關(guān)于結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌破壞的綜述

榮 雷 吉紀(jì)全 周長(zhǎng)明

(1.北京世紀(jì)千府國(guó)際工程設(shè)計(jì)有限公司江蘇分公司，江蘇 南京 210000；2.南京雙高建筑設(shè)計(jì)有限公司,江蘇 南京 210000; 3.周口市建筑設(shè)計(jì)研究院,河南 周口 466000)

關(guān)于結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌破壞的綜述

榮 雷1吉紀(jì)全2周長(zhǎng)明3

(1.北京世紀(jì)千府國(guó)際工程設(shè)計(jì)有限公司江蘇分公司，江蘇 南京 210000；
2.南京雙高建筑設(shè)計(jì)有限公司,江蘇 南京 210000; 3.周口市建筑設(shè)計(jì)研究院,河南 周口 466000)

介紹了各國(guó)規(guī)范關(guān)于結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌的設(shè)計(jì)定義，指出美國(guó)的定義相對(duì)合理，綜合抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)原則、我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實(shí)狀況和現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌的研究成果，提出了結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌的設(shè)計(jì)方法、拉結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，并給出了有關(guān)配筋構(gòu)造措施。

結(jié)構(gòu)，抗連續(xù)性倒塌，拆除構(gòu)件，配筋構(gòu)造

近年恐怖襲擊日益猖獗，這些恐怖襲擊往往發(fā)生爆炸事件，某些爆炸使建筑物產(chǎn)生連續(xù)性倒塌，造成人員傷亡[1-3]。因此，各類(lèi)結(jié)構(gòu)物及其關(guān)鍵構(gòu)件在遭遇強(qiáng)烈爆炸作用下如何實(shí)施有效的防護(hù)避免嚴(yán)重的破壞，降低甚至免除生命財(cái)產(chǎn)損失，已經(jīng)成為世界各國(guó)工程技術(shù)人員的一項(xiàng)現(xiàn)實(shí)而重要的課題。結(jié)構(gòu)是各類(lèi)建筑物的支撐，起骨架作用，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)應(yīng)保證其在各種荷載作用下必要的可靠度和安全性。各種荷載和作用中，偶然荷載和作用常是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生連續(xù)性倒塌的主要原因，然而爆炸這種偶然作用屬于突發(fā)事件,其無(wú)法估量的特性有作用位置、量值等,而且其作用時(shí)間不定且短、作用量值很大。這對(duì)研究結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌帶來(lái)了困難，所以亟待工程技術(shù)人員進(jìn)一步研究此問(wèn)題，使結(jié)構(gòu)能夠合理抵抗偶然荷載和作用產(chǎn)生的連續(xù)性倒塌。

1 結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌的定義

近年，結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌越來(lái)越受到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的關(guān)注，但對(duì)連續(xù)性倒塌各國(guó)定義有所不同。

英國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范定義：“突發(fā)性偶然荷載發(fā)生后，引起結(jié)構(gòu)局部破壞失效，繼而引起與局部失效構(gòu)件相連的構(gòu)件失效，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，如此繼續(xù)下去，最后導(dǎo)致大范圍的倒塌破壞甚至完全倒塌，最終的破壞與初始破壞原因不相稱(chēng)[4]?！?/p>

美國(guó)ASCE 7—10“Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures”中定義：“當(dāng)結(jié)構(gòu)在常規(guī)的使用條件下，因?yàn)橥话l(fā)性偶然荷載引起結(jié)構(gòu)的初始局部破壞，初始局部破壞發(fā)生后，原先由初始局部破壞構(gòu)件的荷載傳遞到其周邊構(gòu)件，由于荷載增大超過(guò)周邊構(gòu)件的承載能力繼而產(chǎn)生破壞，如此傳遞下去，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)完全倒塌或產(chǎn)生與初始局部破壞不相稱(chēng)的破壞?！?/p>

英國(guó)定義中不相稱(chēng)的倒塌是以破壞原因?yàn)閰⒄?，而美?guó)是以局部破壞為參照，當(dāng)破壞原因與最后倒塌成比例，而破壞原因引起的初始破壞是很小的倒塌，這個(gè)情況在英國(guó)定義中不屬于連續(xù)性倒塌。因此，美國(guó)將倒塌破壞的程度與造成初始局部破壞相比較是合理的。

