0 引言

2022年9月5日四川省甘孜州泸定县发生6.8级地震，相关台站记录到水平向地震动峰值加速度达到891cm/s²，竖直向地震动峰值加速度为175cm/s²。地震波及范围广，损失严重，造成数百人伤亡，大量建筑物损毁倒塌，根据中华人民共和国应急管理部发布的泸定6.8级地震烈度图，泸定地震最高烈度达到Ⅸ度。泸定县位于四川省甘孜藏族自治州东南部，地处青藏高原向四川盆地过渡地带，地貌类型从地中山峡谷区直至高山、极高山区。泸定县城距离成都229km，据GB50011-2010《建筑抗震设计规范》(中华人民共和国住房和城乡建设部等，2010)，泸定县位于抗震设防烈度Ⅷ度区，设计基本地震加速度0.2g。当地存在较多砖混结构建筑以及多层框架结构建筑，抗震能力较差。自2008年以来我国地震预警系统技术得到快速发展，本次泸定地震发生前，当地群众通过手机及电视广播等方式收到了应急避灾信息，对减少伤亡起到了重要作用(晁洪太等，2021)，但由于部分建筑物在地震中倒塌，仍造成一定人员伤亡。

本文根据泸定地震破坏速报(Qu et al，2023)提供的资料，以震中附近甘孜州磨西镇的一座两层钢筋混凝土框架结构建筑物为研究对象，对建筑抗震性能及地震损伤进行了分析研究，并与实际地震损伤情况进行了对比，在此基础上探讨了采用隔震技术后建筑物损伤情况，以推进隔震技术应用，提高建筑抗震韧性。磨西镇距离震中约8km，为距离震中最近的镇，全镇共有六个行政村，据新闻报道资料受损均较为严重。

本次泸定6.8级地震中，SC.T2271台站记录到的地震动最为强烈，水平向地震动峰值加速度达到891cm/s²，但SC.T2271台站距离研究对象建筑约60km，考虑到磨西镇地处高山河谷地段，多高山半高山地貌对地震动影响较大，SC.T2271台站地震动记录不能反映对象建筑真实震害作用。SC.V2204典型台站位于磨西镇，台站记录测点与分析研究对象建筑场地条件类似，出于还原震害的目标，本文计算采用距离建筑物最近的SC.V2204典型台站地震动记录，评估对象建筑物变形与损伤，磨西镇周边地震台站记录测点分布见图 1。SC.V2204典型台站记录的地震动时长约8s，水平向和竖直向地震动峰值加速度分别为449.7cm/s²和404.2cm/s²。图 2为泸定6.8级地震SC.V2204台站地震动记录与规范反应谱对比。

1 计算模型建立

分析研究对象建筑位于地震震中甘孜州磨西镇，是一座两层钢筋混凝土框架结构，建筑设计使用性质为某博物馆的辅助用房(图 3)。

建筑物地上两层，层高均为4.2m，平面形状狭长，东西方向长约71m，南北方向宽约12m，局部最宽处约24m。建筑物中部设有抗震缝，将建筑物平分为南北两个单元(图 4)。结构单元1与结构单元2均为混凝土框架结构，平面布置不规则，在二层北侧平面内凹，有三处二层柱支撑于一层顶板梁。根据现场测量数据，结构柱尺寸为500mm×500mm，框架梁尺寸约250×500mm，按照一般设计习惯，根据使用性质以及结构梁间距，推算结构楼板厚度约120mm，框架柱、框架梁、结构楼板混凝土强度等级为C30。受资料欠缺及震后现场条件限制，上述建筑尺寸部分为实地测量尺寸，部分尺寸为按常规推算。混凝土强度等级按一般设计习惯，基本不影响分析结果。据GB50009-2012《建筑结构荷载规范》(中华人民共和国住房和城乡建设部，2012)，考虑楼面装饰情况和建筑作法，二层楼面施加匀布恒载4kN/m²，使用荷载按2.0kN/m²，二层楼面周边外围框架施加8kN/m线荷载，内部隔墙按1.0kN/m²附加活荷载于楼板，楼板自重由程序自动计入；屋面板上考虑屋面保温、找坡、防水等建筑作法匀布荷载按4kN/m²，按不上人屋面使用荷载0.5kN/m²，屋面层周边外围框架施加3kN/m线荷载模拟女儿墙及上部屋面檐口荷载，屋面板自重同样由程序自动计入。建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数1.0，建筑结构抗震设防类别为标准设防类，框架抗震等级为二级，抗震设防相关参数见表 1。

建筑物分为东西两个结构单元，东侧结构单元2南北宽度小于西侧结构单元1，对于现场损伤情况，结构单元2也比单元1严重，本文对比分析主要针对东侧结构单元2，相应计算结果及技术指标统计也以结构单元2为主。

