陈一文:强震对150至550公里高层建筑也有破坏性!


国内外地震界过去普遍认为,7级以上强震对100公里外地区建筑没有严重破坏性!但是,国外近年发现7级以上强震对100550公里范围远距离高层建筑也有破坏性,对相同地区2层至3层建筑则没有这种破坏性。这些地区非规则结构高层建筑破坏更为明显。各国地震烈度、加速度设防划分必须与日俱进!
 
7级以上强震对150550公里远距离高层建筑也有严重破坏性!
--央视新楼是“世界第一危楼”“第十一次征求意见稿”(依据二)
北京市从公元1000年以来到现在仅在三百多年前的1679年在现今北京市行政区边沿三河-平谷发生过对北京市建筑造成重大破坏的一次8级大震(震中最大烈度11,距离市中心60公里,在北京市烈度8)。
 
1976年发生在距离北京市中心约150公里的唐山7.8级(实际8级)地震,对北京市的建筑没有造成重大的破坏。
 
国家地震局1995年编制的《中国历史强烈地震目录》[1]、中国地震局地震预测研究所研究员以及北京市发展和改革委员会《北京市“十一五”时期防震减灾发展规划》2006年-2010年对“北京历史地震灾害情况”的权威性描述来看,中国地震局与北京市政府有关部门显然认为只有北京市中心周围100左右公里范围内发生的强震对北京市的建筑可能造成破坏性影响,而市中心周围150公里范围以外发生的强震对北京市的建筑(特别是近年建造的众多现代高层建筑)的影响则无需考虑。
 
在这样的认识之下,中国地震局与北京市政府有关部门亦认为北京市及周边地区对北京市现代高层建筑可能造成重大破坏的强烈地震发生的频度极低。
 
能否认为只有三百年一遇的北京市及其行政区边沿三河-平谷这样的强震才对目前北京市的高层建筑造成地震威胁,对更远处可能发生的强震不需要担心?否!
 
不久前,在北京举行的14届世界地震工程大会上,印度地震学家阿伦·巴帕特(Arun Bapat,提交的论文《印度、印度尼西亚与巴基斯坦的最近的地震的教训》强调了7级以上强震造成的“远距离破坏”现象:[2]

强震(M > 7.5)发生时,它造成两种类型的破坏。
 
一种是震中区破坏,位于震中大约40-60km半径以内。震中距离60-100km半径以内区域的工程结构可能遭受某些不可修复的破坏。
 
100km距离以外的破坏取决于岩石的机械性质(密度、弹性、紧实度、地质状况等)。
 
然而,在距离震中150km至550km范围的区域,长驻面波(瑞利波--Raleigh waves)具有突出影响。这些震波延续大约12至18秒,并且仅对位于震中150km至550km易遭到破坏上述距离超过17m高度的高层结构造成破坏。
 
这样的破坏首次在墨西哥城被观察到。
 
1985年9月19日距离位于盆型湖泊沉积物谷地的墨西哥城大约500km距离的太平洋海岸中发生了一次威力强大的8.1级地震。在墨西哥城,只有高层建筑(高度超过17m)遭到严重破坏。两层或三层结构的建筑没有遭受任何破坏或者仅遭受很少破坏。这些情况发生以后,墨西哥的地震规范进行了修改并补充了适当的规定。
 
2001年1月26日印度古吉拉特邦布吉(Bhuj,Gujarat)地震期间,发生了类似于在墨西哥城发生的情况。辛格(Singh et al, 1988)[3]与洛敏茨(Lomnitz et al, 2005)[4]讨论了1985年地震灾墨西哥城造成的破坏。
 
印度艾哈迈达巴德市(Ahmedabad City)距离古吉拉特邦地震震中大约320km。
 
由于这次地震,在艾哈迈达巴德市只有高层建筑坍塌。其他的一层、两层或三层的建筑没有遭受任何破坏。这由于长驻面波(瑞利波--Raleigh waves)。
 
人们观察到,长方向处于北—南方向的建筑与宽侧朝向西方向的建筑遭受的破坏更为严重。这由于震中处于艾哈迈达巴德市的西方向,地震波也来自西方向。建筑的宽侧暴露于来袭的地震波。同时发现,长方向朝向西方向的建筑结构遭受较小的破坏。巴帕特(Bapat,2008a)[5]对艾哈迈达巴德市这种类型的破坏进行了讨论。

