結(jié)構(gòu)抗震措施之多道抗震設(shè)防體系有哪些要求？
無(wú)論選用何種材料、何種結(jié)構(gòu)體系的抗震結(jié)構(gòu), 都宜設(shè)置多道抗震防線(xiàn)。一次地震持續(xù)的時(shí)間少則幾秒, 多則十幾秒甚至更長(zhǎng)。這樣長(zhǎng)時(shí)間的地震動(dòng), 一個(gè)接一個(gè)的強(qiáng)脈沖對(duì)建筑物產(chǎn)生多次往復(fù)式?jīng)_擊, 造成累積式破壞; 如果建筑物采用的是單結(jié)構(gòu)體系, 僅有一道抗震防線(xiàn), 一旦破壞后接踵而來(lái)的持續(xù)地震就會(huì)使建筑倒塌; 而設(shè)了多重抗震體系的建筑物, 在第一道防線(xiàn)的抗側(cè)力體系遭破壞后, 后備的第二道、第三道防線(xiàn)立即接替, 抵擋后續(xù)的地震沖擊, 特別是對(duì)于因“共振”而引起的破壞, 在第一道防線(xiàn)失效后,結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)入第二道、第三道防線(xiàn)工作, 此時(shí)隨著第一道防線(xiàn)破壞塑性鉸出現(xiàn), 結(jié)構(gòu)基本周期已生變化, 從而錯(cuò)開(kāi)了地震動(dòng)卓越周期, 建筑物免遭進(jìn)一步破壞。這種抗震設(shè)計(jì)概念是對(duì)付高度地震的一種經(jīng)濟(jì)有效的辦法, 且已應(yīng)用到實(shí)際工程中, 如前面提到的馬那瓜美洲銀行就是一個(gè)應(yīng)用多道抗震防線(xiàn)概念的成功實(shí)例。
美國(guó)林同炎國(guó)際設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)這一工程（美洲銀行）時(shí)所采取的指導(dǎo)思想是: 在風(fēng)荷載和規(guī)范規(guī)定的等效靜力地震荷載作用下, 結(jié)構(gòu)具有較大的抗推剛度以滿(mǎn)足變形方面的要求; 當(dāng)遭遇更高地震烈度, 建筑物所受的地震力很大時(shí),通過(guò)某些構(gòu)件的屈服過(guò)渡到另一個(gè)具有較高變形能力的結(jié)構(gòu)體系。據(jù)這一指導(dǎo)思想, 該大樓采用了12. 55 m×12. 55 m 的芯筒作為主要的抗風(fēng)和抗震構(gòu)件, 不過(guò), 該芯筒又由4 個(gè)“l”形小筒構(gòu)成, 小筒外邊尺寸4. 6 m×4. 6 m, 在每層樓板處, 采用較大截面的鋼筋混凝土連梁將4 個(gè)小筒連成具有較強(qiáng)整體性的芯筒 。進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí), 既考慮了4 個(gè)小筒作為大筒組成部分發(fā)揮整體作用時(shí)受力狀況, 又考慮了連梁損壞后4 個(gè)小筒各自作為獨(dú)立構(gòu)件時(shí)的受力狀態(tài)。這樣, 當(dāng)小筒間連梁完全破壞后, 整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力也不至降低很多, 同時(shí)由于各層連梁兩端出現(xiàn)朔性鉸之后, 整個(gè)結(jié)構(gòu)自震基本周期加長(zhǎng), 地震反應(yīng)減弱, 有利于保持結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。該大樓的震害表現(xiàn)( 表1) 說(shuō)明這種設(shè)計(jì)思想是成功的。據(jù)測(cè)算, 該次地震在大樓中引起的水平地震力至少是0. 35 g, 大樓是1963 年設(shè)計(jì)的, 設(shè)計(jì)的水平地震力相當(dāng)于0. 06 g, 這就是說(shuō)大樓經(jīng)受住了6 倍于設(shè)計(jì)的地震力。
震后, 美國(guó)伯克利加州大學(xué)對(duì)這幢大樓進(jìn)行了動(dòng)力分析, 分別考慮了4 個(gè)“l”型小筒作為一個(gè)整體共同工作和4 個(gè)小筒單獨(dú)工作兩種狀態(tài),計(jì)算出結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和對(duì)馬拉瓜地震的反應(yīng)(結(jié)果見(jiàn)表2) 。從表中可以看出, 在“大震”時(shí)結(jié)構(gòu)的基本周期延長(zhǎng)了1. 5 倍, 結(jié)構(gòu)底部地震力減少了一半, 但結(jié)構(gòu)頂部位移增加了一倍