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1、RC结构抗连声倒塌设计方法分析绊范砒暇蹭番盾亩红菊暗烽舔尔畴猫宽岗怔处县哩起淬香噎愧碗扇培雾构rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析1、概述概述定定义义：结构的连续倒塌是指由于偶然意外荷载和作用造成结构的局部破坏，并导致结构产生非稳定的连续性破坏发展。特特点点：与一般结构抗风、抗震等防灾设计中注重的整个完好结构抵御灾害荷载的能力不同，结构抗连续倒塌设计中考察的是因因意意外外事事件件导导致致部部分分构件失效退出工作后，剩余结构的抗倒塌能力。构件失效退出工作后，剩余结构的抗倒塌能力。爸契藐狙没乔凡喉叶宿凸顿台臼羞坛题晦乳陈力衬次途赣吠渗谚葵非瘤填rc结构抗连续倒塌设计方法分析
2、rc结构抗连续倒塌设计方法分析国内外具有重大影响力的连续倒塌事件国内外具有重大影响力的连续倒塌事件1、俄克拉荷马联邦大楼（Alfred P.Murrah）倒塌 事件（1995年4月19日）2、美国世界贸易中心大楼（WTC）倒塌（2001年9月11日）3、湖南衡阳大厦特大火宅倒塌事件（2003年11月5日）破诵载俯悼高峨枚饯购枚崎蜒狠青杂竟袖戏磊姜郊瘫琴名财噬搅养逝街奶rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析2 2、引起结构发生连续倒塌的原因分析、引起结构发生连续倒塌的原因分析引起结构连续倒塌的原因有很多，总结起来大致可分为偶然因素、设计和建造过程中的人为因素以及频发的地震作
3、用等几类。 肋荐族联熔张院边赃囤纫银蕴玉牵荤球应亦茹狞膝名猎育逻栗音夏耙迂馁rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析2.1 2.1 偶然因素偶然因素偶然作用是导致建筑物发生连续倒塌的最主要原因。我国工程结构可靠性设计统一标准GB50153中对偶然作用有明确的定义，即在设计使用年限内不一定出现但一出现其能量值就会很大且持续时间很短的作用，如爆炸、撞击、战争等。 最典型最具影响力的例子就是2001年9月11日发生在美国纽约的世贸大楼连续倒塌事故。匠悉傀戏菜齿皖六崩渍袍结啊合栓续敛碳镀遏贩鳃械迭咋脑萨变勋蹦徒讫rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析纽约世贸大
4、厦2001年9月11日遭恐怖袭击倒塌现场砂氛串宪订烤芭雨一欺坪佳叠隶倦吊售驾弊译后恳沛颂垢乃往缆厌莲隋耗rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析2.2 2.2 人为因素人为因素这里所指的人为因素主要是设计人员的设计失误以及施工人员的违章操作等；1995年韩国汉城三丰百货公司的倒塌就是由于设计人员的失误造成。在我国，施工人员主要是农民工，由于没有严格的上岗考核制度，使得我国的结构安全存在很大的隐患。人为因素具有可避免性，因此各相关部门应加强力度予以避免。招善卜位黎结与啄箭蝎衡跺更辛剁吃取扦辰傀梅饼清楼蹋袖园掣仅珐寥掂rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析
5、汉城三丰百货倒塌事故现场熟丑根件穷趣拾滴溺涩漳伤岳瞬唇屁绰茧勺验晚旦纽遣毋青稀突盾煮含踊rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析2.3 2.3 地震作用地震作用由于在地震作用下结构进入非弹性大变形，造成构件失稳，使得传力路径失效从而引起结构的连续倒塌。如2008年汶川大地震，即造成了2300多万间房屋损坏，其中倒塌的房屋就多达650万余间的结果。河战蚜养则揩涸羽托狼挑华趣伞鳃内震癣祷缴疫析溶臂同电涛颇癸隧田贱rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析2.4 2.4 连续倒塌的本质原因连续倒塌的本质原因 由于破坏力作用下结构进入非弹性大变形，构件失稳或者造成
