2013年5月10日

瓦萨奇!第二部分-保护首都的首都

看到恐怖后播种遗址的证据蜿蜒穿过山前盐湖城,我们的2013年SSA实地考察去新装修的地方犹他州州议会大厦看看该州是如何应对迫在眉睫的地震威胁的。Reaveley工程师的Jerod Johnson是改造项目的首席结构工程师之一,他带领我们深入参观了该设施,解释了他们必须考虑的所有元素和他们必须采取的准备这座壮观建筑的程序猛烈摇晃

正如耶罗德在一开始所说的,这座建筑太旧、太重、太脆,承受不了断层上发生的地震可能带来的地面运动几乎在它下面.该建筑的历史地位使问题更加复杂,因为它抑制了剪力墙和支撑的添加,这将掩盖其建筑遗产。因此,改造工程的工程师决定,与其在强烈震动时支撑建筑,不如限制震动本身的强度。与美国西部地震多发地区的许多其他历史建筑一样,工程师们选择了昂贵而复杂的建筑基础隔震

底座隔离组件,由Forell/Elsesser Engineers, Inc。点击图片查看大图(pdf)。建筑物的基础依赖于安装在宽基础护城河内的柔性橡胶减震器,以便建筑物内部可以移动。

这种抗震工程的高昂价格是值得对于需要保持功能的建筑来说:基础隔离基本上是让建筑在其基础上“漂浮”起来,使其与周围剧烈震动的地面分离,让其在地面上缓慢滑动,消除相对高频的震动,这种震动可能会在建筑内部产生共鸣,并将其拖入毁灭。

从更专业的角度来说,基座隔离将建筑物的频率响应谱移动到远低于其原始共振频率的频率上,这样一来,危险的地面运动就不会被放大,建筑的保护性基础抑制了它们,并以一种最小化结构中更高的破坏性应力的方式移动。

下面的视频很好地说明了它的工作方式。这是对一座五层建筑进行的大规模振动测试。比较不稳定的输入地面运动(下面混凝土垫块的震动)和橡胶减震器顶部建筑物的缓慢振动。还要注意阻尼器剪切的程度。

行动中的基础隔离。圣地亚哥地震试验:

由于基础隔离的方式减少了建筑物所经历的水平力,它特别适合于旧的,僵硬的建筑物,并且具有限制对建筑物的内部内容物的摇动损坏的特殊优点。出于这些原因,它是常见的应用用于政府和应急管理大楼的改建或建设。事实上,加州的市政厅最近都进行了改造增加了基础隔离系统,包括洛杉矶市政厅旧金山市政厅,和华丽帕萨迪纳市政厅(你可能会认为它是莱斯利·诺普的办公室在波尼,印第安纳州)。这些建筑的历史建筑排除了侵入式抗震支撑的使用,它们需要在灾难紧急情况下保持功能,这为应用基础隔震提供了额外的好处。

这是一个计算机模拟(夸张的运动)洛杉矶市政厅在1906年旧金山地震时的隔离性能。请注意建筑物的轻微震动和下面追踪到的不稳定输入震动之间的区别。这里有一段视频,对比了建筑在使用/不使用基础隔离时的反应:http://orgs.up.edu/totle/index.php?q=node/342

在犹他州国会大厦建筑中,我们被引导到基础的“隔离护城河”之外的独特地下观景室,建筑物占地面积与地面之间的米差差距。从这个房间,游客可以看到建筑物下方,并观察现在占据整个结构的橡胶阻尼器。这个角度真的很衬里 - 所以说话 - 因为有机会考虑整个大规模的结构,在一个地球上面滑动。

265个1米宽的弹性减震器中的三个现在支撑着犹他州国会大厦

大楼的另一个视图是可剪切的橡胶脚,配有用于称量的洒水系统

这些脚中的每一个都是交替钢的一堆弹性圆盘,用天然橡胶包裹。这种结构使它们具有令人印象深刻的垂直强度,同时也使它们易于水平剪切。它们的弹性可以让国会大厦移动27英寸,这意味着国会大厦可以相对于周围的地面移动两英尺。为了解释这种不同的运动,这座建筑被一个约3英尺的护城河包围着,上面覆盖着悬挑的花岗岩板,你永远不会怀疑这只是一个外观。

这个低凸起的花岗岩边缘只是国会大厦地基和周围地面之间的空心护城河的表面覆盖。

在强烈的地面运动中,密封这条裙子和大楼外铺路石的缝隙会被撕破,整个国会大厦会从这些缝隙上“滑过”,可能会有些嘈杂。

The retrofit included a boggling array of other procedures, including shoring up the granite block walls, literally gluing the stacked columns together, securing rosettes and cornices galore, stiffening the building’s shear strength by filling an obsolete ventilation duct system with concrete, and other impressive feats that are all summarized in this structural engineering report from the project:
犹他州国会大厦改造项目 - 结构系统报告

这些堆叠的花岗岩柱中的灌浆被换成了环氧树脂,以减少它们在摇晃时的极端破坏风险。

该建筑的内部充满了石头装饰,如果摇晃松散,会造成巨大的伤害威胁。在改造过程中,每一个都是用手固定的。

这场旅游是一个伟大的窗户,令人印象深刻的努力,这种努力成为一个重要的结构的真实和强大的地震改造。幸运的是,现代建筑在发达国家的易发部分是用地震设计标准建造的。超过10层穹顶的160万磅磅的石头不会在没有实施我们的情况下的情况下建造从之前的地震中吸取教训.不幸的是,世界上绝大多数国家既没有资源也没有意愿采取这些准备措施,所以让我们希望提高人们对建筑抗震安全措施的意识、问责制和降低成本。

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