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摘要:针对建筑结构连续性倒塌,本文从其必要性出发,介绍了抗倒塌建筑的分类,防护措施以及提高结构抗连续性倒塌能力的方法。
关键词:抗连续性倒塌,建筑结构,措施,方法
一、引言
连续性倒塌是指在车辆撞击、炸弹袭击、火灾等偶然事件作用下,结构局部构件破坏使整個结构结构体系荷载重分配,相邻构件不能承担重分配后额外增加的荷载,引发结构连锁破坏,使承载能力大幅下降,最终造成结构局部或者整体大范围倒塌[1]。
结构连续倒塌严重威胁公共安全,相对于初始局部破坏的大范围倒塌, 其导致了大量人员伤亡和巨大财产损失。
二、抗倒塌建筑分类
抗连续性倒塌主要针对偶然事件的作用,由于其不确定性,对抗连续性建筑进行分类以及针对不同类别的抗倒塌建筑制定不同的设计方案是十分必要的,详见表1。
以上四类建筑按危险程度排列,第一类建筑最低,第四类建筑最高。其中第一类可不考虑偶然荷载的影响;第二类只需在结构中通过设置水平和竖向杆链接系统来进行水平拉结强度设计;第三类在保证结构的整体性基础上,需采用改变传力路径法对结构静力模型进行分析;第四类除了设置必要的拉杆系统外,还需对结构进行动力分析或者非线性静力分析。
三、防止建筑结构连续性倒塌措施[3]
3.1 控制偶然事件发生
首先因为结构连续倒塌是在偶然性事件作用下引起的,那么控制或者减少偶然的事件不矢为一种很好的方法。具体可以采用以下几种措施:
(l)避免在建筑设施的正下方设置停车场;
(2)建筑选址应远离生产、存放易燃易爆物质的区域,同时严格规范燃气的使用和易爆物品的存放;
(3)建立安全隔离带,如设置绿化带、树木和保障性栅栏等,减少车辆撞击建筑物的可能性;
(4)增加底层楼面标高以避免车辆撞击以及其它偶然事件对建筑物的影响。
3.2 防止发生局部破坏
有的偶然事件如发生高强度地震、飞机碰撞大楼(911事件)等,采用3.1中的一些防护措施显然打不到目的。那么就必须从局部构件着手。
(l)合理有效的平面布置,避U形及L形等不规则平面布置。当建筑结构的抗连续倒塌功能要求较高时,应尽量避免在建筑平面图上有凹角,减少爆炸压力在此部位聚集。
(2) 建筑物分隔成小开间,以超静定体系赘余度和提高结构的整体性能。偶然事件发生时结构把破坏限制在尽量少的区间内,很大程度上减少了生命财产的损失。
(3)避免建筑物层高过大。当层高过大,主梁或楼板坍落破坏时,柱子的计算长度瞬时加大,造成结构整体失稳而产生一系列破坏。一般层高最好不要超过4.8m。
(4)减小柱距和梁跨。在不影响框架结构建筑功能的前提下,柱距不宜大于9.Om。
(5)受力构件外包,外露受力结构构件应用韧性较好的围护材料包裹,以降低其接触偶然作用的可能性。
(6)避免柔弱层和薄弱层出现,防止偶然事件作用下该层某根主要受力构件失效。
(7)合理设置结构突出构件,防止偶然荷载作用时发生塌落,威肋行人生命安全。
四、提高结构抗连续倒塌能力[4]
抗连续倒塌能力与结构的超静定性、延性、坚固性和连续性有关。故可从这四方面入手分析。
(1)采用超静定性结构
在设计中增加多余约束,结构在局部荷载超限情况下,使结构内力在各构件内进行重分配,从而提高结构的整体抗联系倒塌能力。
(2)增大结构延性
结构局部构件破坏导致剩余结构某些局部应力增加较多。延性好的结构具备较强的变形性能,在耗能的同时使内力重分布,实现应力有效转移,充分发展材料的强度,剩余结构就能地形成有效的承载机制。
(3)提高结构坚固性
提高结构坚固性可以增大结构构件的应力水平,缩小偶结构的倒塌破坏范围,有效增强了局部构件破坏后的剩余结构的跨越能力,增大了结构抗连续性倒塌能力。
(4)连续性
保证结构连续性,是增加结构抗连续倒塌能力的重要因素。由于结构抗连续倒塌需要考虑承重构件失效的情况,所以对失效承重构件上梁与梁的连接处连续性要达到一定要求。
五、结束语
(1)抗连续倒塌能力与结构的超静定性、延性、坚固性和连续性有关。
(2)不同的建筑需要根据结构自身特点以及偶然事件作用形式采用不同的抗倒塌控制设计。
(3)国内建筑结构抗连续倒塌研究开始较晚,需要通过更多的实验研究来进一步探讨期特点,提成相应的预防措施和可靠科学的设计方案。
六、参考文献
[1] 陈俊岭, 马人乐, 何敏娟.偶然事件下框架结构抗连续倒塌分析 [ J] . 四川建筑科学研究, 2007, 33 ( 1) : 65- 68
[2] 吴志林.钢筋混凝土建筑抗连续倒塌对策的研究[D]. 河北理工大学,2006.
[3] Powell G.Progressive Collapse:case studies using nonlinear analysis.SEAOC Annual Convention Proceedings,Monterey,August,2004.