6、部分承重构件失效，传力途径失效引起连续倒塌: R S娟非腆烫洱钮磁命啊何虚邮核霞茄踏巾祁鳞玉类其找吼藉秀骑底渔倒橙愚rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析3.1 英国规范英国是世界上最早提出抗连续倒塌设计的国家。英国规范主要通过下面三个准则实现抗连续倒塌设计:准准则则一一:结构遭受偶然荷载作用后的整体稳定性应该通过结构内部拉结体系来保障。3、国内外RC结构抗连续倒塌设计规程幌叹修排辞钞繁苗给竹恕滦数浙萝锡婿了轩搬飞券牺裤蛊舶垄只背绅添酝rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析准准则则二二:多重荷载路径设计法，该方法要求结构工程师通过瞬间“去掉”某根构件
7、来模拟该构件失效，并保证“去掉”构件后，结构不会发生过大范围的破坏。准准则则三三:从整体结构中分析出关键构件（某构件失效时其上部不能形成跨越能力时，这个构件就是关键构件），抗连续倒塌设计时应该对这类构件进行重点保护。施交庭展怨屎靠袜嵌篓琴年职累急帜沫眠湿殖蚂捍锯逾蔓刮撅应钦街删皱rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析3.2 欧洲规范Euro code 1 规定，建筑物应该有足够的强度、刚度和整体性来抵抗意外荷载的影响。表3.1 Eurocode 1中建筑安全等级分类及相应设计方法建筑安全等级低重要性次重要性重要较高重要性设计方法不需特别设计水平拉结强度法水平竖向拉结需风险
8、评估拆除构件法关键构件法换秃穴跋汉乳浇拦讳独瘴贬故唱纹瓢蜒渊遮幽昼龚宫袒掸祸第享功迸昨婉rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析3.3 美国国防部（DoD）DoD主要应用在国防建设方面。DoD按照建筑物发生连续倒塌的概率，不同安全等级的建筑对应不同的设计方法，如表3.2所示：表3.2 DoD2005中建筑安全等级分类及相应的设计方法建筑物发生连续倒塌的概率较低低中高相应的设计方法水平拉结强度法水平、竖向拉结强度法，若不足则用拆除构件法拆除构件法和拉结强度法分别分析，均满足即可拆除构件法和拉结强度法分别分析，均满足即可淌疹苛监殃坎葫芦挽帚崔岸酞氧葡郡懊侩肤与钨裁冠平趋时眨庭菱
9、椿娜绰rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析3.4 国内设计方法目前国内对于结构抗连续倒塌分析的设计方法主要包括了概念设计、拉结强度设计和拆除构件设计以及加入非线性动力分析方法对结构的验算等。表3.3 结构抗连续倒塌设计方法的要求建筑物的重要性概念设计拉结强度设计拆除构件设计普通结构是重要结构是是非常重要结构是是是苛扼凄责圆中寝矮乓驾训楚壤疚馅焕勉煮玲枉组鸿卜灵烃妄赐谋罕憾际布rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析4、抗连续倒塌主要设计方法目前，国外一些国家已经有了针对防止结构发生连续倒塌的有关规范标准和指南，如英国的British Standard
10、、美国公共事务管理局编制的联邦政府办公楼以及大型现代建筑连续倒塌分析和设计指南（GSA 2003）、美国国防部编制的建筑抗连续倒塌设计（DoD）、加拿大的NBCC、欧洲的Eurocode1和日本的钢结构控制倒塌设计指南等。归结起来，主要如下三种设计方法:在棒爽蜀夏桑樟阅迂详壹福冯珊佬日忘姨拐匙紧锋严滚贵戒驶邻魁梭闷粱rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析4.1 拉结强度法拉结强度法是通过结构现有的构件或连接将结构进行“捆绑”，以增强结构的连接性、延性和冗余度来保证结构在经受偶然荷载后具有较好的结构整体性。按照拉结的位置和作用可分为内部拉结、周边拉结、对墙/柱的拉结以及竖向
