防止鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的措施與方法

陳 蕊

(銀川市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，寧夏 銀川750001)

0 引言

保證結(jié)構(gòu)的安全是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最基本的任務(wù)，而防止結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌是結(jié)構(gòu)能夠安全使用的重要保障。 無論什么樣的結(jié)構(gòu)形式，國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)生了多起重大的倒塌事故，不僅造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還帶來嚴(yán)重的人員傷亡，同時(shí)還產(chǎn)生惡劣的社會(huì)影響。 對(duì)于結(jié)構(gòu)的常規(guī)設(shè)計(jì)，都是基于正常荷載作用下對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性的設(shè)計(jì)，而忽略了偶然荷載的作用，當(dāng)偶然荷載作用下，結(jié)構(gòu)往往會(huì)發(fā)生連續(xù)倒塌。近年來，地震、海嘯等自然災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，而人為的恐怖襲擊也頻頻出現(xiàn)，由于偶然事件的發(fā)生幾率不斷增大，結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌的可能性就越來越高。 結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌性能面臨考驗(yàn)。 雖然常規(guī)荷載作用下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)成熟，但對(duì)于抗連續(xù)倒塌的認(rèn)識(shí)還非常有限，開展結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌問題的研究工作，具有十分重要的意義。

1 控制偶然事件

偶然荷載發(fā)生的概率與很多因素有關(guān)，如：建筑的規(guī)模大小、人員數(shù)量及使用情況、車輛是否容易接近等。 通過多次的連續(xù)倒塌事故的調(diào)查統(tǒng)計(jì)， 致使結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌事故的一個(gè)主要原因就是偶然作用。所以控制偶然事件的發(fā)生是防止結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌的第一道防線也是最有效的方法?？刂婆既皇录陌l(fā)生概率，這需要多方的努力。比如：加強(qiáng)對(duì)建筑看護(hù)人員的安全教育，嚴(yán)格安檢，加強(qiáng)對(duì)建筑周邊的巡護(hù)力度，來避免如人體炸彈等恐怖襲擊；控制車輛的出如或者在建筑的周邊通過設(shè)置防護(hù)帶來防止車輛的撞擊；限制在公共建筑等人口密集的建筑內(nèi)燃?xì)獾氖褂茫瑏矸乐谷細(xì)獗▽?duì)結(jié)構(gòu)的隱患；對(duì)于具有特殊使用功能的建筑，制定相應(yīng)的措施來避免可能導(dǎo)致建筑發(fā)生連續(xù)性倒塌事件的發(fā)生。

2 消除引起結(jié)構(gòu)發(fā)生局部破壞的誘因

若即使采取措施也無法控制偶然事件的發(fā)生時(shí)，消除引起結(jié)構(gòu)發(fā)生局部破壞的誘因稱為了防止結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌的第二道防線。需要通過設(shè)計(jì)者對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行把握，主要措施有：

（1）對(duì)于那些重要的、對(duì)抗連續(xù)倒塌要求高的建筑，應(yīng)盡量避免建在存放易燃易爆物品的倉庫或停車場(chǎng)附近，因?yàn)檫@些地方多發(fā)生偶然事件的概率比較高。

（2）建筑的平面應(yīng)簡(jiǎn)單、規(guī)則。 一些例如“L”形“U”性的不規(guī)則平面其在偶然作用下耗能能力較低， 對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力很不利。

（3）建筑在豎向并盡量避免有大的突變，盡量避免結(jié)構(gòu)豎向剛度不連續(xù)出現(xiàn)薄弱層與軟弱層。 如果偶然事件發(fā)生在結(jié)構(gòu)的薄弱層處，導(dǎo)致薄弱層上的某根主要受力構(gòu)件失效， 其結(jié)果往往是毀滅性的破壞。

（4）應(yīng)把緊急出口分散開來，緊急出口應(yīng)設(shè)置在建筑的各個(gè)角落，且要遠(yuǎn)離建筑的高危險(xiǎn)區(qū)域與薄弱區(qū)域。

（5）布置合理的柱距及梁的跨度，柱距不宜大于9m，采用連續(xù)板，來提高梁的跨越能力。

（6）在滿足建筑的正常使用前提下，盡量的降低層高，因?yàn)楫?dāng)樓板或者主梁因偶然作用而發(fā)生坍塌時(shí)，柱子因側(cè)向支撐的喪失而導(dǎo)致計(jì)算長度突然增大，這種情況發(fā)生連續(xù)倒塌的概率很大，因此層高不宜過高。

（7）在滿足建筑正常使用的前提下，盡量提高結(jié)構(gòu)底層的標(biāo)高，這樣可減少車輛撞擊或者爆炸對(duì)建筑造成破壞的概率。

（8）在滿足建筑正常使用的前提下，通過伸縮縫、沉降縫或者抗震縫的合理設(shè)置，把建筑分為若干區(qū)域，再將各個(gè)區(qū)域根據(jù)其使用性質(zhì)的不同，將個(gè)區(qū)域分成不同的功能區(qū)，使結(jié)構(gòu)具有能力將倒塌限制在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，以此減少人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。

