۱٫۱ طراحی لرزهای و عملکرد لرزهای: مروری کلی
«فلسفهٔ طراحی» اصطلاحی تا حدی پرطمطراق برای مبانی اساسی طراحی است. این اصطلاح دلایل انتخاب بارها و نیروهای طراحی، روشهای تحلیل و طراحی، ترجیح آرایشهای سازهای و مصالح معین و هدفهای بهینهسازی اقتصادی را در بر میگیرد. هنگامی که ملاحظات لرزهای تعیینکنندهٔ طراحی باشند، اهمیتِ داشتن فلسفهای منطقی به اوج میرسد؛ زیرا معمولاً در برابر نیروهای زلزلهٔ طرح، خطر خسارت بیشتری را نسبت به سایر بارگذاریهای حدی مشابه، مانند بیشینهٔ بار زنده یا نیروی باد، میپذیریم. برای مثال، آییننامههای نوین معمولاً برای سازههای معمولی، مانند ساختمانهای اداری، شدت زلزلهٔ طرح را متناظر با دورهٔ بازگشت ۱۰۰ تا ۵۰۰ سال تعیین میکنند. نیروهای متناظر عموماً آنقدر بزرگاند که نمیتوان در محدودهٔ پاسخ ارتجاعی مصالح در برابرشان مقاومت کرد. ازاینرو رایج است که سازه برای مقاومتی برابر با کسری از مقاومت لازم برای پاسخ ارتجاعی ـ گاه تنها ۱۵ تا ۲۵ درصد آن ـ طراحی شود و انتظار رود با تحمل تغییرشکلهای غیرارتجاعی بزرگ و اتلاف انرژی همراه با آسیبدیدگی مصالح، از زلزله جان سالم به در برد.
نتیجه آن است که سازه ممکن است هنگام مقاومت در برابر زلزلههایی بسیار کوچکتر، که بهمراتب بیش از زلزلهٔ سطح طرح رخ میدهند، به تمام مقاومت خود برسد. احتمال سالانهٔ بسیجشدن تمام مقاومت ساختمان در پاسخ لرزهای، بدین ترتیب میتواند به ۱ تا ۳ درصد برسد؛ درحالیکه احتمال سالانهٔ پذیرفتهشده برای رسیدن به ظرفیت نهایی تحت بارهای ثقلی شاید حدود ۰٫۰۱ درصد باشد. بنابراین پیامدهای نداشتن فلسفهای منطقی برای طراحی لرزهای احتمالاً بسیار سنگین خواهد بود.
بهکارگیری عمومیِ روشهای طراحی لرزهای در طراحی ساختمان نخست در دهههای ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ آغاز شد؛ زمانی که اهمیت بارگذاری اینرسی ساختمانها بهتدریج شناخته شد. نبود اندازهگیریهای قابلاعتماد از شتاب زمین و در نتیجه، شناخت ناکافیِ پاسخ دینامیکی سازهها، برآورد مطمئن نیروهای اینرسی زلزله را ناممکن میساخت. معمولاً طراحی برای نیروهای جانبیِ حدود ۱۰ درصد وزن ساختمان انجام میشد. از آنجا که همواره طراحی ارتجاعی بر مبنای تنش مجاز به کار میرفت، مقاومت واقعی جانبی ساختمانها عموماً قدری بیشتر بود.