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混凝土结构防连续倒塌设计方法及规范差异

更新时间:2025-01-17 工作计划 版权反馈
【摘要】:目前,结构防连续倒塌的设计方法主要包括概念设计法、拉结强度法、拆除构件法和关键构件法。在目前的规范当中,很多都提及拉结强度法,但细节上存在差异。拉结强度法是一种被量化的间接设计法,只需对构件与构件的连接进行受力分析,设置专门的拉结钢筋。在拉结强度、荷载组合、层数、接续跨度、材料参数等方面,不同规范的做法不一样,拉结强度法的设计参数经验性成分较多。

目前,结构防连续倒塌的设计方法主要包括概念设计法、拉结强度法、拆除构件法和关键构件法。

(1)概念设计法。

国内外规范防连续倒塌的概念设计,主要从结构体系的备用路径、整体性、延性、连接构造和关键构件的判别等方面进行结构方案和结构布置设计,避免存在易导致结构连续倒塌的薄弱环节。具体内容包括,但不限于以下方面:

①增加结构的冗余度,使结构体系具有足够的备用荷载传递路径;

②设置整体性加强构件或设置结构缝,以阻隔连续倒塌的扩展;

③加强结构构件的连接构造,保证结构的整体性;

④加强结构延性构造措施,保证剩余结构的延性;

⑤可能遭受爆炸作用的结构构件,应具备一定的反向荷载承载能力;

⑥连接的承载力不应小于被连接构件的承载力,连接应具有允许构件大变形的能力。

(2)拉结强度法。

拉结强度设计通过已有构件和连接进行拉结,提供结构的整体牢固性以及荷载的多传递路径。根据英国《混凝土结构设计规范》(BS 8110)中的设计条文,可以总结出拉结强度法的设计思想:

①结构在初始破坏发生后各楼层产生的不平衡荷载由其本层框架梁承担,当每层框架梁能够有效防止本层不平衡荷载引起的倒塌时,整体结构的连续倒塌就被有效地防止;(www.xing528.com)

②每个楼层内,结构发生倒塌的极限状态为悬链线破坏机制,当楼层的构件拉结能力能够满足该临界状态的抗力需求时,即能保障本层不倒塌。

在目前的规范当中,很多都提及拉结强度法,但细节上存在差异。我国规范《建筑结构抗倒塌设计规范》(CECS 392—2014)按照拉结的位置和作用分为周边水平构件拉结、内部水平构件拉结、内部水平构件对同边竖向构件拉结和竖向构件的竖向拉结,详见图1-7。

图1-7 构件拉结示意图

(3)拆除构件法。

拆除构件法也称替代荷载路径法,是模拟结构遭遇初始破坏并进行防连续倒塌能力分析的常用方法,具有直观形象的特点。应用拆除构件法可以验证结构是否具有跨越某关键构件的能力,以预测结构发生连续倒塌的可能性。采用该方法时,可以选择四种分析方法:线性静力分析方法、线性动力分析方法、非线性静力分析方法和非线性动力分析方法。四种分析方法有各自的优劣性及适用的条件。线性静力分析方法是最简单和最基本的分析方法,主要特点是在对结构加载分析前,先从结构移除柱,对结构静态地施加乘以动力系数的静荷载后选用线性方法进行分析计算。

(4)关键构件法。

关键构件法也称局部加强法,对某一构件破坏后容易引发结构的连续倒塌,需单独对该承重构件进行设计与加强。对于无法满足拆除构件法(连续倒塌验收标准)要求的结构构件,设计成关键构件,使其具有足够的强度能在一定程度上抵御意外荷载作用,减轻局部破坏发生的程度,从而降低连续倒塌发生的可能。设计中,该方法通常与拆除构件法结合,既能有效改善结构抵御连续倒塌的能力,也能减少建造成本。

(5)各设计法的比较。

概念设计法是对结构防连续倒塌进行定性设计的方法,依赖工程构造措施,实行起来相对简单,可以取得良好效果,且不会过多地增加建筑造价,相对于其他设计方法而言,设计效果更依赖于设计人员的水平和经验。拉结强度法是一种被量化的间接设计法,只需对构件与构件的连接进行受力分析,设置专门的拉结钢筋。在拉结强度、荷载组合、层数、接续跨度、材料参数等方面,不同规范的做法不一样,拉结强度法的设计参数经验性成分较多。相对其他方法而言,它更加适合工程应用。拆除构件法能对结构的防连续倒塌进行定量分析,计算分析的工作量较大,分析方法也较复杂,涉及非线性、动力和大变形等环节,设计过程相对烦琐,但精度较高,还可以模拟倒塌过程。其设计过程依赖于意外荷载,适用于任何意外事件下的结构破坏,因此多用于重要性较高的建筑。关键构件法注重偶然荷载对局部构件的破坏,多用于有具体针对荷载作用(大小、方向,甚至性质)的防连续倒塌设计。

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