研究背景
地震不仅会造成建筑物和基础设施的直接损坏，还可能引发次生灾害——特别是地震后火灾，这在历史上已多次被证明可能比地震本身造成更严重的破坏。1906年旧金山地震后的大火摧毁了28,000栋建筑，1923年东京地震后的火灾更是导致212,000栋建筑损毁。蒙特利尔位于加拿大西部地震带 (WQSZ) 内，平均每五天就会记录到一次地震活动，历史上曾发生过多次破坏性地震。该地区建筑密度高且木质结构比例大，大大增加了火灾发生和蔓延的风险。在这种情况下，消防站作为灾后应急救援的关键设施，其震后功能完整性至关重要。来自加拿大魁北克大学的Thomas Lessault博士及其团队在GeoHazards 期刊发表了文章，旨在开发一种基于地震情景的消防站损伤评估方法，为应急规划和抗震加固优先级的确定提供科学依据。
研究内容
研究团队开发了一个包含四个模型的综合评估框架：地震危险性模型、建筑清单模型、易损性模型和影响模型。地震危险性模型采用加拿大东部地区的地面运动预测方程 (GMPE)，计算每个消防站位置的地震动强度指标Sa (1.0s)。建筑清单模型根据建造材料和抗震设计水平将所有消防站分类，蒙特利尔66个消防站的平均建造年份为1958年，其中71.2%建于1975年之前 (即引入动力分析确定地震设计力之前的建筑规范)。结构类型分析显示，混凝土框架 (32%)、钢支撑框架 (17%)、钢框架 (15%) 和无筋砌体承重墙 (14%) 是最常见的结构形式。
图1.用于建造消防站的NBCC (加拿大国家建筑规范) 版本及其根据抗震规范等级的分类。
易损性模型为每个建筑类别关联易损性函数，建立地震强度指标与损伤概率之间的关系。影响模型则将损伤概率转化为平均损伤因子 (MDF) 和可传达的损伤状态。研究团队通过电子表格工具模拟了345种地震情景，变化震中位置 (基于加拿大自然资源部地震危险图的网格点) 和震级 (M5-M7)。结果显示，对于6级地震，平均45%的消防站至少会遭受中等程度损伤；而7级地震时，约25.5%的消防站将遭受严重损伤，1.9%可能完全损毁。研究还建立了震级与预期损伤状态之间的简化关系式，为快速风险评估提供了实用工具。
图2.情景M6和高GMPE (地面运动预测方程) 的消防站及其预期损坏状态地图。
研究总结
本研究提出了一种系统评估消防站地震性能的情景模拟方法，通过整合地震危险性分析、建筑分类、易损性评估和影响分析四个模块，为关键设施的抗震性能评估提供了完整框架。蒙特利尔消防站的案例研究表明，该方法能有效识别最脆弱的建筑，为抗震加固的优先级排序提供科学依据。特别值得注意的是，研究发现蒙特利尔大部分消防站建于现代抗震规范实施之前，在中等强度地震下就可能遭受显著损伤。研究开发的简化关系式可快速预测不同震级下的损伤状态分布，极大便利了应急响应规划和减灾决策。这种方法不仅适用于消防站，也可推广到医院、应急指挥中心等其他关键设施的抗震评估中。未来研究可进一步考虑不同地面运动预测方程的影响，以及更精细化的结构加固方案评估，为提升城市抗震韧性提供更全面的技术支持。
原文出自 GeoHazards 期刊：https://www.mdpi.com/3322830
期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/geohazards
GeoHazards期刊介绍
主编：Prof. Dr. Zhong Lu, Southern Methodist University, USA; Dr. Tiago Miguel Ferreira, University of the West of England-UWE Bristol, UK
期刊专注于有关地貌灾害的科学研究，包括内源性和外源性灾害，以及与气候变化和人类活动相关的灾害。
2024 Impact Factor：1.6
2024 CiteScore：2.2
Time to First Decision：17.2 Days
Acceptance to Publication：3.6 Days
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