結(jié)構(gòu)抗震措施之多道抗震設(shè)防體系有哪些要求？
無論選用何種材料、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。一次地震持續(xù)的時間少則幾秒, 多則十幾秒甚至更長。這樣長時間的地震動, 一個接一個的強脈沖對建筑物產(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, 一旦破壞后接踵而來的持續(xù)地震就會使建筑倒塌; 而設(shè)了多重抗震體系的建筑物, 在第一道防線的抗側(cè)力體系遭破壞后, 后備的第二道、第三道防線立即接替, 抵擋后續(xù)的地震沖擊, 特別是對于因“共振”而引起的破壞, 在第一道防線失效后,結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)入第二道、第三道防線工作, 此時隨著第一道防線破壞塑性鉸出現(xiàn), 結(jié)構(gòu)基本周期已生變化, 從而錯開了地震動卓越周期, 建筑物免遭進一步破壞。這種抗震設(shè)計概念是對付高度地震的一種經(jīng)濟有效的辦法, 且已應(yīng)用到實際工程中, 如前面提到的馬那瓜美洲銀行就是一個應(yīng)用多道抗震防線概念的成功實例。
美國林同炎國際設(shè)計公司設(shè)計這一工程（美洲銀行）時所采取的指導(dǎo)思想是: 在風荷載和規(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足變形方面的要求; 當遭遇更高地震烈度, 建筑物所受的地震力很大時,通過某些構(gòu)件的屈服過渡到另一個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和抗震構(gòu)件, 不過, 該芯筒又由4 個“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 個小筒連成具有較強整體性的芯筒 。進行抗震設(shè)計時, 既考慮了4 個小筒作為大筒組成部分發(fā)揮整體作用時受力狀況, 又考慮了連梁損壞后4 個小筒各自作為獨立構(gòu)件時的受力狀態(tài)。這樣, 當小筒間連梁完全破壞后, 整個結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力也不至降低很多, 同時由于各層連梁兩端出現(xiàn)朔性鉸之后, 整個結(jié)構(gòu)自震基本周期加長, 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) 說明這種設(shè)計思想是成功的。據(jù)測算, 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)計的, 設(shè)計的水平地震力相當于0. 06 g, 這就是說大樓經(jīng)受住了6 倍于設(shè)計的地震力。
震后, 美國伯克利加州大學對這幢大樓進行了動力分析, 分別考慮了4 個“l”型小筒作為一個整體共同工作和4 個小筒單獨工作兩種狀態(tài),計算出結(jié)構(gòu)的動力特性和對馬拉瓜地震的反應(yīng)(結(jié)果見表2) 。從表中可以看出, 在“大震”時結(jié)構(gòu)的基本周期延長了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