談如何提高建筑結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌能力

摘要：針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌，本文從其必要性出發(fā)，介紹了抗倒塌建筑的分類(lèi)，防護(hù)措施以及提高結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌能力的方法。

關(guān)鍵詞：抗連續(xù)性倒塌，建筑結(jié)構(gòu)，措施，方法

一、引言

連續(xù)性倒塌是指在車(chē)輛撞擊、炸彈襲擊、火災(zāi)等偶然事件作用下，結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件破壞使整個(gè)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系荷載重分配，相鄰構(gòu)件不能承擔(dān)重分配后額外增加的荷載，引發(fā)結(jié)構(gòu)連鎖破壞，使承載能力大幅下降，最終造成結(jié)構(gòu)局部或者整體大范圍倒塌[1]。

結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌嚴(yán)重威脅公共安全，相對(duì)于初始局部破壞的大范圍倒塌， 其導(dǎo)致了大量人員傷亡和巨大財(cái)產(chǎn)損失。

二、抗倒塌建筑分類(lèi)

抗連續(xù)性倒塌主要針對(duì)偶然事件的作用，由于其不確定性，對(duì)抗連續(xù)性建筑進(jìn)行分類(lèi)以及針對(duì)不同類(lèi)別的抗倒塌建筑制定不同的設(shè)計(jì)方案是十分必要的，詳見(jiàn)表1。

以上四類(lèi)建筑按危險(xiǎn)程度排列，第一類(lèi)建筑最低，第四類(lèi)建筑最高。其中第一類(lèi)可不考慮偶然荷載的影響；第二類(lèi)只需在結(jié)構(gòu)中通過(guò)設(shè)置水平和豎向桿鏈接系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行水平拉結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)；第三類(lèi)在保證結(jié)構(gòu)的整體性基礎(chǔ)上，需采用改變傳力路徑法對(duì)結(jié)構(gòu)靜力模型進(jìn)行分析；第四類(lèi)除了設(shè)置必要的拉桿系統(tǒng)外，還需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析或者非線(xiàn)性靜力分析。

三、防止建筑結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌措施[3]

3.1 控制偶然事件發(fā)生

首先因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌是在偶然性事件作用下引起的，那么控制或者減少偶然的事件不矢為一種很好的方法。具體可以采用以下幾種措施：

(l)避免在建筑設(shè)施的正下方設(shè)置停車(chē)場(chǎng)；

(2)建筑選址應(yīng)遠(yuǎn)離生產(chǎn)、存放易燃易爆物質(zhì)的區(qū)域，同時(shí)嚴(yán)格規(guī)范燃?xì)獾氖褂煤鸵妆锲返拇娣牛?/p>

(3)建立安全隔離帶，如設(shè)置綠化帶、樹(shù)木和保障性柵欄等，減少車(chē)輛撞擊建筑物的可能性；

(4)增加底層樓面標(biāo)高以避免車(chē)輛撞擊以及其它偶然事件對(duì)建筑物的影響。

3.2 防止發(fā)生局部破壞

有的偶然事件如發(fā)生高強(qiáng)度地震、飛機(jī)碰撞大樓（911事件）等，采用3.1中的一些防護(hù)措施顯然打不到目的。那么就必須從局部構(gòu)件著手。

(l)合理有效的平面布置，避U形及L形等不規(guī)則平面布置。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌功能要求較高時(shí)，應(yīng)盡量避免在建筑平面圖上有凹角，減少爆炸壓力在此部位聚集。

(2) 建筑物分隔成小開(kāi)間，以超靜定體系贅余度和提高結(jié)構(gòu)的整體性能。偶然事件發(fā)生時(shí)結(jié)構(gòu)把破壞限制在盡量少的區(qū)間內(nèi)，很大程度上減少了生命財(cái)產(chǎn)的損失。

（3）避免建筑物層高過(guò)大。當(dāng)層高過(guò)大，主梁或樓板坍落破壞時(shí)，柱子的計(jì)算長(zhǎng)度瞬時(shí)加大，造成結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)而產(chǎn)生一系列破壞。一般層高最好不要超過(guò)4.8m。

（4）減小柱距和梁跨。在不影響框架結(jié)構(gòu)建筑功能的前提下，柱距不宜大于9.Om。

（5）受力構(gòu)件外包，外露受力結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)用韌性較好的圍護(hù)材料包裹，以降低其接觸偶然作用的可能性。

（6）避免柔弱層和薄弱層出現(xiàn)，防止偶然事件作用下該層某根主要受力構(gòu)件失效。

（7）合理設(shè)置結(jié)構(gòu)突出構(gòu)件，防止偶然荷載作用時(shí)發(fā)生塌落，威肋行人生命安全。

四、提高結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌能力[4]

抗連續(xù)倒塌能力與結(jié)構(gòu)的超靜定性、延性、堅(jiān)固性和連續(xù)性有關(guān)。故可從這四方面入手分析。

（1）采用超靜定性結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)中增加多余約束，結(jié)構(gòu)在局部荷載超限情況下，使結(jié)構(gòu)內(nèi)力在各構(gòu)件內(nèi)進(jìn)行重分配，從而提高結(jié)構(gòu)的整體抗聯(lián)系倒塌能力。

（2）增大結(jié)構(gòu)延性

結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件破壞導(dǎo)致剩余結(jié)構(gòu)某些局部應(yīng)力增加較多。延性好的結(jié)構(gòu)具備較強(qiáng)的變形性能，在耗能的同時(shí)使內(nèi)力重分布，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力有效轉(zhuǎn)移，充分發(fā)展材料的強(qiáng)度，剩余結(jié)構(gòu)就能地形成有效的承載機(jī)制。

（3）提高結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性

提高結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性可以增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力水平，縮小偶結(jié)構(gòu)的倒塌破壞范圍，有效增強(qiáng)了局部構(gòu)件破壞后的剩余結(jié)構(gòu)的跨越能力，增大了結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌能力。

（4）連續(xù)性

保證結(jié)構(gòu)連續(xù)性，是增加結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌能力的重要因素。由于結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌需要考慮承重構(gòu)件失效的情況，所以對(duì)失效承重構(gòu)件上梁與梁的連接處連續(xù)性要達(dá)到一定要求。

五、結(jié)束語(yǔ)

（1）抗連續(xù)倒塌能力與結(jié)構(gòu)的超靜定性、延性、堅(jiān)固性和連續(xù)性有關(guān)。

（2）不同的建筑需要根據(jù)結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)以及偶然事件作用形式采用不同的抗倒塌控制設(shè)計(jì)。

（3）國(guó)內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌研究開(kāi)始較晚，需要通過(guò)更多的實(shí)驗(yàn)研究來(lái)進(jìn)一步探討期特點(diǎn)，提成相應(yīng)的預(yù)防措施和可靠科學(xué)的設(shè)計(jì)方案。

六、參考文獻(xiàn)

[1] 陳俊嶺， 馬人樂(lè)， 何敏娟.偶然事件下框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌分析 [ J] . 四川建筑科學(xué)研究， 2007， 33 ( 1) : 65- 68

[2] 吳志林.鋼筋混凝土建筑抗連續(xù)倒塌對(duì)策的研究[D]. 河北理工大學(xué)，2006.

[3] Powell G.Progressive Collapse:case studies using nonlinear analysis.SEAOC Annual Convention Proceedings，Monterey，August，2004.

[4] 易偉建，何慶峰，肖巖.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能的試驗(yàn)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào).2007，28(5):104-117.