结构的倒塌分为两类
:
一是,在地震
(
尤其是罕遇地震
)
作用下,结构产生非弹性的大变形,构件失稳,传力途径失效而引起结构的连续倒塌
;
二是,由于撞击、爆炸、人为破坏及地基塌陷等造成承重构件的失效,传力途径被阻断而发生连续倒塌。结构的防连续倒塌问题主要研究的是后者,抗震设计中的“大震不倒”只是防止结构连续倒塌问题的一部分工作。
防止结构连续倒塌的主要内容:防止意外事故
(
自然紧急状态—源自气候条件或地质变化等,如地基塌陷
;
或人为紧急状态—建筑内部或外部由于火灾或其他灾难性情况发生时,如爆炸、撞击等人为破坏—造成部分承重构件的失效,阻断传力途径
)
引起的结构连续倒塌问题。
“鲁棒性”是外来语,即
Robustness
,就是结构的整体牢固性,是防止结构连续倒塌设计的重要概念。
1)
整体牢固性好的结构,如
:
剪力墙结构、筒中筒结构、剪力墙较多的框架一剪力墙结构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构等,一旦个别结构构件破坏,其附近的结构仍可以弥补结构因局部破坏引起的传力构架的变化,保持承受竖向荷载的能力,防止结构发生连续破坏和倒塌。
2)
整体牢固性差的结构,如
:
框支结构、各类转换结构、板柱结构、单跨框架结构、装配式结构、楼梯等,一旦个别结构构件破坏,随即引起其附近结构的破坏,引发大范围的结构连续破坏和倒塌。
结构整体牢固性的主要特性
(
强调结构整体的牢固问题
):
1)
提高结构的冗余度,增加结构构件之间的刚接连接,尽量减少静定结构构件。
2)
结构应具有多道传力途径,作为应对意外事故发生时的储备
(
即一旦主要传力途径受到破坏,其他传力途径仍然有效
)
。
3)
某一关键构件破坏后,结构还能形成承受竖向荷重的构架。
4)
防止结构构件发生剪切破坏,提高构件的延性。
5)
在大弹塑性变形情况下,结构承受竖向荷重的能力下降幅度不大于
20%
,关键部位梁、板和柱等构件能承受一定比例的与正常使用状态相反的内力作用。
防止建筑发生连续破坏的主要措施有
:
结构应有较多的冗余度,以保障柱、横梁、隔板、节点的承重能力
;
连续加强配筋
;
提高结构构件和节点的延性。在允许范围内提高结构的延性可有效阻止结构破坏的继续扩大,即当某些承重构件发生破坏时,可以有较大的变形而不至于立刻失去所有的承载能力。
转变途径法
(Alternate Path Method)
。即当结构失去某一关键构件时,通过转变受力途径仍能承受相应的荷载组合
(
即能确保结构的稳定,而不发生连续倒塌。工程设计中应优先考虑采用此方法
)
。这里的关键构件指
:
一个单独楼板或两个相邻墙段形成的墙角,一根梁及其从属范围的楼板,一根柱或其他影响结构稳定的结构构件。
美国国防部定的原则:
1)
要求进行去掉一个主要承重构件或二个主要抗力构件的结构反应分析。对于一般住宅类建筑,去掉的限于房屋周边的主要承重构件
;
考虑有可能在房屋内部发生爆炸时,要去掉的构件包括外部及内部的主要承重构件。
抗连续倒塌概念设计应符合下列规定:
1 应采取必要的结构连接措施,增强结构的整体性。
2 主体结构宜采用多跨规则的超静定结构。
3 结构构件应具有适宜的延性,避免剪切破坏、压溃破坏、锚固破坏、节点先于构件破坏。
4 结构构件应具有一定的反向承载能力。
5 周边及边跨框架的柱距不宜过大。
6 转换结构应具有整体多重传递重力荷载途径。
7 钢筋混凝土结构梁柱宜刚接,梁板顶、底钢筋在支座处宜按受拉要求连续贯通。
8 钢结构框架梁柱宜刚接。
9 独立基础之间宜采用拉梁连接。
�结构还能形成承受竖向荷重的构架。
4)
防止结构构件发生剪切破坏,提高构件的延性。
5)
在大弹塑性变形情况下,结构承受竖向荷重的能力下降幅度不大于
20%
,关键部位梁、板和柱等构件能承受一定比例的与正常使用状态相反的内力作用。
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