混凝土结构防连续倒塌设计理论与方法：模型参数与设防要求

本节通过数值方法，检验清华大学建议的线性静力拆除构件法在应用于高层钢筋混凝土框架-剪力墙结构防连续倒塌设计时的安全性和经济性。首先，建立15层钢筋混凝土框架-剪力墙结构的数值模型，采用非线性动力拆除构件法检验该结构的初始防连续倒塌性能，然后对结构进行防连续倒塌设计，分析现有防连续倒塌设计方法的有效性和经济性。

模型的设计按照我国现行的《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）执行，采用中国建筑科学研究院开发的PKPM2010软件，按照接近规范下限的要求进行设计。模型共15层，底层层高4.5m，其他层层高3.6m，总高度54.9m；抗震设防烈度为7度，地震分组为第一组，Ⅱ类场地，剪力墙和框架的抗震等级均为二级；各层均布恒载7.0kN/m2，均布活载2.0kN/m2；框架梁混凝土强度等级为C30，框架柱和剪力墙的混凝土强度等级：1～10层为C40，11～15层为C35；框架梁、框架柱以及剪力墙边缘约束构件纵筋均为HRB400级，箍筋采用HPB235级。框架梁截面尺寸为250mm×450mm，框架柱截面尺寸为600mm×600mm，连梁尺寸为300mm×700mm，剪力墙厚300mm。模型平面结构布置图如图5-14所示。

图5-14　结构平面布置图（单位：mm）(www.xing528.com)

有限元模型的建立采用通用有限元软件MSC MARC，该软件具有强大的非线性分析以及二次开发能力，曾多次成功应用于连续倒塌问题的分析。

结构中的框架梁、框架柱和连梁采用清华大学开发的纤维梁模型ThuEiber进行模拟。该模型能够用于复杂受力状态下钢筋混凝土杆系构件的数值模拟分析[10]。剪力墙采用分层壳模型进行模拟，该模型能够考虑钢筋混凝土平面结构构件面内和面外的复杂力学行为，其中墙体边缘构件的钢筋采用桁架单元Truss模拟，仅考虑钢筋轴向受力的贡献。为简化分析，未建立楼板的模型，但是将楼板的荷载及楼板自重等效到相应的支撑梁上，这种处理方法不考虑楼板的贡献，计算结果偏于安全。文献[19]的研究表明，考虑楼板后结构的防连续倒塌能力会有所提高。

为模拟结构连续倒塌过程中构件的断裂破坏，在上述不同构件模型中加入了相应的失效准则，利用MSC MARC的“单元生死”技术删除达到失效准则的单元，释放失效单元的内力。通过这种方式，能够有效考虑构件失效在结构系统内引起的内力重分布，而该因素是影响连续倒塌发展的关键因素。