淺談鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的策略

謝建明

(重慶財(cái)經(jīng)職業(yè)學(xué)院，重慶 402160)

1 抗連續(xù)倒塌概念和類型

1.1 抗連續(xù)倒塌概念

關(guān)于抗連續(xù)倒塌的定義，學(xué)術(shù)界尚未形成統(tǒng)一的觀點(diǎn)。美國土木協(xié)會將抗連續(xù)倒塌定義為，建筑物使用過程中受到突發(fā)的外界沖擊力或爆炸，所引發(fā)的局部損壞，進(jìn)而使建筑倒塌的現(xiàn)象。建筑物連續(xù)倒塌具有連鎖性，且結(jié)構(gòu)破壞與最初的破壞并不存在明顯的比例關(guān)系。因此，筆者認(rèn)為若建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞現(xiàn)象后能夠滿足以上兩個特征，則可將其定義為連續(xù)倒塌。

1.2 抗連續(xù)倒塌類型

1.2.1 混合型連續(xù)倒塌

混合型連續(xù)倒塌具有顯著的綜合性，混合型倒塌涵蓋了兩種以上的倒塌現(xiàn)象，聯(lián)邦大樓連續(xù)倒塌就是多米諾骨牌和薄餅式倒塌兩種機(jī)理的有機(jī)結(jié)合。

1.2.2 薄餅型連續(xù)倒塌

薄餅型連續(xù)倒塌主要是建筑物結(jié)構(gòu)中的縱向受力構(gòu)件功能受損，使得剛體運(yùn)動中出現(xiàn)構(gòu)件分離墜落的問題，沒有墜落的構(gòu)件因而也需承受更大的作用力。

1.2.3 失穩(wěn)型連續(xù)倒塌

建筑物在受到較大的作用力時，其穩(wěn)定性就會受到較大的影響，結(jié)合外界壓力與作用位置的差異，構(gòu)件損壞的類型也有所不同，如持續(xù)保持上述狀態(tài)，達(dá)到臨界值后就會發(fā)生連續(xù)倒塌，這種連續(xù)倒塌模式即為失穩(wěn)型連續(xù)倒塌。

1.2.4 拉鏈型連續(xù)倒塌

拉鏈型連續(xù)倒塌的作用機(jī)理主要表現(xiàn)為：建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件遭受輕微破壞，該構(gòu)件之外的承載力會自動分配到其他構(gòu)件上，導(dǎo)致建筑物局部遭受脈動荷載力，在此沖擊力作用下其他構(gòu)件被破壞，致使結(jié)構(gòu)橫向發(fā)生連續(xù)倒塌。

1.2.5 多米諾骨牌型連續(xù)倒塌

建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)部的構(gòu)件發(fā)生損壞，底部邊緣的構(gòu)件會發(fā)生脫落的問題，結(jié)構(gòu)構(gòu)件上層沖擊力對相鄰構(gòu)件會產(chǎn)生影響，使得周圍的構(gòu)件功能也會受到一定的影響，如不能進(jìn)行有效控制，就會發(fā)生建筑物連續(xù)倒塌的情況。

1.3 抗連續(xù)倒塌研究的必要性

2001年美國“9·11”事件令人印象深刻，恐怖分子襲擊后，兩棟大樓發(fā)生連續(xù)倒塌，造成十分嚴(yán)重的人員和財(cái)產(chǎn)損失；2003年我國南方地區(qū)發(fā)生大火，導(dǎo)致建筑發(fā)生連續(xù)倒塌的事件，造成較為嚴(yán)重的人員傷亡。之所以出現(xiàn)以上事故，多半由于建筑物受到多種因素的影響，而出現(xiàn)連續(xù)倒塌的問題。所以深入研究鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌具有十分積極的現(xiàn)實(shí)意義。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完善

2.1 完善支撐構(gòu)件設(shè)計(jì)

在建筑物構(gòu)件強(qiáng)化設(shè)計(jì)的過程中，需采取有效措施不斷完善支撐構(gòu)件設(shè)計(jì)，尤其是在建筑物中需要承受較高豎向荷載的框架柱設(shè)計(jì)。建筑物受到荷載沖擊后，框架柱主要受剪力的作用，在建筑混凝土柱的外立面中設(shè)置防爆建筑材料，能夠有效防護(hù)工程結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗剪力，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的性能。

2.2 改進(jìn)現(xiàn)澆板設(shè)計(jì)

建筑物支撐構(gòu)件無法充分發(fā)揮自身功能，且逐漸失去支撐作用后，荷載和梁板邊界條件會發(fā)生較大的變化，同時現(xiàn)澆板受力的方向與樓板受力的方向也會發(fā)生明顯的變化，結(jié)構(gòu)受力體系隨之改變。因此，在連續(xù)抗倒塌設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員需采用雙向設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)能夠承受較大的荷載。在日常工作中，一方面要滿足構(gòu)造的基本需求，另一方面還需確保現(xiàn)澆板支座位置的構(gòu)造鋼筋長度滿足設(shè)計(jì)的要求。這樣，在承重構(gòu)件無法充分發(fā)揮作用的條件下，建筑物結(jié)構(gòu)依然具有良好的穩(wěn)定性和完整性。

2.3 優(yōu)化框架梁設(shè)計(jì)

