提高结构抗连续倒塌能力的策略

摘要：

结构抗连续倒塌设计对偶然事件发生时，能有效控制破坏范围，减少可能引起的人员伤亡和经济损失。本文分析了提高结构抗连续倒塌能力的策略。希望本文的研究能为相关领域的研究带来新的启示。

关键词：结构；连续倒塌；策略

中图分类号：I043文献标识码： A 文章编号：

结构连续倒塌事故在国内外发生己不是新鲜的事，结构抗连续倒塌设计日益受到工程界的关注，防止结构连续倒塌成为一个重要的课题。

一、控制偶然事件

偶然荷载的发生频率虽然和建筑物本身没有任何关系，但是和建筑物的规模、用途、人员居住情况、所包含的单元数以及车辆是否易于到达建筑物等因素都有关系。历次事故的统计数据表明，突发事件是导致结构发生连续倒塌的重要起因，因此防止结构发生连续倒塌的根本在于控制偶然事件的发生，也就是我们常说的“防患于未然"，即把偶然事件的发生概率降至最低，为了达到这个目标，可以通过加强国民的安全教育、增强社会的保安监控系统等，让恐怖组织无藏身之所。

二、防止连续倒塌的建筑措施

我们可以通过建筑上适当的安排，减轻建筑发生连续倒塌的风险。虽然建筑师的主要目标是设计出既能满足业主的使用功能要求，又非常美观的建筑。建筑师防止连续倒塌事件的主要措施有：

(1)建筑平面宜简单、规则。不规则的平面布置，例如“U”形和“L”形，在偶然作用下的耗能能力较差。因此，当对建筑物的抗连续倒塌能力要求较高时，建筑师应当配合结构设计尽量避免平面布置上出现凹角。

(2)建筑物应当避免在竖向作较大的变动，避免出现结构上的柔弱层和薄弱层，以免结构的竖向刚度不连续，偶然事件发生时，若结构体系中存在薄弱层，则薄弱层上的某根主要受力构件失效时，结构有可能遭受毁灭性的破坏。例如，一般建筑师习惯通过抽柱的方法在底层设置大空间，这种情况下，被抽掉柱的上层需要用跨度很大的转换梁将上部结构的荷载传递下来，当转换梁两侧的柱遭受爆炸荷载或车辆的撞击时，将使整个结构处于非常不利的受力状态，建筑物可能会因此发生连续倒塌，从而造成灾难性的后果。

(3)民用建筑物的选址应当远离存放、生产易燃易爆物质的区域，也就是说尽量使建筑物远离爆炸源。

(4)对于机动车辆撞击或汽车炸弹爆炸这类偶然事件，可通过抬高底层地面标高，使机动车辆难以抵达建筑物来避免这类偶然事件对建筑物的破坏。

(5)对较为重要的建筑物而言，应将停车场或存放易燃、易爆物品的仓库等突发事故发生概率较高的建筑物和安全等级较高、对结构抗连续倒塌能力要求较高的建筑物脱开，也就是尽量将不安全区域予以隔离。

(6)为防止建筑物上的突出构件(例如雨蓬、挑檐等)在偶然作用下发生破坏，应当对这些构件进行特别的设计，防止它们在偶然作用下发生坍落，伤及人的生命。

(7)对通常的建筑物而言，宜用韧性较好的围护材料把受力构件包起来或采取其它保护措施降低主要受力构件直接受到破坏的可能性，尽量避免将主要受力构件直接在外。

(8)在较为重要的建筑物周围设置安全隔离带。例如可以设置绿化带、树木、小河甚至钢栅栏等，使机动车辆不能轻易抵达受保护的建筑物。

(9)紧急疏散的出口及楼梯间应相对分散于建筑物的各个角落，并尽可能远离建筑物的薄弱区域和高危险区域(可以参考防火规范对疏散出口进行布置)。

(10)在不影响建筑要求的前提下，可以通过合理设置伸缩缝、沉降缝或抗震缝把建筑物划分为若干个区，尽量将各个区根据使用性质的不同分成不同的功能区，使得偶然事件发生时结构有能力把倒塌限制在一个区内，减小人员伤亡和经济损失。

(11)尽量减小建筑物的层高。勿庸置疑，建筑物的层高是影响结构抗连续倒塌能力的一个重要因素，特别是当楼板或主梁因偶然作用发生坍落时，柱子因为侧向支承的丧失而导致计算长度突然增大，在这种情况下柱子可能发生整体失稳从而导致构件发生一系列的继发失效。因此，参考国外文献的相关规定，本文建议，除非建筑上有特殊的、至关重要的要求，否则层高一般不宜超过4．8米。

三、防止连续倒塌的结构措施

1、采用超静定结构体系

采用超静定结构体系是提高结构抗连续倒塌能力的一个基本要求。结构因偶然作用发生局部破坏的前提下，超静定结构体系通常有能力提供二级荷载路径，当关键支承构件失效后，主要结构仍能在短时间内维持整体稳定性。此外，在超静定框架结构体系中，塑性铰可以在构件的多个位置形成，这提高了结构发生局部破坏后备用荷载路径形成的可能性。

2、采用延性较好的材料

对偶然作用下己发生局部破坏但尚未倒塌的结构进行抗连续倒塌能力分析的结果表明，结构在遭遇偶然作用时，局部构件会因受力过大而进入塑性状态。因此，应尽量选用延性好的建筑材料用于单元和节点连接，提高结构塑性变形的能力和内力重分配的能力。同时，使用延性好的材料，还可以避免结构发生脆性破坏，给人员的生逃和营救争取时间。

3、设置防撞柱

在建筑允许的条件下，对一些重要的承受竖向荷载的落地构件，可以通过设置防撞柱来避免机动车辆撞击的不利影响。

4、尽量采用耗能支撑

偶然事件对结构体系的不利影响难以预料，但无论是哪类偶然作用，都对结构有冲击作用，为减小冲击荷载对结构的影响，在条件允许的情况下，耗能支撑是较为合适的选择。

5、楼板设计

在冲击荷载作用下，楼板的受力方向可能和正常使用条件下的受力方向不同，而且当传递楼面荷载的某根梁或柱失效时，楼板的主受力方向也可能发生变化，因此设计时应当对楼板进行特殊设计，并进行双层双向配筋，使得楼板有能力在跨度方向和受力方向改变的情况下继续承载，从而阻止楼板的坍塌，减小落于结构其它部分的残骸堆载。

6、楼板的悬链线作用

尽可能在楼板中配置通长钢筋。当承受竖向荷载的某根梁失效但楼板的跨度方向未发生改变时，若楼板中配置了足够的通长筋并且钢筋具有足够的锚固睦度，此时，楼板虽然可能产生非常大的挠度，但仍能够像悬链线一样充分发挥钢筋的受拉作用而继续承载，从而保护下部结构免受瓦砾冲击荷载的影响。

参考文献：

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[2]潘岳，夏宪成．建筑物突然倒塌的模式与作用机制探讨，建筑安全，第14卷，第5期，2011

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