抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法在置換技術(shù)中的應(yīng)用

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的建筑業(yè)也逐漸邁向房屋維修、改造加固邁進(jìn)，我國(guó)有很多相對(duì)成熟的加固技術(shù)并應(yīng)用于實(shí)踐，但是，在保證技術(shù)性可靠的同時(shí)，仍需要考慮人力、財(cái)力等經(jīng)濟(jì)因素，因此，本文結(jié)合抗連續(xù)性倒塌理論與設(shè)計(jì)方法，闡述防連續(xù)倒塌技術(shù)中的線性靜力拆除構(gòu)件法在加固中的應(yīng)用的理論，應(yīng)用于實(shí)際工程來縮短工期節(jié)省造價(jià)。

【關(guān)鍵詞】經(jīng)濟(jì)因素；連續(xù)性倒塌；拆除構(gòu)件法；加固

1、背景

自第二次世界大戰(zhàn)以來，建筑業(yè)的發(fā)展史可大體分為以下三個(gè)階段，據(jù)相關(guān)資料研究表明，西方發(fā)達(dá)國(guó)家多年前已經(jīng)以第三階段為主要目標(biāo)，而就目前我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，仍然處于第二階段[1]。

相關(guān)資料顯示，西方發(fā)達(dá)國(guó)家在建筑物加固改造方面的工程規(guī)模逐年增加。根據(jù)建設(shè)部公布的資料可以看出，我國(guó)的建設(shè)也已經(jīng)脫離過去以新開發(fā)為主的階段，現(xiàn)處于新區(qū)開發(fā)與舊城治理改造相結(jié)合的階段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)自“一五”至“十一五”期間，建筑的維修改造加固投資比例由之前的4.2%上升至37.4%，意味著我國(guó)正在從第二階段邁向第三階段，我國(guó)加固改造的工程總量將會(huì)持續(xù)增加。據(jù)美國(guó)勞工部2000年預(yù)測(cè)，即使到了下一世紀(jì)，舊房維修改造業(yè)仍然會(huì)是最受歡的行業(yè)之一。

2、我國(guó)加固方法的發(fā)展

我國(guó)自改革開放以來，大量新建建筑經(jīng)過幾十年的使用，都有不同程度的損傷和老化。我國(guó)從50年代起就開始了結(jié)構(gòu)加固處理，發(fā)展了多種技術(shù)并應(yīng)用于實(shí)踐，日漸成熟。就混凝土結(jié)構(gòu)而言，現(xiàn)行加固規(guī)范主要總結(jié)了我國(guó)成熟的加固技術(shù)可分為兩大類，分別是直接加固法和間接加固法，其中，直接加固法包括增大截面加固法、置換加固法、外粘型鋼加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固法；間接加固法包括增設(shè)支點(diǎn)加固法、外加預(yù)應(yīng)力加固法、改變傳力途徑加固法[2]。以上方法相對(duì)成熟，應(yīng)用面廣，但統(tǒng)一的缺點(diǎn)是造價(jià)較高。

3、抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法在加固中的應(yīng)用

3.1抽柱托換技術(shù)

21世紀(jì)人類社會(huì)發(fā)展的主題是走持續(xù)發(fā)展道路，建設(shè)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會(huì)。隨著我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展，在諸多因素下造成年久失修但經(jīng)過加固改造后能繼續(xù)使用的房屋已不需要拆除重建。采用房屋結(jié)構(gòu)托換技術(shù)進(jìn)行房屋的加固改造只需要拆除部分柱或承重墻來進(jìn)行失效柱或承重墻的加固或者房屋的功能轉(zhuǎn)換，而幾乎不影響結(jié)構(gòu)其余部分的正常使用，因此該技術(shù)被應(yīng)用到越來越多的房屋加固改造工程中。

山東建筑大學(xué)李安起等人結(jié)合工程實(shí)例，研究了某框架結(jié)構(gòu)抽柱托換，闡述了確定截面設(shè)計(jì)內(nèi)力計(jì)算的一些建議，探討了剪彎桿的位置、尺寸對(duì)肋板雜交結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力的影響[3]；喻云龍等人結(jié)合某地下車庫(kù)加固改造工程，利用腳手架和千斤頂配合的方式進(jìn)行卸載，詳細(xì)介紹了混凝土柱的置換改造技術(shù)[4]；哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄭文忠等介紹了大興安嶺森林防火指揮部?jī)煞N抽柱改造方案的設(shè)計(jì)思想及有關(guān)構(gòu)造做法.提出了在方案確定后施工過程中需要注意的問題。為類似工程的抽柱改造設(shè)計(jì)提供了參考[5]。

