結(jié)構(gòu)工程抗倒塌設(shè)計淺談

[摘要]眾所周知，結(jié)構(gòu)設(shè)計對于任何建筑工程項目來說都是至關(guān)重要的一個方面，如果建筑物的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了問題，勢必會影響到整個建筑的最終應(yīng)用效果，而如果出現(xiàn)倒塌的問題，會更嚴(yán)重的危及到人們的生命財產(chǎn)安全：基于這一原因，在結(jié)構(gòu)工程項目的設(shè)計和建設(shè)過程中，重點針對相應(yīng)的抗倒塌性能進行關(guān)注也就顯得極為必要，只有工程結(jié)構(gòu)具備了比較理想的抗倒塌性能，才能夠保障其最終應(yīng)用的安全性和穩(wěn)定性。

[關(guān)鍵詞]結(jié)構(gòu)工程；抗倒塌；設(shè)計

1、倒塌類型與特點

1.1地震影響下的結(jié)構(gòu)物倒塌

地震作用下結(jié)構(gòu)的倒塌通常包括三種結(jié)構(gòu)類型，即砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)。對砌體結(jié)構(gòu)的倒塌機理主要是由于抗震設(shè)計強度低，構(gòu)造柱與圈梁設(shè)置不合理；結(jié)構(gòu)具有較大的剛度差，剛度低處容易出現(xiàn)崩潰，和用于碎石和砂漿標(biāo)號低，預(yù)制空心建筑材料做的錨板連接不準(zhǔn)確。混凝土結(jié)構(gòu)倒塌的主要問題是抗震強度不夠合理，結(jié)構(gòu)層之間的剛度值差別很大，導(dǎo)致低剛度層的倒塌。組合結(jié)構(gòu)的整體性能比較好，但構(gòu)件故障仍然存在，特別是在一些致密焊縫位置，應(yīng)力集中較為明顯，應(yīng)引起重視。

1.2爆炸沖擊下的結(jié)構(gòu)物倒塌

爆炸作用下建筑物目標(biāo)的連續(xù)倒塌近年來不斷增加。一般來說，在恐怖襲擊中，一個關(guān)鍵組成部分，這種結(jié)構(gòu)特殊的負(fù)載和對建筑物造成損傷，在傳力的E端負(fù)荷改變時，其余部件的原始位置不能有效載荷，然后將有連續(xù)倒塌。

1.3兩類倒塌類型間的區(qū)別與聯(lián)系

結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生倒塌，一般在水平力作用下發(fā)生倒塌，同時發(fā)生多處結(jié)構(gòu)倒塌，在倒塌過程中會發(fā)生倒塌，甚至引起整層柱或其他抗力構(gòu)件的破壞。與破壞機制，內(nèi)部應(yīng)力的重新分布，這是構(gòu)件的一部分將被卸載的同時，部件的另一部分將過載，失敗，并最終產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致整體或局部倒塌的建筑結(jié)構(gòu)。連續(xù)倒塌是適應(yīng)爆炸破壞后出現(xiàn)的局部構(gòu)件的破壞，導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力重分布和破壞重力結(jié)構(gòu)的故障的近組成部分，從而使連續(xù)破壞。在地震結(jié)構(gòu)倒塌的作用下，往往還會伴隨著連續(xù)倒塌，而結(jié)構(gòu)倒塌引起的爆炸沖擊不會在地震作用下倒塌。加強抗震設(shè)計可以提高結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力，但同時也要認(rèn)識到，抗震設(shè)計不能完全代替連續(xù)倒塌設(shè)計。

2、結(jié)構(gòu)工程抗倒塌設(shè)計

2.1明確相應(yīng)抗倒塌規(guī)范

列結(jié)構(gòu)的抗倒塌設(shè)計工作，首先要明確相應(yīng)的防倒塌準(zhǔn)則，抗倒塌設(shè)計規(guī)范顯然是基本前提進行相應(yīng)的設(shè)計，因為只有嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范和設(shè)計，確保相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計更好的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，打好基礎(chǔ)的可靠性和安全性的應(yīng)用。具體到明確的設(shè)計規(guī)范的工程結(jié)構(gòu)倒塌，也要關(guān)注不同的標(biāo)準(zhǔn)進行了詳細(xì)的分析和把握不同地區(qū)，由于地區(qū)的不同，相應(yīng)的抗擠強度和設(shè)計參數(shù)是不一樣的，如在該地區(qū)的地震多發(fā)帶，地殼穩(wěn)定，塌陷的程度有明顯的差異，設(shè)計師需要準(zhǔn)確區(qū)分具體。在這個過程中，最核心的標(biāo)準(zhǔn)是抗震設(shè)防烈度，對小震、中震和大震進行合理的設(shè)計計算，從而提高抗震設(shè)計的可靠性。

