，并對典型結構的抗倒能力進行分析研究。

圖4 區域不同結構類型農居比例

圖5 農居結構類型不同區域比例

圖6 圈梁構造柱年代分布

圖8 砌筑砂漿年代分布

對三種砂漿材料的12組墻片進行了擬靜力試驗，示例其中1片墻片的試驗照片，如圖10所示，給出了墻片的滯回曲線、骨架曲線、剛度退化曲線、延性系數見圖11—圖14，主要分析了砂漿強度、抗震構造措施和開洞率對墻片擬靜力試驗的影響，并對墻片的需求剪力、設計剪力和試驗剪力進行了對比分析，最后給出了墻片的試驗結論和建議。

圖7 圈梁、構造柱空間分布

圖9 砌筑砂漿空間分布

3.天津典型農居材料力學性能試驗與墻片擬靜力試驗分析

采用RevMan 5.1軟件進行Meta‐分析。計數資料用比值比（OR）為效應指標，各效應量均給出其點估計值和95%可信區間（95%CI）。采用χ2檢驗分析各研究結果間的異質性，當P≥0.10，I2≤50%時，采用固定效應模型進行Meta‐分析；反之，則采用隨機效應模型進行Meta‐分析，并謹慎解釋研究結果。若數據無法合并則行描述性分析。對納入研究數＞10個的結局指標采用漏斗圖分析發表偏倚。

對三種不同材料的砂漿砌塊進行了標準試塊壓力試驗，得到了砂漿試塊的抗壓強度值，見表1，并對砂漿材料的標準磚砌體試件進行了抗壓試驗，測定了磚砌體的抗壓強度值，見表2。得到的這些值可以用于農居抗震能力計算和分析，同時，得到的試塊、砌體抗壓強度值也為墻片擬靜力試驗計算提供基礎數據。

他驚出了一身冷汗，卻見前方的江面突然出現了一個急彎，他暗叫不好，猛地向左一推操縱桿，身體右傾，翼面隨之大幅度地向右傾斜，于電光石火間，將那急彎轉了過去。

表1 標準砂漿試塊抗壓強度測值（MPa）

表2 磚砌體的抗壓強度值（MPa）

對3個區縣43個自然村2萬多棟農居進行了抗震性能調查，并對其中近200棟農居進行了詳細的抗震調查。給出了天津農居土坯結構、石木結構、磚木結構、磚混結構的空間和時間分布比例和相應的構造特點，如圖4—圖9所示，并對抗震現狀進行了分析，可以看出磚木結構在天津農居中的占比最高，達到了90%，磚混結構和土坯結構，石木結構所占比例較少。從抗震能力上來看，磚混結構的抗震能力最好，基本上按照國家標準和規范設計，磚木結構因砂漿強度和抗震構造措施不同其抗震能力差別較大，比如寧河區、薊州區有較少的磚木結構農居采用標號較高的水泥砂漿砌筑，有圈梁和構造柱，并且采用樁基礎，其抗震能力較好，而靜海區部分磚木結構農居采用泥漿砌筑，無抗震構造措施，基礎也較淺，其抗震能力較差，土坯結構和石木結構因采用泥漿，墻底抗剪強度極低，抗震能力最差。調查中發現天津農居中的磚木結構、土坯結構、石木結構屋蓋都采用硬山擱檁的方式，而硬山擱檁對抗震相對不利，因而在VIII、IX度的高烈度區是不應采用的。

俄羅斯方塊告訴我們：犯下的錯誤會積累，獲得的成功會消失；植物大戰僵尸告訴我們：須常調整狀態，方能應付不同挑戰；憤怒的小鳥告訴我們：有時沉下身心，是為了飛得更高；跑跑卡丁車告訴我們：永遠別覺得時間還多，可以浪費；水果忍者告訴我們：水果與炸彈同在，機遇與挑戰并存！

根據12個墻片的擬靜力試驗結果，參考骨架曲線中剪力（MPa）、位移角的大小將墻片的破壞劃分為五個等級：即基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴重破壞、毀壞，表3詳細給出了12個墻片破壞等級的雙參數定量劃分方法。應該說這種對破壞等級的定量劃分采用雙參數的方法不同于以往模糊劃分方法，也不同于單一定量參數劃分方法。模糊劃分方法往往采用描繪的詞語進行劃分，可操作性不強，而單一定量參數劃分方法雖然能夠進行定量劃分，但是因為只取單一參數，存在片面性，本研究采用的雙參數劃分方法克服了上述問題。

