遼寧省地震高危區農村民居防震減災能力調查

劉永強，李 偉，索 銳，鄒 博

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

農村地震安全工程是建立健全震災預防體系的基本要求，農村地區防震減災工作仍十分薄弱，農村民居基本不設防、農民建房未納入規范管理、村鎮民居未考慮地震安全問題等等，已成為建立健全震災預防體系的嚴重障礙。

為了有效減少地震在農村地區造成的人員傷亡和經濟損失，在農村地區實現我省2020年的防震減災奮斗目標，按照《國務院關于加強防震減災工作的通知》的具體要求，通過遼寧省地震安全農居抗震性能普查，推動全省農村地震安全工程的實施。

根據最新研究成果，2006-2020年全國劃定了25個地震重點防御區，營口位于我省沈陽—大連重點防御區內。在地震重點防御區內的許多地區地震災害風險非常高，其中本文中營口的大石橋市、蓋州市在全國第五代地震動參數區劃圖中由7度區變為8度區，其抗震設防面臨著新的問題，所以有必要開展研究。

1 地震地質背景

大石橋—蓋州所處的地區，位于金州斷裂蓋州北—鞍山段及海城河斷裂展布地帶，在構造上處在金州斷裂和海城河斷裂的交會部位，金州斷裂為晚更新世活動斷裂，海城河斷裂為全新世活動斷裂。金州斷裂西側為下遼河盆地，東側為遼東山地，兩側新構造差異升降運動明顯，金州斷裂總體上控制了這一地區的地震活動，海城河斷裂為金州斷裂的共軛構造，發震構造以海城河斷裂為主。該地區發生過1975年海城7.3級地震及多次大于5級的強余震，是我省地震活動最為密集的地區，沿金州斷裂形成NNE向疏密相間排列的地震條帶，沿海城河斷裂形成密集的NW向地震條帶,確定大石橋—蓋州地區為地震危險水平高的地區。

近場區是一個地震多發且地震震級較大地區，地震的空間分布是不均勻的，絕大部分為海城7.3級地震的前、余震，近場區的東北部屬該地震區的一部分，所以地震分布特別密集。除此之外，地震分布比較集中的地方是蓋州青石嶺附近和蓋州西海岸，這里以小地震活動為主，4級以上的地震很少，最大地震發生在博洛鋪一帶，為ML4.8級，在蓋州西海岸為ML4.0級。近場區ML4.0級以上地震幾乎都集中在海城老震區。地震在時間上的分布也是不均勻的，海城老震區的地震活動在1975—1978年期間十分頻繁，其后強度明顯降低，其間發生3次5級左右地震，蓋州青石嶺地區的地震集中在1981年，西海岸一帶以1988年的地震較多，兩次4級左右地震分別發生在1981年和1989年。

總的看來，近場區是地震活動十分頻繁的地區，地震活動除在海城老震區集中以外，蓋州青石嶺和西海岸一帶也是小地震活動的密集區。

2 資料調查與分析

此次的工作區范圍位于遼寧省營口市蓋州、大石橋鄉鎮地區，工作區土地面積4540平方公里，人口138.55萬，包含鄉鎮40個，鄉鎮所含農村559個，工作區范圍見圖1。

資料的調查收集工作分為三個階段，第一階段為調查方案設計階段，需要結合行政區劃、基礎資料詳細程度及精度的要求開展工作；第二階段為資料調查收集的核心階段，需要同步進行：外業資料調查及照片拍攝、內業資料調查包括社會經濟與人口統計數據、地震地質等資料收集；第三階段是所有基礎資料整理、檢查、補充、錄入階段。

圖1 工作區范圍Fig.1 The working area

根據已收集到的建筑物現狀信息，進行調查數據統計，數據庫內數據以村為單位，給出調查結果，總建筑面積2693.3萬平方米。建筑物專題數據調查根據工作區建筑物統計資料，給出以鄉鎮為預測單元的統計數據。

