淺談鋼筋混凝土建筑抗連續倒塌策略
1 鋼筋混凝土結構的連續倒塌機理研究由于偶然荷載的作用而造成的連續倒塌有可能發生在任何建筑物上。連續倒塌的通常定義為:由于部分結構或構件的破壞而引起的在水平方向或垂直方向上結構的連鎖性破壞而造成的整個結構或大部分結構的倒塌現象。另一種對連續倒塌現象的描述為:由于結構中相對較小部分的破壞引起的連鎖反應或是破壞的擴散。準確的評估連續倒塌的風險是十分困難的,這種困難主要是因為偶然荷載大小、性質以及作用后果的不確定性。
2 鋼筋混凝土結構連續倒塌的過程“破壞”是一個廣泛使用的詞,可以指結構在荷載作用開始到荷載作用結束時不同階段的現象,可以指從混凝土出現微裂縫到結構中某些構件喪失承載力或整個結構的倒塌。破壞概念及定義的確定會影響到選擇什么合適的反應量作為估計破壞程度的破壞參數。而倒塌是破壞中一個特定階段。連續倒塌是多種倒塌中的一種,指結構受自然或人為條件下突發事件影響,發生局部破壞,但受建筑物本身的延性和連續性所限,可能導致建筑物發生連鎖反應以至全部倒塌。
3 鋼筋混凝土建筑抗倒塌對策研究正如我們不能夠完全阻止地震的發生與破壞一樣,我們也不能要求鋼筋混凝土結構在受到偶然荷載的作用時完全不被破壞,那是很難實現的,也是不經濟的。因此針對偶然荷載的作用,我們對建筑物的要求是能夠將其破壞范圍限制在人們可以接受的范圍以內,即要求建筑物具有抵抗連續倒塌的能力。結構的抗連續倒塌能力是指結構因突發事件造成部分基本構件突然失效時,結構應能自行調整內力,阻止破壞過程的延續,從而保證結構整體不至于破壞的能力。
3.1 鋼筋混凝土結構抗倒塌應遵循的的原則防止建筑結構發生連續倒塌的最根本目的是為了減少由于倒塌而引起的人員和財產的損失。基于防止倒塌的目的,人們必然會想到增加建筑物對于偶然荷載的抵抗能力。然而,對于結構抗力的增加,其導致的直接后果就是造價的增加。針對偶然作用進行設計,增強結構的抗力,當然會對于防止連續倒塌的發生起到一定的效果。但如果我們按照現有的可靠度水平針對偶然荷載進行設計,增加的除了結構的抗力以外,更多的是建筑的造價,到時候恐怕沒有幾個人愿意出錢建這樣的房子。從另一個角度來講,這實際上也是一種嚴重的損失。但如果我們將可靠度水平設置過低,又會不利安全。
3.2 鋼筋混凝土結構抵抗連續倒塌一般方法對于抗倒塌設計,我們應當針對不同的建筑類別設定不同的設計目標,然后針對不同的設計目標采取某種或者某幾種方法,以達到防止倒塌的目的。在確定設計目標之前,你首先要明確以下的幾點因素:
(1)所設計的建筑可能受到偶然事件威脅的風險是多少。如前所述,一個公共建筑或政府建筑面對風險類似恐怖襲擊的偶然事件的要遠遠大于普通的私人建筑。明確這一點是我們進行抗倒塌設計的前提條件。
(2)所設計的建筑可能發生的初始局部破壞有多大。不同的初始局部破壞會引起截然不同的后果,設計師如果明確了建筑物所能夠遭受的初始破壞的程度,對于他改進設計是大有裨益的。
3.3 防止連續倒塌的建筑措施面對連續倒塌的風險,建筑師并不是無計可施的。雖然建筑師的主要目標是設計出既能滿足業主的使用功能要求,又非常美觀的建筑。但防止建筑的連續倒塌仍然是建筑師所應當意識到的一個課題。
(1)建筑師可以通過精心的場地規劃,在建筑周圍設置出足夠的緩沖空間,以減輕爆炸等偶然荷載對建筑物的作用。
(2)建筑師應當選擇合理的建筑形式,以提高建筑的抵抗連續倒塌能力。
3.4 防止連續倒塌的結構措施面對建筑的連續倒塌,更重要的是從結構上采取措施,增強結構的冗余度、延性、連續性和整體性,以達到防止建筑連續倒塌的目的。
(1)加強關鍵構件抵抗局部破壞的能力。加強關鍵構件的抗破壞能力是最為直接的方法。通過對于結構中容易受到外部威脅并且承擔主要荷載的關鍵構件的加強,可以增強其抵抗破壞的能力是建筑物的局部破壞程度減到最小,從而達到防止連續倒塌的目的。
(2)增加結構及構件的冗余度,改變荷載傳遞路徑。建筑物連續倒塌的發生過程,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。基于以上對連續倒塌的認識,如果結構具有充分的冗余度,在局部發生破壞以后,能夠通過余下的構件,形成新的傳力途徑,就能夠阻止連續倒塌的發生。
(3)增強結構的延性。對于爆炸這樣的偶然荷載,要使結構能夠完全抵抗,而不發生破壞是不現實的。防倒塌設計的主要目的是最大限度的保護人員及財產,從而建筑發生較大的變形是允許的。重要的是整體結構能夠通過個別構件的較大變形以充分爆炸荷載產生的能量,達到法制連續倒塌的目的。這就需要結構構件具有充分的延性、整體性和連續性。對建筑進行分區,將破壞限制在獨立的區域以內。這是一種反其道而行的方法。有些時候我們很難通過上面的方法是結構足我們的方方面面的要求,這是我們可以在結構上對于建筑進行分區,使各區域各自獨立,各區域間聯系并不緊密,當建筑受到局部破壞時,連續倒塌的發生由于各分區間薄弱層的阻斷,使連續倒塌限定在單獨的區域以內,從而保護了其余的分區。
編輯:姜立東
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