聽說課隱性分層教學設計，關注學生差異，通過對教學目標、教學對象、教學內容、教學策略等進行合理分層，滿足學生的個體化發展需求，促進了各層次學生聽說能力的提高，激發了學生積極的情感因素。因此，聽說課隱性分層教學得到越來越多的認可。本研究進一步證實了隱性分層教學的有效性，但在時間和范圍上還存在局限性，今后教學中還應進行更長時間和更大范圍的實踐。

圖10 12-C5-RBCC2墻體破壞照片

圖11 12-C5-RBCC2力-位移滯回曲線

圖12 水泥砂漿砌筑有圈梁構造柱墻片骨架曲線

圖13 墻片剛度退化曲線

圖14 墻片延性系數曲線

表3 墻片破壞等級定量劃分

小震下，薊州區南部破壞比最大，因為薊州區南部基本烈度較高，且存在相對較多數量的土坯結構房屋，抗震能力差。中震下，靜海區農居破壞比最大，這是因為靜海區磚木結構中泥漿砌筑的農居數量較大，在中震下，嚴重破壞和毀壞的比例較高；寧河區和薊州區南部地區破壞比稍微好一些這是因為雖然寧河區和薊州區南部地區基本烈度比靜海區要高，但是農居抗震能力要強于靜海區農居；薊州區北部破壞比最小，這主要是因為薊州區北部基本烈度較小所致。大震下，靜海區、寧河區和薊州區南部區域破壞比均大于50%，薊州區北部農居相對南部農居破壞比相對小一些。

將不同年代同結構類型的抗震能力指數乘所占的農居數量，得到同結構類型3個區縣及天津市農居的抗震能力指數平均值，如圖15—圖18所示。石木結構農居只分布在薊縣地區，為20世紀70年代所建，石塊間用干土砌筑。土坯結構房屋為20世紀70年代所建，這種類型房屋由于砌體材料強度極差和抗震措施的匱乏，其平均抗震指數低于同年代磚木結構，其中寧河土坯結構現狀保存較好，但數量較少，平均抗震能力指數較高；薊州區和靜海區的土坯結構數量相對較多，且抗震能力指數較低。對于磚木結構，寧河區和薊州區的平均抗震能力指數相當，靜海區則較低。對于磚混結構，靜海區的平均抗震能力指數最高，因為靜海區的磚混結構大多是近幾年來新建，抗震構造措施齊全，而薊州區和寧河區的磚混結構大多為20世紀90年代、2000年左右建造，構造柱采用的較少。

圖15 石木結構抗震能力指數

圖16 土坯結構抗震能力指數

圖17 磚木結構抗震能力指數

圖18 磚混結構抗震能力指數

主站單元接收到數據后首先進行4位CRC校驗,校驗通過則將數據發送到上位機,校驗失敗將舍棄該組數據重新查詢。如果重新查詢三次依舊出錯則使從站地址自增1跳過該從站,同時上報上位機。當某個從站從總線脫離可由主站通過查詢超時判斷,避免整個總線癱瘓,提高了RS-485總線的通信效率,實現了熱拔插,增加了整個信號采集系統的可靠性和穩定性。

5.天津農居抗震能力分布研究

依據第五代地震動參數區劃圖給出三個區縣的地震設防水準（如表4所示），用抗震能力指數來量化表示抗震能力分布的大小，并對抗震能力分布進行了4個等級劃分，見圖22—圖24。

表4 天津三區縣抗震設防水準

圖19 磚木結構農居破壞等級圖

圖20 土坯結構農居破壞等級圖

圖21 磚混結構農居破壞等級圖

4.天津農居易損性矩陣分析

圖22 小震下農居抗震能力分布

圖23 中震下農居抗震能力分布

圖24 大震下農居抗震能力分布

6.農居防震減災對策

三個區縣的農居結構具有共性，但是又各有不同，對于靜海區農居結構而言，普遍存在抗震構造措施缺失，砂漿強度偏低，基礎墻體返潮現象嚴重，建議對現有泥漿和爐灰砂漿砌筑的房屋采取圈梁構造柱加固，用新型的鋼筋-瀝青隔震層技術，起到隔震和防潮的作用；對于寧河區農居結構而言，雖然結構抗震構造措施較好，較多的農居采用了圈梁，但是構造柱的設置比例還不是太高，尤其是1976年唐山地震時，場地噴砂冒水點較多，砂土液化現象嚴重，因此針對寧河區爐砟砂漿砌筑的老舊農居，建議采用構造柱進行加固，對于沒有地圈梁的農居增設基礎圈梁；而對于薊州區則普遍存在門窗洞口過大的問題，建議采用短柱進行支撐，并且短柱要和窗戶上下墻體有較好的連接，或者對窗戶四周墻體采用圈梁構造柱加固。

