【摘要】结合我国国情及国内外设计规范，根据建筑物发生倒塌后可能造成后果的严重性，对不同类别建筑采取不同的抗倒塌策略，通过拉杆连接系统布置，使结构具有“搭桥”能力，提出了一些具体的抗倒塌构造措施，从而限制破坏的发展，避免连续倒塌的发生。

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　　【关键词】地震作用；混凝土框架结构；连续倒塌；构造措施

　　1.前言

　　（1）建筑物遭受地震时，如何防止发生连续倒塌造成严重人员伤亡，是建筑结构工程师面临的重要课题。我国绝大多数公共建筑都为钢筋混凝土框架结构，开展有关提高此类建筑的安全性和防止其在地震时发生连续倒塌的科学研究显得尤为重要。钢筋混凝土框架结构能否防止竖向连续倒塌，其关键在于结构局部梁、柱失效后能否形成新的传力途径。

　　（2）建筑的连续倒塌是由于结构局部破坏造成部分构件失效，该构件上部结构的原有传力途径被阻断，若不能形成新的传力途径，会产生连锁的破坏，最终造成建筑物倒塌。因为设计师根本不知道在什么时间，在什么部位发生什么样的地震。所以结构师应该做的是如何将地震破坏限制在有限的可以接受的范围内，而不是保证建筑物不破坏。这一做法和建筑抗震设计中“大震不倒”的设计思想是一致的。

　　（3）通常为防止结构发生连续倒塌，认为建筑结构应具有适当的连续性、冗余度和延性，以便当某些构件（例如：梁或柱）失效时结构可以形成另外的传力途径。这只是一般的概念，这些概念如何在防止建筑由于地震破坏产生倒塌中应用还有许多具体的、细致的工作要做。从经济的角度考虑，为防止建筑物发生连续倒塌不能大幅度地增加建筑造价。由于现在的建筑在设计时一般除考虑承受使用荷载外，还考虑抵御地震等自然灾害。所以，一种经济合理的解决办法是让建筑物既能抵御自然灾害也能抵御人为灾害——采取复合防灾的模式。选择能同时满足抗震、抗风和防止连续倒塌的要求，又不显著增加费用的方式。

　　（4）钢筋混凝土结构目前是我国应用最为广泛的建筑结构，而且绝大多数公共建筑都采用钢筋混凝土框架结构。与剪力墙结构相比，框架结构更容易发生竖向连续倒塌。所以开展钢筋混凝土框架结构在地震破坏作用下防止发生连续倒塌的研究是十分有意义和有价值的。

　　2.抗倒塌建筑分类

　　（1）建筑抗倒塌设计一般是指避免建筑在遭受煤气爆炸、炸弹爆炸、飞行器或大型汽车撞击等偶然事件时发生连续倒塌。这种偶然事件可能造成部分结构或构件破坏，如果结构不能耗散偶然荷载产生的能量或阻断破坏的发展，就会在垂直方向或水平方向引发连锁破坏，从而导致整个结构倒塌。建筑抗倒塌设计的困难首先是偶然事件的不确定性。因为此类偶然事件属人为失误或故意破坏造成，它的不确定性远远高于地震和飓风等自然灾害的不确定性。目前，人们几乎无法预测建筑在使用周期内可能遇到此类偶然事件的具体情况，所以就无法为设计者提供详细的设计参数。显然，建筑抗倒塌设计采用常规的设计方法既不经济也不安全。但是，研究表明这种偶然事件和连续倒塌的风险是不能忽略的，并且其危险性正在增加。所以，建筑抗倒塌设计策略应该是：通过加强结构系统的整体性，增加结构的延性、连续性和赘余度，使结构具有“搭桥”能力和悬索作用，当部分构件破坏后能改变传力路线，将破坏限制在允许的范围内达到避免建筑倒塌目的。

　　（2）从结构连续倒塌概念可以看出，结构抗连续倒塌能力的分析是针对偶然作用下的结构进行性能分析。偶然作用的特点就是发生的机率很小但产生的破坏作用很大。对于不同建筑，是否具有抗连续倒塌能力，所造成的人员伤亡、财产损失和对社会功能影响也不同，因此不能一概而论。本文结合我国国情及《建筑抗震设防分类标准》GB50223-95，参照英国、美国设计规范，可以根据建筑物遭遇此类偶然事件的可能性和建筑发生倒塌后可能造成后果的严重性对建筑分类，对不同类别建筑采取不同的抗倒塌策略，建筑分类见下表。

　　（3）对于第1类建筑由于其危险性很低，可以不考虑此类偶然事件灾害的影响；第2类建筑危险性属较低，只需通过在结构中设置水平和垂直拉杆连接系统加强结构的整体性，不需进行分析计算；第3类建筑危险性属中等，除需设置拉杆连接系统加强结构的整体性外，还需采用等效静力分析模型进行分析；第4类建筑危险性高，除设置拉杆连接系统加强结构的整体性外，还应采用非线性静力或动力等方法进行分析（抗倒塌建筑分类见表1）。

