淺談RC結構抗連續倒塌設計方法

趙 軍 王立波

（安陽工學院 土木與建筑工程學院，河南 安陽 455000）

淺談RC結構抗連續倒塌設計方法

趙 軍 王立波

（安陽工學院 土木與建筑工程學院，河南 安陽 455000）

本文從概念設計與定量設計兩方面對抗連續倒塌設計進行了簡要探討，以期對業內提供一些參考。

概念設計；定量設計；連續倒塌

0 引言

結構的連續倒塌是由于意外荷載(如地震、爆炸、火災等)作用下造成結構的局部破壞，并因此引發結構連鎖反應而導致破壞向結構的其它部分擴散，最終使結構主體喪失承載力，造成結構的大范圍坍塌。國內外多起連續倒塌的事故告訴我們，對于RC結構來說，一旦發生連續倒塌必將造成巨大的經濟損失和社會影響，因而連續倒塌日益受到設計人員的關注。

但對于抗連續倒塌設計還是有不少困難的，目前我國還沒有關于抗連續倒塌設計的專門規范和標準，只是在《混凝土結構設計規范》和《高層建筑混凝土結構技術規程》中介紹了設計的基本準則也說明了這一點。目前最大的困難是不確定性，尤其對于煤氣爆炸、汽車撞擊、火災、炸彈這些由人類失誤或故意破壞造成的不確定因素。目前來看，在RC結構的設計周期內這些由人類引起的破壞發生的概率要遠遠高于地震等自然災害，但我們依然預測不了事件何時發生，怎么發生，后果是什么？也取得不了設計所需要的參數，如果不考慮，僅僅按常規進行設計也越來越被說明是風險很大的，并且會越來越大，因此我們還是要采取以下的一些措施進行防范。

1 概念設計

我國規范和規程中均強調了對RC結構進行抗連續倒塌概念設計的重要性。歷次的地震中也證明，結構體系勻稱、傳力途徑可靠、抗力剛柔相濟、整體連接可靠的RC結構由于本身具有較好的整體性與延性，在偶然荷載作用下具備了一定抵抗連續倒塌的能力。在此基礎上增加一些針對其它意外荷載的的概念性設計，必將在不增加過多成本的基礎上取得良好的效果。

1.1 減小偶然作用

歷次連續倒塌事故無不表明偶然作用是導致結構發生連續性倒塌的一個主要原因，因此我們需要采取有效的措施控制偶然事件的發生或減少偶然作用的效應。我們可以在建筑物四周設置隔離帶或防撞設施避免車輛對它的撞擊；可以限制天然氣等在重要建筑中的使用避免爆炸的隱患；可以利用“宣泄原理”來減少偶然作用的不利效應。例如：在行洪區建造底層只有混凝土柱沒有墻的樓房；利用坡屋頂清除積雪等。

1.2 保護關鍵部位

對于類似于結構的底層柱和一些邊角部位這些容易受到破壞而且破壞后容易引起連續倒塌的關鍵部位，在設計時應采取措施給予加強和保護。通過加強RC結構的關鍵傳力部位，增強其安全儲備和延性，甚至于可以考慮按偶然荷載進行設計。這種局部增強可能導致發生連續倒塌的關鍵傳力構件的方法具有較高的經濟效益，增加的建筑成本不多但對整體RC結構的安全性能具有重大意義。

1.3 增加冗余約束

RC結構如具有良好的冗余特性，則在出現局部破壞的情況下可以避免破壞擴展，從而避免連續倒塌事故的發生。沒有冗余約束的靜定結構最易發生連續倒塌，而超靜定結構在發生局部破壞時由于具有冗余約束，可以形成新的傳力途徑從而避免發生連續倒塌。

在各種內力交匯的關鍵受力部位處及重要構件處，設計時可以通過設置斜撐、拉桿等備用的傳力途徑，有目的增加冗余約束是可以避免連續倒塌的發生的。

1.4 加強變形能力與延性能力

RC結構如果具有良好的變形能力和延性能力，則就具備良好的消耗能量的能力，從而避免結構的連續倒塌。

偶然作用的時間一般極短，而作用力很大，結構某些區域會產生較大的位移，在這些區域應進行延性設計，增加其的變形能力從而消耗掉作用產生的能量。為讓RC結構具有較好的延性應避免使用冷加工鋼筋等脆性材料，多采用熱軋鋼材等延性材料，同時設計時應控制好結構體型和剛度、落實好強柱弱梁、采用圍箍-約束混凝土的措施，以此來提高結構抗連續倒塌的能力。

1.5 連續配筋、加強錨固

發生局部破壞時，為避免因構件破壞造成結構解體，應在結構體系中配置較多的貫通受力筋，并進行可靠的連接和錨固，以形成各種形式的拉結作用。

1.6 劃分功能區

在設置抗震縫、沉降縫、伸縮縫時要考慮抗連續倒塌，通過合理設縫將RC結構劃分為若干個獨立的功能分區，某個區即使發生倒塌也可將其控制在一定范圍內而避免發生連續倒塌。

2定量設計

概念設計雖然在規范中進行了重點強調，但是難以量化，更多的依賴于設計人員的水平和經驗，對于重要的建筑我們還應進行必要的定量設計，RC結構抗連續倒塌的定量設計目前是各國專家正在積極探索的一個課題，目前也取得了一些成果。在我國工程界常用的有以下三種方法。

2.1 拉結構件法

拉結構件法主要是對RC結構中構件之間的聯接進行驗算，以保證結構整體和備用荷載傳遞路徑能滿足要求。從以往的一些破壞現場中我們可以看到到一些RC結構中的墻或柱被摧毀后，RC結構靠著水平構件中貫通受力筋的拉結作用，而沒有發生連續倒塌。因此我們可以按豎向構件失效后形成的新的計算簡圖就行計算，通過對聯接強度的有效保證來避免連續倒塌的發生。根據受破壞后形成區域不同，往往能夠形成梁—拉結模型、懸索—拉結模型、懸臂—拉結模型等繼續承受荷載，避免連續倒塌。拉結構件法計算雖然較為簡便，但模型對計算結果影響較大，采用此法時應正確選取模型。

2.2 拆除構件法

拆除構件法可以認為是拉結構件法的一種延伸。拆除構件法是將部分受力構件按照一定的順序拆除后，利用有限元對剩余的RC結構進行分析來判斷是否會發生連續倒塌。如果發生連續倒塌則對剩余構件進行加強來保證通過內力重分布后不發生連續倒塌。拆除構件法需要對RC結構進行多次的計算與分析，因此精度較高。在拆除構件法中，非線性動力拆除構件法最復雜但計算最為準確，常應用與復雜結構或高安全等級建筑。

2.3 局部加強法

對于部分構件一旦破壞后整體RC結構極其容易發生連續倒塌的，我們稱之為關鍵構件。對于此類關鍵構件如果我們不能通過結構布置的調整或者拆除構件法的增強來避免連續倒塌的發生，我們就應該對此類關鍵構件進行加強。

3結論

抗連續倒塌是一個綜合性的問題，除了以上提到的方法還有很多，例如選址應規避不利地帶，增加耗能支撐，設置一些避難的地方等等。本文僅僅從結構設計的范疇進行了簡單分析，對于RC結構的連續倒塌問題，我們也沒有必要對每一個結構都進行概念設計和定量設計，我們還是應該按照建筑物的重要性進行安全分級，根據不同的安全等級來進行相應的抗連續倒塌設計。

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趙軍（1980--）男 河南安陽 講師 碩士 主要研究結構工程，Tel：13703727849 Email：13703727849@163.com