[4] 易伟建,何庆峰,肖岩.钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌性能的试验研究[J]. 建筑结构学报.2007,28(5):104-117.
关键词:抗连续性倒塌,建筑结构,措施,方法
一、引言
连续性倒塌是指在车辆撞击、炸弹袭击、火灾等偶然事件作用下,结构局部构件破坏使整個结构结构体系荷载重分配,相邻构件不能承担重分配后额外增加的荷载,引发结构连锁破坏,使承载能力大幅下降,最终造成结构局部或者整体大范围倒塌[1]。
结构连续倒塌严重威胁公共安全,相对于初始局部破坏的大范围倒塌, 其导致了大量人员伤亡和巨大财产损失。
二、抗倒塌建筑分类
抗连续性倒塌主要针对偶然事件的作用,由于其不确定性,对抗连续性建筑进行分类以及针对不同类别的抗倒塌建筑制定不同的设计方案是十分必要的,详见表1。
以上四类建筑按危险程度排列,第一类建筑最低,第四类建筑最高。其中第一类可不考虑偶然荷载的影响;第二类只需在结构中通过设置水平和竖向杆链接系统来进行水平拉结强度设计;第三类在保证结构的整体性基础上,需采用改变传力路径法对结构静力模型进行分析;第四类除了设置必要的拉杆系统外,还需对结构进行动力分析或者非线性静力分析。
三、防止建筑结构连续性倒塌措施[3]
3.1 控制偶然事件发生
首先因为结构连续倒塌是在偶然性事件作用下引起的,那么控制或者减少偶然的事件不矢为一种很好的方法。具体可以采用以下几种措施:
(l)避免在建筑设施的正下方设置停车场;
(2)建筑选址应远离生产、存放易燃易爆物质的区域,同时严格规范燃气的使用和易爆物品的存放;
(3)建立安全隔离带,如设置绿化带、树木和保障性栅栏等,减少车辆撞击建筑物的可能性;
(4)增加底层楼面标高以避免车辆撞击以及其它偶然事件对建筑物的影响。
3.2 防止发生局部破坏
有的偶然事件如发生高强度地震、飞机碰撞大楼(911事件)等,采用3.1中的一些防护措施显然打不到目的。那么就必须从局部构件着手。
(l)合理有效的平面布置,避U形及L形等不规则平面布置。当建筑结构的抗连续倒塌功能要求较高时,应尽量避免在建筑平面图上有凹角,减少爆炸压力在此部位聚集。
(2) 建筑物分隔成小开间,以超静定体系赘余度和提高结构的整体性能。偶然事件发生时结构把破坏限制在尽量少的区间内,很大程度上减少了生命财产的损失。
(3)避免建筑物层高过大。当层高过大,主梁或楼板坍落破坏时,柱子的计算长度瞬时加大,造成结构整体失稳而产生一系列破坏。一般层高最好不要超过4.8m。
(4)减小柱距和梁跨。在不影响框架结构建筑功能的前提下,柱距不宜大于9.Om。
(5)受力构件外包,外露受力结构构件应用韧性较好的围护材料包裹,以降低其接触偶然作用的可能性。
(6)避免柔弱层和薄弱层出现,防止偶然事件作用下该层某根主要受力构件失效。
(7)合理设置结构突出构件,防止偶然荷载作用时发生塌落,威肋行人生命安全。
四、提高结构抗连续倒塌能力[4]
抗连续倒塌能力与结构的超静定性、延性、坚固性和连续性有关。故可从这四方面入手分析。
(1)采用超静定性结构
在设计中增加多余约束,结构在局部荷载超限情况下,使结构内力在各构件内进行重分配,从而提高结构的整体抗联系倒塌能力。
(2)增大结构延性
结构局部构件破坏导致剩余结构某些局部应力增加较多。延性好的结构具备较强的变形性能,在耗能的同时使内力重分布,实现应力有效转移,充分发展材料的强度,剩余结构就能地形成有效的承载机制。
(3)提高结构坚固性
提高结构坚固性可以增大结构构件的应力水平,缩小偶结构的倒塌破坏范围,有效增强了局部构件破坏后的剩余结构的跨越能力,增大了结构抗连续性倒塌能力。
(4)连续性
保证结构连续性,是增加结构抗连续倒塌能力的重要因素。由于结构抗连续倒塌需要考虑承重构件失效的情况,所以对失效承重构件上梁与梁的连接处连续性要达到一定要求。
五、结束语
(1)抗连续倒塌能力与结构的超静定性、延性、坚固性和连续性有关。
(2)不同的建筑需要根据结构自身特点以及偶然事件作用形式采用不同的抗倒塌控制设计。
(3)国内建筑结构抗连续倒塌研究开始较晚,需要通过更多的实验研究来进一步探讨期特点,提成相应的预防措施和可靠科学的设计方案。
六、参考文献
[1] 陈俊岭, 马人乐, 何敏娟.偶然事件下框架结构抗连续倒塌分析 [ J] . 四川建筑科学研究, 2007, 33 ( 1) : 65- 68
[2] 吴志林.钢筋混凝土建筑抗连续倒塌对策的研究[D]. 河北理工大学,2006.
[3] Powell G.Progressive Collapse:case studies using nonlinear analysis.SEAOC Annual Convention Proceedings,Monterey,August,2004.
[4] 易伟建,何庆峰,肖岩.钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌性能的试验研究[J]. 建筑结构学报.2007,28(5):104-117.