关键词：结构；连续性；倒塌；设计方法
一、钢筋混凝土结构抗连续倒塌设计的原则
1、抗倒塌设计的经济性
防止建筑结构发生连续倒塌的最根本目的是为了减少由于倒塌而引起的人员和财产的损失。基于防止倒塌的目的,人们必然会想到增加建筑物对于偶然荷载的抵抗能力。然而,对于结构抗力的增加,其导致的直接后果就是造价的增加。在我国现行的设计规范中,采用的是以概率理论为基础的极限状态设计法。通常结构上的作用,除永久作用以外,都是不确定的随机变量,有时还与时间参数、甚至与空间参数有关。这种设计方法将结构上的作用效应作为随机变量,采用概率论的方法进行描述。对于爆炸这种偶然荷载的作用,从统计学上来讲,其有两个重要特征是我们在研究结构的抗倒塌性能时不容忽视的：一是具有极度的不确定性。这种荷载的作用时间,作用在结构上的位置,作用的大小以及以何种方式作用在结构上都难以确定。二是这种作用从概率上来讲属于小概率事件,在现行的设计规范中不考虑这种小概率事件。与之相矛盾的是,一旦小概率发生,就会产生极为严重的后果。针对偶然作用进行设计,增强结构的抗力,会对防止连续倒塌发生起到一定效果。如果按现有的可靠度水平针对偶然荷载进行设计,除了增加结构的抗力以外,更多的是结构造价的增加。在建筑的造价与安全风险之间是二者的平衡关系。结构危险程度的降低带来的是结构造价的显著升高；如果过分的强调降低造价,带来的是使结构风险的加大,同时由于风险的增加,将会造成结构破坏损失的加大,从而增大了结构的实际成本。
2、设计与灾害源不相关的原则
因为偶然荷载的作用是很难确定的,针对偶然荷载的作用,让建筑物提供特定的抗力,从而使其能够提供抗倒塌能力,从经济上来讲也是代价高昂的,这有违于我们前面所讲的经济性原则。对于有求具有很高抗爆能力的军用设施,具有明确的设防要求,通常可以事先假定其设防目标,并针对该目标进行设计。但对于民用建筑来讲,其可能遭受的偶然荷载的作用是不明确的,我们无法设定具体的目标。因此,我们在讨论抗连续倒塌的原则时,应当忽略引起连续倒塌的灾害源,从而能够使我们针对特定的结构破坏状态,提出相应的设计方法。因为我们进行抗倒塌设计的目的是防止连续倒塌的发生,而不是要求建筑具有抵抗特定荷载的能力,所以只要我们提出在局部破坏以后结构所处的状态,然后针对这种特定状态进行设计,而不用事先知道偶然荷载的大小以及发生的概率等。
二、主要设计方法
1、拆除构件设计法
拆除构件法通过有选择性地拆除结构的一个或几个承重构件（柱、承重墙），并对剩余结构进行分析，确定初始破坏发生蔓延的程度，以此评价结构抵御连续倒塌的能力。根据是否考虑非线性和动力效应，拆除构件法可采用线性静力分析、非线性静力分析、线性动力分析、非线性动力分析。这四种分析方法依次从简单到复杂，简单的方法实施方便，计算快速，但不精确，同时出于安全的考虑，往往采用更保守的荷载组合，因而得到保守计算结果；复杂的方法精确程度较高，但繁琐耗时，而且对计算结果很难进行检验。
2、拉结强度法
在结构中通过现有构件和连接进行拉结，可提供结构的整体牢固性以及荷载的多传递路径。按照拉结的位置和作用可分为内部拉结、周边拉结、对墙/柱的拉结以及竖向拉结四种类型。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于各种拉结，要求传力路径连续、直接，并对拉结强度进行验算。该方法能一定程度上保证结构在连续性和整体性上的基本要求，而且比较简单，不显著改变结构构型而且不过多增加建筑费用。
3、多重荷载路径法
