關于結構抗連續性倒塌破壞的綜述

榮 雷 吉紀全 周長明

(1.北京世紀千府國際工程設計有限公司江蘇分公司，江蘇 南京 210000；2.南京雙高建筑設計有限公司,江蘇 南京 210000; 3.周口市建筑設計研究院,河南 周口 466000)

關于結構抗連續性倒塌破壞的綜述

榮 雷1吉紀全2周長明3

(1.北京世紀千府國際工程設計有限公司江蘇分公司，江蘇 南京 210000；
2.南京雙高建筑設計有限公司,江蘇 南京 210000; 3.周口市建筑設計研究院,河南 周口 466000)

介紹了各國規范關于結構抗連續性倒塌的設計定義，指出美國的定義相對合理，綜合抗連續倒塌設計原則、我國建筑結構的現實狀況和現階段結構抗連續性倒塌的研究成果，提出了結構抗連續性倒塌的設計方法、拉結強度設計方法，并給出了有關配筋構造措施。

結構，抗連續性倒塌，拆除構件，配筋構造

近年恐怖襲擊日益猖獗，這些恐怖襲擊往往發生爆炸事件，某些爆炸使建筑物產生連續性倒塌，造成人員傷亡[1-3]。因此，各類結構物及其關鍵構件在遭遇強烈爆炸作用下如何實施有效的防護避免嚴重的破壞，降低甚至免除生命財產損失，已經成為世界各國工程技術人員的一項現實而重要的課題。結構是各類建筑物的支撐，起骨架作用，在設計基準期內應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構產生連續性倒塌的主要原因，然而爆炸這種偶然作用屬于突發事件,其無法估量的特性有作用位置、量值等,而且其作用時間不定且短、作用量值很大。這對研究結構抗連續性倒塌帶來了困難，所以亟待工程技術人員進一步研究此問題，使結構能夠合理抵抗偶然荷載和作用產生的連續性倒塌。

1 結構連續性倒塌的定義

近年，結構抗連續性倒塌越來越受到結構設計人員的關注，但對連續性倒塌各國定義有所不同。

英國設計規范定義：“突發性偶然荷載發生后，引起結構局部破壞失效，繼而引起與局部失效構件相連的構件失效，產生連鎖反應，如此繼續下去，最后導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[4]。”

美國ASCE 7—10“Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures”中定義：“當結構在常規的使用條件下，因為突發性偶然荷載引起結構的初始局部破壞，初始局部破壞發生后，原先由初始局部破壞構件的荷載傳遞到其周邊構件，由于荷載增大超過周邊構件的承載能力繼而產生破壞，如此傳遞下去，最終導致結構完全倒塌或產生與初始局部破壞不相稱的破壞。”

英國定義中不相稱的倒塌是以破壞原因為參照，而美國是以局部破壞為參照，當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，這個情況在英國定義中不屬于連續性倒塌。因此，美國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 結構抗連續性倒塌設計的意義及原則

與國外相比，我國抗連續性倒塌的研究起步滯后，且因為經濟發展水平的原因，我國結構體系冗余度小、可靠度偏低。與之相對應的是，結構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。由于我國結構特點，從而更容易遭遇連續性倒塌，鑒于連續性倒塌事故可能導致巨大的破壞和帶來生命財產的損失，因此我國應更重視結構抗連續性倒塌設計，避免不必要的災害。

我國GB 50010—2010混凝土結構設計規范中第3.6.1條對混凝土結構抗連續性倒塌設計提出了以下適宜的要求：

1)采取減小偶然作用效應的措施；2)采取使重要構件及關鍵傳力部位避免直接遭受偶然作用的措施；3)在結構容易遭受偶然作用影響的區域增加冗余約束，布置備用的傳力途徑；4)增強疏散通道、避難空間等重要結構構件及關鍵傳力部位的承載力和變形能力；5)配置貫通水平、豎向構件的鋼筋，并與周邊構件可靠地錨固；6)設置結構縫，控制可能發生連續倒塌的范圍。結構抗連續性倒塌設計是指當結構遇到設計規定范圍內的偶然作用(超過現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)，仍能保證結構必須的整體穩定性，或當結構發生局部初始破壞時，不至發生因初始破壞導致擴大的倒塌，避免發生連續性倒塌事故，造成生命財產的損失。結構抗連續性倒塌設計需綜合考慮各方面措施，加強結構性能以承受偶然作用導致的擴大破壞。

3 結構抗連續性倒塌設計方法

結構抗連續性倒塌設計是要求結構遇到偶然作用時有足夠的耗能能力，主要包括延性、冗余度和連續性。當結構發生局部破壞時，荷載能有效的傳遞到剩余結構，并且要求剩余結構有足夠的承載冗余荷載的能力，使結構仍能保持整體穩定性[5]。根據國外對結構抗連續倒塌的研究，并結合我國結構的實際情況和我國現階段的經濟發展水平，對抗連續倒塌設計提出了以下常用的設計方法，主要分兩類：間接設計法和直接設計法。

