從“酒店倒塌事故”看結(jié)構(gòu)抗倒塌的重要性

1、Word文檔 從“酒店倒塌事故”看結(jié)構(gòu)抗倒塌的重要性 01 防倒塌設(shè)計(jì) 我國的結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)，最早還要追述上世紀(jì)70年月就已提出的大震不倒的抗震設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則，依據(jù)二階段的設(shè)計(jì)要求，主要從限制結(jié)構(gòu)變形和實(shí)行必要的抗震構(gòu)造措施來實(shí)現(xiàn)，主要屬于概念設(shè)計(jì)范疇。 而隨著911恐怖大事、512汶川大地震的發(fā)生，房屋倒塌所造成的巨大危害和負(fù)面影響被進(jìn)一步認(rèn)知，結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的概念和防連續(xù)倒塌的設(shè)計(jì)方法也得到了更多關(guān)注。 911恐怖大事（左）；5.12汶川大地震（右） 結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌，指結(jié)構(gòu)在偶然荷載（如強(qiáng)震、撞擊、爆炸、火災(zāi)等特別規(guī)荷載）作用下發(fā)生局部破壞而形成初始損傷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生內(nèi)力重分布而形成連鎖反應(yīng)，最

2、終致使結(jié)構(gòu)部分或全部倒塌。連續(xù)倒塌一旦發(fā)生，往往會造成很嚴(yán)峻的生命財(cái)產(chǎn)損失。 02 鋼結(jié)構(gòu)抗倒塌需求 鋼結(jié)構(gòu)在大跨、簡單空間結(jié)構(gòu)中有廣泛應(yīng)用，隨著形體造型藝術(shù)的不斷提升，以及建筑功能要求的不斷增加，實(shí)際工程往往存在跨度大、布置不規(guī)章性強(qiáng)、長細(xì)比較大等問題，可能會造成結(jié)構(gòu)抗倒塌力量的不足，需要進(jìn)行特別的平安性驗(yàn)證。 對近年來鋼結(jié)構(gòu)倒塌事故進(jìn)行梳理，發(fā)覺大跨廠房、簡單公建的倒塌占多數(shù)，造成倒塌的緣由有撞擊爆炸、火災(zāi)、過載、局部缺陷、施工不當(dāng)?shù)?。這些工程事故，是鋼結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)的指導(dǎo)和依據(jù)。 體育場施工不當(dāng)致局部坍塌（左）；在建廠房倒塌（右） 03 抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法 國內(nèi)外規(guī)范給出的抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)

3、方法有：概念設(shè)計(jì)法、拉結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)法、拆除構(gòu)件法、關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計(jì)法。其中，拆除構(gòu)件法的可操作性最強(qiáng)，主要通過拆除某個構(gòu)件，分析剩余結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，來評估結(jié)構(gòu)的抗倒塌力量。 初始損傷所在的構(gòu)件、以及其他重要構(gòu)件，可作為待拆構(gòu)件。 04 待拆構(gòu)件的選擇 雖然結(jié)構(gòu)中的全部構(gòu)件都可能受偶然荷載作用而形成初始損傷，并非每個構(gòu)件失效都會引起連續(xù)倒塌，對全部構(gòu)件都進(jìn)行拆除分析還會極大降低分析效率。所以，需要采納合適的方法選取待拆構(gòu)件。 實(shí)際工程中，概念判別和敏感性分析結(jié)合的方法應(yīng)用較多。前者是通過結(jié)構(gòu)體系、傳力體系、受力狀況分析進(jìn)行構(gòu)件初選；后者則是通過軟件計(jì)算進(jìn)行敏感性分析，量化桿件的重要性。 如以下某大懸挑鋼結(jié)

4、構(gòu)案例中，首先通過概念推斷，篩選出西南側(cè)連廊部位、東側(cè)電梯井部位、北側(cè)懸挑部位等幾個主要支承區(qū)域內(nèi)的重要構(gòu)件。 整體結(jié)構(gòu)模型 連廊西側(cè)邊榀桁架初選重要構(gòu)件 隨后，對這些重要構(gòu)件進(jìn)行敏感性分析，得到各構(gòu)件的重要性系數(shù)。重要性系數(shù)計(jì)算公式如下： 式中，j為拆除構(gòu)件j的重要性系數(shù)；n為構(gòu)件數(shù)量；Sij為結(jié)構(gòu)中任意構(gòu)件i對應(yīng)于構(gòu)件j移除的敏感性指標(biāo)；、分別為正常狀況下、結(jié)構(gòu)受損后構(gòu)件i的響應(yīng)。 利用通用有限元軟件建立模型，施加豎向荷載，材料強(qiáng)度采納標(biāo)準(zhǔn)值，分別進(jìn)行正常狀況下和結(jié)構(gòu)受損后（拆除構(gòu)件j），各構(gòu)件響應(yīng)的數(shù)值，就能算得構(gòu)件j的重要性系數(shù)。本案例中，構(gòu)件響應(yīng)選用了應(yīng)力比進(jìn)行計(jì)算。 下表是連廊西側(cè)邊榀桁架中部分構(gòu)件的重要性系數(shù)計(jì)算結(jié)果。由結(jié)果可見，端支座斜桿a-1的重要性較高，可作為待拆構(gòu)件。 05 動力響應(yīng)分析 完整結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部失效應(yīng)力重分布結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定受力狀態(tài)，是一個動態(tài)過程，涉及大應(yīng)變、大變形以及鋼構(gòu)件的失穩(wěn)問題，因此適合采納動力非線性方法進(jìn)行模擬。 失穩(wěn)模擬動畫 選用Ls-dyna軟件，采納纖維梁單元建立桿系模型，采納非線性材料并設(shè)定失效應(yīng)變，馬上移除待拆構(gòu)件來考慮局部失效對剩余結(jié)構(gòu)造成的顯著影響。分析發(fā)覺，構(gòu)件拆除后，結(jié)構(gòu)未發(fā)生倒塌或過大變形；桿件最大塑性應(yīng)變?yōu)槲闯^失效應(yīng)變，因而未發(fā)生連續(xù)性破壞。結(jié)果表明，端支座斜桿a-1突然失效狀況下，結(jié)構(gòu)仍具有抗倒