從調查數據時間上看，數據分為80年代前、80年代、90年代、2000年后建筑。工作區內80年代前的民居建筑數量311329棟，占普查房屋的27.54%，這類房屋年代久遠，有腐蝕和歪裂現象，僅有一部分保持完好；80年代的建筑數量343006棟，占普查房屋的30.34%；90年代的建筑數量288738棟，占普查房屋的25.54%；2000年以后的建筑數量187329棟，占普查房屋的16.57%，這些建筑普遍保持完好（圖 2）。

圖2 建筑物按時間統計圖Fig.2 Building statistics by time

從結構來看，工作區內的建筑物主要分為四種類型：磚混房屋、磚石房屋、磚木房屋和土石房屋。

工作區內磚混房屋建筑面積582.3萬m2，占普查房屋總面積的21.62%；磚木房屋建筑面積264.7萬m2，占普查房屋總面積的9.83%；磚石房屋建筑面積1821.7萬m2，占普查房屋總面積的67.64%；土石房屋建筑面積24.5萬m2，占普查房屋總面積的0.91%（圖3）。

圖3 建筑物按結構類型統計圖Fig.3 Building statistics by construction classification

工作區對四類建筑進行現場抽查，抽查農村民居2910棟，涉及村莊126個，總建筑面積29.3萬平方米。將抽樣建筑入庫、整理、校隊后生成電子數據庫。

3 抗震性能評估方法

建筑物震害等級劃分按建筑物的震害由各組成部分的構件破壞反映出來，在劃分其震害等級時，按各部分構件的破壞程度將震害分成毀壞、嚴重破壞、中等破壞、輕微破壞、基本完好五個等級。

首先，工作中采用的是經驗判別分析法［1］，根據多層磚混房屋的大量震害現象分析其地震破壞機制，可以認為影響房屋抗震能力的因素基本屬于承重墻的抗剪強度和房屋的整體性兩方面，其中影響明顯的有房屋高度、磚墻面積率、砂漿標號、屋蓋結構形式、樓蓋結構形式、施工質量等六項結構因素和場地土分類共七項因素。我們把問題歸結為從過去地震中已經知道震害程度的若干建筑結構情況作為依據，尋求適當途徑建立上述七項因素與震害程度的關系，得到的這個關系就是預測模型。

判別分析法的數學描述是：“任一個體是由m個變量x1，x2，x3，…，xm組成的，并且來自G個母體A1，A2，…，AG中的一個，若給出一個體，記做X＝（x1，x2，x3，…，xm），需要判別它來自哪個母體。”簡單地說，就是根據變量解決分類問題。我們若把多層磚房的七個因素看做是變量x1，x2，x3…，x7；這樣判別分析就成7根據七個因素預測震害程度屬于那一檔。

由已知的屬于五個震害程度的樣品房屋總數N可表示為：

式中g表示震害程度的序號，ng表示屬于震害程度g的樣品房屋數。

這組數據可看做震害程度與因素之間關系的先驗信息，貝葉斯判別分析是以后驗概率最大的原則，導出如下的判別函數計算式：

式中Cog和Cig為判別系數，腳標i表示因素的序號，Xi（i=1，2，…，7） 是待預測房屋的7個因素值。

按（2） 式算出5個判別函數值Y1，Y2，…，Y5，找出最大的一個，即，則該房屋的震害程度屬g*檔。

本次工作調查對象中結構是磚混、磚木、磚石、土石的農村民居，在計算預測過程中，不同結構有著不同判別系數，最后取該房屋的震害程度最大值作為預測結果。

其次，工作中采用的模糊類比法［2］，模糊類比法是歷史震害統計法的數學延伸，它是通過模糊類比的數學關系進行震害預測的一種方法。將對建筑物有明顯影響的房屋高度、磚墻面積率、屋蓋結構形式、樓蓋結構形式等條件相類似的建筑物其震害結果認為相近或差別不大，預測結果可以直接采用。

