防止钢筋混凝土框架结构连续倒塌的措施与方法

陈 蕊

(银川市规划建筑设计研究院有限公司，宁夏 银川750001)

0 引言

保证结构的安全是结构设计最基本的任务，而防止结构发生倒塌是结构能够安全使用的重要保障。 无论什么样的结构形式，国内外已经发生了多起重大的倒塌事故，不仅造成了重大的经济损失，而且还带来严重的人员伤亡，同时还产生恶劣的社会影响。 对于结构的常规设计，都是基于正常荷载作用下对结构进行安全性的设计，而忽略了偶然荷载的作用，当偶然荷载作用下，结构往往会发生连续倒塌。近年来，地震、海啸等自然灾害时有发生，而人为的恐怖袭击也频频出现，由于偶然事件的发生几率不断增大，结构发生连续倒塌的可能性就越来越高。 结构的抗连续倒塌性能面临考验。 虽然常规荷载作用下结构设计已经成熟，但对于抗连续倒塌的认识还非常有限，开展结构的抗连续倒塌问题的研究工作，具有十分重要的意义。

1 控制偶然事件

偶然荷载发生的概率与很多因素有关，如：建筑的规模大小、人员数量及使用情况、车辆是否容易接近等。 通过多次的连续倒塌事故的调查统计， 致使结构发生连续倒塌事故的一个主要原因就是偶然作用。所以控制偶然事件的发生是防止结构发生连续倒塌的第一道防线也是最有效的方法。控制偶然事件的发生概率，这需要多方的努力。比如：加强对建筑看护人员的安全教育，严格安检，加强对建筑周边的巡护力度，来避免如人体炸弹等恐怖袭击；控制车辆的出如或者在建筑的周边通过设置防护带来防止车辆的撞击；限制在公共建筑等人口密集的建筑内燃气的使用，来防止燃气爆炸对结构的隐患；对于具有特殊使用功能的建筑，制定相应的措施来避免可能导致建筑发生连续性倒塌事件的发生。

2 消除引起结构发生局部破坏的诱因

若即使采取措施也无法控制偶然事件的发生时，消除引起结构发生局部破坏的诱因称为了防止结构发生连续倒塌的第二道防线。需要通过设计者对建筑结构进行把握，主要措施有：

（1）对于那些重要的、对抗连续倒塌要求高的建筑，应尽量避免建在存放易燃易爆物品的仓库或停车场附近，因为这些地方多发生偶然事件的概率比较高。

（2）建筑的平面应简单、规则。 一些例如“L”形“U”性的不规则平面其在偶然作用下耗能能力较低， 对于结构的抗连续倒塌能力很不利。

（3）建筑在竖向并尽量避免有大的突变，尽量避免结构竖向刚度不连续出现薄弱层与软弱层。 如果偶然事件发生在结构的薄弱层处，导致薄弱层上的某根主要受力构件失效， 其结果往往是毁灭性的破坏。

（4）应把紧急出口分散开来，紧急出口应设置在建筑的各个角落，且要远离建筑的高危险区域与薄弱区域。

（5）布置合理的柱距及梁的跨度，柱距不宜大于9m，采用连续板，来提高梁的跨越能力。

（6）在满足建筑的正常使用前提下，尽量的降低层高，因为当楼板或者主梁因偶然作用而发生坍塌时，柱子因侧向支撑的丧失而导致计算长度突然增大，这种情况发生连续倒塌的概率很大，因此层高不宜过高。

（7）在满足建筑正常使用的前提下，尽量提高结构底层的标高，这样可减少车辆撞击或者爆炸对建筑造成破坏的概率。

（8）在满足建筑正常使用的前提下，通过伸缩缝、沉降缝或者抗震缝的合理设置，把建筑分为若干区域，再将各个区域根据其使用性质的不同，将个区域分成不同的功能区，使结构具有能力将倒塌限制在一个区域内，以此减少人员伤亡与经济损失。

（9）应尽量避免主要受力构件裸露在外，用具有良好韧性的维护材料外包主要的受力构件，较少其与偶然作用直接接触的概率。

（10）对如通风系统、安装隔墙和空调设备等配套设施的紧固件进行合理的设计与施工，防止因偶然事件的发生而导致附属物对人员造成伤害。

3 防止结构发生连续倒塌的方法

结构工程师对结构的抗连续倒塌设计是防止结构连续倒塌的第三条防线，也是最为有效的方法。 合理的结构设计对于结构的抗连续倒塌能力起着决定性的影响。

（1）采用超静定结构体系

使结构具备抗连续倒塌的能力的一个最基本的要求就是采用超静定结构。 结构因偶然作用发生局部破坏时，超静定体系可以提供多条传力路径，保证剩余结构的整体稳定性。另外，构件可以在多个位置上产生塑性铰，这同时也提高了备用荷载传递路径形成的可能性。

（2）采用具有良好延性的建筑材料

当结构遭受偶然作用时，构件会因受力过大而进入塑性状态。 所以，在结构主体与节点处使用延性较好的建筑材料可以明显提高结构塑性变形能力与内力重分布能力。 而且，还可以避免结构发生脆性破坏，为人员逃生与营救争取宝贵时间。

（3）采用耗能支撑

偶然作用常常伴随着冲击作用，因此，在条件允许下，可选用耗能支撑铰可以有效的减小冲击荷载对结构的影响。

（4）考虑荷载的反向作用

对于诸如燃气爆炸等偶然事件，在其作用下的结构构件很有可能会陷入冲击波漩涡，进而导致这些结构构件承受了和正常设计方向相反的荷载。所以，对于受力构件，都应该考虑偶然事件作用下荷载反向的可能。

（5）对楼板进行特殊设计

偶然事件发生后，楼板可能受到与正常使用状态下反向的力的作用，当传递面荷载的梁或柱失效后，楼板可能会有原先设计的双向板变为单向板，或者由原先设计的双向板变为单向板，从而改变楼板的主受力方向。在设计楼板时，如果对其进行双层双向配筋，则可使其具备承受反向荷载的能力。在楼板底部设置具有足够锚固长度的通长钢筋， 在一定条件下可以使其在主要受力方向改变时仍然能够承载，虽然梁柱的失效会导致楼板跨度的增加，但是因为钢筋的悬链作用而使楼板不会塌落，进而可以使瓦砾的冲击作用不会影响到下部结构。

（6）有效利用梁的悬链线作用

在对结构进行抗连续倒塌分析时，若结构发生局部破坏，失效柱是上部主梁的支撑，则当梁柱的连接节点具备足够的强度时，结构不会发生连续倒塌，从而使主梁的悬链作用能够得到充分的发挥，进而能够继续承受楼板自重荷载与部分的活荷载。

（7）设置防撞柱

对于底层经常会有车辆来往或者存在停车场的建筑，可以在建筑外围设置防撞柱来减小车辆对柱的撞击影响。

（8）节点设计

节点的强度与延性直接影响了结构的承载能力，因此通过构造措施来改善构件之间的连接节点是更为有效的一种方法。 对于钢结构或者组合结构来说，节点的设计要比其他结构体系重要的多，因此在节点设计环节应该给予足够的重视。

4 结束语

总之，造成连续倒塌的原因包括设计与施工中的人为失误，以及在设计考虑范畴外的偶然荷载作用，如煤气爆炸、火灾、车辆撞击、炸弹袭击等。虽然结构发生连续倒塌的概率很小，但连续倒塌一旦发生，一般都会造成极其严重的后果，和恶劣的社会影响。因此，结构的抗连续倒塌问题受到越来越多的重视。

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