评估对象选取上海市一座集商业、办公为一体的高层建筑,如图1所示。该建筑采用钢筋混凝土结构,建筑共27层,地下2层,地上25层。评估对象具体信息如表1所示。

表1 评估对象具体信息
Table 1 Specific information of evaluation objects

图1 评估对象
Fig.1 Evaluation object

1.2设定地震动及其反应谱峰值参数

评估过程中输入地震波的地震动无量纲化指标为地震波加速度峰值^[8],规范处理,描述为0.1 g。利用地震动反应谱计算地震动峰值参数^[9]:有效峰值加速度、有效峰值速度、优化有效峰值加速度和优化有效峰值速度,各参数计算公式为：

A= W_a/2.5 （1)

V=W_V/2.5 （2)

IA=W_a'(T_PA-0.2s,T_PA+0.2s)/2.5 （3)

IA=W_V'(T_PV-0.2s,T_PV+0.2s)/2.5 （4)

式(1)~(4)中,W_a为地震动时间T为0.3±0.2 s内的加速度反应谱平均值,W_V为地震动时间T为1.6±0.8s内的速度反应谱平均值,W_a'和T_PA分别表示地震动T₁~T₂段加速度反应谱均值和加速度与速度反应谱峰值对应的周期,W_V'和T_PV分别表示地震动T₂~T₃段加速度反应谱均值和加速度与速度反应谱峰值对应的周期。

在Abaqus分析软件中输入评估对象具体信息和不同工况条件下的地震波组合。由于强烈地震发生后通常伴随着强烈余震,因此,在评估过程中考虑余震地震波对高层建筑的震害。利用震害危险性指数定性描述高层建筑在地震波冲击下的危险程度^[10]。式（5）描述主震地震波下高层建筑结构震害危险性指数、余震地震波下高层建筑结构震害危险性指数、主震峰值加速度、余震峰值加速度之间的相关性：

（5)

式(5)中,ϕ和ϕ₀分别表示余震下高层建筑整体结构震害危险性指数和主震下高层建筑结构震害危险性指数；A_g和A_h分别表示余震峰值加速度和主震峰值加速度；k、l、m和γ_i分别表示统计回归系数和随机变量。

对式（5）的回归模型进行优化,得到：

（6)

式(6)中,R₁、R₂和R₃分别表示主震地震烈度、主震地震波冲击下破坏指数和余震地震烈度;n和a分别表示回归系数和高层建筑修建年份修正系数。

震害危险性评估模型对于城市地震损失预测与城市运行恢复的作用主要通过判断高层建筑是否可继续使用,是否需要修缮,是否需要拆除来体现。因此在选取评估模型影响因子时需以时效性为标准^[11],通过对影响因子的权重分析后,确定主震地震烈度、主震地震波冲击下高层建筑破坏指数、余震地震烈度、修建年代修正系数为震害危险评估模型的影响因子。

四个影响因子中,高层建筑结构受主震地震烈度影响显著,相关抗震标准大多针对结构受主震地震烈度影响而制定。

主震地震波冲击下高层建筑破坏指数对于高层建筑的破坏程度发挥决定性影响^[12],主震地震波冲击下高层建筑破坏指数计算过程如下：

R_A=MAX{R₁,R₂,…,R_S} （7)

式(7)中,R_i(1,2,…,S)和R_A分别表示主震地震波冲击下高层建筑第i个细部破坏程度评估系数和评估系数最大值。

（8)

式(8)中,F_j和a、β分别表示主震地震波冲击下高层建筑第j个细部破坏指数和修正系数。

F_h={F₁,F₂,…,F_j,…,F_m}{v₁,v₂,…,v_j,…,v_m}^T （9)

式(9)中,Fh和v_j分别表示主震地震波冲击下高层建筑整体破坏指数和第j个细部的权重值。

大量震害相关资料显示,高层建筑在主震地震波冲击下并未出现折断、倒塌等情况；余震地震波冲击后,高层建筑震害危险性叠加提升,可能出现折断、倒塌等情况。

随着建筑科学与建筑技术的不断发展,越来越多的高层建筑抗震性能影响因素被发觉研究,高层建筑设计规范也随之不断完善。因此,不同年代修建的高层建筑抗震性能也有所差 异^[13],震害危险性评估模型中利用高层建筑年代修正系数优化高层建筑震害危险性指数,表2所示为不同修建年代的修正系数。

表2 不同修建年代的修正系数
Table 2 Correction factors for different construction years

地震结束后通常利用震害危险性等级描述地震波冲击下高层建筑破坏程度,依照高层建筑结构建设相关法律法规的要求,将地震波冲击下高层建筑震害危险性划分成五个等级^[14],分别是：无危险、轻度危险、中度危险、重度危险和极度危险。地震工程学与建筑学领域的相关学者将震害危险性等级与震害危险性指数相结合,每一个震害危险性等级分别对应着相应的震害危险性指数区间^[15],两者之间的对应关系如表3所示。

表3 震害危险性等级与震害危险性指数间的对应关系
Table 3 Correspondence between earthquake damage risk level and earthquake damage risk index

2012年9月,贵州省云贵交界处发生双震型地震,主震震级达到5.7级,余震震级达到5.5级,地震波如图2所示。

图2 云贵交界处双震型地震波
Fig.2 Double seismic waves at the junction of Yunnan and Guizhou

此次地震导致震源中心多处高层建筑形成震害破坏,因此本文以此次地震为例,利用此次地震后相关部门采集的震害危险性数据检验本文模型评估结果的可靠性。相关部门震后分析资料显示此次地震中主震与余震烈度均为7度,在出现震害破坏的高层建筑中选取10栋作为评估对象,将评估对象的相关数据输入Abaqus分析软件中,利用本文模型评估所选对象的震害危险性,结果如表4和表5所示。

表4 本文模型评估结果
Table 4 Evaluation results of this model

表5 本文模型评估结果与实际结果的对比
Table 5 Comparison of model evaluation results in this paper and actual results

分析表4和表5能够得到,本文模型评估实验对象震害危险指数与实际震害危险指数最大差异为0.03,震害危险性等级评估结果与实际震害危险情况基本一致,由此验证本文模型的可靠性。