抗震建筑专家特别注意到:艾哈迈达巴德市一个14层的住宅楼,有房顶游泳池的部分完全坍塌,其他较规则的部分安然无恙。[6]
 
       《中国地震科普网》发表的《一次远离震中的震害启示》[7]表明了中国地震学家对于强震对远距离高层建筑造成严重破坏的问题亦给与了关注,但是中国建筑界、中国抗震地震烈度与抗震建筑规范对此缺乏认识与反映。
 
       国内外地震学家近年观察到“7级以上强震对远距离某些高层建筑(特别是违背抗震建筑首要基本原则的高层建筑)造成严重破坏,对于四、五层的低层建筑基本上则不造成破坏”的新发现对北京市的高层建筑意味着什么?
 
举例来说, 1976年发生的7.8级(实则8.0级)唐山地震距离北京市中心约150km1966年发生的6.8级与7.2级邢台地震距离北京市中心约320km,与山西省也有多次历史上7级以上震中位置距离北京市中心不超过500km
 
北京与全国地震烈度设防区域划分图必须“与时俱进”
 
这些事实说明,北京市的抗震要求不仅必须考虑北京市行政区及其附近再次发生强震对高层建筑可能造成破坏的三百年一遇频度,而且必须考虑河北省、山西省距离北京150km至550km更大范围区域更高频度可能再次发生的7级以上强震对于北京市区高层建筑可能造成破坏的几十年一遇更高频度!
 
中华人民共和国建设部《建筑抗震设计规范》(GB 500011-2001)附录 A  我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组[2008 年版修订说明]:[8]

根据国家标准GB18306-2001《中国地震动参数区划图》第1号修改单(国标委服务函[2008]57号)对四川、甘肃、陕西部分地区地震动参数的相关规定,对汶川地震后相关地区县级及县级以上城镇的中心地区建筑工程抗震设计时所采用的抗震设防烈度、设计基本地震加速度值和所属的设计地震分组加以调整。

但是,国内外地震学家近年观察到的上述发现,意味着[2008 年版修订说明]的修改依然不足,对《建筑抗震设计规范》“附录A必须做“与时俱进”的全面修订:中国抗震设防区建筑工程抗震设计时所规定的抗震设防烈度、设计基本地震加速度值,不仅需要依照传统观念与当地发生过的历史地震经验考虑,而且还必须修订距离当地150km至550km更大范围区域更高频度可能再次发生的强震对于对各有关地区高层建筑(八层以上?十层以上?)可能造成的破坏的烈度设防。
中国地震局是否《建筑抗震设计规范》“附录A“与时俱进”全面修订?他们依据地震实践已经证明有致命错误的基本理论进行这种修订,还是依据国内外地震实践证实的实际破坏规律进行这种修订?人民有权要求中国地震局对此予以说明。
 
参考文献:
 
[1] 国家地震局,中国历史强烈地震目录,北京,地震出版社,1995
 
[2] Arun Bapat[email protected], LESSONS FROM RECENT EARTHQUAKES IN INDIA, INDONESIA AND PAKISTAN,第14届世界地震工程大会,No.01-1074, 2008
 
[3] Singh, S.K., E. Mena and R. Castro (1988). Some aspects of source characteristics of the 19 September 1985 Michioacan earthquake and ground motion amplification in and near Mexico City from strong motion data, Bulletin of the Seismological Society of America; April 1988;vol.78; no.2; p.451-477
 
[4] Lomnitz, C. and S. Nilsen-Hofseth (2005). The Indian Ocean Disaster: Tsunami Physics and Early Warning Dilemmas, EOS, Vol. 86, No. 7, 65-70
 
[5] Bapat Arun (2008a). Damage to tall structures situated at long distance from epicenter due to long period seismic waves and effect on structures on filled lands, Proceedings 6th Int. Conference of case Histories in Geotechnical Engineering, University of Missouri, Arlington, Washington, USA.
 
[6] DINESH C. SHARMA, Earthquake Engineering : Sharing Knowledge and Expertise
 
[7] 《中国地震科普网》:《一次远离震中的震害启示》
 
[8]中华人民共和国建设部《建筑抗震设计规范》(GB 5000112001附录 A  我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组[2008 年版修订说明]

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