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结构抗震措施之多道抗震设防体系有哪些要求?

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无论选用何种材料、何种结构体系的抗震结构, 都宜设置多道抗震防线。一次地震持续的时间少则几秒, 多则十几秒甚至更长。这样长时间的地震动, 一个接一个的强脉冲对建筑物产生多次往复式冲击, 造成累积式破坏; 如果建筑物采用的是单结构体系, 仅有一道抗震防线, 一旦破坏后接踵而来的持续地震就会使建筑倒塌; 而设了多重抗震体系的建筑物, 在第一道防线的抗侧力体系遭破坏后, 后备的第二道、第三道防线立即接替, 抵挡后续的地震冲击, 特别是对于因“共振”而引起的破坏, 在第一道防线失效后,结构转入第二道、第三道防线工作, 此时随着第一道防线破坏塑性铰出现, 结构基本周期已生变化, 从而错开了地震动卓越周期, 建筑物免遭进一步破坏。这种抗震设计概念是对付高度地震的一种经济有效的办法, 且已应用到实际工程中, 如前面提到的马那瓜美洲银行就是一个应用多道抗震防线概念的成功实例。

美国林同炎国际设计公司设计这一工程(美洲银行)时所采取的指导思想是: 在风荷载和规范规定的等效静力地震荷载作用下, 结构具有较大的抗推刚度以满足变形方面的要求; 当遭遇更高地震烈度, 建筑物所受的地震力很大时,通过某些构件的屈服过渡到另一个具有较高变形能力的结构体系。据这一指导思想, 该大楼采用了12. 55 m×12. 55 m 的芯筒作为主要的抗风和抗震构件, 不过, 该芯筒又由4 个“L”形小筒构成, 小筒外边尺寸4. 6 m×4. 6 m, 在每层楼板处, 采用较大截面的钢筋混凝土连梁将4 个小筒连成具有较强整体性的芯筒 。进行抗震设计时, 既考虑了4 个小筒作为大筒组成部分发挥整体作用时受力状况, 又考虑了连梁损坏后4 个小筒各自作为独立构件时的受力状态。这样, 当小筒间连梁完全破坏后, 整个结构的抗侧力能力也不至降低很多, 同时由于各层连梁两端出现朔性铰之后, 整个结构自震基本周期加长, 地震反应减弱, 有利于保持结构的安全和稳定。该大楼的震害表现( 表1) 说明这种设计思想是成功的。据测算, 该次地震在大楼中引起的水平地震力至少是0. 35 g, 大楼是1963 年设计的, 设计的水平地震力相当于0. 06 g, 这就是说大楼经受住了6 倍于设计的地震力。

震后, 美国伯克利加州大学对这幢大楼进行了动力分析, 分别考虑了4 个“L”型小筒作为一个整体共同工作和4 个小筒单独工作两种状态,计算出结构的动力特性和对马拉瓜地震的反应(结果见表2) 。从表中可以看出, 在“大震”时结构的基本周期延长了1. 5 倍, 结构底部地震力减少了一半, 但结构顶部位移增加了一倍

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