成果推廣應用及下一步工作設想

本研究給出的三個區縣的調查報告和相關數據已經應用到薊州、靜海、寧河三個區的農村防震減災工作中，相關試驗報告、模型和有關數據也已經應用到哈爾濱理工大學建筑工程學院的教學中，并且取得了良好的效果。

3.歷史傳承原則。在進行民宿民俗旅游的環境設計中，要本著歷史傳承的原則進行環境設計。民宿民俗旅游當地最為獨特的風景景觀就是歷史人文，這些具有歷史特色的地區，往往會給人們帶來非常深刻的印象，包括西柏坡、井岡山等多個地區，具有非常濃厚的歷史文化氣息，當地的建筑語言以及空間形態等設計元素都會觸發人們的感想。因此，在進行民宿民俗景觀設計中，要充分對當地的歷史文化進行調查以及分析，本著文化傳承的精神來加強當地的民俗民俗旅游環境設計。在進行民宿民俗旅游景觀設計中需要融入現代化城市的細節，最大限度地體現當地的人文特色，從而讓游客在體會當地文化中了解時代的印記，尊重歷史的傳承與發展。

但是，由于全國的農居地震震害的時間尺度和震例相對偏少，在本研究中，利用唐山地震形成的抗震能力指數和破壞等級之間的對應關系，不能夠十分準確地反映當前農居地震破壞的實際情況，在今后的工作中將進行以下完善工作：

（1）全面總結全國地震農居震害特點，對不同地域農居抗震能力進行差異化比較，總結全國農居震害分布規律，給出全國農居歷史震害矩陣和震害指數的對應關系。

第一，隱私權保護。這一保護模式為美國法所推崇，是將個人信息置于隱私權中加以保護。美國《隱私法》(1974年)規定了對各類信息的收集、持有、使用和運輸保護之條款。?“個人信息本質上是一種隱私，隱私就是我們對自己所有信息的控制。法律將個人信息作為一種隱私加以保護，界定其權利范圍。”?大數據革命使信息收集、利用變得迅速并不易察覺，增加了控制難度，但并不意味著“隱私的死亡”。在美國，大數據保護論爭通常在隱私權語境下展開，譬如責任規則的適用，究竟是適用侵權責任還是合同責任規制不當觀察、捕捉、傳播和使用個人信息的行為，都在隱私權語境下探討。這與美國實用主義的法治傳統不無關系。

（2）進行多組不同砂漿磚砌體墻片的擬靜力試驗，對墻片最大設計剪力、地震剪力和試驗剪力進行對比分析。還需要進行大量的墻片試驗對墻片破壞等的雙參數劃分方法進行驗證或修正。

試驗中文丘里管進出口截面直徑應等于進氣管的直徑d1=d2=115 mm，壓氣機出口空氣壓力=0.157 MPa，溫度=345 K，進氣流量=0.529 kg/s，渦前廢氣壓力=0.15 MPa。為保證廢氣有效引射入進氣管，必須讓排氣管與文丘里管喉口部存在壓力差，由經驗數據查得，二者通常需有3～10 kPa的壓力差[9]，因而我們選取pt=0.14 MPa。

（3）繼續研究農村老舊民居抗震能力定量評價方法，增加天津地區農居抗震能力調查抽取的樣本數量，提出天津地區農居抗震能力指數與破壞等級之前的對應關系，根據全國農居歷史震害矩陣和抗震能力指數之間的關系進行修正。

（4）利用當前開放的網絡地圖進行以棟為單位快速建立天津地區農居分布數據，進行以棟為單位的抗震能力的分布研究。

本文由天津市自然科學基金項目（17JCQNJC07000）、地震科技星火計劃項目（XH15002Y、XH18005）資助。