2 結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌設(shè)計(jì)的意義及原則

與國(guó)外相比，我國(guó)抗連續(xù)性倒塌的研究起步滯后，且因?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)展水平的原因，我國(guó)結(jié)構(gòu)體系冗余度小、可靠度偏低。與之相對(duì)應(yīng)的是，結(jié)構(gòu)遭受恐怖襲擊的爆炸作用和偶然爆炸作用的概率卻有增加的趨勢(shì)。由于我國(guó)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從而更容易遭遇連續(xù)性倒塌，鑒于連續(xù)性倒塌事故可能導(dǎo)致巨大的破壞和帶來(lái)生命財(cái)產(chǎn)的損失，因此我國(guó)應(yīng)更重視結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌設(shè)計(jì)，避免不必要的災(zāi)害。

我國(guó)GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中第3.6.1條對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌設(shè)計(jì)提出了以下適宜的要求：

1)采取減小偶然作用效應(yīng)的措施；2)采取使重要構(gòu)件及關(guān)鍵傳力部位避免直接遭受偶然作用的措施；3)在結(jié)構(gòu)容易遭受偶然作用影響的區(qū)域增加冗余約束，布置備用的傳力途徑；4)增強(qiáng)疏散通道、避難空間等重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件及關(guān)鍵傳力部位的承載力和變形能力；5)配置貫通水平、豎向構(gòu)件的鋼筋，并與周邊構(gòu)件可靠地錨固；6)設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，控制可能發(fā)生連續(xù)倒塌的范圍。結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌設(shè)計(jì)是指當(dāng)結(jié)構(gòu)遇到設(shè)計(jì)規(guī)定范圍內(nèi)的偶然作用(超過(guò)現(xiàn)階段各綜合條件所能承受的巨大作用和毀壞性破壞不包括在內(nèi))，仍能保證結(jié)構(gòu)必須的整體穩(wěn)定性，或當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生局部初始破壞時(shí)，不至發(fā)生因初始破壞導(dǎo)致擴(kuò)大的倒塌，避免發(fā)生連續(xù)性倒塌事故，造成生命財(cái)產(chǎn)的損失。結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌設(shè)計(jì)需綜合考慮各方面措施，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)性能以承受偶然作用導(dǎo)致的擴(kuò)大破壞。

3 結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌設(shè)計(jì)方法

結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌設(shè)計(jì)是要求結(jié)構(gòu)遇到偶然作用時(shí)有足夠的耗能能力，主要包括延性、冗余度和連續(xù)性。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生局部破壞時(shí)，荷載能有效的傳遞到剩余結(jié)構(gòu)，并且要求剩余結(jié)構(gòu)有足夠的承載冗余荷載的能力，使結(jié)構(gòu)仍能保持整體穩(wěn)定性[5]。根據(jù)國(guó)外對(duì)結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的研究，并結(jié)合我國(guó)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況和我國(guó)現(xiàn)階段的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，對(duì)抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)提出了以下常用的設(shè)計(jì)方法，主要分兩類(lèi)：間接設(shè)計(jì)法和直接設(shè)計(jì)法。

間接設(shè)計(jì)法是從全局考慮再細(xì)化，使設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)傳力有效和連續(xù)以及承載能力有冗余，主要包括：1)通過(guò)合理的優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置，使結(jié)構(gòu)受力趨向更合理，減少結(jié)構(gòu)的薄弱部分和薄弱度，提高結(jié)構(gòu)的抗破壞能力；2)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造連接，使結(jié)構(gòu)發(fā)生局部破壞時(shí)能將冗余荷載有效的傳遞到周邊構(gòu)件，減小單個(gè)構(gòu)件的荷載作用；3)使結(jié)構(gòu)有足夠的冗余度，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件能承受冗余荷載，并能將冗余荷載傳遞到周邊構(gòu)件上，減輕單個(gè)構(gòu)件的負(fù)荷，不至于發(fā)生各個(gè)擊破；4)采用延性良好的新材料，提高結(jié)構(gòu)的變形和耗能能力，避免產(chǎn)生脆性破壞；5)梁和樓板的懸鏈線作用可以適當(dāng)采用；6)考慮荷載對(duì)結(jié)構(gòu)反方向的作用；7)使結(jié)構(gòu)墻能承受橫向荷載；8)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)性倒塌結(jié)構(gòu)分區(qū)。

直接設(shè)計(jì)法主要包括：1)局部加強(qiáng)法，通過(guò)提高構(gòu)件的承載力，抵抗偶然事件作用在該構(gòu)件表面的附加側(cè)向荷載；2)拉結(jié)構(gòu)件法，拉結(jié)構(gòu)件法通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接強(qiáng)度設(shè)計(jì)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體牢固性和備用荷載傳遞路徑的能力，提高結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的能力；3)拆除構(gòu)件法，對(duì)構(gòu)件的拆除需滿足一定的規(guī)則，拆除后對(duì)剩余結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗連續(xù)倒塌計(jì)算分析，由分析結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，調(diào)整不滿足要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并重新進(jìn)行抗連續(xù)倒塌計(jì)算分析。