間接設計法是從全局考慮再細化，使設計合理、結構傳力有效和連續以及承載能力有冗余，主要包括：1)通過合理的優化結構布置，使結構受力趨向更合理，減少結構的薄弱部分和薄弱度，提高結構的抗破壞能力；2)加強結構的構造連接，使結構發生局部破壞時能將冗余荷載有效的傳遞到周邊構件，減小單個構件的荷載作用；3)使結構有足夠的冗余度，保證結構構件能承受冗余荷載，并能將冗余荷載傳遞到周邊構件上，減輕單個構件的負荷，不至于發生各個擊破；4)采用延性良好的新材料，提高結構的變形和耗能能力，避免產生脆性破壞；5)梁和樓板的懸鏈線作用可以適當采用；6)考慮荷載對結構反方向的作用；7)使結構墻能承受橫向荷載；8)結構設計分析時對結構進行連續性倒塌結構分區。

直接設計法主要包括：1)局部加強法，通過提高構件的承載力，抵抗偶然事件作用在該構件表面的附加側向荷載；2)拉結構件法，拉結構件法通過對結構構件之間的連接強度設計，增強結構的整體牢固性和備用荷載傳遞路徑的能力，提高結構抗連續倒塌的能力；3)拆除構件法，對構件的拆除需滿足一定的規則，拆除后對剩余結構進行抗連續倒塌計算分析，由分析結果進行評估，調整不滿足要求的結構構件，并重新進行抗連續倒塌計算分析。

設計思想指導結構設計，正確的把握設計思想才能做出合理的設計，抗連續倒塌設計思想可分為三類:

1)當結構構件直接承受突發的偶然作用時，應具有一定的承受能力；2)使結構具有荷載有效的傳遞路徑和承受冗余荷載的能力；3)使結構分區隔離,將局部破壞限制在分區范圍內。

4 結構抗連續性倒塌配筋構造建議

基于突發性偶然作用的作用特性，結構需有一定的構造配筋才能保證抵抗連續性倒塌破壞，綜合國內外有關的經驗提出了以下幾點建議[5]：

1)樓板四周梁的梁底應不少于一通長縱筋(或保證此縱筋連接可靠)，在非連續支座處此縱筋的錨固應牢靠，不低于抗震規范中錨固的要求，通長縱筋處的箍筋應有足夠的約束能力；2)結構周邊梁連續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，且不應少于2根；3)梁連續縱筋應盡量置于外圍，與箍筋角部相連，箍筋末端應該做成不小于135°彎鉤；4)應適當的增強樓板結構的拉結強度，可采用貫通樓板的部分鋼筋的措施。

5 結語

目前，在控制結構因意外事故發生連續破壞方面，無論對其設計理論與設計方法都還缺少更深入研究，還存在一定問題。不同結構體系具有不同的破壞特性，需要研究和制定不同的結構設計特性。結構設計規范僅是對結構設計方法和結構構造在一般正常使用情況下進行了規定，對于突發性偶然作用，由于其無法估量的特性且作用時間短，規范中很難對結構作出明確規定保證其安全性和必要的性能。結構的合理布置、整體性和薄弱部分、構件之間的連接部分、冗余度合理的控制、關鍵構件理解及其安全儲備、細部配筋構造、結構構件的延性等都關系到結構抗連續倒塌的性能，結構設計人員不僅要掌握結構體系的冗余度以及備用安全儲備、結構傳力途徑、連接構造細節與受力機理、結構體系受力的層次性等結構設計概念和原理，而且需對突發性偶然作用作出合理的評估，綜合各方面因素，最后能結合現階段先進條件采用合理的結構分析方法和手段，參考規范以及工程實際經驗，才能做出滿足各方面要求的合理結構設計。

[1] 胡曉斌，錢稼茹，張佑啟.結構連續倒塌分析與設計方法綜述[A].首屆全國建筑結構技術交流會論文集[C].2006：579-583.

[2] 孔新立，金豐年，蔣美蓉.恐怖爆炸襲擊方式及規模分析[J].爆破，2007，24(3)：88-92.

[3] 梁 益，陸新征.三層RC框架的抗連續倒塌設計[J].解放軍理工大學學報(自然科學版)，2007，8(6)：659-664.

[4] McGuire.Prevention of Progressive Collapse[A].Pro-ceeding of the Regional Conference on Tall Buildings[C].Bangkok:Asian Institute of Technology,1974.

[5] 陸新征,李 易,葉列平,等.鋼筋混凝土框架結構抗連續倒塌設計方法的研究[J].工程力學,2008,25(S2):150-157.

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； 吉紀全(1985- )，男，助理工程師； 周長明(1987- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)04-0052-02

TU311

A