框架梁主要設(shè)置在柱體結(jié)構(gòu)上，同時，其也是建筑物水平傳力的主要受力構(gòu)件。如框架柱無法發(fā)揮其支撐作用，則框架梁的跨度就會明顯增大。支撐在框架梁上的框架受彎方向也會發(fā)生較大的變化。遠(yuǎn)端梁彎矩則會較以往增大3倍以上。對此，相關(guān)人員需采取有效措施增強(qiáng)框架梁的抗彎和抗剪能力，讓結(jié)構(gòu)體系保持平衡的狀態(tài)，進(jìn)而避免建筑物連續(xù)倒塌問題。

建筑物出現(xiàn)連續(xù)倒塌問題時，框架梁會產(chǎn)生拱效應(yīng)和懸索效應(yīng)，如結(jié)構(gòu)構(gòu)件的約束剛度足夠大，則變形的框架梁會產(chǎn)生較為明顯的拱效應(yīng)，其可顯著提高建筑結(jié)構(gòu)的承載力。框架梁后期變形的過程中也會產(chǎn)生懸索效應(yīng)，其能夠有效改善結(jié)構(gòu)梁的變形能力及承載力。為了充分發(fā)揮懸索效應(yīng)的作用，設(shè)計(jì)中需通長設(shè)置框架梁受力鋼筋，規(guī)避不連續(xù)問題。另外，對于無法滿足承載力和變形撓度要求的框架梁，也可設(shè)置附加箍筋以及吊筋，其可顯著改善結(jié)構(gòu)局部及整體的性能，充分發(fā)揮其優(yōu)勢。

2.4 重視節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

如建筑框架梁受多種因素的影響引起結(jié)構(gòu)破壞，則節(jié)點(diǎn)與周圍的梁柱結(jié)構(gòu)會共同抵御外部荷載，結(jié)構(gòu)無法發(fā)揮其作用與功能時，節(jié)點(diǎn)會傳遞剪力、彎矩和軸力等。對于結(jié)構(gòu)梁來說，如其無法發(fā)揮自身的作用，則其就無法充當(dāng)空腹梁，節(jié)點(diǎn)位置的受力特征會直接影響建筑物的抗連續(xù)倒塌效果。

3 抗連續(xù)倒塌施工現(xiàn)場管理的策略

3.1 制定完善的現(xiàn)場管理制度

建筑物連續(xù)倒塌事件具有偶然性，研究表明，建筑物連續(xù)倒塌與施工現(xiàn)場管理不力，管理秩序混亂有著十分密切的關(guān)系。因此，采取多種措施不斷改進(jìn)和完善施工現(xiàn)場偶然事件管理尤為關(guān)鍵。在工程建設(shè)和施工的過程中，可借助多種方式來降低偶然事件的數(shù)量。

管理人員可組織施工人員定期參加安全知識教育培訓(xùn)活動，嚴(yán)格檢查施工現(xiàn)場情況，并建立完善的巡查制度，拓展檢查的范圍，加大對外來車輛進(jìn)出控制和防護(hù)網(wǎng)安裝施工的規(guī)范力度。對于特殊的建筑物，需結(jié)合實(shí)際采取有效的預(yù)防措施，將建筑物連續(xù)倒塌的風(fēng)險降到最低。

3.2 嚴(yán)格控制連續(xù)倒塌的因素

工程施工的過程中，施工人員需明確引發(fā)連續(xù)倒塌現(xiàn)象的主要因素，同時還要針對原因采取針對性措施，從而優(yōu)化建筑物的性能，減少外部因素對建筑物性能的影響，以此降低建筑物連續(xù)倒塌的概率。為此，在日常工作中，施工人員需要采取多種控制措施。

首先，對于特殊用途建筑物，選址時要避開停車場和易燃易爆品倉庫周圍等危險的區(qū)域。建筑物平面構(gòu)造設(shè)計(jì)中應(yīng)堅(jiān)持簡潔易操作的原則，在設(shè)計(jì)的過程中最大限度地減少抗連續(xù)倒塌能力較弱的結(jié)構(gòu)，尤其要減少L形和U形結(jié)構(gòu)。

其次，采取有效措施防止建筑物結(jié)構(gòu)豎向出現(xiàn)軟弱層，且分散設(shè)置建筑物的緊急出口，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)柱與梁跨度距離布置的合理性，并選擇連續(xù)板不斷完善梁的跨越性能。

最后，在設(shè)計(jì)中采取多種策略降低建筑物的樓層高度，提高底層標(biāo)高，保證沉降縫和伸縮縫設(shè)置的科學(xué)性與合理性。并且主要受力構(gòu)件不可裸露在外，可根據(jù)建筑實(shí)際設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)，使其充分發(fā)揮出自身的作用與功能。

4 結(jié) 語

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌現(xiàn)象已經(jīng)成為威脅建筑質(zhì)量和安全的主要因素,為了加強(qiáng)建筑的穩(wěn)定性和安全性，相關(guān)人員需不斷完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且做好施工現(xiàn)場的管理工作，保證施工操作的規(guī)范性，以優(yōu)良的設(shè)計(jì)和施工來優(yōu)化結(jié)構(gòu)的性能，增大建筑安全系數(shù)。