2017二建建筑工程知識:結(jié)構(gòu)抗震措施之多道抗震設(shè)防體系
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(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,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(fēng)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(dāng)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(dāng)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(xué)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。

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