2 计算分析 2.1 多遇地震设计验证

多遇地震响应主要考察在地震作用下主体结构变形和主要构件承载能力，评估验证主体结构布置的合理性。多遇地震计算按照GB50011-2010《建筑抗震设计规范》(中华人民共和国住房和城乡建设部等，2010)推荐的分解反应谱法，采用的地震力影响系数曲线见图 5。由图 5可见，建筑物前三周期均位于反应谱作用最大的0.1~T_g平台段，这也是该建筑结构破坏严重的主要原因之一。

主体结构周期与自振特性见表 2，建筑结构第一振型与第二振型均为平动振型，两个方向平动周期分别为T₁=0.4606s、T₂=0.4573s，第一扭转周期T₃=0.3917s，T₃/T₁=0.85，满足GB50011-2010《建筑抗震设计规范》(中华人民共和国住房和城乡建设部等，2010)第一扭转周期与第一平动周期比不大于0.9的要求。由于建筑物仅两层，结构柱承担竖向荷载不大，结构柱最大轴压比0.40，主要构件配筋率均在合理范围内，X向最大层间位移角发生在1层，为1/659，Y向最大层间位移角同样发生在1层，为1/585，均小于抗规混凝土框架结构在多遇地震作用下层间位移角限值1/550 (图 6)。上述结果表明，本文建立的分析模型基本合理，可以用于对比分析研究。

2.2 泸定地震动作用分析

计算采用SAUSG2022有限元程序，采用显式积分的动力弹塑性分析方法，直接将泸定地震动输入结构进行弹塑性时程分析，可以较好地反映在不同相位差情况下构件的内力分布。计算模型接力PKPM程序SATWE计算结果，对梁、柱结构配筋在理论计算结果的基础上放大1.15倍，作为构件实配钢筋。在非线性作用过程中，楼板将发生开裂，使其平面内刚度下降，对结构的各抗侧力构件刚度分配会产生一定影响，非线性分析不采用刚性楼板假定，对各层楼板均划分为分层壳单元进行分析，考虑多层钢筋作用。出于还原震害的研究目标，分析计算采用位于甘孜州磨西镇当地SC.V2204台站记录的地震动，水平向和竖直向地震动峰值加速度分别为449.7cm/s²和404.2cm/s² (图 7)。

将该地震动记录沿X向和Y向两个主向输入前文建立的2层框架计算模型，并考察建筑物在地震动作用下变形与损伤情况。由表 2可知，该结构前三周期与SC.V2204地震动最大作用点周期(图 2)基本重合，建筑物受地震动影响较为严重，在地震动作用下，建筑物东西向层间位移角1/65，南北向层间位移角达到1/57 (图 8)。按分析结果，X向和Y向层间变形未超过GB50011-2010《建筑抗震设计规范》(中华人民共和国住房和城乡建设部等，2010)混凝土框架结构弹塑性层间位移角限值1/50，但考虑到用于计算的地震动记录仅8s、建筑物位于局部地形较高位置、计算未考虑地形高度效应(张建毅等，2012)且受建筑施工质量、施工误差、材料离散性等因素影响，建筑物受地震作用后实际变形和损伤情况比计算结果更为严重。现场测量的震后建筑结构层间位移角超过了规范限值1/50，可以判定建筑受地震作用后损伤严重，存在严重安全隐患，不排除有倒塌的风险(孙玉红等，2011)。

进一步考察主要构件损伤情况，震损破坏位置主要集中在框架柱顶及柱脚部位(图 9)，基本所有柱均发生了不同程度破坏，性能水平达到中度损坏至严重损坏阶段，其中一层结构柱损坏程度大于二层结构柱，这与一层变形较二层变形大有关。相比较而言，框架梁震损程度较轻，仅发生轻微至中度损伤。

统计全楼框架柱损伤情况，发生重度损坏至严重损坏比例达到89.0%，发生中度损坏比例达到9.8% (图 10)。

现场结构柱典型破坏记录见图 11，图片来源于泸定地震破坏速报(Qu et al，2023)，在建筑物一层，损伤部位主要发生在柱脚及柱顶，柱脚部位损伤程度比柱顶严重，框架梁基本无明显损坏。将计算结果损伤分布情况(图 8)与现场记录(图 10)对比，可以看出，建筑物发生损伤部位、损伤程度及损伤特征与Qu等(2023)现场记录的情况基本符合。程序计算结果与现场实际记录能较好地互相验证。

