結構工程抗倒塌設計淺談

[摘要]眾所周知，結構設計對于任何建筑工程項目來說都是至關重要的一個方面，如果建筑物的結構出現(xiàn)了問題，勢必會影響到整個建筑的最終應用效果，而如果出現(xiàn)倒塌的問題，會更嚴重的危及到人們的生命財產安全：基于這一原因，在結構工程項目的設計和建設過程中，重點針對相應的抗倒塌性能進行關注也就顯得極為必要，只有工程結構具備了比較理想的抗倒塌性能，才能夠保障其最終應用的安全性和穩(wěn)定性。

[關鍵詞]結構工程；抗倒塌；設計

1、倒塌類型與特點

1.1地震影響下的結構物倒塌

地震作用下結構的倒塌通常包括三種結構類型，即砌體結構、混凝土結構和鋼-混凝土組合結構。對砌體結構的倒塌機理主要是由于抗震設計強度低，構造柱與圈梁設置不合理；結構具有較大的剛度差，剛度低處容易出現(xiàn)崩潰，和用于碎石和砂漿標號低，預制空心建筑材料做的錨板連接不準確?；炷两Y構倒塌的主要問題是抗震強度不夠合理，結構層之間的剛度值差別很大，導致低剛度層的倒塌。組合結構的整體性能比較好，但構件故障仍然存在，特別是在一些致密焊縫位置，應力集中較為明顯，應引起重視。

1.2爆炸沖擊下的結構物倒塌

爆炸作用下建筑物目標的連續(xù)倒塌近年來不斷增加。一般來說，在恐怖襲擊中，一個關鍵組成部分，這種結構特殊的負載和對建筑物造成損傷，在傳力的E端負荷改變時，其余部件的原始位置不能有效載荷，然后將有連續(xù)倒塌。

1.3兩類倒塌類型間的區(qū)別與聯(lián)系

結構在地震作用下發(fā)生倒塌，一般在水平力作用下發(fā)生倒塌，同時發(fā)生多處結構倒塌，在倒塌過程中會發(fā)生倒塌，甚至引起整層柱或其他抗力構件的破壞。與破壞機制，內部應力的重新分布，這是構件的一部分將被卸載的同時，部件的另一部分將過載，失敗，并最終產生連鎖反應，導致整體或局部倒塌的建筑結構。連續(xù)倒塌是適應爆炸破壞后出現(xiàn)的局部構件的破壞，導致內部應力重分布和破壞重力結構的故障的近組成部分，從而使連續(xù)破壞。在地震結構倒塌的作用下，往往還會伴隨著連續(xù)倒塌，而結構倒塌引起的爆炸沖擊不會在地震作用下倒塌。加強抗震設計可以提高結構的抗倒塌能力，但同時也要認識到，抗震設計不能完全代替連續(xù)倒塌設計。

2、結構工程抗倒塌設計

2.1明確相應抗倒塌規(guī)范

列結構的抗倒塌設計工作，首先要明確相應的防倒塌準則，抗倒塌設計規(guī)范顯然是基本前提進行相應的設計，因為只有嚴格按照相應的規(guī)范和設計，確保相關結構設計更好的優(yōu)化標準，打好基礎的可靠性和安全性的應用。具體到明確的設計規(guī)范的工程結構倒塌，也要關注不同的標準進行了詳細的分析和把握不同地區(qū)，由于地區(qū)的不同，相應的抗擠強度和設計參數(shù)是不一樣的，如在該地區(qū)的地震多發(fā)帶，地殼穩(wěn)定，塌陷的程度有明顯的差異，設計師需要準確區(qū)分具體。在這個過程中，最核心的標準是抗震設防烈度，對小震、中震和大震進行合理的設計計算，從而提高抗震設計的可靠性。

