2.8地震反应如何导致倒塌？

地震可以通过几种不同的方式引起结构倒塌。如果一个结构件在地震中不能充分地支撑在一起，那么“如果一个结构件不能充分地连接在一起，那么就允许这些构件在地震作用下发生倒塌”。这种类型的倒塌在桥梁和其他包含伸缩缝的长结构中都有观察到。在1989年洛马–普里塔地震中，奥克兰–旧金山海湾大桥的一部分发生了这种类型的倒塌，当时桥面的一部分纵向位移超过了可用的支承长度（图2-12）。

图2-12奥克兰–旧金山海湾大桥部分坍塌，1989年洛马–普里塔地震（图片由P.Yanev提供）

地震可能导致结构倒塌的另一种方式是对重力承重构件施加过大的应力，使其失去承载能力。例如，如果支撑框架结构中柱上的倾覆荷载超过柱的屈曲承载力，这些柱可能会屈曲并失去继续支撑上述结构的能力。1985年墨西哥城地震中，Piño Suarez塔发生了这样的故障（图2-13）。

图2-13墨西哥城1985年地震，皮诺苏亚雷斯塔倒塌。（图片由约翰·奥斯特拉斯提供）

地震引起倒塌的第三种方式是通过诱导建筑物产生足够的侧向位移，使P-Δ效应引起框架的侧向侧移倒塌。侧移倒塌可能发生在单个楼层，也可能涉及多个楼层。1994年北岭地震中凯撒永久医疗大楼的倒塌是P-Δ效应引起的单层倒塌的一个例子（图2-14）。通常，很难将这些倒塌与先前描述的构件的局部破坏区分开来，因为与侧移倒塌相关的大位移通常会引发同时发生的局部倒塌。

图2-14北岭1994年地震，凯撒永久办公楼单层倒塌（图片由P.Yanev提供）

2.9结构特性如何影响非弹性响应？

稳定的非弹性响应是指结构抵抗地震动的能力，这种震动应力会超过某些构件的弹性极限，而不会发生倒塌。当变形超过其弹性极限时，结构能够保持全部或至少大部分屈服后横向和垂直强度时，就会发生这种情况。除了足够的初始强度和刚度外，打算进行非弹性响应的构件的重要结构特性包括比它们所连接的构件更强的连接，以便构件能够发挥其全部强度和构件配置，从而实现延性后弹性行为。

为了获得延性后弹性行为，必须避免构件的整体屈曲和局部屈曲。通过确保截面紧凑性，避免局部屈曲。通过提供侧向支撑，可避免整体屈曲。一旦构件屈服，其有效弹性模量，因此，其抗屈曲能力迅速降低。为了避免在受压范围内发生较大非弹性变形的构件过早发生局部屈曲，有必要对受压构件的宽厚比进行更严格的限制。AISC 341中包含的特殊和中间弯矩框架（SMF和IMF）的特殊压实度要求旨在提高非弹性循环行为下的局部屈曲阻力。

2.10抗震设计最重要的方面是什么？

许多策略对于设计在强震中表现良好的结构是很重要的。这些包括提供连续性、足够的刚度和强度、规则性、冗余度和明确的屈服机制。

连续性。组成一个结构的所有构件必须相互连接，具有足够的强度，当结构对振动作出反应时，这些构件不会分开，并且结构能够作为一个整体单元作出反应。连续性的一个重要方面是有一个完整的抗震抗负载系统，以便施加在结构中任何地方的力都有一种通过结构和基础传递的方式。除了垂直框架外，一个完整的抗震荷载系统还必须包括水平横隔梁，以将惯性力传递给垂直框架。

刚度和强度。结构必须具有足够的刚度，以便地震期间发生的侧向变形不会导致P-Δ失稳和倒塌。结构物必须具有足够的横向和竖向强度，以使相对频繁的低强度地震所产生的力不会造成损害，并且罕见的高强度地震不会使构件变形，使其失去强度。

规刚性。如果结构的结构能够使其在振动响应期间的横向变形模式在整个高度上相对均匀，且在结构的小区域内没有扭曲或大的变形集中，则称为规则结构。避免结构过度扭曲非常重要，因为很难预测过度扭曲的结构的行为。避免结构中的变形集中也很重要，因为这些集中变形可能变得非常大，导致集中区域的极端局部损坏和垂直承载能力的损失。

冗余。冗余是很重要的，因为建筑规范中包含的基本设计策略预计，一些对抵抗侧向力很重要的构件的荷载将超过其弹性极限，并将承受损坏。如果一个结构只有少数几个构件可以抵抗地震力，当这些构件损坏时，结构可能失去抵抗进一步震动的能力。然而，如果一个结构中存在大量的抗地震荷载构件，并且其中一些构件受到损坏，则其他构件仍然可以用于为结构提供稳定性。

确定屈服机制。设计一个预定的收益机制也许是最重要的策略。在这种通常被称为承载力设计的方法中，设计者必须决定在强震激励下结构的哪些构件将屈服。这些元素是详细的，以便他们能够维持屈服，而没有不良的强度损失。同时，结构的所有其他构件，如重力承载梁、柱及其连接件，都是成比例的，这样它们就足够强大，能够承受地震时可能传递给它们的最大力和变形，一旦达到预期的屈服机制。本质上，设计为屈服的构件起到了结构“熔断器”的作用，保护结构的其他构件不受过度力的影响。该策略确保对结构垂直稳定性及其承载重力荷载能力至关重要的关键构件不会受到损害。