结构防倒塌设计探讨

摘要 ：在抗震规范中有”大震不倒”的要求，混凝土结构设计规范则直接增加了‘结构防倒塌设计原则’内容，在结构设计中应有具体的贯彻与落实，本文对常用的几种结构体系进行了分析，通过合理的结构概念设计及构造处理措施可以大大提高结构的防倒塌能力。

关键词：结构防倒塌结构体系概念设计 设计对策

Abstract: In the seismic code, there is the requirements of no collapse during violent earthquake. code for design of concrete structures is directly added ' structure collapse prevention design principlescontent. These contents should be implemented in structural design. This paper analyzed severalstructural system, Through reasonable structural concept design andstructural treatment the collapse prevention capability can be greatly improved.

Keywords: structural collapse prevention, structural system, conceptual design.

design strategies

中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：

为提高结构抵御灾害的能力，防止结构在遭遇偶然作用时的连续倒塌，在混凝土结构设计规范GB5010-2010第3.6节中新增设了关于‘结构防倒塌设计原则’内容。提出了结构防倒塌概念设计的要求：回避宣泄，障碍防护，冗余约束，备用途径，局部加强，贯通配筋，设缝控制等。给出了防倒塌定量设计的拉结构件法，局部加强法，拆除构件法等原则。提出了偶然作用的效应，动力系数，抗力计算（材料强度特征值，材料强化及脆性，几何参数变化的影响）等原则。这是结构安全性设计理念的重大变化，也是对抗震规范三水准设计要求中‘大震不倒’的具体落实要求。作为结构工程师，如何真正理解掌握这些思想方法，在具体结构设计中贯彻落实使自己所做结构设计成为具有良好的抗倒塌能力的结构是衡量一位结构师结构设计水平高低的关键。作为一名多年从事结构设计工作的结构工程师及施工图审查结构工程师，结合自己的设计体验及图纸审查中所遇到的工程设计中的问题特提出以下设计建议供业内同行讨论执正。

一． 混凝土规范中关于防倒塌设计内容既未作为强制性条文要求，也没有对应建筑设防类别，工程抗震等级，设防烈度及工程规模等的对应要求。该部分内容要求没有得到所有结构设计人员的应有重视。而抗震规范第5.5.2条要求进行罕遇地震作用下的需进行弹塑性变形验算的结构范围要求是“1。下列结构应进行弹塑性变形验算：1）8度III，VI类场地和9度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；2）7~9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构和框排架结构；3）高度大于150米的结构；甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；5）采用隔震和消能减震设计的结构。 2。下列结构宜进行弹塑性变形验算：1）8度I，II类场地土和7度时房屋高度大于100米且为竖向不规则的高层建筑结构；2）7度时III，VI类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；3）板柱-抗震墙结构和底部框架砌体房屋；4）高度不大于150米其他高层钢结构；5）不规则的地下建筑结构及地下空间综合体。” 显然应进行弹塑性变形验算的结构范围很小，几乎为只针对很少量的特定建筑，而对于宜进行弹塑性变形验算的结构范围的工程，由于附加了一些限制条件也门槛较高，对于经常遇到的底部框架砌体房屋也未得到应有的重视。建议主管部门根据设防类别，抗震等级及工程规模情况具体细化防倒塌设计要求内容。具体可要求满足一定‘设防类别，抗震等级及工程规模’的建筑在结构设计说明中要增加抗倒塌设计内容专篇，从阐述平面设计，结构方案，结构冗余度，结构设计防线，节点构造要求等概念多方面明确阐述所设计是如何考虑实施防倒塌设计的。它同时也能使设计人员熟悉各类结构的破坏机理，增加结构设计人员对抗倒塌设计的概念。一个好的结构设计不应对于意外事件或者局部构件损伤而过分敏感，由于经济的原因，目前无法大范围提高整个结构的结构承载力储备，因此根据不同结构构件的重要性程度，对重要性程度高的构件增加其抗震承载力储备也是抗倒塌设计的一项重要内容。

二关于常用类型的几种结构体系抗倒塌设计问题探讨：

1。砌体结构抗倒塌设计分析。砌体结构仍是目前建筑工程中大量多层或低层建筑广泛采用的主要结构形式。对于砌体结构，当地震作用力平行于纵墙时，地震力全部由纵墙承担，横墙就作为部分安全储备，实际上这时横墙也要承担一部分地震力。当地震力平行于横墙时，地震力全部由横墙承担，纵墙就作为部分安全储备。实际上，这时纵墙也要承担一部分地震力。当纵墙或横墙变形进入弹塑性阶段后，墙体承担的地震力就会向构造柱等转移，此时由构造柱及圈梁等形成的对墙体封闭型类框架就开始承担水平剪力影响，对砌体墙两端设有构造柱时再在墙体内配置水平通长筋可以延缓墙体开裂和防止倒塌。对砌体结构而言，砌体结构的纵横墙就是抗震的第一道防线，而构造柱及圈梁等的作用是就是抗震的的第二道防线。构造柱加墙体内拉结筋及圈梁楼板等的作用是保证在横墙或纵墙在地震力作用下失去水平抗剪能力后还能裂而不倒并还具有承担竖向荷载的能力。

设计对策：对于砌体结构，设计或施工图审查应首先严格按规范要求控制其结构高度，特别是对于开间尺寸较大横墙较少的房屋，它的主要目的为保证砌体墙竖向承载力有必要的安全储备。再就是要复核其砌体墙布置情况，复核其是否符合抗震规范‘’优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系，要求同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀；墙面洞口的面积6,7度时不宜大于墙面总面积的55%，8,9度时不宜大于50%；在房屋宽度方向的中部应设置内纵墙，其累计长度不宜小于房屋总长度的60%‘’的要求。砌体结构工程抗震能力的强弱主要的是看其纵横向墙体布置间距及设置是否均匀合理。平面内尽量对称对齐，沿竖向上下连续等。再次就是要复核构造柱布置，墙柱拉结措施等是否符合要求。楼面是否采用全现浇楼板，砌体结构转角处有否布置角窗或转角阳台等则是为尽量避免出现结构薄弱环节的对保证砌体结构防止局部倒塌的防护措施。部分砌体结构多层住宅底层设置车库将外纵墙全部开大洞严重削弱了房屋的纵向刚度，该体系就是不符合抗震规范要求及抗倒塌设计要求的典型。而底部框架砌体房屋结构由于有上刚下柔及砌体墙与混凝土柱墙结构变形能力不同的特点，该结构形式为对抗倒塌不利结构，在汶川地震中有多处该类型房屋底部严重倒塌的实例。我们在结构设计中要尽量避免采用此类结构方案，如必需采用时应严格按抗震规范要求对其进行弹塑性变形验算，通过加强其抗震验算和加强其构造措施全面提高其抗倒塌能力。对于砌体结构而言，多层学生公寓多是纵横墙布置最理想化情况，在某多层学生公寓楼设计过程曾按多种设防烈度进行了分别的抗震验算，其验算结果证明了该类房屋的抗震能力是较强的，在严格按照抗震规范规定要求，在确保其它构造柱，拉结筋等设置等构造措施下该类房屋具有良好的抗震及抗倒塌能力。并且该类房屋也有大量的地震灾区成功经受考验的工程实例。