关于结构抗连续性倒塌破坏的综述

荣 雷 吉纪全 周长明

(1.北京世纪千府国际工程设计有限公司江苏分公司，江苏 南京 210000；2.南京双高建筑设计有限公司,江苏 南京 210000; 3.周口市建筑设计研究院,河南 周口 466000)

关于结构抗连续性倒塌破坏的综述

荣 雷1吉纪全2周长明3

(1.北京世纪千府国际工程设计有限公司江苏分公司，江苏 南京 210000；
2.南京双高建筑设计有限公司,江苏 南京 210000; 3.周口市建筑设计研究院,河南 周口 466000)

介绍了各国规范关于结构抗连续性倒塌的设计定义，指出美国的定义相对合理，综合抗连续倒塌设计原则、我国建筑结构的现实状况和现阶段结构抗连续性倒塌的研究成果，提出了结构抗连续性倒塌的设计方法、拉结强度设计方法，并给出了有关配筋构造措施。

结构，抗连续性倒塌，拆除构件，配筋构造

近年恐怖袭击日益猖獗，这些恐怖袭击往往发生爆炸事件，某些爆炸使建筑物产生连续性倒塌，造成人员伤亡[1-3]。因此，各类结构物及其关键构件在遭遇强烈爆炸作用下如何实施有效的防护避免严重的破坏，降低甚至免除生命财产损失，已经成为世界各国工程技术人员的一项现实而重要的课题。结构是各类建筑物的支撑，起骨架作用，在设计基准期内应保证其在各种荷载作用下必要的可靠度和安全性。各种荷载和作用中，偶然荷载和作用常是结构产生连续性倒塌的主要原因，然而爆炸这种偶然作用属于突发事件,其无法估量的特性有作用位置、量值等,而且其作用时间不定且短、作用量值很大。这对研究结构抗连续性倒塌带来了困难，所以亟待工程技术人员进一步研究此问题，使结构能够合理抵抗偶然荷载和作用产生的连续性倒塌。

1 结构连续性倒塌的定义

近年，结构抗连续性倒塌越来越受到结构设计人员的关注，但对连续性倒塌各国定义有所不同。

英国设计规范定义：“突发性偶然荷载发生后，引起结构局部破坏失效，继而引起与局部失效构件相连的构件失效，产生连锁反应，如此继续下去，最后导致大范围的倒塌破坏甚至完全倒塌，最终的破坏与初始破坏原因不相称[4]。”

美国ASCE 7—10“Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures”中定义：“当结构在常规的使用条件下，因为突发性偶然荷载引起结构的初始局部破坏，初始局部破坏发生后，原先由初始局部破坏构件的荷载传递到其周边构件，由于荷载增大超过周边构件的承载能力继而产生破坏，如此传递下去，最终导致结构完全倒塌或产生与初始局部破坏不相称的破坏。”

英国定义中不相称的倒塌是以破坏原因为参照，而美国是以局部破坏为参照，当破坏原因与最后倒塌成比例，而破坏原因引起的初始破坏是很小的倒塌，这个情况在英国定义中不属于连续性倒塌。因此，美国将倒塌破坏的程度与造成初始局部破坏相比较是合理的。

2 结构抗连续性倒塌设计的意义及原则

与国外相比，我国抗连续性倒塌的研究起步滞后，且因为经济发展水平的原因，我国结构体系冗余度小、可靠度偏低。与之相对应的是，结构遭受恐怖袭击的爆炸作用和偶然爆炸作用的概率却有增加的趋势。由于我国结构特点，从而更容易遭遇连续性倒塌，鉴于连续性倒塌事故可能导致巨大的破坏和带来生命财产的损失，因此我国应更重视结构抗连续性倒塌设计，避免不必要的灾害。

我国GB 50010—2010混凝土结构设计规范中第3.6.1条对混凝土结构抗连续性倒塌设计提出了以下适宜的要求：

1)采取减小偶然作用效应的措施；2)采取使重要构件及关键传力部位避免直接遭受偶然作用的措施；3)在结构容易遭受偶然作用影响的区域增加冗余约束，布置备用的传力途径；4)增强疏散通道、避难空间等重要结构构件及关键传力部位的承载力和变形能力；5)配置贯通水平、竖向构件的钢筋，并与周边构件可靠地锚固；6)设置结构缝，控制可能发生连续倒塌的范围。结构抗连续性倒塌设计是指当结构遇到设计规定范围内的偶然作用(超过现阶段各综合条件所能承受的巨大作用和毁坏性破坏不包括在内)，仍能保证结构必须的整体稳定性，或当结构发生局部初始破坏时，不至发生因初始破坏导致扩大的倒塌，避免发生连续性倒塌事故，造成生命财产的损失。结构抗连续性倒塌设计需综合考虑各方面措施，加强结构性能以承受偶然作用导致的扩大破坏。

3 结构抗连续性倒塌设计方法

结构抗连续性倒塌设计是要求结构遇到偶然作用时有足够的耗能能力，主要包括延性、冗余度和连续性。当结构发生局部破坏时，荷载能有效的传递到剩余结构，并且要求剩余结构有足够的承载冗余荷载的能力，使结构仍能保持整体稳定性[5]。根据国外对结构抗连续倒塌的研究，并结合我国结构的实际情况和我国现阶段的经济发展水平，对抗连续倒塌设计提出了以下常用的设计方法，主要分两类：间接设计法和直接设计法。