从现场建筑物破坏情况看，该博物馆另一侧配房与研究对象类似，同为两层框架结构房屋，但在地震中基本完整无损，博物馆主楼平面为回字形两层框架结构，考察震害也呈现与研究对象同一侧面损伤严重。地震中建筑物破坏是一个非常复杂的问题，受地形、地貌、地震波入射角等多种因素综合作用(范刚等，2014)，故不能单纯用地震动来评估建筑震害。大量震害调查、强震观测以及理论研究表明，局部不规则地形对建(构)筑物的震害及地震动影响较大(张建毅等，2012)，这在2008年汶川8.0级地震中也得到了验证(李敏等，2010)。

3 基于隔震技术泸定地震动作用分析

隔震技术的开发和应用为减少建筑物受震损伤提供了方法，从传统思路的单纯抗震发展转为隔震与减震，采用隔震技术后，有效延长了建筑结构模态周期，结构附加阻尼增加，降低了地震能量输入，提高了建筑耗能能力与安全性能(刘惠利等，2005)。

基于本文建立的分析模型和计算分析，根据框架柱底部竖向力数值，在周边外围框架柱底部布置LRB400G4铅芯橡胶支座，中间结构柱底布置NRB500G6普通橡胶支座，建立隔震结构计算模型(图 12)。计算结果表明，隔震支座面压在3.6~10.02MPa，小于GB/T51408-2021《建筑隔震设计标准》(中华人民共和国住房和城乡建设部，2021)隔震橡胶支座在重力荷载代表值作用下压应力限值15MPa。隔震层X向偏心率1.35%，Y向偏心率0.83%，隔震层刚度中心与质量中心偏心率小于限值3%。

选取左侧结构单元2作为计算对象，同样输入SC.V2204台站泸定地震动，隔震层作用明显，模态分析结果表明，前三模态周期由非隔震模型的0.4606s、0.4573s、0.3917s分别延长至隔震模型的1.682s、1.676s、1.464s，错开了地震动输入最大作用周期范围，基底剪力X方向由非隔震模型3029kN减小到隔震模型1052kN，Y向同样降幅明显，由非隔震模型2673kN减小到隔震模型1053kN。底层倾覆力矩X方向由非隔震模型21904kN · m减小到隔震模型6188kN · m，Y向由非隔震模型19356kN · m减小到隔震模型6138kN · m。隔震层支座耗散了部分地震能量输入，附加阻尼作用明显(张敏政等，2002)，外围铅芯橡胶支座滞回曲线见图 13。

根据计算结果，隔震支座作用整体结构等效阻尼比由5.0%结构初始阻尼比增加至12.4%，建筑结构抗震耗能分布见图 14，可以看出，隔震支座耗散大量地震能量输入，对主体结构保护作用明显(倪国葳等，2005)。

根据计算结果，建筑物东西向层间位移角1/166，南北向层间位移角达到1/141，两方向层间变形均未达到GB50011-2010《建筑抗震设计规范》(中华人民共和国住房和城乡建设部等，2010)弹塑性层间位移角不大于1/50的限值要求，与非隔震模型计算结果相比提升明显(图 15)，采取隔震措施后建筑物无倒塌风险。

进一步考察主要构件损伤情况(图 16)，隔震模型与非隔震模型计算结果相比有显著好转，在非隔震模型中破坏较为严重的柱脚与柱顶位置损伤程度改善最为明显，由非隔震模型的重度损坏至严重损坏转变为隔震模型的轻微损伤和轻度损伤，只有极个别位置为中度损伤，结构柱整体表现为轻度损伤；框架梁发生轻微损伤(尹传印等，2019)，框架梁损伤情况与非隔震模型计算结果相比也有所好转。

计算结果表明，采用隔震技术可以提升建筑安全度，减少地震对建筑物破坏，进而防止非结构构件破坏和室内物品移动和侧翻，避免人员伤亡和次生灾害，降低地震灾害产生的社会影响和经济损失。通过科学计算分析设计隔震层，选择可靠耐久的隔震支座产品，合理地布置隔震沟以及管线柔性连接等构造措施，配合高标准的施工质量，是隔震建筑能充分发挥隔震效果的关键。

4 结语

本文根据泸定地震破坏速报(Qu et al，2023)提供的资料，对震中附近的甘孜州磨西镇某博物馆两层钢筋混凝土框架结构辅助用房，采用位于磨西镇SC.V2204典型台站记录的地震动进行了抗震性能及地震损伤分析，并与建筑物实际震损伤情况进行了对比，计算结果与实际状况基本吻合，得出如下结论：

(1) 本次6.8级泸定地震可能会对多层框架结构造成严重损伤，建筑结构主要损伤部位集中于结构柱顶及柱脚部位，并有一定倒塌风险。

(2) 高烈度区多层建筑应采取措施调整主要振型周期，以避开建设场地特征周期，降低地震作用。

(3) 采用隔震技术可以有效提高建筑物安全性，减轻地震危害，减少人员伤亡和地震损失。