謝夢雪

(寧夏人防設計院，寧夏 銀川750001)

0 引言

從20 世紀60 年代以來，國內(nèi)外頻發(fā)的結構倒塌事故給人類造成了巨大的生命和財產(chǎn)損失，結構的連續(xù)倒塌已成為威脅社會公共安全的嚴重問題，結構抗連續(xù)倒塌設計也己成為一個研究的重要課題。

1 控制偶然事件的發(fā)生

為了把偶然事件發(fā)生的概率降到最低，達到“防患于未然”的目標，可在政府力量參與下加強國民的安全意識、增強社會的安保監(jiān)控系統(tǒng)，以防范恐怖組織的襲擊；同時要消除可能導致偶然事件發(fā)生的潛在因素，諸如采取如下措施：

（1）避免在一設施的正下方設置停車場。

（2）建筑物的選址遠離爆炸源。 建筑應遠離生產(chǎn)、存放易燃易爆物質(zhì)的區(qū)域，同時嚴格規(guī)范燃氣的使用和易爆物品的存放。

（3）建立安全隔離帶保護建筑結構免受機動車輛的撞擊。 如設置綠化帶、樹木及保障性柵欄等，使車輛不能輕易抵達受保護的建筑物。

（4）抬高建筑結構的底層樓面標高。 以避免車輛撞擊和汽車炸彈襲擊等偶然事件發(fā)生時對建筑物的影響。

2 防止結構發(fā)生局部構件破壞

如果采取了各類防護措施仍然不能阻止偶然事件的發(fā)生時，防止建筑結構發(fā)生連續(xù)倒塌的下一個重要步驟就是盡量避免因偶然荷載作用引發(fā)的可能導致結構連續(xù)倒塌的局部結構破壞的發(fā)生。 這一階段的主要任務是對結構整體進行合理的建筑規(guī)劃和平面布置，以維持結構在偶然事件中的整體性。 一可以通過在建筑上適當?shù)陌才艁斫档徒ㄖY構發(fā)生連續(xù)倒塌的風險，主要措施有：

（1）合理有效的平面布置。 柱子和墻的合適平面布置是為獲得機構整體性設計的一個重要方面。 建筑的平而布置應簡單、規(guī)則，諸如“U”形和“L”形等不規(guī)則的平面布置，在偶然荷載作用下的耗能性較差。 因此，當建筑結構的抗連續(xù)倒塌功能要求較高時， 應盡量避免在建筑平面圖上出現(xiàn)凹角，因為這是爆炸壓力最可能集聚的部位。

（2）分隔成小開間的建筑物。 在不影響建筑功能要求的前提下，可以通過合理設置伸縮縫、抗震縫和沉降縫把建筑物劃分為若干個區(qū)，偶然事件發(fā)生時結構就有能力把破壞限制在盡量少的區(qū)內(nèi)，以減小生命財產(chǎn)損失。

（3）避免建筑物在豎向作較大的變動。 結構整體應避免出現(xiàn)柔弱層和薄弱層，保證結構豎向剛度的連續(xù)。 若結構體系中存在薄弱層，偶然事件的發(fā)生易導致該層上的某根主要受力構件失效，結構就可能遭受到毀滅性的倒塌破壞。 如建筑采用抽柱法在底層設置大空間，其上層就需要用跨度很大的轉(zhuǎn)換梁將荷載傳遞下來，當轉(zhuǎn)換梁兩側(cè)的柱遭受偶然荷載作用時，建筑物會因此發(fā)生連續(xù)倒塌。

（4）避免建筑物層高過大。 建筑物的層高是影響結構抗連續(xù)倒塌能力又一主要因素，當主梁或樓板因偶然荷載作用坍落時， 柱子因側(cè)向支承的一喪失導致計算一長度瞬時加大，其可能因整體失穩(wěn)造成一系列破壞。 參考國內(nèi)外規(guī)范規(guī)程，本文建議，除了在建筑上有特殊要求的結構，其層高最好不超過4.8m。

（5）盡量減小柱距和梁的跨度。 采用連續(xù)板梁結構，以提高梁的跨越能力。 參考國外相關文獻的一記錄及規(guī)范的規(guī)定，在合乎框架類結構體系的建筑功能的前提下，本文建議，建筑結構的柱距不宜大于9.0m。

（6）外包受力構件。 應避免在建筑物的外表設置諸如柱子之類的外露結構構件。 如必須設置，則應用韌性較好的圍護材料包裹裸露的受力結構構件，以降低其直接接觸偶然作用的可能性。

