图4-14a是计算得到的振型，其中第一振型为纵向振动，第二振型为扭转振动，第三振型为横向与扭转耦联的振动。明显可见结构东面的振动变形较大。1999年台湾集集地震中民居楼的破坏也是双向刚度相差过大的典型。图4-13 ICSB结构平面、剖面图a）底层平面 b）二层平面 c）纵剖面 d）横剖面图4-14 ICSB结构分析结果a）结构振型 b）底层柱的承载力与地震作用下内力的比较由于楼梯间的布置不同，结构的纵、横向具有不同的刚度，地震破坏也不相同。......
2023-08-23
高层建筑结构-竖向刚度失衡或承载力不均导致的薄弱层破坏
【摘要】：从历次地震看，底部空旷的建筑物遭受破坏是普遍现象，主要是底部空旷形成了结构的软弱层，软弱层的位移变形大，钢筋混凝土柱承受不了大变形而破坏。有些柱子则因承载力不足而造成薄弱层破坏。地震时附近没有发生地面裂缝或其他地面变形，建筑物主要是经受地面摇晃振动，底层柱子严重破坏，裙房柱子全部是普通配箍柱，混凝土全部碎裂，竖向钢筋压屈，主楼底部为螺旋配箍柱，保护层脱落。
从历次地震看，底部空旷的建筑物遭受破坏是普遍现象，主要是底部空旷形成了结构的软弱层，软弱层的位移变形大，钢筋混凝土柱承受不了大变形而破坏。有些柱子则因承载力不足而造成薄弱层破坏。
1）1971年美国圣非南多地震中，Olive-View医院主楼的破坏很典型[43][44]。
Olive-View医院共有8个建筑，其中严重破坏的有3幢，主楼、精神病诊疗所和停车棚，见图4-22a。主楼是一座6层的钢筋混凝土结构，在1层楼有裙房。1、2层全部是钢筋混凝土柱，3层以上为钢筋混凝土墙，因而它是典型的框支剪力墙结构，上部刚度比下部大10倍。图4-22b为主楼剖面，每层柱子的断面形状和配筋形式都不相同。地震时附近没有发生地面裂缝或其他地面变形，建筑物主要是经受地面摇晃振动，底层柱子严重破坏，裙房柱子全部是普通配箍柱，混凝土全部碎裂，竖向钢筋压屈，主楼底部为螺旋配箍柱，保护层脱落。房屋未倒塌，但产生很大侧移变形，震后的水平残余变形达60cm。图4-23为震害照片。
地震后，对震害进行了详细调查和分析，对主楼结构作了弹塑性动力分析。由距医院5公里处的Pacoima坝上得到的强震记录（最大加速度为1.25g）推算得到了基岩运动，并由此推演得到Olive-View医院的地面运动，其加速度峰值为0.6g，地震波中有出现较早、延续时间较长的加速度脉冲，地震使Olive-View医院遭受剧烈振动。
以Olive-View医院的地面运动作为输入地震加速度波，图4-24a是弹塑性动力分析得到的位移反应时程曲线，地震开始不久就有较大的加速度脉冲，它引起底层和二层结构很大变形，柱子较早就进入屈服阶段；图4-24b是计算得到的位移包络图和层剪力包络图，1、2层的层间变形比上层大4～5倍，底层及二层的层剪力达到自重的30%～44%，比按规范计算的设计剪力（8%、8.6%）大了4～5倍。估计第一个加速度脉冲时，裙房的普通钢箍柱就破坏了，当裙房底层的150根普通钢箍柱破坏后，主楼底部的螺旋配箍柱承受的剪力大大增加，随即遭到破坏，但由于螺旋配箍柱的延性很大，虽然变形很大而未倒塌，普通钢箍柱和螺旋配箍柱的破坏状态见图4-23b和c。结构底层在西、北两面与挡土墙相邻，东面有仓库相邻，虽然有25cm的抗震缝，但结构变形太大，从现场可见挡土墙被撞击的现象。
图4-23 Olive-View医院主楼震害
a）主楼底部侧向变形 b）裙房普通箍筋柱的破坏（左为普通配箍柱，右为螺旋箍筋柱） c）主楼底层螺旋箍筋柱破坏
从主楼平面图还可看见它风车形平面有四个翼，每个翼的端部各有一个楼梯间，是与主体结构没有连接的独立筒结构，在地震时3个倒塌，1个倾斜，如果它们与主体连接，可能不至于倒塌。
图4-24 按Pacoima坝基岩运动计算的弹塑性地震反应
a）结构位移反应时程 b）位移和层剪力包络图
2）1977年罗马尼亚地震中，普鲁耶士蒂有一幢4层框架建筑严重破坏，它底层为咖啡馆，无隔墙，上层为住宅，用砖砌体做隔墙，砖砌体隔墙使上下层刚度差异加大，形成上部刚、下部柔的结构，底层是软弱层。地震时底层柱子折断，上部几层整体塌落至一层柱根，见图4-25。布加勒斯特Podgoria大楼为9层钢筋混凝土框架结构，上部为住宅，底层为商店，地震中虽未倒塌，但底层柱子严重破坏，见图4-26。该次地震时，在布加勒斯特倒塌了33幢9～11层钢筋混凝土框架结构，其中有31幢都是旧建筑，倒塌原因主要是体型复杂，刚度较小，角柱断面较小，旧建筑设计未考虑抗震要求，还有许多建筑倒塌是因为建筑底层空旷造成的。
3）1995年日本阪神地震中，20世纪80年代以前建造的很多多层和高层居住楼房遭受严重破坏或倒塌，原因就是当地习惯将多层或高层住宅的底层作为商店、车库等用途，底层没有或只有很少隔墙，或者没有纵墙，形成空旷底层。图4-27是其中部分遭受震害的楼房。
图4-25 普鲁耶士蒂4层框架严重破坏
4）1995年日本阪神地震中，为数不少的多层和高层结构在中间少数楼层破坏，造成局部楼层塌落的现象，见图4-28。多数是破坏在两种不同材料构件变化的楼层处，例如由钢筋混凝土柱变化为钢骨混凝土柱，或钢骨混凝土柱变化为钢柱的楼层。对于这种现象的分析尚不很完全，其中有一种解释是认为局部楼层的承载力不足，因为地震层剪力沿高度分布应该是曲线型，而在按过去规程设计的老建筑中，按直线分布设计，这样，导致中间楼层承载力不足，屈服早，钢箍配置不足使纵筋屈服后柱子的抗剪能力急剧退化，造成柱破坏。
图4-26 Podgoria大楼为9层钢筋混凝土框架底层柱子严重破坏
图4-27 日本阪神地震空旷底层建筑遭受严重破坏
图4-28 日本阪神地震多层建筑中间层坍塌
a）12层建筑的第5层破坏 b）10层建筑的第3层破坏
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2023-08-23
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2023-08-23
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2023-08-23
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2023-08-23
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