結(jié)構(gòu)抵抗連續(xù)性倒塌方法分析

杜正學(xué) 石教磊 劉寧

摘 要：當(dāng)今，由于結(jié)構(gòu)的局部破壞引起結(jié)構(gòu)連續(xù)垮塌的現(xiàn)象越來越突出。本文就根據(jù)現(xiàn)有的事故、規(guī)范以及研究，提出防止結(jié)構(gòu)整體倒塌的三大措施。分別是結(jié)構(gòu)整體性檢查、構(gòu)造措施和構(gòu)件設(shè)計，并對相應(yīng)的措施作出進一步分析，以供設(shè)計者參考。

關(guān)鍵詞：連續(xù)性倒塌；措施；分析

一、引言

近幾十年來，建筑向大型化、復(fù)雜化發(fā)展。與此同時，結(jié)構(gòu)安全性要求越來越高。而通用的概率論可靠度分析僅能滿足結(jié)構(gòu)在正常使用條件下的適用性。而如今，燃?xì)獗?、恐怖襲擊和火災(zāi)等突發(fā)事件越來越頻繁，結(jié)構(gòu)往往由于局部的破壞而引起整體的倒塌，給生命和財產(chǎn)帶來巨大的損失。因此防止結(jié)構(gòu)的整體倒塌的措施越來越迫切需要。我國近年來對此并無具體規(guī)范，盡在構(gòu)造措施方面進行粗略的提及。著眼與此，本文就如何防止結(jié)構(gòu)的整體破壞進行定性的分析，并提出相應(yīng)的措施。

二、初始破壞形式

結(jié)構(gòu)的連續(xù)性倒塌往往是由于某一子結(jié)構(gòu)的局部破壞，使剩余結(jié)構(gòu)不能有效承受由于初始破壞和損傷造成的不平衡荷載或內(nèi)力變化，使剩余結(jié)構(gòu)進一步發(fā)生破壞，從個人引發(fā)連鎖反應(yīng)，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的連續(xù)性倒塌。綜合已有事故，有可能引起結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌的形式有橫向承重結(jié)構(gòu)和縱向承重結(jié)構(gòu)的局部破壞。

三、防止結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌的措施

1.結(jié)構(gòu)的定期檢查

房屋之所以能夠承受較大的使用荷載和各種自然因素，歸因于由于不同構(gòu)件共同作用的結(jié)果，房屋作為一個整體，其任意局部的所害將對其整體性帶來嚴(yán)重的影響，因此在房屋的使用過程中，要對房屋作定期性檢查。主要針對的方面有兩種，分別是各構(gòu)件是否達到設(shè)計要求和使用活動對構(gòu)件帶來的影響。

首先是構(gòu)件的施工是否達到設(shè)計要求。構(gòu)件的設(shè)計是考慮了各種荷載效應(yīng)，使構(gòu)件在使用過程中能夠正常工作。但在實際過程中，由于材料的變異性等不確定性因素是施工后的構(gòu)件與構(gòu)件的設(shè)計狀況有一定的出入。因此，要對構(gòu)件進行測量檢查以保證構(gòu)件達到設(shè)計要求。此外，在房屋投入使用過程中，外界的各種因素也會對構(gòu)件的承載力和耐久性有一定的影響，因此還要對構(gòu)件做周期性的檢查。

其次是考慮使用活動對構(gòu)件產(chǎn)生的影響。在使用者入住之前，總要進行一定的家具和設(shè)備安裝。為此需要在結(jié)構(gòu)上安裝一系列的孔洞。若施工不當(dāng)，在打孔過程中，有可能會導(dǎo)致鋼筋的斷裂或暴露。若鋼筋斷裂，則構(gòu)件的抗彎、剪、扭的承載力就會降低，在相同荷載的作用下，就會首先發(fā)生破壞。若鋼筋暴露，在長期的使用過程中，受力鋼筋就會逐漸銹蝕，從而使其承載力達不到設(shè)計要求。

2.構(gòu)造措施

合適的構(gòu)造能夠顯著增加結(jié)構(gòu)的剛度和整體性，并使結(jié)構(gòu)在突發(fā)荷載的作用下能夠保持一定的承載力和延性，延緩構(gòu)件的破壞以及減少初始破壞導(dǎo)致的損失，本文將從三個方面闡述構(gòu)造措施。

（1）設(shè)置構(gòu)造縫

局部構(gòu)件破壞后，控制由此引起的破壞范圍是結(jié)構(gòu)防連續(xù)性倒塌的目標(biāo)。因此對于重要性建筑可以設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，對整體進行分區(qū)，一旦發(fā)生局部破壞，可將破壞控制在一定分區(qū)內(nèi)，阻止結(jié)構(gòu)的連續(xù)性倒塌。

（2）加強結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接構(gòu)造措施

增強連接構(gòu)造，能有效的提高結(jié)構(gòu)的整體性增加結(jié)構(gòu)的傳力途徑，從而提高結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。拉結(jié)構(gòu)造措施是保證結(jié)構(gòu)整體性最簡單的方法。對于混凝土結(jié)構(gòu)，在外圍構(gòu)件中，縱向受力鋼筋可以拉通布置；結(jié)構(gòu)的內(nèi)部拉結(jié)可沿相互垂直的兩個方向布置在各個樓層，并與外部結(jié)構(gòu)有效拉結(jié)。

（3）加強構(gòu)件的延性

結(jié)構(gòu)在局部破壞時，剩余結(jié)構(gòu)進入到塑形。加強構(gòu)件的延性3，可以提高剩余結(jié)構(gòu)的塑性變形能力，增強剩余結(jié)構(gòu)的塑形重分布能力，從而避免結(jié)構(gòu)的連續(xù)性倒塌。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）增加結(jié)構(gòu)的冗余度

結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生局部破壞，原先承擔(dān)的內(nèi)力就會傳遞到相鄰結(jié)構(gòu)，從而使相鄰結(jié)構(gòu)的內(nèi)力增大，當(dāng)相鄰結(jié)構(gòu)的內(nèi)力超過其設(shè)計要求時，就有可能破壞。從而引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的連續(xù)性倒塌。若存在備用傳力途徑，可是發(fā)生破壞結(jié)構(gòu)的內(nèi)力沿著備用傳力途徑傳遞，是結(jié)構(gòu)仍保持整體穩(wěn)定。由此在結(jié)構(gòu)方案布置時，要增加重點部分的冗余度，形成具有多個或多想的荷載傳遞路徑。

（2）重點結(jié)構(gòu)部位的局部加強

在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)的性質(zhì)功能及周圍條件等各個因素，判斷出結(jié)構(gòu)有可能發(fā)生突然荷載的部位，并對相應(yīng)部位的豎向和橫向重要承重結(jié)構(gòu)進行重點設(shè)計。從而使其能夠承受突發(fā)荷載的作用效應(yīng)。

四、總結(jié)

總之房屋的安全設(shè)計到廣大人民的財產(chǎn)和生命安全，一旦發(fā)生整體倒塌，其帶來的后果能以估量。因此，作為設(shè)計者要充分考慮到結(jié)構(gòu)能夠承受可重作用或者可能發(fā)生的情況，并進行巧妙地設(shè)計，使結(jié)構(gòu)以最大的可靠度滿足結(jié)構(gòu)的適用性。

參考文獻

[1]易偉建，何慶峰，肖巖. 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)倒塌性能的實驗研究.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，28（5）：104-109.

（作者單位：武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院）