2.2結(jié)構(gòu)工程抗連續(xù)倒塌計算

對于工程結(jié)構(gòu)中的連續(xù)倒塌問題，也需要更加重視，對連續(xù)倒塌進行精確計算，優(yōu)化設(shè)計，從而提高結(jié)構(gòu)工程的抗倒塌效果。具體到抗連續(xù)倒塌的計算，主要涉及以下兩種基本方法：直接計算法的應(yīng)用主要是基于結(jié)構(gòu)損傷檢測與設(shè)計的基本情況，特別是對負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑進行了分析，進而提高間接計算方法的準(zhǔn)確性；間接計算法主要是指分析冗余和連續(xù)屬性和參數(shù)和結(jié)構(gòu)的延性，然后確定項目的抗連續(xù)倒塌影響結(jié)構(gòu)工程，保證它能夠更好地滿足對動力傳動結(jié)構(gòu)和布局的抗倒塌設(shè)計，提高其安全性和穩(wěn)定性的影響。

2.3分析破壞準(zhǔn)則

對于結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計工作，還應(yīng)重點進行全面細(xì)致的分析和討論，對失效判據(jù)可以說是抗倒塌設(shè)計的基本前提。具體到針對工程結(jié)構(gòu)失效準(zhǔn)則的分析，內(nèi)容和關(guān)鍵點相關(guān)，它實際上是更多的內(nèi)容和要點，主要是在現(xiàn)有類型的失效準(zhǔn)則，如強度判據(jù)，穩(wěn)定性判據(jù)，改進的準(zhǔn)則，能量準(zhǔn)則和疲勞破壞準(zhǔn)則。和結(jié)構(gòu)工程抗倒塌設(shè)計機制關(guān)系密切的項目，需要全面和詳細(xì)的分析，以確保其對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定工程。

2.4重點關(guān)注薄弱層設(shè)計

針對結(jié)構(gòu)工程中出現(xiàn)的初始破壞問題，即損傷最嚴(yán)重的部位之一是軟弱層，軟弱層的設(shè)計和優(yōu)化適當(dāng)可以更好的提高抗倒塌性能。具體主要有以下幾種：框架結(jié)構(gòu)必須根據(jù)設(shè)計過程中的強度和剛度來綜合分析結(jié)構(gòu)的抗震性能，并進行更為嚴(yán)格的計算檢查來提高其防塌效果；有效的轉(zhuǎn)化和優(yōu)化計算層剛度也是一個非常重要的方面，還需要分析在地震作用下的破壞機理，可有效保證工程整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3、仍需解決的問題

3.1等效延性破壞準(zhǔn)則

等效延性破壞準(zhǔn)則考慮由于其結(jié)構(gòu)特性引起的疲勞累積損傷對接的延性指標(biāo)，開展抗倒塌應(yīng)用高層建筑檢查低循環(huán)疲勞特性。在等效延性破壞準(zhǔn)則發(fā)展過程中應(yīng)加強以下幾個方面：（1）本標(biāo)準(zhǔn)主要是考慮到低循環(huán)疲勞特性，但最大位移的結(jié)構(gòu)和邊界的損傷累積損傷效應(yīng)無法做出準(zhǔn)確的描述。（2）這個標(biāo)準(zhǔn)是基于組件級別的破壞性標(biāo)準(zhǔn)。如何對損傷組合進行研究，才能對結(jié)構(gòu)層面上的震害進行服務(wù)工作，是當(dāng)前應(yīng)重視的重點。（3）本準(zhǔn)則主要基于鋼筋混凝土柱的低周疲勞試驗，在框架一剪力墻和剪力墻結(jié)構(gòu)中尚未得到廣泛應(yīng)用。

3.2基于性能的抗震設(shè)計

基于抗震設(shè)計性能的前提下，是抗震設(shè)計的下一步發(fā)展的重要方向，在目前的研究階段出現(xiàn)的幾個問題：（1）探討基于工程結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計在美國已經(jīng)實施，使其適用部分的研究對我國的建筑按照中國的設(shè)計規(guī)范的實際情況設(shè)計。（2）提出了一種更適用于高性能、高效率的多級地震事件的通用設(shè)計方法，以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)性能等級、結(jié)構(gòu)破壞條件和結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則。（3）探討如何應(yīng)用具體的損傷測量特定的抗震標(biāo)準(zhǔn)，建立位移和結(jié)構(gòu)損傷的定量關(guān)系之間的定量關(guān)系，日常應(yīng)用損害里面的建筑之間的定量關(guān)系的應(yīng)用性能，以及設(shè)備之間發(fā)揮損傷指數(shù)的損失。結(jié)論：

在當(dāng)前世界范圍內(nèi)的工程結(jié)構(gòu)研究中，結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計是一項十分熱門的研究內(nèi)容。本文主要就結(jié)合因地震、恐怖襲擊等因素所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)工程倒塌狀況展開了相關(guān)的分析與探討，進而提出了一些具體的抗倒塌設(shè)計理論，并重點論述了在目前的抗倒塌設(shè)計方面仍需進一步加強關(guān)注的問題，以及在本次研究當(dāng)中所存在的一些不足之處，希望能夠引起相關(guān)研究人員的重視與思考。