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(jìn)行合理的布局以及內(nèi)部設(shè)計(jì)的深化。本文介紹了建筑物倒塌的內(nèi)因和外因，同時(shí)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(jì)，但這樣的設(shè)計(jì)不能完全替代結(jié)構(gòu)的抗倒塌設(shè)計(jì)。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(yùn)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(jì)上安全系數(shù)沒有達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)先天失誤；施工時(shí)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(dāng)建筑物交工以后，住戶和單位在裝修的時(shí)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(dá)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(jì)

為了防止建筑物倒塌帶來的風(fēng)險(xiǎn)，不同的防倒塌設(shè)計(jì)方案被提出。因?yàn)榻ㄖ锏恼w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(xiǎn)情況和產(chǎn)生的后果分類，主要有兩類防止倒塌的設(shè)計(jì)方法。第一類間接設(shè)計(jì)法，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)中重要構(gòu)件的強(qiáng)度、連續(xù)性和延性，預(yù)防連續(xù)性倒塌，以及詳細(xì)的局部抗力設(shè)計(jì)法，主要是詳細(xì)地設(shè)計(jì)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(jì)法，改變荷載路徑設(shè)計(jì)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(jìn)行改變，避免連續(xù)倒塌。所以在開展建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，不同的建筑物，根據(jù)其特點(diǎn)分析潛在的危險(xiǎn)程度，采用不同的設(shè)計(jì)方案，防止建筑物的倒塌情況出現(xiàn)。

（二）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

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(jì)并輔以計(jì)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(shí)踐證明，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是防止連續(xù)倒塌很重要一環(huán)，合適的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)能更好的保證構(gòu)件能有更好的塑性變形，從而保證整個(gè)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(diǎn)設(shè)計(jì)。例如，建筑物的主體結(jié)構(gòu)材料是鋼材，這時(shí)候節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)就變得尤為重要，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)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(dāng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次防御能力分析的時(shí)候，首先要預(yù)想到會因?yàn)榕既缓奢d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(diǎn)足夠強(qiáng)，主梁就會在這個(gè)時(shí)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(yùn)用拉索發(fā)揮梁的懸鏈作用；對鋼結(jié)構(gòu)，一般都是加強(qiáng)梁柱的節(jié)點(diǎn)，即使是柱子失去作用，只要節(jié)點(diǎn)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(yùn)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(jì)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(yùn)用提升了可能性。

（五）選用延性好的主材

當(dāng)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?yàn)樘幵谒苄誀顟B(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(shí)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(shí)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(gè)薄弱層下面的結(jié)構(gòu)體和人員以及財(cái)物都不會幸免。一般建筑師都是習(xí)慣運(yùn)用抽柱的方法在底層設(shè)置一個(gè)大的空間，這種設(shè)計(jì)要取消幾根柱子，被抽掉柱的上層都要運(yùn)用跨度非常大的轉(zhuǎn)換梁，當(dāng)遭遇到爆炸和車輛撞擊的時(shí)候，這樣的結(jié)構(gòu)就非常危險(xiǎn)，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(jì)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(fù)應(yīng)力區(qū)域互換的情況，要對該區(qū)域樓板進(jìn)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(jìn)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(jì)高層建筑角部的樓板時(shí)，不僅要對其進(jìn)行加厚處理，而且常采用雙層雙向配筋，這是因?yàn)楦邔咏ㄖl(fā)生變形時(shí)，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(jì)時(shí)，也常常會對中間筒體及其周邊相連的地方進(jìn)行加厚處理，并多采用加厚的雙層雙向配筋樓板，也是因?yàn)樵诘卣鹱饔孟拢搮^(qū)域變形以及應(yīng)力的復(fù)雜性。

結(jié)語

建筑物設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)考慮遭遇偶然荷載發(fā)生的沖擊現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)時(shí)候加入適當(dāng)?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(xiàn)

[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(bào)，2010 （19）：3-5.

中圖分類號：TU998

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A