间接设计法是从全局考虑再细化，使设计合理、结构传力有效和连续以及承载能力有冗余，主要包括：1)通过合理的优化结构布置，使结构受力趋向更合理，减少结构的薄弱部分和薄弱度，提高结构的抗破坏能力；2)加强结构的构造连接，使结构发生局部破坏时能将冗余荷载有效的传递到周边构件，减小单个构件的荷载作用；3)使结构有足够的冗余度，保证结构构件能承受冗余荷载，并能将冗余荷载传递到周边构件上，减轻单个构件的负荷，不至于发生各个击破；4)采用延性良好的新材料，提高结构的变形和耗能能力，避免产生脆性破坏；5)梁和楼板的悬链线作用可以适当采用；6)考虑荷载对结构反方向的作用；7)使结构墙能承受横向荷载；8)结构设计分析时对结构进行连续性倒塌结构分区。

直接设计法主要包括：1)局部加强法，通过提高构件的承载力，抵抗偶然事件作用在该构件表面的附加侧向荷载；2)拉结构件法，拉结构件法通过对结构构件之间的连接强度设计，增强结构的整体牢固性和备用荷载传递路径的能力，提高结构抗连续倒塌的能力；3)拆除构件法，对构件的拆除需满足一定的规则，拆除后对剩余结构进行抗连续倒塌计算分析，由分析结果进行评估，调整不满足要求的结构构件，并重新进行抗连续倒塌计算分析。

设计思想指导结构设计，正确的把握设计思想才能做出合理的设计，抗连续倒塌设计思想可分为三类:

1)当结构构件直接承受突发的偶然作用时，应具有一定的承受能力；2)使结构具有荷载有效的传递路径和承受冗余荷载的能力；3)使结构分区隔离,将局部破坏限制在分区范围内。

4 结构抗连续性倒塌配筋构造建议

基于突发性偶然作用的作用特性，结构需有一定的构造配筋才能保证抵抗连续性倒塌破坏，综合国内外有关的经验提出了以下几点建议[5]：

1)楼板四周梁的梁底应不少于一通长纵筋(或保证此纵筋连接可靠)，在非连续支座处此纵筋的锚固应牢靠，不低于抗震规范中锚固的要求，通长纵筋处的箍筋应有足够的约束能力；2)结构周边梁连续纵筋不少于跨中纵筋最大配筋截面的1/4，不小于梁顶支座处纵筋最大配筋的1/6，且不应少于2根；3)梁连续纵筋应尽量置于外围，与箍筋角部相连，箍筋末端应该做成不小于135°弯钩；4)应适当的增强楼板结构的拉结强度，可采用贯通楼板的部分钢筋的措施。

5 结语

目前，在控制结构因意外事故发生连续破坏方面，无论对其设计理论与设计方法都还缺少更深入研究，还存在一定问题。不同结构体系具有不同的破坏特性，需要研究和制定不同的结构设计特性。结构设计规范仅是对结构设计方法和结构构造在一般正常使用情况下进行了规定，对于突发性偶然作用，由于其无法估量的特性且作用时间短，规范中很难对结构作出明确规定保证其安全性和必要的性能。结构的合理布置、整体性和薄弱部分、构件之间的连接部分、冗余度合理的控制、关键构件理解及其安全储备、细部配筋构造、结构构件的延性等都关系到结构抗连续倒塌的性能，结构设计人员不仅要掌握结构体系的冗余度以及备用安全储备、结构传力途径、连接构造细节与受力机理、结构体系受力的层次性等结构设计概念和原理，而且需对突发性偶然作用作出合理的评估，综合各方面因素，最后能结合现阶段先进条件采用合理的结构分析方法和手段，参考规范以及工程实际经验，才能做出满足各方面要求的合理结构设计。

[1] 胡晓斌，钱稼茹，张佑启.结构连续倒塌分析与设计方法综述[A].首届全国建筑结构技术交流会论文集[C].2006：579-583.

[2] 孔新立，金丰年，蒋美蓉.恐怖爆炸袭击方式及规模分析[J].爆破，2007，24(3)：88-92.

[3] 梁 益，陆新征.三层RC框架的抗连续倒塌设计[J].解放军理工大学学报(自然科学版)，2007，8(6)：659-664.

[4] McGuire.Prevention of Progressive Collapse[A].Pro-ceeding of the Regional Conference on Tall Buildings[C].Bangkok:Asian Institute of Technology,1974.

[5] 陆新征,李 易,叶列平,等.钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌设计方法的研究[J].工程力学,2008,25(S2):150-157.

A summary of structure resist progressive collapse

Rong Lei1Ji Jiquan2Zhou Changming3

(1.JiangsuBranch,BeijingCenturyPalaceInternationalEngineeringDesignLimitedCompany,Nanjing210000,China;2.NanjingShuanggaoArchitecturalDesignLimitedCompany,Nanjing210000,China;3.ZhoukouArchitecturalDesignInstitute,Zhoukou466000,China)

This article introduces the structure design codes of different countries about the definition of anti progressive collapse, and points out that the definition of American relatively reasonable. Comprehensive anti progressive collapse research results in progressive collapse of anti reality design principles, building structure in China and the present stage structure, design method to structure resist progressive collapse and strength design method is proposed, and gives the relevant reinforcement measures.

structure, progressive collapse resistance， alternative path， detail design

2014-11-20

荣 雷(1987- )，男，助理工程师； 吉纪全(1985- )，男，助理工程师； 周长明(1987- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)04-0052-02

TU311

A