多重荷载路径法也叫拆除构件法，拆除构件法通过有选择性的拆除结构的一个或几个承重构件（柱、承重墙），并对剩余结构进行分析，确定初始破坏发生蔓延的程度，以此评价结构抵御连续倒塌的能力。GSA2003中规定，对于典型结构，建筑每层外围的长边中柱（墙）、短边中柱（墙）及角柱（墙）均须一一拆除进行分析，并考虑建筑底层和地下停车场不易采取安全防护措施，该层还需拆除一根内部柱（墙）。对于不规则结构，设计者须根据工程经验判断拆除位置。拆除构件法能较真实的模拟结构的倒塌过程，较好的评价结构抗连续倒塌的能力，而且设计过程不依赖于意外荷载，适用于任何意外事件下的结构破坏分析。但另一方面，拆除构件法设计繁琐，往往需要花费较多的时间和人力物力资源，这无论是对于业主还是设计者而言都是很难接受的。因此，对于重要性较低的建筑，应尽量采用简单易行的方法，而对于重要性较高的建筑则应采用复杂的方法进行精确分析。
4、关键构件法
对于无法满足拆除构件法要求（即拆除后可能引发结构大范围坍塌）的结构构件，应设计成为关键构件，使其具有足够的强度，能一定程度上抵御意外荷载作用。设计中应将这种方法和拆除构件法结合起来，既能有效改善结构抵御连续倒塌的能力，同时也能减少建造费用，取得良好的经济效益。
三、防止结构发生连续倒塌的方法
1、采用超静定结构体系。使结构具备抗连续倒塌的能力的一个最基本的要求就是采用超静定结构。结构因偶然作用发生局部破坏时，超静定体系可以提供多条传力路径，保证剩余结构的整体稳定性。另外，构件可以在多个位置上产生塑性铰，这同时也提高了备用荷载传递路径形成的可能性。
2、采用具有良好延性的建筑材料。当结构遭受偶然作用时，构件会因受力过大而进入塑性状态。所以，在结构主体与节点处使用延性较好的建筑材料可以明显提高结构塑性变形能力与内力重分布能力。而且，还可以避免结构发生脆性破坏，为人员逃生与营救争取宝贵时间。
3、采用耗能支撑。偶然作用常常伴随着冲击作用，因此，在条件允许下，可选用耗能支撑铰可以有效的减小冲击荷载对结构的影响。
4、考虑荷载的反向作用。对于诸如燃气爆炸等偶然事件，在其作用下的构构件很有可能会陷入冲击波漩涡，进而导致这些结构构件承受了和正常设计方
向相反的荷载。所以，对于受力构件，都应该考虑偶然事件作用下荷载反向的可能。
5、设置防撞柱，对于底层经常会有车辆来往或者存在停车场的建筑，可以在建筑外围设置防撞柱来减小车辆对柱的撞击影响。
6、节点设计。节点的强度与延性直接影响了结构的承载能力，因此通过构造措施来改善构件之间的连接节点是更为有效的一种方法。对于钢结构或者组合结构来说，节点的设计要比其他结构体系重要的多，因此在节点设计环节应该给予足够的重视。
结束语：
随着自然灾害的频率不断上升，结构抗连续倒塌的设计就显得越来越重要，在进行结构设计工作时，相关的设计人员必须根据实际的情况，运用不同的设计方法，以及相关的保护措施，从而保证结构的安全性，提高其抗倒塌的能力，有效的防止连续性倒塌给人们和企业带来的经济损失。
参考文献：
[1]胡晓斌；结构连续倒塌分析与设计方法综述[J]；建筑结构；2011
[2] 陈肇元；建筑与工程结构抗倒塌分析与设计；北京；中国建筑工业出版社；2010
论文作者:刘连仲
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期
论文发表时间:2015/10/13
标签：结构论文; 荷载论文; 构件论文; 作用论文; 方法论文; 能力论文; 发生论文; 《基层建设》2015年17期论文;