3.2抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法概述

自1968年英國(guó)Ronan Point公寓煤氣爆炸事故使工程界意識(shí)到建筑結(jié)構(gòu)的連續(xù)到他問題以來，相關(guān)研究在世界范圍內(nèi)逐漸展開，1995年Oklahoma洲Alfred P.Murrah聯(lián)邦政府大樓汽車炸彈襲擊事件和2001年紐約世界貿(mào)易中心大廈飛機(jī)撞擊事件對(duì)抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)規(guī)范的頒布和修訂更是起到了巨大的推動(dòng)作用。

線性靜力拆除構(gòu)件法最簡(jiǎn)單，但需要引入經(jīng)驗(yàn)性的修正系數(shù)，以考慮非線性因素和動(dòng)力效應(yīng)的影響，現(xiàn)有的線性靜力拆除構(gòu)件法中（GSA，2003[6]；DOD，2010[7]）采用內(nèi)力折減系數(shù)（或需求能力比DCR）和動(dòng)力放大系數(shù)分別考慮以上兩個(gè)因素的影響，以得到接近真實(shí)的結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌需求。靜力線性分析中，為了對(duì)結(jié)構(gòu)的倒塌面積和分步加以量化，GSA2003規(guī)定連續(xù)倒塌的破壞準(zhǔn)則為：規(guī)則結(jié)構(gòu)中，要求DCR≤2：不規(guī)則結(jié)構(gòu)中，要求DCR≤1.5。DCR定義如下：

其中，QUD為考慮荷載增大系數(shù)（LIF）為2.0時(shí)求得由于突發(fā)事件構(gòu)建或節(jié)點(diǎn)承受的彎矩、剪力或組合內(nèi)力等；QCE為構(gòu)件、連接或節(jié)點(diǎn)所能承受的極限彎矩、軸力、剪力或者組合內(nèi)力等；QUS為按（DL+0.25LL）荷載組合做線彈性分析求得由于突發(fā)事件構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)承受的彎矩、軸力、剪力或者組合內(nèi)力等[6]。

靜力分析時(shí)，在失效柱的上部相鄰開間施加2（DL+0.25LL）的等效靜力荷載組合，其他部位施加（DL+0.25LL）的荷載組合。其中：“2”是考慮動(dòng)力荷載效應(yīng)時(shí)的荷載增大系數(shù)LIF；DL為包含結(jié)構(gòu)自重的恒載標(biāo)準(zhǔn)值；LL為結(jié)構(gòu)的活載標(biāo)準(zhǔn)值。

3.3抗連續(xù)倒塌方法運(yùn)用于置換技術(shù)

以鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為例，若該結(jié)構(gòu)某柱失效，要求對(duì)其進(jìn)行加固托換處理，則需要先拆除該柱，對(duì)其設(shè)置臨時(shí)支撐，來承擔(dān)上部荷載，以防止某些構(gòu)件承載力不足導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生不必要的損傷，上面所述的抽梁換柱方法大多施工繁瑣且所需造價(jià)高。實(shí)際工程中，臨時(shí)支撐容易造成浪費(fèi)，現(xiàn)考慮通過有限元分析軟件，如PKPM、SAP2000、ABAQUS等建立分析模型，對(duì)其進(jìn)行拆除構(gòu)件模擬實(shí)際工程中的柱子（或其他構(gòu)件）失效，并施加規(guī)范規(guī)定的等效靜力荷載組合，得到柱子失效后的計(jì)算內(nèi)力、變形及供需比（DCR），通過上述的破壞準(zhǔn)則以及《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的最大變形分析安全性。若安全，則可不設(shè)置臨時(shí)支撐，直接進(jìn)行加固；若不安全，則分析需要多大的支撐可以滿足，再嚴(yán)格地按照《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)程》以及其他現(xiàn)行國(guó)家、地方、行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行加固，以使工程得以正常使用。

結(jié)語(yǔ)：

目前文獻(xiàn)主要集中于具體的工程改造。有限元分析及試驗(yàn)研究的文獻(xiàn)也在增多，理論研究較少。因此我們應(yīng)該致力于理論研究，努力為建設(shè)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會(huì)奉獻(xiàn)出自己的一份力。