（7）合理設計建筑物突出構件。 如雨篷、挑檐等，應對其進行特殊針對性設置， 以防止偶然荷載作用時發(fā)生塌落，威肋、行人生命安全。

3 提高結構及構件抗連續(xù)倒塌能

3.1 提高結構抗連續(xù)倒塌所應該具備的性能

（1）超靜定性

結構的超靜定性是相對于結構靜定而言的，由于比設計需要的增加了多余的約束，從而使結構在局部荷載超限的情況下， 也能使結構的內(nèi)力在各構件內(nèi)進行重分配，從而提高了結構的整體承載力，無形中使結構具備了抗力儲備。

作為抗連續(xù)倒塌設計的主流方法之一，改變傳力路徑法即是通過“刪除”某關鍵構件后驗算剩余結構抗連續(xù)倒塌能力的，此法意味著結構需要存在多余約束以抵抗結構的連續(xù)倒塌，因此結構的超靜定性是結構抗連續(xù)倒塌設計必須考慮的主要因素。

為此，增加結構的超靜定性不能簡單地從增強個別關鍵構件的角度加以處理， 還應從結構的整體布局上綜合考慮：適當增加豎向荷載承重構件的數(shù)量，以使豎向荷載能夠分散到多個承重構件上； 盡量減少轉(zhuǎn)換層和大開間結構的使用，不可避免時，要對其跨越能力進行詳細地結構分析；多采用連續(xù)梁體系。 合理地增加多余約束可以使結構在倒塌破壞前出現(xiàn)應力屈曲狀態(tài)，避免出現(xiàn)應力集中，有效地控制了結構破壞的范圍。

（2）堅固性

結構的堅固性體現(xiàn)于從結構構件到結構整體承受荷載的能力上，也是常規(guī)結構設計中結構承受一般荷載的重要設計指標。 增強結構的堅固性能夠提高結構構件所能承受的應力水平，減少偶然荷載作用時結構的倒塌破壞范圍，增強了局部構件破壞后的剩余結構的跨越能力，有效地降低了結構發(fā)生連續(xù)性倒塌的可能性。

為提高結構的堅固性，可采取如下4 種措施：①抗意外作用。 應用結構的承載力和構件與連接的堅固性、延性及多道獨立的傳力途徑。②避免極端作用。采用一個弱構件，利用“釋放”或“保險絲”作用來減輕峰值意外荷載作用，限制結構的破壞，降低對生命的威肋。③對意外作用的防護。當不能預見偶然事件的發(fā)生時，可采用“防”的手段降低易損性。 ④對結構（或局部構件）必要的犧牲。 結構設計時就考慮結構局部或整體構件失效，從而降低危機發(fā)生的后果。

（3）延性

一般情況下， 結構超過極限狀態(tài)的反應有兩種可能，延性破壞和脆性破壞， 其中脆性意味著結構立刻失去承載力，而延性的表現(xiàn)為：當結構喪失承載能力之前，其會呈現(xiàn)出較大的非彈性變形，從而提供結構失效的警報。

（4）連續(xù)性

與常規(guī)的結構設計相比，結構抗連續(xù)倒塌設計提高了對安全等級的要求，對結構的整體性要求也隨之提高。 保證結構的整體性，除了保證結構有超靜定性和堅固性外，結構與構件的連續(xù)性顯得尤為重要。 由于結構抗連續(xù)倒塌考慮到承重構件失效的情況，對考慮失效承重構件上的梁與梁的連接處要求有更好的連續(xù)性。

3.2 采取的措施

通過工程案例分析，結合上述介紹，為提高結構的抗連續(xù)倒塌能力，結構自身應具備“四性”，通常可采取以下措施加以解決：

（1）采用超靜定結構體系；

（2）延性功能的細部設計；

（3）整體束縛的方法；

（4）連續(xù)的轉(zhuǎn)延側(cè)墻；

（5）板在正交方向的附加支撐；

（6）橫向承重墻；

（7）樓板的懸鏈作用；

（8）墻的深梁作用；

（9）梁的懸鏈作用。

4 結束語

總之，防止結構的連續(xù)性倒塌應該從最初的建筑設計就開始加以考慮，充分考慮結構設計和建筑設計各個階段可能導致結構抗連續(xù)倒塌能力降低的各種因素。 防止結構連續(xù)倒塌的措施要從多方面加以考慮。

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［2］易偉建，何慶鋒，肖巖.鋼筋混凝土框架結構抗倒塌性能的試驗研究[J].建筑結構學報，2007（05）.

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