2.2結構工程抗連續(xù)倒塌計算

對于工程結構中的連續(xù)倒塌問題，也需要更加重視，對連續(xù)倒塌進行精確計算，優(yōu)化設計，從而提高結構工程的抗倒塌效果。具體到抗連續(xù)倒塌的計算，主要涉及以下兩種基本方法：直接計算法的應用主要是基于結構損傷檢測與設計的基本情況，特別是對負荷轉移路徑進行了分析，進而提高間接計算方法的準確性；間接計算法主要是指分析冗余和連續(xù)屬性和參數(shù)和結構的延性，然后確定項目的抗連續(xù)倒塌影響結構工程，保證它能夠更好地滿足對動力傳動結構和布局的抗倒塌設計，提高其安全性和穩(wěn)定性的影響。

2.3分析破壞準則

對于結構抗倒塌設計工作，還應重點進行全面細致的分析和討論，對失效判據(jù)可以說是抗倒塌設計的基本前提。具體到針對工程結構失效準則的分析，內容和關鍵點相關，它實際上是更多的內容和要點，主要是在現(xiàn)有類型的失效準則，如強度判據(jù)，穩(wěn)定性判據(jù)，改進的準則，能量準則和疲勞破壞準則。和結構工程抗倒塌設計機制關系密切的項目，需要全面和詳細的分析，以確保其對結構穩(wěn)定工程。

2.4重點關注薄弱層設計

針對結構工程中出現(xiàn)的初始破壞問題，即損傷最嚴重的部位之一是軟弱層，軟弱層的設計和優(yōu)化適當可以更好的提高抗倒塌性能。具體主要有以下幾種：框架結構必須根據(jù)設計過程中的強度和剛度來綜合分析結構的抗震性能，并進行更為嚴格的計算檢查來提高其防塌效果；有效的轉化和優(yōu)化計算層剛度也是一個非常重要的方面，還需要分析在地震作用下的破壞機理，可有效保證工程整體結構的穩(wěn)定性。

3、仍需解決的問題

3.1等效延性破壞準則

等效延性破壞準則考慮由于其結構特性引起的疲勞累積損傷對接的延性指標，開展抗倒塌應用高層建筑檢查低循環(huán)疲勞特性。在等效延性破壞準則發(fā)展過程中應加強以下幾個方面：（1）本標準主要是考慮到低循環(huán)疲勞特性，但最大位移的結構和邊界的損傷累積損傷效應無法做出準確的描述。（2）這個標準是基于組件級別的破壞性標準。如何對損傷組合進行研究，才能對結構層面上的震害進行服務工作，是當前應重視的重點。（3）本準則主要基于鋼筋混凝土柱的低周疲勞試驗，在框架一剪力墻和剪力墻結構中尚未得到廣泛應用。

3.2基于性能的抗震設計

基于抗震設計性能的前提下，是抗震設計的下一步發(fā)展的重要方向，在目前的研究階段出現(xiàn)的幾個問題：（1）探討基于工程結構性能的抗震設計在美國已經實施，使其適用部分的研究對我國的建筑按照中國的設計規(guī)范的實際情況設計。（2）提出了一種更適用于高性能、高效率的多級地震事件的通用設計方法，以及相應的結構性能等級、結構破壞條件和結構設計準則。（3）探討如何應用具體的損傷測量特定的抗震標準，建立位移和結構損傷的定量關系之間的定量關系，日常應用損害里面的建筑之間的定量關系的應用性能，以及設備之間發(fā)揮損傷指數(shù)的損失。結論：

在當前世界范圍內的工程結構研究中，結構抗倒塌設計是一項十分熱門的研究內容。本文主要就結合因地震、恐怖襲擊等因素所導致的結構工程倒塌狀況展開了相關的分析與探討，進而提出了一些具體的抗倒塌設計理論，并重點論述了在目前的抗倒塌設計方面仍需進一步加強關注的問題，以及在本次研究當中所存在的一些不足之處，希望能夠引起相關研究人員的重視與思考。