国内混凝土结构防连续倒塌设计理论与方法

相对于国外，我国关于防连续倒塌方面的规范体系的建立稍晚一些，并在逐步完善当中。《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068—2001）要求在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构在规定的设计年限内仍能保持必需的整体稳定性；对于偶然状况，允许主要结构因出现设计规定的偶然事件而局部破坏，使其剩余部分具有在一段时间内不发生连续倒塌的可靠度。

《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）给出了防连续倒塌的设计原则，包括概念设计和重要结构的防连续倒塌设计方法（局部加强法、拉结强度法和拆除构件法），并建议当进行偶然作用下结构防连续倒塌验算时，宜考虑动力系数和几何参数变化，混凝土强度取标准值，普通钢筋强度取极限强度标准值，预应力钢筋强度取极限强度标准值并考虑锚具的影响，必要时考虑材料强化和脆性，并取相应强度特征值。

《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）给出了防连续倒塌设计的基本要求，安全等级为一级的高层建筑结构应满足防连续倒塌概念设计要求，并给出了概念设计的一些规定；有特殊要求时，可采用拆除构件法进行防连续倒塌设计，并引入了效应折减系数，用于检验剩余结构构件的承载力；明确给出了结构防连续倒塌设计时，荷载效应设计值Sd 的计算公式，如下：

式中，SGk，SQi，k和SWk分别为永久荷载标准值、第i个竖向可变荷载标准和风荷载标准值产生的效应；ψQ i和ψW分别为可变荷载准永久值系数和风荷载组合值系数；ηd为竖向荷载动力放大系数。

JGJ 3—2010同时明确规定，在计算构件截面承载力时，混凝土强度可取标准值；钢材强度在验算正截面承载力时，可取标准值的1.25倍，受剪承载力验算时可取标准值。

当拆除某构件不能满足结构防连续倒塌设计要求时，在该构件表面附加80kN/m2侧向偶然作用设计值，此时其承载力应满足下列公式要求：

式中，Rd为构件承载力设计值；Sd为作用组合的效应设计值；SGk，SQk和SAd分别为永久荷载标准值、活荷载标准值和侧向偶然作用设计的效应。

《预制预应力混凝土装配整体式框架结构技术规程》（JGJ 224—2010）要求结构具有良好的整体性，对预制预应力混凝土装配整体式框架结构、框架-剪力墙结构使用阶段计算时可取与现浇结构相同的计算模型。

《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1—2014）在GB 50010—2010的基本要求上，还规定应采取有效措施加强结构的整体性，应根据连接节点和接缝的构造方式和性能确定结构的整体计算模型。

《装配式混凝土建筑技术标准》（GB/T 51231—2016）要求装配式混凝土结构进行弹性分析时，节点和接缝的模拟应符合下列规定：

①当预制构件之间采用后浇带连接且接缝构造及承载力满足本标准中的相应要求时，可按现浇混凝土结构进行模拟；

②对于本标准中未包括的连接节点及接缝形式，应按照实际情况模拟。进行抗震弹塑性分析时，宜根据节点和接缝在受力全过程中的特性进行节点和接缝模拟。

《建筑结构抗倒塌设计规范》（CECS 392—2014）系统地给出了防爆炸、防撞击引起连续倒塌可采取的措施；要求发生偶然事件时，经防连续倒塌设计的建筑结构局部破坏或个别构件失效不应导致部分结构倒塌或整个结构倒塌。建筑结构防连续倒塌设计可采用概念设计法、拉结强度法、拆除构件法和局部加强法。计算模型应根据结构实际情况确定，应符合实际工作状况。

CECS 392—2014给出了建筑结构防连续倒塌概念设计详细规定，要求拆除构件后的剩余结构可采用三种方法进行防连续倒塌计算：线性静力方法、非线性静力方法和非线性动力方法。

①采用线性静力方法进行建筑结构防连续倒塌计算时，结构计算模型及结构计算应符合下列规定：采用三维计算模型；采用线弹性材料；计入荷载-位移（P-Δ）效应；在拆除构件的剩余结构上一次静力施加楼面重力荷载以及水平荷载，进行结构的力学计算。(www.xing528.com)

②采用非线性静力方法进行建筑结构防连续倒塌计算时，结构计算模型及结构计算应符合下列规定：采用三维计算模型；建立考虑材料非线性的构件力-变形关系骨架曲线；计入P-Δ 效应；在拆除构件的剩余结构上分步施加楼面重力荷载以及水平荷载，进行结构的力学计算，荷载由0至最终值的加载步不应少于10步。

③采用非线性动力方法进行建筑结构防连续倒塌计算时，结构计算模型及结构计算应符合下列规定：采用三维计算模型；建立考虑材料非线性的构件力-变形关系骨架曲线；计入P-Δ 效应；采用剩余结构的Ray1eigh阻尼；时程分析的积分步长不宜大于0.005 s。

CECS 392—2014建议剩余结构荷载组合的效应设计值按下式确定：

式中，Sd，SV和SL分别为剩余结构荷载组合、重力荷载组合和水平荷载的效应设计值。

采用线性静力方法及非线性静力方法进行防连续倒塌计算时，剩余结构重力荷载组合的效应按下式计算：

式中，SV1，SV2 分别为与被拆除柱的柱列相连的跨在被拆除柱所在层以上、以下层的楼面重力荷载组合的效应设计值；SV3 为与被拆除柱的柱列不相连各跨楼面重力荷载组合的效应设计值；SGk，SQk的意义同前述；SSk为雪荷载标准效应；ψQ 为楼面活荷载准永久值系数；γS 为雪荷载分项系数；Ad 为动力放大系数，采用线性静力方法计算时取2.0，非线性静力计算时，框架、剪力墙、框架-剪力墙分别取1.22，2.0，1.75。

采用非线性动力方法进行防连续倒塌计算时，剩余结构重力荷载组合的效应按下式计算：

式中，SVS为未拆除构件的原结构重力荷载的效应设计值；SVD为拆除构件时剩余结构动力荷载向量的效应设计值；γG，γQ 分别为恒荷载和活荷载的分项系数。

采用线性静力方法、非线性静力方法或非线性动力方法进行防连续倒塌计算时，水平荷载的效应按下式计算：

式中，SL，SLk分别为水平荷载的效应设计值、标准值；ψL为水平荷载组合值系数，取0.2。

CECS 392—2014同时给出了防连续倒塌设计的验收标准，当采用线性静力方法计算时，剩余结构构件的承载力应满足式（1-11）；采用非线性静力分析或非线性动力分析方法计算时，剩余结构的水平构件的塑性转角应满足式（1-12）。

式中，Rd为剩余结构构件的承载力设计值；θp，e为剩余结构水平构件组合的塑性转角设计值；[θp，e]为剩余结构水平构件塑性转角限值，对抗震设计的钢筋混凝土梁取0.04。防连续倒塌设计的建筑结构构件截面承载力计算时，材料强度可按下列规定取值：混凝土轴压强度和轴拉强度可取其标准值；正截面承载力计算时钢筋强度可取其屈服强度标准值的1.25倍，受剪、受扭承载力计算时钢筋强度可取其屈服强度标准值；在用建筑结构防连续倒塌计算时，材料强度可采用实测材料强度的标准值。

可见，国内外各规范之间，关于防连续倒塌设计的界定、效应组合、抗力计算和验收标准等方面均存在细节上的一些差异。