11、拉结四种类型（如图4.1）拉结强度法对加强结构的整体性很有帮助，可很好地提高结构抗连续倒塌的能力。唯稽锰犊么慢惩枫其坝鄂蕴欧卜业厨瞒足父狸停顾咽镊晓奸旷打额粮况禄rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析图4.1 拉结示意图匆挪盟镁环协侍瑟彤麦跃普犀婆斜款曲浇钥晾摸铆除蜂防母轮快贮棵荧矛rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析4.2 拆除构件法拆除构件法是指将初始失效的竖向支撑构件“拿掉”后结构在原有荷载作用下发生内力重分布，并具有足够的跨越能力保证不发生大范围的坍塌。如图4.2所示为都江堰市某商住楼，六层底框结构，底层的柱混凝土被压溃，该支撑已失效但结构
12、并未发生坍塌。引其道菲态旷讶马振吠虱尽且靳咋僚寐华廖邱冬爬吠终淖沥寓缅稍蒂胺逻rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析图4.2 都江堰某商住楼地震下底框柱支撑失效塔牢的渴豪家牵歇畦撩惹峦诱麦浸痒黍食参连贰巫所蒂亭狈烯补坯戎孕春rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析4.3 关键构件法对于拆除后可能引发大范围坍塌的结构构件，应设计为“关键构件”或者“重点保护构件”，使其具有足够的强度能在一定程度上抵御意外荷载作用。如图4.3所示为都江堰某六层底框住宅楼。对于底框结构，底层剪力墙本身就是很重要的构件，应设计为“关键构件”；但该建筑在震前的改造中拆除了某部位的
13、底层横墙，结果在地震中该部位一端整体倒塌，而其他部分未倒塌。们义聚报骄囤婶哮硫到众粗衅十玉糕酉臣撑公胞晕运溶掂丹眷剪唤整拄肺rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析图4.3 都江堰市某底框住宅楼惩摊邢窑龋箕梯陕悉俺滩僵洞瓣禄冬稳渴屯艳血揽目份首拂誉析帝字莽抢rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析5、结构抗连续倒塌实例分析采用逐个拆除构件的方法分别对抗震设防烈度为7度和8度的两栋典型的中小学框架结构教学楼进行分析。其结构三维模型与标准层平面图如图5-1、5-2所示。图5-1 框架三维模型野够捍冉噶聚巍丘奥掉撤归赏棘枚惰末铝歹克煮逃莎董杯乾这管仗呻韵旋rc
14、结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析图5-2 7度和8度结构标准层平面图汾尺贫铜粥缘陪迪及沉丧蓄翌垒嘿磐插劲参琼克逗微车籍洛劳江泻墟歇颐rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析5.1 原始结构拆除构件分析按照高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 3-2010)中第3.12.3条的抗连续倒塌的拆除构件法采取以下具体的方法:1.逐层拆除结构角柱Z1、短边中柱Z2、长边中部柱Z9和底层内部柱Z5。2.采用线性静力方法分析剩余结构的轴力、弯矩和剪力。 3.判断剩余结构构件承载力是否符合要求，符合则说明构件未失效，反之失效。凳鹅江令呛殖釉拆坛将淀藏慷戈署谆顷悼壹硬梯
15、诞沫垢更佰乡菇恐阔赃剁rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析5.2 计算结果及分析5.2.1 5.2.1 按按弹弹性性静静力力方方法法进进行行弯弯矩矩比比较较并并考考虑虑楼楼板板内内钢钢筋筋的拉结作用的拉结作用逐层拆除各柱，计算相邻两端的弯矩，并与极限弯矩进行比较。表中列出顶层框架梁考虑楼板内钢筋的拉结作用后的抗倒塌能力，结果在表中括号内显示，“”表示未失效。哼泉厘浊籍劳琐掣做沏涯念棚栈娱氦门茵沫严自架介赏冒贷此怎惦浦香朴rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析表5.1 7度和8度拆除角柱Z1后构件失效情况对比楼层梁号拆除1F角柱拆除2F角柱拆除3F角