　　3.拉杆连接系统布置

　　拉杆连接系统是通过在结构内部设置水平和垂直方向的拉接筋，有效地将结构连接在一起，增加结构的连续性和延性，并使结构具有“搭桥”能力。当结构的某一竖向承重构件破坏时，其上部水平构件（例如板或梁）中的拉杆通过悬索作用在破坏构件上方形成“桥”，改变原来的传力路线将荷载由其相邻构件承担，从而限制破坏的发展避免连续倒塌的发生。在实际设计时可利用常规设计在构件中布置的钢筋作为拉杆的一部分或全部。钢筋混凝土结构中的拉杆可分为水平拉杆和垂直拉杆两类，水平拉杆包括内部拉杆、周边拉杆、外柱及角柱拉杆和墙拉杆；垂直拉杆是布置在柱和承重墙中的拉杆。在布置拉杆时应遵守：周边拉杆的传力路线必须沿结构平面外围连续；内部拉杆的传力路线应从结构的一侧贯通到另一侧；根据具体结构的实际结构布置，可利用现有的结构构件布置拉杆（例如主梁、次梁和柱），并可利用其原有的钢筋作为拉杆的一部分或全部；垂直拉杆必须从柱底到柱顶贯通；外柱和外墙拉杆不必沿水平方向贯通，但必须有效地锚固在结构内部；对于有变形缝的结构，应在每个结构单元独立布置拉杆连接系统。所有拉杆的传力路线必须连续并应是直线，不允许因遇洞口等原因改变其传力方向。

　　4.抗倒塌配筋构造

　　钢筋混凝土框架结构边柱或中柱失效后，失效柱部分的局部框架梁变成了双跨梁。失去某一柱后，抵抗负弯矩的受压区，突然要抵抗正弯矩，而且荷载也明显增加。按照原有框架梁配筋，梁根本不具备抵抗内力重分布的能力，会发生没有一点延性的破坏，并且这种破坏会在其它构件中扩散，造成连锁破坏。为最大限度发挥原有结构抗倒塌能力，梁的底部钢筋必须全部连通。钢筋混凝土框架结构角柱失效后，失效柱部分的局部框架梁跨度未变，但框架梁端部变成了悬挑梁，且跨端有一集中荷载（上柱传来），其余荷载不变。此时梁端剪力将大幅增加，主要受力钢筋的位置也由梁的下部移到了上部，原有框架梁配筋也不能满足新的抗弯要求。为防止结构连续倒塌，建议如下： 　　（1）将梁底部纵筋沿梁全长连通布置——保证边柱或中柱失效后其上部形成的双跨梁具有正截面抗弯承载能力。

　　（2）框架梁端跨配置整跨负弯矩筋，并应加强其端部的锚固措施——保证角柱失效后其上部形成的悬挑梁具有正截面抗弯承载能力。

　　（3）增加梁底部通长纵筋和端跨负弯矩筋的数量（具体数量需通过计算确定）——保证前两种情况下的形成的双跨梁和悬挑梁具有足够的正截面抗弯承载能力。

　　（4）增加梁端箍筋加密区的长度（具体尺寸需通过计算确定，对端跨需全长加密）——保证前两种情况下的形成的双跨梁和悬挑梁具有足够的斜截面抗剪承载能力。

　　（5）提高梁柱混凝土强度等级，加大底层框架梁的截面高度尺寸——提高前两种情况下的形成的双跨梁和悬挑梁正截面受弯承载能力和斜截面抗剪承载能力。

　　（6）柱距不能过大——因为某一根柱子失效以后，其上部框架梁的跨度将由一倍柱距变为两倍柱距，故控制好柱距尺寸，相当于减小了柱子失效以后上部形成的双跨梁的跨度，相应增加了结构抗倒塌能力。

　　（7）避免采用转换梁结构方案——转换梁方案中梁的跨度原本就已经很大，当某一根柱子失效以后，其上部框架梁的跨度将增加一倍，此时形成的新的双跨梁跨度将非常大，基本不具备抗倒塌能力。。

　　5.结论

　　本文主要内容是对钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌的构造措施进行了探讨，总结出了适合我国钢筋混凝土结构抗倒塌设计的相关构造措施。

　　（1）根据建筑物遭遇偶然事件的可能性和建筑发生倒塌后可能造成后果的严重性将建筑分为四类，对不同类别建筑采取不同的抗倒塌策略。

　　（2）提出在钢筋混凝土内部设置拉杆连接系统，有效地将结构连接在一起，增加结构的连续性和延性，并使结构具有“搭桥”能力，从而限制破坏的发展，避免连续倒塌的发生。

　　（3）提出了一些具体的抗倒塌构造措施：加强梁底部通长纵筋和端跨负弯矩筋的配置；增加梁端箍筋加密区的长度；提高梁柱混凝土强度等级；加大底层框架梁的截面高度尺寸；柱距不能过大；避免采用转换梁结构方案等。

　　参考文献

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