01 防倒塌設計

我國的結構抗倒塌設計,，最早還要追述上世紀70年代就已提出的“大震不倒”的抗震設計基本準則，根據(jù)二階段的設計要求,，主要從限制結構變形和采取必要的抗震構造措施來實現(xiàn),，主要屬于概念設計范疇,。

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面影響被進一步認知,，結構連續(xù)倒塌的概念和防連續(xù)倒塌的設計方法也得到了更多關注,。

“9·11”恐怖事件（左）；“5.12”汶川大地震（右）

結構連續(xù)倒塌,，指結構在偶然荷載（如強震,、撞擊、爆炸,、火災等非常規(guī)荷載）作用下發(fā)生局部破壞而形成初始損傷,，導致結構發(fā)生內力重分布而形成連鎖反應，最終致使結構部分或全部倒塌,。連續(xù)倒塌一旦發(fā)生,，往往會造成很嚴重的生命財產損失。

02 鋼結構抗倒塌需求

鋼結構在大跨,、復雜空間結構中有廣泛應用,，隨著形體造型藝術的不斷提升，以及建筑功能要求的不斷增加,，實際工程往往存在跨度大,、布置不規(guī)則性強、長細比較大等問題,，可能會造成結構抗倒塌能力的不足,，需要進行特殊的安全性驗證。

對近年來鋼結構倒塌事故進行梳理,，發(fā)現(xiàn)大跨廠房,、復雜公建的倒塌占多數(shù)，造成倒塌的原因有撞擊爆炸,、火災,、過載、局部缺陷,、施工不當?shù)?。這些工程事故，是鋼結構抗倒塌設計的指導和依據(jù),。

體育場施工不當致局部坍塌（左）,；在建廠房倒塌（右）

03 抗連續(xù)倒塌設計方法

國內外規(guī)范給出的抗連續(xù)倒塌設計方法有：概念設計法、拉結強度設計法,、拆除構件法,、關鍵構件設計法。其中,，拆除構件法的可操作性最強,，主要通過拆除某個構件，分析剩余結構的響應,，來評估結構的抗倒塌能力,。

初始損傷所在的構件,、以及其他重要構件，可作為待拆構件,。

04 待拆構件的選擇

雖然結構中的所有構件都可能受偶然荷載作用而形成初始損傷,，并非每個構件失效都會引起連續(xù)倒塌，對所有構件都進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件。

實際工程中,，概念判別和敏感性分析結合的方法應用較多,。前者是通過結構體系、傳力體系,、受力情況分析進行構件初選,；后者則是通過軟件計算進行敏感性分析，量化桿件的重要性,。

如以下某大懸挑鋼結構案例中，首先通過概念判斷,，篩選出西南側連廊部位,、東側電梯井部位、北側懸挑部位等幾個主要支承區(qū)域內的重要構件,。

整體結構模型

連廊西側邊榀桁架初選重要構件

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

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

利用通用有限元軟件建立模型，施加豎向荷載,，材料強度采用標準值,，分別進行正常情況下和結構受損后（拆除構件j），各構件響應的數(shù)值,，就能算得構件j的重要性系數(shù),。本案例中，構件響應選用了應力比進行計算,。

下表是連廊西側邊榀桁架中部分構件的重要性系數(shù)計算結果,。由結果可見,，端支座斜桿a-1的重要性較高，可作為待拆構件,。

05 動力響應分析

完整結構產生局部失效→應力重分布→結構達到穩(wěn)定受力狀態(tài),，是一個動態(tài)過程，涉及大應變,、大變形以及鋼構件的失穩(wěn)問題,，因此適合采用動力非線性方法進行模擬。

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定失效應變，立即移除待拆構件來考慮局部失效對剩余結構造成的顯著影響,。分析發(fā)現(xiàn),，構件拆除后，結構未發(fā)生倒塌或過大變形,；桿件最大塑性應變?yōu)槲闯^失效應變,，因而未發(fā)生連續(xù)性破壞。結果表明,，端支座斜桿a-1突然失效情況下,，結構仍具有抗倒塌能力。

構件拆除穩(wěn)定后的結果整體變形（左）,；塑性應變分析（右）

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

選自.投標書代寫網(wǎng) yipai178.com 過載下的結構破壞

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