4 抗震性能評估結果

通過對工作區布局狀況和建筑物分布情況的研究，最終決定以鄉鎮為單位劃分統計單元，整個工作區劃分為40個統計單元。其中建筑面積最大的是東城辦事處，面積為136.5萬平方米。結構類型以磚石房屋為主，建筑年代集中在1980年前統計結果為1.5萬棟，80年代1.8萬棟，90年代1.3萬棟，2000年后0.8萬棟建筑。

工作區內不同預測單元建筑物在各烈度下的建筑物震損情況見圖4-6。在五代區劃圖上，通過工作區內各鄉鎮所處的加速度分區，同時考慮可能造成人員傷亡的影響因素，預測建筑物可能達到的最不利震害情況（圖7）。跨越2個加速度分區的鄉鎮按照最不利情況給出結果，例如：（0.15 g，0.20 g） 的加速度分區內建筑物震害情況取值等同于0.20 g加速度分區內建筑物震害取值，0.15 g分區內建筑物震害取值按照線性插值法給出預測結果。

圖4 Ⅵ度下各單元建筑物震損分布圖Fig.4 Seismic damage distribution of buildings underⅥmagnitude intensity

圖5 Ⅶ度下各單元建筑物震損分布圖Fig.5 Seismic damage distribution of buildings underⅦmagnitude intensity

圖6 Ⅷ度下各單元建筑物震損分布圖Fig.6 Seismic damage distribution of buildings underⅧmagnitude intensity

圖7 各單元建筑物地震破壞不利情況預測圖Fig.7 Worst case of the seismic damage prediction of all the statistical buildings

對調查的工作區各類建筑物的抗震能力進行計算，得到了不同地震烈度下的破壞程度。分別計算工作區內各類建筑物的震害矩陣，如表1-4所示。

表1 磚混房屋易損性矩陣

表2 磚木房屋易損性矩陣

表3 磚石房屋易損性矩陣

表4 土石房屋易損性矩陣

5 結論

此次工作范圍涉及到營口的蓋州、大石橋二市，總建筑面積2693.3萬平方米。工作區內共有40個鄉鎮，其中蓋州25個，大石橋15個。從建筑物的普查情況來看，工作區內的建筑物超過100萬平方米的鄉鎮是東城辦事處、太陽升辦事處、水源鎮、旗口鎮、高坎鎮、虎莊鎮。工作區內1979年前建成的建筑物占總數的27.54%，80年代、90年代建成的建筑物占總數的55.88%，2000年以后的建筑物16.57%。磚石房屋是工作區建筑物的主要結構類型，超過房屋總數的67%，磚木類房屋約占總數的9.83%，磚混房屋約占總數的21.62%，土石房屋約占總數的0.91%。

由于農村民居多沒有經過抗震設計，相較于城市住宅，抗震性能相對較差。從Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ度震損分布圖上可以看出，將中等破壞、嚴重破壞和毀壞建筑民居的和作為一個考慮指標，東城辦事處和虎莊鎮2個鄉鎮破壞面積達Ⅷ度時均超過100萬平方米，太陽升辦事處、水源鎮、旗口鎮、高坎鎮4個鄉鎮破壞面積達Ⅷ度時均超過80萬平方米。

如果考慮五代地震動參數區劃的各個鄉鎮的位置，進而分析可能發生的不利情況建筑物預測結果是東城辦事處和虎莊鎮破壞最多，是最不利鄉鎮；太陽升辦事處、旗口鎮、高坎鎮3個鄉鎮屬于二級不利鄉鎮，破壞面積超過80萬平方米；南樓辦事處和湯池鎮破壞面積超過70萬平方米。總體來看，工作范圍內建筑物普遍存在年代久、抗震設防差的情況，一旦發生破壞性地震，可能會造成較嚴重的人員傷亡和財產損失。