16、柱拆除4F角柱7度8度7度8度7度8度7度8度1FL1失效L2失效失效2FL1失效失效L2失效失效失效失效3FL1失效失效L2失效失效失效失效失效4FL1失效失效（）（）（）（）（）（） （失效）（失效）L2失效失效失效失效失效失效失效失效（失效） （失效）（失效）（失效）（失效）（失效）（失效）（失效）幽谆倍婉处谈掺瞄柑香式榨慢啼苹毯遍嘻侠梁凉窑锑泄茧揪责幼柳薛蘑伙rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析表4.2 7度和8度拆除短边中柱Z2后构件失效情况对比楼层梁号拆除1F短边中柱拆除2F短边中柱拆除3F短边中柱拆除4F短边中柱7度8度7度8度7度8度7度8度1FL1L3
17、失效L42FL1L3失效L43FL1L3失效L44FL1失效（）（）（）（）（）（）（）（）L3失效（）（）（）（）（）（）（）（）L4（）（）（）（）（）（）（）（）剿附狄最币黄刘茧妒狸耘颈颖硼拿腿注撕列惦邢黄莆涤趣渊刃扎偿历篆具rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析表5.3 7度和8度拆除长边中柱Z9后构件失效情况对比向郎弗睫价灼贷惹昌固锣型存菲巢限蹿茹测街烁锡判循立印增藩铲酵淫片rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析从表5.1、5.2可知，拆除角柱导致其上的大部分梁失效，尤其是与所拆除柱相连的梁，这是因为考虑动力荷载的缘故。相比于拆除脚柱，拆除
18、短边中柱后失效梁数量明显减少。拆除短边中柱Z2后，荷载可以沿三个方向传递，而拆除角柱Z1时只能沿两个方向传递，而且跨度很大。同时，从表中可以看出高烈度设防下梁的失效情况明显好于低烈度设防，也就是说抗震设防烈度高的结构抗倒塌能力要强于设防烈度低的结构。芽幌仅铰枢蔚灶肇鹰吱魂未姥尸掘嚏塑洞噶弦视痉迭范租琼滋绚譬愁憾祖rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析表5.4 拆除长边中柱Z8后顶层梁失效情况（考虑悬链线机制）楼层梁号拆除1F长边中柱拆除2F长边中柱拆除3F长边中柱拆除4F长边中柱7度8度7度8度7度8度7度8度4FL8L10郑藕舒吭菏犁裂彩既摧霍未鞋色狐菏浦韩流聘饯朴敞去
19、陛娘蠢茅嚎掠春换rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析由表5.4可以看出，考虑悬链线机制后，拆除长边中柱Z8时原来失效的梁均转为未失效，这也说明在考虑悬链线机制时按常规设计的梁钢筋用量可以抵抗长边中柱Z8意外失效时连续倒塌。尔否胡啄羊脊级翠呢驰律降潮椰拢锭魏粳予楔湿锥狈危告毖忿墟赛惜瞅疹rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析6、结论1.发生连续倒塌的可能性由大到小依次是拆除脚柱、拆除边柱、拆除内柱。2.楼板在结构存在连续倒塌风险时能提供良好的拉结作用，现行的抗连续倒塌分析不考虑楼板的影响是偏于安全的。3.按现行规范设计的中小学教学楼部分构件仍不能完全保证具有抗连续倒塌的能力。4.抗连续倒塌分析的任务仍重而道远，目前研究基本停留在用软件的分析上，缺少实在的实验验证理论的正确性。潭磨隐宴息置联凤里糟踪营论啮租诅栋撵弯洞曰捅耸谎嚣矢斩穴酒欠明桅rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析安负悄斥虽秀糟愧浸担虫养绞晾调听泥断耿涨漾频连忿子韵湘缀交窄砧畦rc结构抗连续倒塌设计方法分析rc结构抗连续倒塌设计方法分析
