浅谈RC结构抗连续倒塌设计方法

赵 军 王立波

（安阳工学院 土木与建筑工程学院，河南 安阳 455000）

浅谈RC结构抗连续倒塌设计方法

赵 军 王立波

（安阳工学院 土木与建筑工程学院，河南 安阳 455000）

本文从概念设计与定量设计两方面对抗连续倒塌设计进行了简要探讨，以期对业内提供一些参考。

概念设计；定量设计；连续倒塌

0 引言

结构的连续倒塌是由于意外荷载(如地震、爆炸、火灾等)作用下造成结构的局部破坏，并因此引发结构连锁反应而导致破坏向结构的其它部分扩散，最终使结构主体丧失承载力，造成结构的大范围坍塌。国内外多起连续倒塌的事故告诉我们，对于RC结构来说，一旦发生连续倒塌必将造成巨大的经济损失和社会影响，因而连续倒塌日益受到设计人员的关注。

但对于抗连续倒塌设计还是有不少困难的，目前我国还没有关于抗连续倒塌设计的专门规范和标准，只是在《混凝土结构设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》中介绍了设计的基本准则也说明了这一点。目前最大的困难是不确定性，尤其对于煤气爆炸、汽车撞击、火灾、炸弹这些由人类失误或故意破坏造成的不确定因素。目前来看，在RC结构的设计周期内这些由人类引起的破坏发生的概率要远远高于地震等自然灾害，但我们依然预测不了事件何时发生，怎么发生，后果是什么？也取得不了设计所需要的参数，如果不考虑，仅仅按常规进行设计也越来越被说明是风险很大的，并且会越来越大，因此我们还是要采取以下的一些措施进行防范。

1 概念设计

我国规范和规程中均强调了对RC结构进行抗连续倒塌概念设计的重要性。历次的地震中也证明，结构体系匀称、传力途径可靠、抗力刚柔相济、整体连接可靠的RC结构由于本身具有较好的整体性与延性，在偶然荷载作用下具备了一定抵抗连续倒塌的能力。在此基础上增加一些针对其它意外荷载的的概念性设计，必将在不增加过多成本的基础上取得良好的效果。

1.1 减小偶然作用

历次连续倒塌事故无不表明偶然作用是导致结构发生连续性倒塌的一个主要原因，因此我们需要采取有效的措施控制偶然事件的发生或减少偶然作用的效应。我们可以在建筑物四周设置隔离带或防撞设施避免车辆对它的撞击；可以限制天然气等在重要建筑中的使用避免爆炸的隐患；可以利用“宣泄原理”来减少偶然作用的不利效应。例如：在行洪区建造底层只有混凝土柱没有墙的楼房；利用坡屋顶清除积雪等。

1.2 保护关键部位

对于类似于结构的底层柱和一些边角部位这些容易受到破坏而且破坏后容易引起连续倒塌的关键部位，在设计时应采取措施给予加强和保护。通过加强RC结构的关键传力部位，增强其安全储备和延性，甚至于可以考虑按偶然荷载进行设计。这种局部增强可能导致发生连续倒塌的关键传力构件的方法具有较高的经济效益，增加的建筑成本不多但对整体RC结构的安全性能具有重大意义。

1.3 增加冗余约束

RC结构如具有良好的冗余特性，则在出现局部破坏的情况下可以避免破坏扩展，从而避免连续倒塌事故的发生。没有冗余约束的静定结构最易发生连续倒塌，而超静定结构在发生局部破坏时由于具有冗余约束，可以形成新的传力途径从而避免发生连续倒塌。

在各种内力交汇的关键受力部位处及重要构件处，设计时可以通过设置斜撑、拉杆等备用的传力途径，有目的增加冗余约束是可以避免连续倒塌的发生的。

1.4 加强变形能力与延性能力

RC结构如果具有良好的变形能力和延性能力，则就具备良好的消耗能量的能力，从而避免结构的连续倒塌。

偶然作用的时间一般极短，而作用力很大，结构某些区域会产生较大的位移，在这些区域应进行延性设计，增加其的变形能力从而消耗掉作用产生的能量。为让RC结构具有较好的延性应避免使用冷加工钢筋等脆性材料，多采用热轧钢材等延性材料，同时设计时应控制好结构体型和刚度、落实好强柱弱梁、采用围箍-约束混凝土的措施，以此来提高结构抗连续倒塌的能力。

1.5 连续配筋、加强锚固

发生局部破坏时，为避免因构件破坏造成结构解体，应在结构体系中配置较多的贯通受力筋，并进行可靠的连接和锚固，以形成各种形式的拉结作用。

1.6 划分功能区

在设置抗震缝、沉降缝、伸缩缝时要考虑抗连续倒塌，通过合理设缝将RC结构划分为若干个独立的功能分区，某个区即使发生倒塌也可将其控制在一定范围内而避免发生连续倒塌。

2定量设计

概念设计虽然在规范中进行了重点强调，但是难以量化，更多的依赖于设计人员的水平和经验，对于重要的建筑我们还应进行必要的定量设计，RC结构抗连续倒塌的定量设计目前是各国专家正在积极探索的一个课题，目前也取得了一些成果。在我国工程界常用的有以下三种方法。

2.1 拉结构件法

拉结构件法主要是对RC结构中构件之间的联接进行验算，以保证结构整体和备用荷载传递路径能满足要求。从以往的一些破坏现场中我们可以看到到一些RC结构中的墙或柱被摧毁后，RC结构靠着水平构件中贯通受力筋的拉结作用，而没有发生连续倒塌。因此我们可以按竖向构件失效后形成的新的计算简图就行计算，通过对联接强度的有效保证来避免连续倒塌的发生。根据受破坏后形成区域不同，往往能够形成梁—拉结模型、悬索—拉结模型、悬臂—拉结模型等继续承受荷载，避免连续倒塌。拉结构件法计算虽然较为简便，但模型对计算结果影响较大，采用此法时应正确选取模型。

2.2 拆除构件法

拆除构件法可以认为是拉结构件法的一种延伸。拆除构件法是将部分受力构件按照一定的顺序拆除后，利用有限元对剩余的RC结构进行分析来判断是否会发生连续倒塌。如果发生连续倒塌则对剩余构件进行加强来保证通过内力重分布后不发生连续倒塌。拆除构件法需要对RC结构进行多次的计算与分析，因此精度较高。在拆除构件法中，非线性动力拆除构件法最复杂但计算最为准确，常应用与复杂结构或高安全等级建筑。

2.3 局部加强法

对于部分构件一旦破坏后整体RC结构极其容易发生连续倒塌的，我们称之为关键构件。对于此类关键构件如果我们不能通过结构布置的调整或者拆除构件法的增强来避免连续倒塌的发生，我们就应该对此类关键构件进行加强。

3结论

抗连续倒塌是一个综合性的问题，除了以上提到的方法还有很多，例如选址应规避不利地带，增加耗能支撑，设置一些避难的地方等等。本文仅仅从结构设计的范畴进行了简单分析，对于RC结构的连续倒塌问题，我们也没有必要对每一个结构都进行概念设计和定量设计，我们还是应该按照建筑物的重要性进行安全分级，根据不同的安全等级来进行相应的抗连续倒塌设计。

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TU7

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1007-6344（2015）06-0073-01

赵军（1980--）男 河南安阳 讲师 硕士 主要研究结构工程，Tel：13703727849 Email：13703727849@163.com