設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，正確的把握設(shè)計(jì)思想才能做出合理的設(shè)計(jì)，抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)思想可分為三類(lèi):

1)當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件直接承受突發(fā)的偶然作用時(shí)，應(yīng)具有一定的承受能力；2)使結(jié)構(gòu)具有荷載有效的傳遞路徑和承受冗余荷載的能力；3)使結(jié)構(gòu)分區(qū)隔離,將局部破壞限制在分區(qū)范圍內(nèi)。

4 結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌配筋構(gòu)造建議

基于突發(fā)性偶然作用的作用特性，結(jié)構(gòu)需有一定的構(gòu)造配筋才能保證抵抗連續(xù)性倒塌破壞，綜合國(guó)內(nèi)外有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)提出了以下幾點(diǎn)建議[5]：

1)樓板四周梁的梁底應(yīng)不少于一通長(zhǎng)縱筋(或保證此縱筋連接可靠)，在非連續(xù)支座處此縱筋的錨固應(yīng)牢靠，不低于抗震規(guī)范中錨固的要求，通長(zhǎng)縱筋處的箍筋應(yīng)有足夠的約束能力；2)結(jié)構(gòu)周邊梁連續(xù)縱筋不少于跨中縱筋最大配筋截面的1/4，不小于梁頂支座處縱筋最大配筋的1/6，且不應(yīng)少于2根；3)梁連續(xù)縱筋應(yīng)盡量置于外圍，與箍筋角部相連，箍筋末端應(yīng)該做成不小于135°彎鉤；4)應(yīng)適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)樓板結(jié)構(gòu)的拉結(jié)強(qiáng)度，可采用貫通樓板的部分鋼筋的措施。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，在控制結(jié)構(gòu)因意外事故發(fā)生連續(xù)破壞方面，無(wú)論對(duì)其設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法都還缺少更深入研究，還存在一定問(wèn)題。不同結(jié)構(gòu)體系具有不同的破壞特性，需要研究和制定不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范僅是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)構(gòu)造在一般正常使用情況下進(jìn)行了規(guī)定，對(duì)于突發(fā)性偶然作用，由于其無(wú)法估量的特性且作用時(shí)間短，規(guī)范中很難對(duì)結(jié)構(gòu)作出明確規(guī)定保證其安全性和必要的性能。結(jié)構(gòu)的合理布置、整體性和薄弱部分、構(gòu)件之間的連接部分、冗余度合理的控制、關(guān)鍵構(gòu)件理解及其安全儲(chǔ)備、細(xì)部配筋構(gòu)造、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性等都關(guān)系到結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的性能，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不僅要掌握結(jié)構(gòu)體系的冗余度以及備用安全儲(chǔ)備、結(jié)構(gòu)傳力途徑、連接構(gòu)造細(xì)節(jié)與受力機(jī)理、結(jié)構(gòu)體系受力的層次性等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念和原理，而且需對(duì)突發(fā)性偶然作用作出合理的評(píng)估，綜合各方面因素，最后能結(jié)合現(xiàn)階段先進(jìn)條件采用合理的結(jié)構(gòu)分析方法和手段，參考規(guī)范以及工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，才能做出滿足各方面要求的合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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A summary of structure resist progressive collapse

Rong Lei1Ji Jiquan2Zhou Changming3

(1.JiangsuBranch,BeijingCenturyPalaceInternationalEngineeringDesignLimitedCompany,Nanjing210000,China;2.NanjingShuanggaoArchitecturalDesignLimitedCompany,Nanjing210000,China;3.ZhoukouArchitecturalDesignInstitute,Zhoukou466000,China)

This article introduces the structure design codes of different countries about the definition of anti progressive collapse, and points out that the definition of American relatively reasonable. Comprehensive anti progressive collapse research results in progressive collapse of anti reality design principles, building structure in China and the present stage structure, design method to structure resist progressive collapse and strength design method is proposed, and gives the relevant reinforcement measures.

structure, progressive collapse resistance， alternative path， detail design

2014-11-20

榮 雷(1987- )，男，助理工程師； 吉紀(jì)全(1985- )，男，助理工程師； 周長(zhǎng)明(1987- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)04-0052-02

TU311

A