【摘要】結合我國國情及國內外設計規(guī)范，根據建筑物發(fā)生倒塌后可能造成后果的嚴重性，對不同類別建筑采取不同的抗倒塌策略，通過拉桿連接系統布置，使結構具有“搭橋”能力，提出了一些具體的抗倒塌構造措施，從而限制破壞的發(fā)展，避免連續(xù)倒塌的發(fā)生。

【關鍵詞】地震作用；混凝土框架結構；連續(xù)倒塌；構造措施

1.前言

（1）建筑物遭受地震時，如何防止發(fā)生連續(xù)倒塌造成嚴重人員傷亡，是建筑結構工程師面臨的重要課題。我國絕大多數公共建筑都為鋼筋混凝土框架結構，開展有關提高此類建筑的安全性和防止其在地震時發(fā)生連續(xù)倒塌的科學研究顯得尤為重要。鋼筋混凝土框架結構能否防止豎向連續(xù)倒塌，其關鍵在于結構局部梁、柱失效后能否形成新的傳力途徑。

（2）建筑的連續(xù)倒塌是由于結構局部破壞造成部分構件失效，該構件上部結構的原有傳力途徑被阻斷，若不能形成新的傳力途徑，會產生連鎖的破壞，最終造成建筑物倒塌。因為設計師根本不知道在什么時間，在什么部位發(fā)生什么樣的地震。所以結構師應該做的是如何將地震破壞限制在有限的可以接受的范圍內，而不是保證建筑物不破壞。這一做法和建筑抗震設計中“大震不倒”的設計思想是一致的。

（3）通常為防止結構發(fā)生連續(xù)倒塌，認為建筑結構應具有適當的連續(xù)性、冗余度和延性，以便當某些構件（例如：梁或柱）失效時結構可以形成另外的傳力途徑。這只是一般的概念，這些概念如何在防止建筑由于地震破壞產生倒塌中應用還有許多具體的、細致的工作要做。從經濟的角度考慮，為防止建筑物發(fā)生連續(xù)倒塌不能大幅度地增加建筑造價。由于現在的建筑在設計時一般除考慮承受使用荷載外，還考慮抵御地震等自然災害。所以，一種經濟合理的解決辦法是讓建筑物既能抵御自然災害也能抵御人為災害——采取復合防災的模式。選擇能同時滿足抗震、抗風和防止連續(xù)倒塌的要求，又不顯著增加費用的方式。

（4）鋼筋混凝土結構目前是我國應用最為廣泛的建筑結構，而且絕大多數公共建筑都采用鋼筋混凝土框架結構。與剪力墻結構相比，框架結構更容易發(fā)生豎向連續(xù)倒塌。所以開展鋼筋混凝土框架結構在地震破壞作用下防止發(fā)生連續(xù)倒塌的研究是十分有意義和有價值的。

2.抗倒塌建筑分類

（1）建筑抗倒塌設計一般是指避免建筑在遭受煤氣爆炸、炸彈爆炸、飛行器或大型汽車撞擊等偶然事件時發(fā)生連續(xù)倒塌。這種偶然事件可能造成部分結構或構件破壞，如果結構不能耗散偶然荷載產生的能量或阻斷破壞的發(fā)展，就會在垂直方向或水平方向引發(fā)連鎖破壞，從而導致整個結構倒塌。建筑抗倒塌設計的困難首先是偶然事件的不確定性。因為此類偶然事件屬人為失誤或故意破壞造成，它的不確定性遠遠高于地震和颶風等自然災害的不確定性。目前，人們幾乎無法預測建筑在使用周期內可能遇到此類偶然事件的具體情況，所以就無法為設計者提供詳細的設計參數。顯然，建筑抗倒塌設計采用常規(guī)的設計方法既不經濟也不安全。但是，研究表明這種偶然事件和連續(xù)倒塌的風險是不能忽略的，并且其危險性正在增加。所以，建筑抗倒塌設計策略應該是：通過加強結構系統的整體性，增加結構的延性、連續(xù)性和贅余度，使結構具有“搭橋”能力和懸索作用，當部分構件破壞后能改變傳力路線，將破壞限制在允許的范圍內達到避免建筑倒塌目的。

（2）從結構連續(xù)倒塌概念可以看出，結構抗連續(xù)倒塌能力的分析是針對偶然作用下的結構進行性能分析。偶然作用的特點就是發(fā)生的機率很小但產生的破壞作用很大。對于不同建筑，是否具有抗連續(xù)倒塌能力，所造成的人員傷亡、財產損失和對社會功能影響也不同，因此不能一概而論。本文結合我國國情及《建筑抗震設防分類標準》GB50223-95，參照英國、美國設計規(guī)范，可以根據建筑物遭遇此類偶然事件的可能性和建筑發(fā)生倒塌后可能造成后果的嚴重性對建筑分類，對不同類別建筑采取不同的抗倒塌策略，建筑分類見下表。

（3）對于第1類建筑由于其危險性很低，可以不考慮此類偶然事件災害的影響；第2類建筑危險性屬較低，只需通過在結構中設置水平和垂直拉桿連接系統加強結構的整體性，不需進行分析計算；第3類建筑危險性屬中等，除需設置拉桿連接系統加強結構的整體性外，還需采用等效靜力分析模型進行分析；第4類建筑危險性高，除設置拉桿連接系統加強結構的整體性外，還應采用非線性靜力或動力等方法進行分析（抗倒塌建筑分類見表1）。

