高层建筑混凝土框架结构双柱失效的抗连续倒塌研究

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伴随着中国经济的快速发展,中国的建设技术水平有了很大程度的提高,高层建筑越来越多,建筑结构较之于以前的情况更加地复杂化和大型化。与此同时,结构是否能够保证具有足够的安全性能来抵抗外界的各种作用因素就更为重要了。建筑在漫长的使用过程中,可能会遭受偶然荷载的作用,如爆炸、撞击、人为的恐怖袭击等非自然灾害和地震、海啸等自然灾害,在这种灾害情况下,结构可能局部破坏失效进而发生连续倒塌破坏,这不仅可能造成严重的经济损失,而且还可能带来惨重的人员伤亡,同时还可能产生恶劣的社会影响。实际建筑结构在遭受意外荷载的情况下,是否能够保证不会发生连续倒塌破坏,建筑结构是否具有足够的安全性,是一个很重要的问题。1968年英国公寓"Ronan Point"连续倒塌破坏事件使此种破坏问题引起了世界的关注,美国、英国等国家首先对此问题进行了应对,对连续倒塌问题提出了概念性的分析,对建筑结构遭受意外荷载情况下防止发生连续倒塌的设计方法进行了研究。英国提出了考虑意外荷载的要求,美国提出了转变途径法和局部抗力增强法,并相继针对连续倒塌问题对各自的规范进行了补充应对,而且这方面的研究也一直步步深入。在专家们进行抗连续倒塌研究的数十年来,全世界的各个国家又陆续出现了多起重大的严重倒塌事件,对经济、社会都产生了很大的影响,抗连续倒塌在结构设计中的重要性日益得到土木工程界的关注。几十年来,中国国内也发生了多起严重的连续倒塌破坏事件。随着国内一些土木专业的专家对结构抗连续倒塌设计越来越多的关注和研究,成果越来越多;近年,我国在规范中加入了抗连续倒塌的结构设计方法,包括结构布置、构造措施、受力计算等方面的要求。抗连续倒塌的计算分析方法可以分为四种,分别为线性静力方法、线性动力方法、非线性静力方法和非线性动力方法;本研究中逐个考察对比了这四种方法。国内和国外设计规范中抗连续倒塌的拆除构件设计方法,是对整体结构依次假想一个结构周边的竖向受力构件或者底层内部竖向受力构件失效,考察剩余结构能否不倒塌;也就是说,他们针对的是某一个构件失效而产生的连续倒塌破坏。但是实际结构在遭受偶然荷载情况下,可能会发生两根甚至三根柱子同时失效的情况,如何防御这可能导致的连续倒塌?现行规范中抗连续倒塌的计算分析方法没有考虑这种两根或三根柱同时失效的情况,这就形成了防御的漏洞。本文应用有限元软件计算两根柱子同时失效的结构能否避免连续倒塌,并计算一根柱子失效的结构能否避免连续倒塌以做对比。研究表明,拆除结构中两根柱子进行抗连续倒塌的有限元分析完全可行;两根柱子失效对连续倒塌的影响和一根柱子失效对连续倒塌的影响非常不同,按一根柱子失效对于抗连续倒塌的满意计算结论并不意味着结构完全能够抗连续倒塌;局部抗力增强法的抗连续倒塌效果更好,尽可能避免结构构件失效是避免连续倒塌的最好办法。总之,‘我国在混凝土结构设计规范GB50010-2010和高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010中的抗连续倒塌对策是积极的进步:但是,对整体结构依次假想一个结构周边的竖向受力构件或底层内部竖向受力构件失效,考察剩余结构能否不倒塌这种计算方法具有防御漏洞,建议设计人员有适当的对待。
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