01 防倒塌設(shè)計(jì)

我國的結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì),，最早還要追述上世紀(jì)70年代就已提出的“大震不倒”的抗震設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則,，根據(jù)二階段的設(shè)計(jì)要求，主要從限制結(jié)構(gòu)變形和采取必要的抗震構(gòu)造措施來實(shí)現(xiàn),，主要屬于概念設(shè)計(jì)范疇,。

而隨著“9·11”恐怖事件、“5·12”汶川大地震的發(fā)生,，房屋倒塌所造成的巨大危害和負(fù)面影響被進(jìn)一步認(rèn)知,，結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的概念和防連續(xù)倒塌的設(shè)計(jì)方法也得到了更多關(guān)注。

“9·11”恐怖事件（左）,；“5.12”汶川大地震（右）

結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌,，指結(jié)構(gòu)在偶然荷載（如強(qiáng)震、撞擊,、爆炸,、火災(zāi)等非常規(guī)荷載）作用下發(fā)生局部破壞而形成初始損傷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生內(nèi)力重分布而形成連鎖反應(yīng),，最終致使結(jié)構(gòu)部分或全部倒塌,。連續(xù)倒塌一旦發(fā)生，往往會造成很嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失,。

02 鋼結(jié)構(gòu)抗倒塌需求

鋼結(jié)構(gòu)在大跨,、復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)中有廣泛應(yīng)用，隨著形體造型藝術(shù)的不斷提升,，以及建筑功能要求的不斷增加,，實(shí)際工程往往存在跨度大、布置不規(guī)則性強(qiáng),、長細(xì)比較大等問題,，可能會造成結(jié)構(gòu)抗倒塌能力的不足，需要進(jìn)行特殊的安全性驗(yàn)證,。

對近年來鋼結(jié)構(gòu)倒塌事故進(jìn)行梳理,，發(fā)現(xiàn)大跨廠房、復(fù)雜公建的倒塌占多數(shù),，造成倒塌的原因有撞擊爆炸,、火災(zāi)、過載,、局部缺陷、施工不當(dāng)?shù)?。這些工程事故,，是鋼結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)的指導(dǎo)和依據(jù)。

體育場施工不當(dāng)致局部坍塌（左）,；在建廠房倒塌（右）

03 抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法

國內(nèi)外規(guī)范給出的抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法有：概念設(shè)計(jì)法,、拉結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)法,、拆除構(gòu)件法、關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計(jì)法,。其中,，拆除構(gòu)件法的可操作性最強(qiáng)，主要通過拆除某個(gè)構(gòu)件,，分析剩余結(jié)構(gòu)的響應(yīng),，來評估結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。

初始損傷所在的構(gòu)件,、以及其他重要構(gòu)件,，可作為待拆構(gòu)件。

04 待拆構(gòu)件的選擇

雖然結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件都可能受偶然荷載作用而形成初始損傷,，并非每個(gè)構(gòu)件失效都會引起連續(xù)倒塌,，對所有構(gòu)件都進(jìn)行拆除分析還會極大降低分析效率。所以,，需要采用合適的方法選取待拆構(gòu)件,。

實(shí)際工程中，概念判別和敏感性分析結(jié)合的方法應(yīng)用較多,。前者是通過結(jié)構(gòu)體系,、傳力體系、受力情況分析進(jìn)行構(gòu)件初選,；后者則是通過軟件計(jì)算進(jìn)行敏感性分析,，量化桿件的重要性。

如以下某大懸挑鋼結(jié)構(gòu)案例中,，首先通過概念判斷,，篩選出西南側(cè)連廊部位、東側(cè)電梯井部位,、北側(cè)懸挑部位等幾個(gè)主要支承區(qū)域內(nèi)的重要構(gòu)件,。

整體結(jié)構(gòu)模型

連廊西側(cè)邊榀桁架初選重要構(gòu)件

隨后，對這些重要構(gòu)件進(jìn)行敏感性分析,，得到各構(gòu)件的重要性系數(shù),。重要性系數(shù)計(jì)算公式如下：

式中，αj為拆除構(gòu)件j的重要性系數(shù),；n為構(gòu)件數(shù)量,；Sij為結(jié)構(gòu)中任意構(gòu)件i對應(yīng)于構(gòu)件j移除的敏感性指標(biāo)；γ,、γ’分別為正常情況下,、結(jié)構(gòu)受損后構(gòu)件i的響應(yīng)。

利用通用有限元軟件建立模型，施加豎向荷載,，材料強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值,，分別進(jìn)行正常情況下和結(jié)構(gòu)受損后（拆除構(gòu)件j），各構(gòu)件響應(yīng)的數(shù)值,，就能算得構(gòu)件j的重要性系數(shù),。本案例中，構(gòu)件響應(yīng)選用了應(yīng)力比進(jìn)行計(jì)算,。

下表是連廊西側(cè)邊榀桁架中部分構(gòu)件的重要性系數(shù)計(jì)算結(jié)果,。由結(jié)果可見，端支座斜桿a-1的重要性較高,，可作為待拆構(gòu)件,。

05 動力響應(yīng)分析

完整結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部失效→應(yīng)力重分布→結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定受力狀態(tài)，是一個(gè)動態(tài)過程,，涉及大應(yīng)變,、大變形以及鋼構(gòu)件的失穩(wěn)問題，因此適合采用動力非線性方法進(jìn)行模擬,。

失穩(wěn)模擬動畫

選用Ls-dyna軟件,，采用纖維梁單元建立桿系模型，采用非線性材料并設(shè)定失效應(yīng)變,，立即移除待拆構(gòu)件來考慮局部失效對剩余結(jié)構(gòu)造成的顯著影響,。分析發(fā)現(xiàn)，構(gòu)件拆除后,，結(jié)構(gòu)未發(fā)生倒塌或過大變形,；桿件最大塑性應(yīng)變?yōu)槲闯^失效應(yīng)變，因而未發(fā)生連續(xù)性破壞,。結(jié)果表明,，端支座斜桿a-1突然失效情況下，結(jié)構(gòu)仍具有抗倒塌能力,。

構(gòu)件拆除穩(wěn)定后的結(jié)果整體變形（左）,；塑性應(yīng)變分析（右）

通過數(shù)值模擬，還可以研究結(jié)構(gòu)在過載下的破壞情況,，分析結(jié)構(gòu)的極限承載能力,。

選自.投標(biāo)書代寫網(wǎng) yipai178.com 過載下的結(jié)構(gòu)破壞

>從“酒店倒塌事故”看結(jié)構(gòu)抗倒塌的重要性