20180212河北永清4.3地震破坏力分析

致谢和声明：

感谢中国地震局工程力学研究所“国家强震动台网中心”为本研究提供数据支持。本分析仅供科研使用，具体灾情和灾损分析应根据现场调查情况确定。

本分析由程庆乐、孙楚津等同学以及解琳琳博士完成。

一、地震情况简介

2018年2月12日18时31分，在河北永清县（北纬39.37度，东经116.67度)发生4.3级地震，震源深度20公里。

二、强震记录及分析

河北永清地震获得了115组强震动记录，其中相对较大地震记录有1条，典型地震记录分析如下：

1. 河北河西务台站（12HXW）记录

台站位置为北纬39.599度，东经117.000度，震中距38.3km。记录到水平向地震动峰值加速度为29.6 cm/s2，竖直向地震动峰值加速度为7.0 cm/s2 (图1)。该地震动与我国设计反应谱对比如图2所示。0212河北永清地震和0206台湾花莲地震震中附近地面运动强度对比如图3所示，可见花莲地震强度远高于永清地震。

(a) EW 

(b) NS 

(c) UD

图1 河北河西务台站地面运动记录

图2 河北河西务台站记录反应谱

图3 0212河北永清地震和0206台湾花莲地震震中附近地面运动强度对比

三、地震动对典型单体结构破坏能力分析

(1) 对典型多层框架结构破坏作用

将河北河西务台站记录输入平面布置如图4 (a，b)所示的6度、7度和8度设防的典型钢筋混凝土框架结构，得到其层间位移角包络如图4 (c)所示，框架均无损伤。 

(a) 平面布置

(b) 立面布置

(c) 预测框架结构层间位移角

图4 对典型框架结构破坏力分析

(2) 对典型多层砌体结构破坏作用

将河北河西务台站记录输入图5 (a)所示典型多层砌体结构，得到其层间位移角包络如图5 (b)所示，结构无损伤。

(a) 砌体结构平面布置图和模型示意图

(b) 砌体结构层间位移角包络图

图5 典型多层砌体结构

(3) 对RC框架医院建筑加固前后破坏力分析

研究对象为一8度区RC框架结构，该结构为医院建筑，共4层，建于1989年，结构三维模型如图6所示。结构首层层高为3.9m，其余各层层高为3.6m，总高14.7m，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第二组。结构基本周期为0.6s。考虑到该结构功能重要，北京建筑大学抗震减隔震团队对其进行了基于隔震技术的性能提升加固设计，隔震后结构周期为2.04s，相应的中震减震系数为0.26，隔震沟尺寸设为300mm。 

图6结构三维模型图

对RC框架抗震方案和隔震方案分别进行弹塑性时程分析。分析所得的结构层间位移角和楼面加速度包络对比如图7所示。

图7 抗震方案与隔震方案响应对比图(考虑双向组合)

从图中可以看出，隔震加固前后结构的层间侧移角均不超过1/5000，上部结构保持弹性，隔震后上部结构最大层间侧移角约为隔震前的7%，该结构隔震后效果较好主要是由于在该地震动的加速度反应谱值在2s后降低至0.6s处的1/13左右。隔震前楼面最大绝对加速度达0.66m/s2，室内物品有倾倒风险，隔震后楼面最大绝对加速度降低至0.074m/s2，楼面加速度控制效果显著。 

四、地震动对典型城市区域破坏能力分析

根据本课题组之前数据积累，采用城市抗震弹塑性分析方法，将河北河西务台站的地面运动分别输入廊坊地区，得到震害分析结果如图8所示，图中每类结构有三列，分别为结构抗力取中位值和加减一倍标准差的预测结果。 （说明：由于每个结构的实际抗震能力都是有一定不确定性的，所以我们在新版的程序当中加入了对结构抗力不确定性的考虑）。

图8不同结构破坏分析结果

为了比较不同地震动对区域的破坏力，这里将地震动输入到清华校园619栋建筑中，计算得到考虑承载力参数不确定性后建筑的破坏状态如图9所示。

图9 河北河西务台站的地面运动对清华校园建筑破坏分析结果

五、结论

本次河北永清地震记录到的地震动强度较弱，不会引起严重结构破坏。隔震可以进一步减轻室内设备的破坏。

六、说明

本次分析工作由程庆乐、孙楚津同学及解琳琳博士共同完成。

程庆乐

孙楚津

解琳琳

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