（9）應(yīng)盡量避免主要受力構(gòu)件裸露在外，用具有良好韌性的維護(hù)材料外包主要的受力構(gòu)件，較少其與偶然作用直接接觸的概率。

（10）對(duì)如通風(fēng)系統(tǒng)、安裝隔墻和空調(diào)設(shè)備等配套設(shè)施的緊固件進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)與施工，防止因偶然事件的發(fā)生而導(dǎo)致附屬物對(duì)人員造成傷害。

3 防止結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌的方法

結(jié)構(gòu)工程師對(duì)結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)是防止結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的第三條防線，也是最為有效的方法。 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力起著決定性的影響。

（1）采用超靜定結(jié)構(gòu)體系

使結(jié)構(gòu)具備抗連續(xù)倒塌的能力的一個(gè)最基本的要求就是采用超靜定結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)因偶然作用發(fā)生局部破壞時(shí)，超靜定體系可以提供多條傳力路徑，保證剩余結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。另外，構(gòu)件可以在多個(gè)位置上產(chǎn)生塑性鉸，這同時(shí)也提高了備用荷載傳遞路徑形成的可能性。

（2）采用具有良好延性的建筑材料

當(dāng)結(jié)構(gòu)遭受偶然作用時(shí)，構(gòu)件會(huì)因受力過大而進(jìn)入塑性狀態(tài)。 所以，在結(jié)構(gòu)主體與節(jié)點(diǎn)處使用延性較好的建筑材料可以明顯提高結(jié)構(gòu)塑性變形能力與內(nèi)力重分布能力。 而且，還可以避免結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞，為人員逃生與營救爭(zhēng)取寶貴時(shí)間。

（3）采用耗能支撐

偶然作用常常伴隨著沖擊作用，因此，在條件允許下，可選用耗能支撐鉸可以有效的減小沖擊荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

（4）考慮荷載的反向作用

對(duì)于諸如燃?xì)獗ǖ扰既皇录谄渥饔孟碌慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)件很有可能會(huì)陷入沖擊波漩渦，進(jìn)而導(dǎo)致這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受了和正常設(shè)計(jì)方向相反的荷載。所以，對(duì)于受力構(gòu)件，都應(yīng)該考慮偶然事件作用下荷載反向的可能。

（5）對(duì)樓板進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)

偶然事件發(fā)生后，樓板可能受到與正常使用狀態(tài)下反向的力的作用，當(dāng)傳遞面荷載的梁或柱失效后，樓板可能會(huì)有原先設(shè)計(jì)的雙向板變?yōu)閱蜗虬澹蛘哂稍仍O(shè)計(jì)的雙向板變?yōu)閱蜗虬?，從而改變樓板的主受力方向。在設(shè)計(jì)樓板時(shí)，如果對(duì)其進(jìn)行雙層雙向配筋，則可使其具備承受反向荷載的能力。在樓板底部設(shè)置具有足夠錨固長度的通長鋼筋， 在一定條件下可以使其在主要受力方向改變時(shí)仍然能夠承載，雖然梁柱的失效會(huì)導(dǎo)致樓板跨度的增加，但是因?yàn)殇摻畹膽益溩饔枚箻前宀粫?huì)塌落，進(jìn)而可以使瓦礫的沖擊作用不會(huì)影響到下部結(jié)構(gòu)。

（6）有效利用梁的懸鏈線作用

在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗連續(xù)倒塌分析時(shí)，若結(jié)構(gòu)發(fā)生局部破壞，失效柱是上部主梁的支撐，則當(dāng)梁柱的連接節(jié)點(diǎn)具備足夠的強(qiáng)度時(shí)，結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生連續(xù)倒塌，從而使主梁的懸鏈作用能夠得到充分的發(fā)揮，進(jìn)而能夠繼續(xù)承受樓板自重荷載與部分的活荷載。

（7）設(shè)置防撞柱

對(duì)于底層經(jīng)常會(huì)有車輛來往或者存在停車場(chǎng)的建筑，可以在建筑外圍設(shè)置防撞柱來減小車輛對(duì)柱的撞擊影響。

（8）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度與延性直接影響了結(jié)構(gòu)的承載能力，因此通過構(gòu)造措施來改善構(gòu)件之間的連接節(jié)點(diǎn)是更為有效的一種方法。 對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)或者組合結(jié)構(gòu)來說，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要比其他結(jié)構(gòu)體系重要的多，因此在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)該給予足夠的重視。

4 結(jié)束語

總之，造成連續(xù)倒塌的原因包括設(shè)計(jì)與施工中的人為失誤，以及在設(shè)計(jì)考慮范疇外的偶然荷載作用，如煤氣爆炸、火災(zāi)、車輛撞擊、炸彈襲擊等。雖然結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌的概率很小，但連續(xù)倒塌一旦發(fā)生，一般都會(huì)造成極其嚴(yán)重的后果，和惡劣的社會(huì)影響。因此，結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌問題受到越來越多的重視。

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