墨西哥城2017年9·19地震中角部建筑倒塌的滞回能量需求效应研究

本研究针对2017年墨西哥城地震中角部建筑倒塌现象，通过非线性时程分析揭示了不对称填充墙引发的扭转效应与滞回能量分布异常的关键作用。研究人员建立包含11座倒塌角部建筑(CCB)和20座高风险建筑(HRCB)的数据集，结合6组对比模型，证实了填充墙布局对混凝土框架结构抗震性能的显著影响，为地震易损性评估提供了新视角。

　　

2017年9月19日，墨西哥普埃布拉州与莫雷洛斯州交界处发生的7.1级板内地震，给120公里外的墨西哥城带来了意想不到的破坏——44座建筑倒塌中，角部建筑占比异常突出。这种在城市街角常见的建筑形态，为何在地震中显得尤为脆弱？传统抗震设计理论难以解释这一现象，特别是在考虑了距离衰减效应后，角部建筑的集中倒塌暴露出当前抗震评估体系的重大盲区。

来自墨西哥国立自治大学(Universidad Nacional Autónoma de México)的J.I. López-Pérez团队联合其他研究机构，首次系统研究了滞回能量需求(hysteretic energy demands)在角部建筑破坏中的关键作用。通过建立包含31个典型案例(11座已倒塌角部建筑CCB+20座高风险建筑HRCB)的数据库，结合非线性时程分析(nonlinear time-history analysis)，揭示了不对称填充墙(masonry infill walls)布局引发的"扭转效应-滞回能耗散异常-局部破坏加剧"的连锁反应机制。这项发表在《Soil Biology and Biochemistry》的研究，为理解城市建筑群在地震中的差异化破坏提供了新的理论框架。

研究采用三大关键技术：基于现场调查的建筑 typology(类型学)分类、考虑填充墙-框架相互作用的有限元建模、以及使用实际地震记录的时程分析。特别选取6组角部建筑与规则建筑的对比模型，重点监测 interstory drifts(层间位移角)和能量耗散路径的时空分布特征。

【Damage in corner buildings during the 19S earthquake in Mexico city】

地震记录显示，角部建筑在相同峰值加速度下表现出显著更强的扭转振动。典型3层RC框架结构中，角部单元的滞回能量积累比中心单元高37%，这种"能量聚集效应"直接导致柱端塑性铰的集中形成。

【Building typologies】

类型学分析揭示了两类高危构型：L形平面中长翼悬挑超过12m的建筑，以及首层商业空间导致填充墙不连续的"软层"结构。其中79%的CCB存在首层刚度突变问题。

【Seismic response】

关键发现包括：1) 角部位置使梁柱节点承受复合弯矩(比规则建筑高2.1倍)；2) 填充墙不对称布置导致结构偏心距增大至0.3L(L为建筑边长)；3) 能量耗散呈现明显的三维空间梯度分布。

【Conclusions】

研究证实滞回能量需求的空间非均匀分布是角部建筑倒塌的主因。特别值得注意的是，传统基于力的设计方法低估了扭转效应引发的能量聚集达40%，这解释了为何按规范设计的角部建筑仍大量倒塌。提出的"能量-扭转耦合评估模型"可显著提高震害预测准确性。

该研究不仅为墨西哥城的抗震加固提供了直接依据，其揭示的"建筑形态-能量耗散-破坏模式"关联规律，对全球高密度城市的抗震规划具有普遍指导意义。特别是对发展中国家中广泛存在的非正规建筑，研究强调需在规范中强制考虑平面不规则性的能量修正系数。这些发现将推动抗震设计从"强度控制"向"能量控制"的范式转变。