淺談建筑物倒塌的主要原因與防止連續(xù)倒塌的對策

周紅欽（中科合成油工程股份有限公司，北京　101407）

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淺談建筑物倒塌的主要原因與防止連續(xù)倒塌的對策

周紅欽
（中科合成油工程股份有限公司，北京101407）

摘要：建筑結(jié)構(gòu)體系在偶然荷載作用下會發(fā)生局部的破壞，所以整體結(jié)構(gòu)受力會發(fā)生大的變化，為了避免連續(xù)倒塌現(xiàn)象的出現(xiàn)，需對建筑物進行合理的布局以及內(nèi)部設(shè)計的深化。本文介紹了建筑物倒塌的內(nèi)因和外因，同時提出了相應(yīng)的解決對策，以防止偶然荷載作用下連續(xù)倒塌情況的出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：建筑物倒塌；連續(xù)倒塌；對策

現(xiàn)代建筑物中有很多抗震設(shè)計，但這樣的設(shè)計不能完全替代結(jié)構(gòu)的抗倒塌設(shè)計。所以要提升結(jié)構(gòu)的二次防御能力，主要是在偶然事件發(fā)生主要承重構(gòu)件失效的情況下，結(jié)構(gòu)運用自身內(nèi)部的構(gòu)造調(diào)整其內(nèi)力、減緩破壞過程、避免連續(xù)倒塌的現(xiàn)象出現(xiàn)。

一、建筑物倒塌之主因

（一）建筑物自身因素

建筑物自身因素導(dǎo)致連續(xù)倒塌，主要是建筑物本身存在的一些問題，大多問題如下。在設(shè)計上安全系數(shù)沒有達到規(guī)定標準，設(shè)計先天失誤；施工時沒有按照圖紙施工，施工的過程不科學(xué)合理；材料選擇上有不合理的情況存在。

（二）外部環(huán)境因素

人為的改造建筑物，當建筑物交工以后，住戶和單位在裝修的時候，拆除承重墻以及承重構(gòu)件，以拓展空間和更加美觀，這對建筑物的安全性產(chǎn)生了重要影響。另外，有建筑使用者建筑防火知識缺乏，在沒有審核和咨詢清楚的情況下，違背建筑物的極限耐火規(guī)律，改變建筑的使用功能，把一些符合國家要求的建筑物變成達不到新的使用功能要求的建筑物，從而形成安全隱患。

二、防止建筑物連續(xù)性倒塌的對策分析

（一）選擇防倒塌設(shè)計

為了防止建筑物倒塌帶來的風(fēng)險，不同的防倒塌設(shè)計方案被提出。因為建筑物的整體質(zhì)量、承擔(dān)的功能和建筑物內(nèi)部的承載人數(shù)不一致，建筑物在倒塌后出現(xiàn)的損失和影響也有差異，針對不同的建筑物抗倒塌的策略也有所不同，根據(jù)危險情況和產(chǎn)生的后果分類，主要有兩類防止倒塌的設(shè)計方法。第一類間接設(shè)計法，加強結(jié)構(gòu)中重要構(gòu)件的強度、連續(xù)性和延性，預(yù)防連續(xù)性倒塌，以及詳細的局部抗力設(shè)計法，主要是詳細地設(shè)計重要構(gòu)件，能夠承受假定的荷載力量，起到了防止倒塌的目的。第二類直接設(shè)計法，改變荷載路徑設(shè)計法，主要應(yīng)用于重要承載被破壞的情況，根據(jù)自身結(jié)構(gòu)的冗余度對荷載的傳遞路徑進行改變，避免連續(xù)倒塌。所以在開展建筑設(shè)計的時候，不同的建筑物，根據(jù)其特點分析潛在的危險程度，采用不同的設(shè)計方案，防止建筑物的倒塌情況出現(xiàn)。

（二）節(jié)點設(shè)計

偶然事件的發(fā)生有著不可預(yù)料以及難以量化的特性，一般情況下都是通過概念設(shè)計并輔以計算分析完善結(jié)構(gòu)體系，增加結(jié)構(gòu)冗余度，有效地提高二次防御的能力。實踐證明，節(jié)點設(shè)計是防止連續(xù)倒塌很重要一環(huán)，合適的節(jié)點設(shè)計能更好的保證構(gòu)件能有更好的塑性變形，從而保證整個結(jié)構(gòu)體系的變形能力。所以要想提升建筑物結(jié)構(gòu)體系的防御能力，就要重視節(jié)點設(shè)計。例如，建筑物的主體結(jié)構(gòu)材料是鋼材，這時候節(jié)點設(shè)計就變得尤為重要，節(jié)點設(shè)計中的的延性和連續(xù)性會直接影響結(jié)構(gòu)體的塑性變形能力，從而對偶然沖擊荷載作用下結(jié)構(gòu)體系的安全產(chǎn)生影響。

