辽宁省地震高危区农村民居防震减灾能力调查

刘永强，李 伟，索 锐，邹 博

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

0 引言

农村地震安全工程是建立健全震灾预防体系的基本要求，农村地区防震减灾工作仍十分薄弱，农村民居基本不设防、农民建房未纳入规范管理、村镇民居未考虑地震安全问题等等，已成为建立健全震灾预防体系的严重障碍。

为了有效减少地震在农村地区造成的人员伤亡和经济损失，在农村地区实现我省2020年的防震减灾奋斗目标，按照《国务院关于加强防震减灾工作的通知》的具体要求，通过辽宁省地震安全农居抗震性能普查，推动全省农村地震安全工程的实施。

根据最新研究成果，2006-2020年全国划定了25个地震重点防御区，营口位于我省沈阳—大连重点防御区内。在地震重点防御区内的许多地区地震灾害风险非常高，其中本文中营口的大石桥市、盖州市在全国第五代地震动参数区划图中由7度区变为8度区，其抗震设防面临着新的问题，所以有必要开展研究。

1 地震地质背景

大石桥—盖州所处的地区，位于金州断裂盖州北—鞍山段及海城河断裂展布地带，在构造上处在金州断裂和海城河断裂的交会部位，金州断裂为晚更新世活动断裂，海城河断裂为全新世活动断裂。金州断裂西侧为下辽河盆地，东侧为辽东山地，两侧新构造差异升降运动明显，金州断裂总体上控制了这一地区的地震活动，海城河断裂为金州断裂的共轭构造，发震构造以海城河断裂为主。该地区发生过1975年海城7.3级地震及多次大于5级的强余震，是我省地震活动最为密集的地区，沿金州断裂形成NNE向疏密相间排列的地震条带，沿海城河断裂形成密集的NW向地震条带,确定大石桥—盖州地区为地震危险水平高的地区。

近场区是一个地震多发且地震震级较大地区，地震的空间分布是不均匀的，绝大部分为海城7.3级地震的前、余震，近场区的东北部属该地震区的一部分，所以地震分布特别密集。除此之外，地震分布比较集中的地方是盖州青石岭附近和盖州西海岸，这里以小地震活动为主，4级以上的地震很少，最大地震发生在博洛铺一带，为ML4.8级，在盖州西海岸为ML4.0级。近场区ML4.0级以上地震几乎都集中在海城老震区。地震在时间上的分布也是不均匀的，海城老震区的地震活动在1975—1978年期间十分频繁，其后强度明显降低，其间发生3次5级左右地震，盖州青石岭地区的地震集中在1981年，西海岸一带以1988年的地震较多，两次4级左右地震分别发生在1981年和1989年。

总的看来，近场区是地震活动十分频繁的地区，地震活动除在海城老震区集中以外，盖州青石岭和西海岸一带也是小地震活动的密集区。

2 资料调查与分析

此次的工作区范围位于辽宁省营口市盖州、大石桥乡镇地区，工作区土地面积4540平方公里，人口138.55万，包含乡镇40个，乡镇所含农村559个，工作区范围见图1。

资料的调查收集工作分为三个阶段，第一阶段为调查方案设计阶段，需要结合行政区划、基础资料详细程度及精度的要求开展工作；第二阶段为资料调查收集的核心阶段，需要同步进行：外业资料调查及照片拍摄、内业资料调查包括社会经济与人口统计数据、地震地质等资料收集；第三阶段是所有基础资料整理、检查、补充、录入阶段。

图1 工作区范围Fig.1 The working area

根据已收集到的建筑物现状信息，进行调查数据统计，数据库内数据以村为单位，给出调查结果，总建筑面积2693.3万平方米。建筑物专题数据调查根据工作区建筑物统计资料，给出以乡镇为预测单元的统计数据。

从调查数据时间上看，数据分为80年代前、80年代、90年代、2000年后建筑。工作区内80年代前的民居建筑数量311329栋，占普查房屋的27.54%，这类房屋年代久远，有腐蚀和歪裂现象，仅有一部分保持完好；80年代的建筑数量343006栋，占普查房屋的30.34%；90年代的建筑数量288738栋，占普查房屋的25.54%；2000年以后的建筑数量187329栋，占普查房屋的16.57%，这些建筑普遍保持完好（图 2）。

图2 建筑物按时间统计图Fig.2 Building statistics by time

从结构来看，工作区内的建筑物主要分为四种类型：砖混房屋、砖石房屋、砖木房屋和土石房屋。

工作区内砖混房屋建筑面积582.3万m2，占普查房屋总面积的21.62%；砖木房屋建筑面积264.7万m2，占普查房屋总面积的9.83%；砖石房屋建筑面积1821.7万m2，占普查房屋总面积的67.64%；土石房屋建筑面积24.5万m2，占普查房屋总面积的0.91%（图3）。

图3 建筑物按结构类型统计图Fig.3 Building statistics by construction classification

工作区对四类建筑进行现场抽查，抽查农村民居2910栋，涉及村庄126个，总建筑面积29.3万平方米。将抽样建筑入库、整理、校队后生成电子数据库。

3 抗震性能评估方法

建筑物震害等级划分按建筑物的震害由各组成部分的构件破坏反映出来，在划分其震害等级时，按各部分构件的破坏程度将震害分成毁坏、严重破坏、中等破坏、轻微破坏、基本完好五个等级。

