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混凝土结构连续倒塌设计方法分析

时间:2023-10-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:此即震惊世界的高层建筑连续倒塌事故。这次爆炸倒塌事故,共计死亡5人,伤16人。图6-4RonanPoint公寓大楼90号公寓的破坏情况事故原因分析。经专案调查,Ronan Point公寓大楼连续倒塌的直接原因是煤气爆炸。

混凝土结构连续倒塌设计方法分析

6.1.1.1 Ronan Point公寓大楼倒塌事件

(1)结构概况。

Ronan Point公寓住宅大楼位于伦敦,23层,主体结构采用拉森-尼尔森装配式大板体系,实心混凝土墙板,单向空心楼板,横墙承重,现浇混凝土箱形基础。大楼长24.384m(80 ft),宽18.288m(60 ft),高64.008m(210 ft)。底层为公共用房,其余22层为标准单元住宅,每层5户,共计110户(见图6-1和图6-2)。全部预制构件之间的连接采用湿式接缝连接,如图6-3所示。1968年3月建成交付使用。

图6-1 RonanPoint公寓大楼连续倒塌

图6-2 RonanPoint公寓大楼标准层平面图

图6-3 RonanPoint公寓大楼接缝构造图

(2)坍塌经过。

1968年5月16日早上5点45分左右,位于大楼19层东南角的90号公寓发生了爆炸事故。炸毁了厨房起居室的隔墙,炸掉了起居室和卧室的承重山墙(见图6-4)。接着,先是20~23层的楼板和山墙由下而上依次坍塌,后是由19层起,整个与90号公寓相应的东南角,从上而下,全部楼板和山墙逐层倒塌,直至基础标高(见图6-1)。此即震惊世界高层建筑连续倒塌事故。这次爆炸倒塌事故,共计死亡5人,伤16人。

图6-4 RonanPoint公寓大楼90号公寓的破坏情况

(3)事故原因分析。

经专案调查,Ronan Point公寓大楼连续倒塌的直接原因是煤气爆炸。由于90号公寓煤气灶上煤气外溢使该公寓厨房、起居室及卧室的煤气含量达到爆炸浓度(20.7%~73.7%)。当户主点燃煤气灶时,即刻发生了爆炸。经模拟试验和计算,这次爆炸所产生的压力强度约为21kPa~82kPa。这样大的压力,它轻易地摧毁了公寓内的轻质隔墙,并甩走了公寓的承重山墙板。尽管爆炸破坏是局部的,但是,由于构件之间节点接缝缺乏必要的连续性和延性(图6-3),结构整体性和超静定性大为降低,整个结构近于仅靠摩擦力联系起来的静定体系。这样,当第19层承重墙板破坏后,第20层楼板由于失去支承首先坍塌。接着,第20~23层的山墙和楼板,由下而上也相继坍塌。随后,因坍塌的上部结构重量连同部分活荷载全部压在第19层楼板上,致使第19层楼板严重超载而坍塌。相应,第18层墙板顶端由于失去了楼板的侧向支撑而成为独立结构,并在上部结构坍塌过程所产生的侧向力作用下,也随即倒塌。结果又形成了从上到下,一层接着一层,依次的连续倒塌,直至基础标高(见图6-5)。

经全面检查分析认为,Ronan Point公寓大楼的设计、构件制作及安装质量完全符合当时英国的标准和规范要求。问题在于当时英国规范并未涉及建筑结构连续倒塌这一新的概念,谈不上大板结构防止连续倒塌的具体规定。

6.1.1.2 苏尔古特大板住宅倒塌事故(www.xing528.com)

(1)结构概况。

图6-5 RonanPoint公寓大楼的倒塌模式[72]

该住宅在苏联苏尔古特市,是一幢新建1-467 A标准型全装配大板住宅。地上五层,地下一层(为框式墙板),八单元,长128m,宽9.8m。桩基,横墙承重,预制空心楼板。湿式接缝,冬季安装,冻结法施工。主体结构已安装完毕。

(2)倒塌经过。

1975年春某日,住宅中部偏左区段,承重横墙、内纵墙、楼板、隔墙及卫生间等所有内部结构,五层全部一塌到底。倒塌经历了两个阶段,首先倒塌的是A,B纵轴与24~30横轴所围成的区段(即图6-6中的第Ⅰ区段);其后倒塌的是B,B纵轴与24~29横轴所围成的区段(即图6-6中的第Ⅱ区段)。

图6-6 苏尔古特大板住宅倒塌平面图(左半部)(单位:mm)

(3)倒塌原因分析。

对未损坏的结构进行检查发现,楼板支承在墙板上的砂浆层厚度过大,为3~5 cm。这是因为楼板厚度不一,墙板安装高低不齐,必须用较厚的砂浆才能找平。解冻时,砂浆强度近似为零,加之预制楼板板端孔洞未用混凝土填实,致使水平接缝承载能力严重不足,直接造成楼板支承处结构的局部破坏。由于压力作用下砂浆被挤出,楼板逐渐失去了对墙板的侧向支撑作用,结果整片横墙沿高度方向呈拐折线形连续倒塌,直至地下室底板(见图6-7)。

6.1.1.3 阿尔及利亚政府大楼

阿尔及利亚政府大楼系全装配高层大板建筑,遭受了强烈炸弹爆炸,致使大楼角部一、二层承重墙板被炸飞。但二层以上的结构安然无恙,整个大楼并未引起连锁破坏反应,如图6-8所示。经调查,大楼主体结构用了足够的钢材,节点接缝连接较强,连续性较好,平面布置较为合理,结构整体性较强。

图6-7 承重内墙失稳示意图

图6-8 阿尔及利亚政府大楼被炸掉一角仍安然无恙

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