（三）靈活利用梁的懸鏈線作用

當對結(jié)構(gòu)進行二次防御能力分析的時候，首先要預(yù)想到會因為偶然荷載的出現(xiàn)會發(fā)生局部破壞現(xiàn)象，如果失效的是主梁的支撐，在沒有連續(xù)繼發(fā)性破壞的前提下，梁柱的節(jié)點足夠強，主梁就會在這個時候發(fā)揮其懸鏈線作用，繼續(xù)承受來自樓板本身的自重以及部分荷載。在砼結(jié)構(gòu)，一般習(xí)慣把通長的鋼筋設(shè)置在梁底，保障其建筑物的穩(wěn)固性，運用拉索發(fā)揮梁的懸鏈作用；對鋼結(jié)構(gòu)，一般都是加強梁柱的節(jié)點，即使是柱子失去作用，只要節(jié)點能夠保持通暢，梁的懸鏈作用還能夠照常發(fā)揮。

（四）選用超靜定結(jié)構(gòu)

超靜定結(jié)構(gòu)體系的運用能夠有效地提升結(jié)構(gòu)二次防御能力。在偶然事件中發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞的情況下，超靜定結(jié)構(gòu)體系能夠提供有效的二級荷載路徑，就是可以讓其他的幸存結(jié)構(gòu)短期內(nèi)保障整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外，在超靜定框架結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計中，構(gòu)件的很多位置都能形成塑性鉸，為備用荷載路徑的運用提升了可能性。

（五）選用延性好的主材

當偶然荷載作用在建筑物上的情況下，塑性狀態(tài)下只是承載力不再增加，但變形能力是有的，而且對耗能很重要，延性較好的建筑材料能有更好的塑性變形能力，因為處在塑性狀態(tài)下承載力不能增加，所以能夠承受重力并有利于結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分配，為營救和逃生的爭取時間。

（六）結(jié)構(gòu)上避免出現(xiàn)薄弱層

在偶然事件突發(fā)的時候，如果在結(jié)構(gòu)體中有薄弱層，恰好薄弱層的主受力構(gòu)件失效，這就會帶來毀滅性的破壞，在這個薄弱層下面的結(jié)構(gòu)體和人員以及財物都不會幸免。一般建筑師都是習(xí)慣運用抽柱的方法在底層設(shè)置一個大的空間，這種設(shè)計要取消幾根柱子，被抽掉柱的上層都要運用跨度非常大的轉(zhuǎn)換梁，當遭遇到爆炸和車輛撞擊的時候，這樣的結(jié)構(gòu)就非常危險，容易出現(xiàn)連續(xù)性、大面積倒塌的情況，引起不可估量的后果。

（七）設(shè)計特殊的樓板

在偶然沖擊荷載或者地震作用下，建筑物在結(jié)構(gòu)變形較大處，或者在樓層薄弱處，存在著復(fù)雜的變形和多次反復(fù)的變形，應(yīng)力會在該區(qū)域出現(xiàn)反復(fù)變化甚至正負應(yīng)力區(qū)域互換的情況，要對該區(qū)域樓板進行雙層雙向配筋，使樓板有能力承受荷載的應(yīng)力反向情況，如果沒有進行雙層雙向配筋，則樓板應(yīng)力如發(fā)生改變，應(yīng)力反向作用于樓板，該區(qū)域樓板將喪失承載能力，產(chǎn)生后果。在設(shè)計高層建筑角部的樓板時，不僅要對其進行加厚處理，而且常采用雙層雙向配筋，這是因為高層建筑發(fā)生變形時，其角部變形大，應(yīng)力較為復(fù)雜，而采取以上措施將保證板在復(fù)雜應(yīng)力下不失去或能較晚失去承載能力，提高結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)能力。此外，在框筒結(jié)構(gòu)設(shè)計時，也常常會對中間筒體及其周邊相連的地方進行加厚處理，并多采用加厚的雙層雙向配筋樓板，也是因為在地震作用下，該區(qū)域變形以及應(yīng)力的復(fù)雜性。

結(jié)語

建筑物設(shè)計的時候應(yīng)考慮遭遇偶然荷載發(fā)生的沖擊現(xiàn)象，在設(shè)計時候加入適當?shù)拇胧苊鈫胃鶚?gòu)件的失效出現(xiàn)的大范圍倒塌。本文分析了偶然荷載作用下，建筑物連續(xù)倒塌的原因，并提出了相應(yīng)的措施，以供專業(yè)人員參考。

參考文獻

[1]孟令國，雷洋.淺談鋼筋混凝土建筑抗連續(xù)倒塌策略[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010 （19）：3-5.

中圖分類號：TU998

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