首先，工作中采用的是经验判别分析法［1］，根据多层砖混房屋的大量震害现象分析其地震破坏机制，可以认为影响房屋抗震能力的因素基本属于承重墙的抗剪强度和房屋的整体性两方面，其中影响明显的有房屋高度、砖墙面积率、砂浆标号、屋盖结构形式、楼盖结构形式、施工质量等六项结构因素和场地土分类共七项因素。我们把问题归结为从过去地震中已经知道震害程度的若干建筑结构情况作为依据，寻求适当途径建立上述七项因素与震害程度的关系，得到的这个关系就是预测模型。

判别分析法的数学描述是：“任一个体是由m个变量x1，x2，x3，…，xm组成的，并且来自G个母体A1，A2，…，AG中的一个，若给出一个体，记做X＝（x1，x2，x3，…，xm），需要判别它来自哪个母体。”简单地说，就是根据变量解决分类问题。我们若把多层砖房的七个因素看做是变量x1，x2，x3…，x7；这样判别分析就成7根据七个因素预测震害程度属于那一档。

由已知的属于五个震害程度的样品房屋总数N可表示为：

式中g表示震害程度的序号，ng表示属于震害程度g的样品房屋数。

这组数据可看做震害程度与因素之间关系的先验信息，贝叶斯判别分析是以后验概率最大的原则，导出如下的判别函数计算式：

式中Cog和Cig为判别系数，脚标i表示因素的序号，Xi（i=1，2，…，7） 是待预测房屋的7个因素值。

按（2） 式算出5个判别函数值Y1，Y2，…，Y5，找出最大的一个，即，则该房屋的震害程度属g*档。

本次工作调查对象中结构是砖混、砖木、砖石、土石的农村民居，在计算预测过程中，不同结构有着不同判别系数，最后取该房屋的震害程度最大值作为预测结果。

其次，工作中采用的模糊类比法［2］，模糊类比法是历史震害统计法的数学延伸，它是通过模糊类比的数学关系进行震害预测的一种方法。将对建筑物有明显影响的房屋高度、砖墙面积率、屋盖结构形式、楼盖结构形式等条件相类似的建筑物其震害结果认为相近或差别不大，预测结果可以直接采用。

4 抗震性能评估结果

通过对工作区布局状况和建筑物分布情况的研究，最终决定以乡镇为单位划分统计单元，整个工作区划分为40个统计单元。其中建筑面积最大的是东城办事处，面积为136.5万平方米。结构类型以砖石房屋为主，建筑年代集中在1980年前统计结果为1.5万栋，80年代1.8万栋，90年代1.3万栋，2000年后0.8万栋建筑。

工作区内不同预测单元建筑物在各烈度下的建筑物震损情况见图4-6。在五代区划图上，通过工作区内各乡镇所处的加速度分区，同时考虑可能造成人员伤亡的影响因素，预测建筑物可能达到的最不利震害情况（图7）。跨越2个加速度分区的乡镇按照最不利情况给出结果，例如：（0.15 g，0.20 g） 的加速度分区内建筑物震害情况取值等同于0.20 g加速度分区内建筑物震害取值，0.15 g分区内建筑物震害取值按照线性插值法给出预测结果。

图4 Ⅵ度下各单元建筑物震损分布图Fig.4 Seismic damage distribution of buildings underⅥmagnitude intensity

图5 Ⅶ度下各单元建筑物震损分布图Fig.5 Seismic damage distribution of buildings underⅦmagnitude intensity

图6 Ⅷ度下各单元建筑物震损分布图Fig.6 Seismic damage distribution of buildings underⅧmagnitude intensity

图7 各单元建筑物地震破坏不利情况预测图Fig.7 Worst case of the seismic damage prediction of all the statistical buildings

对调查的工作区各类建筑物的抗震能力进行计算，得到了不同地震烈度下的破坏程度。分别计算工作区内各类建筑物的震害矩阵，如表1-4所示。

表1 砖混房屋易损性矩阵

表2 砖木房屋易损性矩阵

表3 砖石房屋易损性矩阵

表4 土石房屋易损性矩阵

5 结论

此次工作范围涉及到营口的盖州、大石桥二市，总建筑面积2693.3万平方米。工作区内共有40个乡镇，其中盖州25个，大石桥15个。从建筑物的普查情况来看，工作区内的建筑物超过100万平方米的乡镇是东城办事处、太阳升办事处、水源镇、旗口镇、高坎镇、虎庄镇。工作区内1979年前建成的建筑物占总数的27.54%，80年代、90年代建成的建筑物占总数的55.88%，2000年以后的建筑物16.57%。砖石房屋是工作区建筑物的主要结构类型，超过房屋总数的67%，砖木类房屋约占总数的9.83%，砖混房屋约占总数的21.62%，土石房屋约占总数的0.91%。

由于农村民居多没有经过抗震设计，相较于城市住宅，抗震性能相对较差。从Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ度震损分布图上可以看出，将中等破坏、严重破坏和毁坏建筑民居的和作为一个考虑指标，东城办事处和虎庄镇2个乡镇破坏面积达Ⅷ度时均超过100万平方米，太阳升办事处、水源镇、旗口镇、高坎镇4个乡镇破坏面积达Ⅷ度时均超过80万平方米。

如果考虑五代地震动参数区划的各个乡镇的位置，进而分析可能发生的不利情况建筑物预测结果是东城办事处和虎庄镇破坏最多，是最不利乡镇；太阳升办事处、旗口镇、高坎镇3个乡镇属于二级不利乡镇，破坏面积超过80万平方米；南楼办事处和汤池镇破坏面积超过70万平方米。总体来看，工作范围内建筑物普遍存在年代久、抗震设防差的情况，一旦发生破坏性地震，可能会造成较严重的人员伤亡和财产损失。