ganggouren
本文为学术小镇（id:DrXuZhen)授权转载
马上又到“5.12”了，汶川地震已经过去十年了。
十年前，北川县城在这场地震中几乎全部被毁，后来异地重建了北川县城。本人前段时间一直在参与北川新县城的地震情景模拟工作，希望为防震减灾做点事情。目前，北川新县城的地震情景模拟工作圆满结束，终于有时间可以写公众号了。
今天，让我们谈这么一个话题：
假如地震是一首歌，
房子会如何随之“舞蹈”?
首先，第一个问题来了。
1
地震是一首歌吗？
答案是地震可以被认为是一首歌，只不过是地球唱的歌。
地震是一种振动，会形成地震波；歌声也是一种振动，会形成声波。本质上，它们都是一种波，只是频率、强度、传播介质等不同。
如果你不信，我把汶川地震波做成声音，让你听听“汶川地震之声”。
上图是汶川地震中采集到的地面加速度时程（195s）。我们将汶川地震动导入音频软件中，进行适当插值，以满足音频采样的需求。采用电话机采样率8kHz进行采样，形成音频。注意：估计大家不会听完全部195s，因此我们只做了13s的样本，这个波听起来就像是远处的锣声。
听完后，感觉如何？毕竟地震是灾难，“汶川地震之声”并不怎么好听，看来地球还是少唱歌为好。
接着，第二个问题来了。
2
假如地球真唱歌了，房子要怎么随之起舞?
让地球唱首什么歌呢？当然是欧美摇滚《We Will Rock You》啦。
将这首歌的音波进行归一化，加速度峰值（PGA）调幅到0.1g，作为结构时程分析的输入，来看看建筑结构反应如何？换句话来说，就是假如地球真唱了这首歌，房子会怎么随之舞蹈？
（此处需要说明一下，本文所有建筑的结构参数均作了调整，不代表真实建筑的抗震性能。）
好了，请大家欣赏“双人舞”（请打开声音或耳机）。
《We Will Rock You》版高层建筑地震反应
“双人舞”还不过瘾？那就让大家看看“群舞”。“学术小镇”变身“摇滚小镇”，请看“小镇群舞”。
《We Will Rock You》版城市区域地震反应
好了，不开玩笑了，第三个问题来了。
3
假如汶川地震再现，房子会怎样？
我们截取了51s汶川地震动。假设我们的房子在6度设防区，调幅到0.125g峰值加速度开展时程分析。采用清华大学的多自由度模型计算结构反应，利用倾斜摄影测量得到的三维真实感模型进行结构反应可视化。
请看汶川地震动下两栋高层建筑的地震反应，如下图所示：
（注意：由于微信视频数量限制，此处只能用gif图。高清视频请下载链接：https://pan.baidu.com/s/1aCeCAzcRz4IRrp01qhebwQ）
在汶川地震动下，小镇的群体反应如下所示：
注意：视频中有些楼，跳着跳着就累趴了……
好了，让我们脱去娱乐的外衣，严肃一下。
如果把地震比作是一种歌声，那么我想说的是：地震是地球的歌声，我们无法控制，但是作为土木工程师，建筑怎么随之起舞是我们可以控制的。我们可以使建筑不舞蹈（减隔震），也可以使建筑在舞蹈时，不会扭伤，更不会累趴，成为一名有韧性（resilience）的dancer。
我们所展示的“房子跳舞”的实质就是城市地震情景模拟，它可以预测地震情景下建筑群的震害和损失，为防灾规划和抗震加固提供重要决策支持。
汶川十周年了。“5.12”曾经是一场大灾难，至今依然沉痛，但“5.12”也是全国防灾减灾日，我们也从这场灾难中汲取了力量，促进了防灾减灾事业的快速发展，愿我们以后在灾害面前做得更好！
作者衷心感谢清华大学陆新征教授、中国地震局地球物理所杨建思研究员的支持。
2018年5月10日
写于 北川新县城
