“场地－城市”效应对区域震害评估的定量影响分析
DOI：
https://doi.org/10.1080/13632469.2020.1828199
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00
太长不看版本
区域建筑群震害评估对灾前城市规划和灾后应急救援工作均具有重要意义。由于资料收集难、计算耗时长，基于时程分析的评估方法通常将场地与城市建筑之间的相互作用忽略，影响建筑动力响应评估结果。而现有研究罕有开展SCI效应对建筑损伤状态预测结果影响的定量化分析。因此，本文基于考虑SCI效应的区域建筑震害时程分析方法，针对理想化建筑分布模型和几组实际区域的建筑群模型开展分析。
研究结果表明，对于区域尺度的建筑损伤比例指标，SCI效应的影响十分有限。尤其在建筑种类丰富、布局不规则的区域，建筑损伤比例的变化一般不超过8%，在实际时间与计算资源受限的情况下，可以采用不考虑SCI效应的分析结果。
01
问题的引入
建筑是建造在场地之上的，因此在进行震害分析时免不了要考虑场地条件与相互作用等因素带来的影响。在前些年课题组刚刚提出城市抗震弹塑性分析方法的时候，经常会有专家提问，是否考虑了建筑与场地间的相互作用。于是，我们提出了一套“场地－城市”效应（SCI效应）耦合数值模拟方法（详见：发了那么多SCI，有兴趣了解一下“SCI效应”么？| 新论文：考虑“场地-城市效应”的区域建筑震害数值模拟方法）。
当时的研究发现，考虑SCI效应后，相比于直接采用自由场地地面运动作为输入的情况，建筑响应的分析结果确实会发生明显的变化。所以，从理论上讲，当然是能考虑的话最好还是要考虑一下SCI效应。
但是想要考虑SCI效应就得有场地模型，想要有场地模型就得有场地的资料，而这些资料并不好找；另外，这么大的模型用服务器算一遍都要好久，搞不好可能就延误了甲方的ddl或者自己的毕业期限。
然而，就城市尺度的震害评估而言，决策者在短期内最为关心的往往是建筑的损伤状态。但在此之前还很少有学者定量的研究SCI效应对损伤状态的影响。如果分析下来影响很小的话，我们就可以直接先用自由场地的输入算个大致的结果用于初步的判断。Perfect！
于是，基于上述出发点，我们开展了一系列分析，试图探索SCI效应对建筑损伤状态评估结果的影响。
02
理想化建筑群
搞研究一般都喜欢先从变量少的简单问题入手。但是城市建筑群想找个简单的benchmark实属不易。于是我们参考J. Bielak团队的工作（DOI: 10.1193/102412EQS315M），以北京通州区域为背景，进行场地与建筑模型的简化，建立理想化的建筑分布形式开展计算。
简化后的建筑分布大概长这样：
图1 理想化建筑分布示意图
本次分析考虑了3种不同高度的建筑。具体地采用了4种排布，即3种规则排布（所有建筑一样高）和1种随机排布（保证容积率的情况下，不同建筑随意放）；3种地震动输入；3种地震动强度；3种建筑总数；3种建筑间距。共计4×3×3×3×3=324组工况。嗯，都是带场地的那种。
简单而言，分析结果表明：（1）如果一些建筑具有相似的力学特性以及周边环境（包括上覆土层与周边建筑环境），考虑SCI效应后，建筑群损伤状态的比例不变则已，一变惊人；（2）而如果建筑之间的力学特性以及周边环境差异较大，考虑SCI效应后，建筑群损伤状态的比例通常都会有所变化，但变化有限。
详细结果与分析请参见原文，篇幅所限，不便做过多解释。
03
实际城区建筑群
数十年的经历告诉我们，实际城市的建筑群并不长刚才那个样子，尤其是去过重庆之后。
当然，我们暂时还没有重庆的模型，所以用手上的一些城区模型进行了分析，他们分别是：通州核心区（软土，有高层）、清华校园（熟悉，建筑种类多）和新北川县城（有地形）。
这里还是直接概括的介绍一下结论：在本研究所考察的案例中，考虑SCI效应后，各损伤状态比例的变化均在8%以内。
表1 SCI效应对各损伤状态比例的影响
04
小结
整体而言，在城市区域层面，如果关注的指标是某损伤状态的建筑比例，那么相比于自由场地工况，SCI效应一般对于分析结果的影响十分有限，当然前提是在自由场地工况了解每栋建筑的地面运动输入（这一点我们将在未来开展研究）。
在单体建筑层面，SCI效应可以显著的影响建筑的地震响应，但是想让建筑的损伤状态发生变化则需要满足一定的条件。因为，损伤状态是个范围，而建筑响应是个确切的数值。SCI效应可以使建筑响应发生很大的变化，但是它仍有可能还在同一个损伤状态范围内徘徊。
就好像有些人考前不复习，也不影响他拿A。
田源
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相关研究
新论文：抗震&防连续倒塌：一种新型构造措施