3.拉桿連接系統布置

拉桿連接系統是通過在結構內部設置水平和垂直方向的拉接筋，有效地將結構連接在一起，增加結構的連續(xù)性和延性，并使結構具有“搭橋”能力。當結構的某一豎向承重構件破壞時，其上部水平構件（例如板或梁）中的拉桿通過懸索作用在破壞構件上方形成“橋”，改變原來的傳力路線將荷載由其相鄰構件承擔，從而限制破壞的發(fā)展避免連續(xù)倒塌的發(fā)生。在實際設計時可利用常規(guī)設計在構件中布置的鋼筋作為拉桿的一部分或全部。鋼筋混凝土結構中的拉桿可分為水平拉桿和垂直拉桿兩類，水平拉桿包括內部拉桿、周邊拉桿、外柱及角柱拉桿和墻拉桿；垂直拉桿是布置在柱和承重墻中的拉桿。在布置拉桿時應遵守：周邊拉桿的傳力路線必須沿結構平面外圍連續(xù)；內部拉桿的傳力路線應從結構的一側貫通到另一側；根據具體結構的實際結構布置，可利用現有的結構構件布置拉桿（例如主梁、次梁和柱），并可利用其原有的鋼筋作為拉桿的一部分或全部；垂直拉桿必須從柱底到柱頂貫通；外柱和外墻拉桿不必沿水平方向貫通，但必須有效地錨固在結構內部；對于有變形縫的結構，應在每個結構單元獨立布置拉桿連接系統。所有拉桿的傳力路線必須連續(xù)并應是直線，不允許因遇洞口等原因改變其傳力方向。

4.抗倒塌配筋構造

鋼筋混凝土框架結構邊柱或中柱失效后，失效柱部分的局部框架梁變成了雙跨梁。失去某一柱后，抵抗負彎矩的受壓區(qū)，突然要抵抗正彎矩，而且荷載也明顯增加。按照原有框架梁配筋，梁根本不具備抵抗內力重分布的能力，會發(fā)生沒有一點延性的破壞，并且這種破壞會在其它構件中擴散，造成連鎖破壞。為最大限度發(fā)揮原有結構抗倒塌能力，梁的底部鋼筋必須全部連通。鋼筋混凝土框架結構角柱失效后，失效柱部分的局部框架梁跨度未變，但框架梁端部變成了懸挑梁，且跨端有一集中荷載（上柱傳來），其余荷載不變。此時梁端剪力將大幅增加，主要受力鋼筋的位置也由梁的下部移到了上部，原有框架梁配筋也不能滿足新的抗彎要求。為防止結構連續(xù)倒塌，建議如下：

（1）將梁底部縱筋沿梁全長連通布置——保證邊柱或中柱失效后其上部形成的雙跨梁具有正截面抗彎承載能力。

（2）框架梁端跨配置整跨負彎矩筋，并應加強其端部的錨固措施——保證角柱失效后其上部形成的懸挑梁具有正截面抗彎承載能力。

（3）增加梁底部通長縱筋和端跨負彎矩筋的數量（具體數量需通過計算確定）——保證前兩種情況下的形成的雙跨梁和懸挑梁具有足夠的正截面抗彎承載能力。

（4）增加梁端箍筋加密區(qū)的長度（具體尺寸需通過計算確定，對端跨需全長加密）——保證前兩種情況下的形成的雙跨梁和懸挑梁具有足夠的斜截面抗剪承載能力。

（5）提高梁柱混凝土強度等級，加大底層框架梁的截面高度尺寸——提高前兩種情況下的形成的雙跨梁和懸挑梁正截面受彎承載能力和斜截面抗剪承載能力。

（6）柱距不能過大——因為某一根柱子失效以后，其上部框架梁的跨度將由一倍柱距變?yōu)閮杀吨啵士刂坪弥喑叽?，相當于減小了柱子失效以后上部形成的雙跨梁的跨度，相應增加了結構抗倒塌能力。

（7）避免采用轉換梁結構方案——轉換梁方案中梁的跨度原本就已經很大，當某一根柱子失效以后，其上部框架梁的跨度將增加一倍，此時形成的新的雙跨梁跨度將非常大，基本不具備抗倒塌能力.。

5.結論

本文主要內容是對鋼筋混凝土框架結構的抗連續(xù)倒塌的構造措施進行了探討，總結出了適合我國鋼筋混凝土結構抗倒塌設計的相關構造措施。

（1）根據建筑物遭遇偶然事件的可能性和建筑發(fā)生倒塌后可能造成后果的嚴重性將建筑分為四類，對不同類別建筑采取不同的抗倒塌策略。

（2）提出在鋼筋混凝土內部設置拉桿連接系統，有效地將結構連接在一起，增加結構的連續(xù)性和延性，并使結構具有“搭橋”能力，從而限制破壞的發(fā)展，避免連續(xù)倒塌的發(fā)生。

（3）提出了一些具體的抗倒塌構造措施：加強梁底部通長縱筋和端跨負彎矩筋的配置；增加梁端箍筋加密區(qū)的長度；提高梁柱混凝土強度等級；加大底層框架梁的截面高度尺寸；柱距不能過大；避免采用轉換梁結構方案等。

參考文獻

[1]張雷明，劉西拉.框架結構倒塌分析中的幾個問題[J].上海交通大學學報，2001，（10）.

[2]葉彬.框架房屋抗震設計探討[J].中國科技信息，2005，（10）.

[3]GB50011-2001，建筑抗震設計規(guī)范.

[4]李應斌.鋼筋混凝土結構基于性能的抗震.

[5]GB50223-95，建筑抗震設防分類標準.

[6]徐善初.抗震框架結構節(jié)點設計與施工中的幾個問題[J].建筑技術，2002.12.