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预计钢筋混凝土框架建筑的地震破坏和修复费用

摘要

本研究考察了在30套原型钢筋混凝土矩框架建筑中修复地震破坏的预期成本。这些原型建筑的高度从1层到20层不等，是具有特殊RC力矩框架的办公楼的代表，根据现代地震规范设计。与修复相关的经济损失是使用基于性能的地震工程框架计算的，该框架集成了特定地点的地震危险，结构响应，建筑构件和内容的损坏以及由此产生的修复成本。结果以设计基准地震下的预期损失，预期年损失和生命周期损失的现值表示。RC框架建筑物的预期年度经济损失约为所考虑的高地震加州场地的建筑物更换成本的1.0％。根据建筑物高度和其他建筑和结构设计参数，修复成本显着变化。这些指标提供了关于符合规范的结构中预期的经济损失水平以及设计决策对地震损失的影响的重要信息。

关键词：地震损失估算;抗震性能评估;基于性能的设计;钢筋混凝土建筑;维修费用

1.介绍

最近的加利福尼亚地震，特别是1989年的Loma Prieta和1994年的Northridge地震，已经证明， 虽然现代美国建筑规范在中度至重度地震地面运动中有效保护人类生命，但仍可能出现重大经济损失。这些损失的大小表明需要评估和考虑建筑抗震性能的其他方面，超出设计中的最小生命安全性。太平洋地震工程研究（PEER）中心建立了基于性能的地震工程框架，可用于评估几种地震性能指标，包括经济损失，停机时间和死亡率[22,26]。最近，应用技术委员会的项目58 正在制定基于性能的抗震设计方法，以促进其在实践中的应用[2]。通过提供建筑性能的定量测 量，基于性能的地震工程可用于评估地震经济损失的风险以及结构设计决策对这些损失的影响。

地震经济损失估计的方法可大致分为区域或建筑物特定方法。区域损失估算通过收集建筑 物库存数据，将建筑物分类为通用结构类型，然后评估其地震性能，考虑地震引起的广泛地 理区域经济损失。HAZUS（美国华盛顿特区的联邦紧急事务管理局（FEMA））方法和软件[28,39]举例说明了区域损失评估的现行做法。在HAZUS中，结构响应，损坏和修复成本使用 通用建筑容量和脆弱性函数计算，这些功能基于建筑物抗侧向力系统，高度和占用率的分类。虽然这些方法有助于快速计算大型建筑组合的损失，但这些通用方法并未捕捉到特定建筑结 构和非结构设计的独特方面。

可以通过对建筑物进行结构分析来估算建筑物特定的地震损失，以估计其结构和非结构部件的损坏，然后确定修复该损坏的成本。根据将组件恢复到其原始（未损坏）状态所需的不同修复操作，为建筑物中的每个组件定义损坏状态。Scholl [35]最初介绍了一种特定建筑物的损失估算方法，该方法在过去由研究人员进一步开发

MDLA工具箱已被用作研究工作的一部分，用于对位于加利福尼亚州洛杉矶的现场四层RC办公楼的倒塌风险和直接经济损失进行基准测试[14]。在一项相关研究中，Haselton等人。[18,19]评估了一组原型现代钢筋混凝土框架建筑的倒塌风险，包括结构设计变化（高度，舱宽等）和建筑规范规定（强柱，弱梁（SCWB））的影响崩溃时的要求，漂移限制和R因子。在这项研究中，Haselton等人分析了原型建筑的预期损坏和修复成本。[17]进行了评估，以对现代符合规范的RC框架建筑的抗震性能进行基准测试，并量化重要设计变量对损失的影响。考虑的结构设计参数包括建筑物高度，抗侧向力系统的类型，强度和建筑物高度上的刚度变化，以及与基础固定性相关的设计假设。此外，还评估了所选代码规定的影响，主要是设计R 因子和强柱/弱光束比。建筑平面图和饰面也各不相同，以研究它们对性能的影响程度。

2.场地和建筑物的描述

基于绩效的损失估算框架用于计算一组现代符合规范的RC框架建筑的地震引起的经济损失， 这些建筑被认为位于洛杉矶市中心以南的洛杉矶盆地（33.996）o N，118.162o W）。该地点被选为典型的加州城市地区，在国际建筑规范（IBC）设计地图的过渡区内具有高水平的地震活动，不受近断层方向性影响。假定场地D级土壤，并且得到的场地特定危险曲线，如图1中T

= 1.0s和2.0s所示，是从Goulet等人的概率地震危险性分析中获得的。[14]。

RC框架是根据2003年国际建筑规范和相关的美国混凝土协会和美国土木工程师协会（ASCE） 的规定[1，3,21]由Haselton等人设计的。[17]。地震设计基于最大考虑地震（MCE）水平地 面运动强度使用等效横向力方法，光谱强度S女士 = 1.5g和Sm1 = 0.9g短时间和1秒。这些设计完全符合特殊力矩框架的建筑规范规定，包括强柱/弱梁比，接头剪切强度和细节设置，以及 其他强度和刚度要求。每个设计都由一名执业结构工程师详细检查，作为联邦紧急事务管理 局（FEMA）P695项目的一部分[12]。这些建筑的高度从1层到20层不等，包括周边和空间框架 系统。

3.建筑布局和成本估算

每栋建筑的建筑布局和相关的可破坏非结构部件库存用于估算建筑物更换成本。1层，2层和4 层建筑的建筑布局与Mitrani-Reiser [27]使用的建筑布局相同，而高层建筑的典型建筑设计是为8层建造的，12-故事和20层楼房。表II中的4层结构显示了可计算数量的可损坏组件，梁， 柱，隔板等。

表二。4层建筑物可损坏部件示例表。

表III。脆弱性和成本分配功能表。

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