型钢框架结构抗连续倒塌研究毕业论文.doc

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1、型钢框架结构抗连续倒塌研究 专业:土木工程姓名: 摘要在过去的40年里，发生了几次著名的建筑失效事件，结构均由一个或几个构件突然失效，然后其他毗邻结构构件次第失效直到整个建筑失效。本文通过对比各国的相关规范，得到各国对抗连续倒塌的研究现状，从而提出本文研究的主要内容。本文详细介绍了型钢混凝土的基本构成、种类、特点、应用范围等，从而了解型钢混凝土在我国的发展现状并知悉它在未来的发展前景。通过研究相关规范提出本论文的建立了六层型钢混凝土框架模型。通过了解相关研究方法的优缺点，确定了本文的研究方法拆除构件法和线性分析法，深入研究了拆除构件法分析时型钢混凝土框架结构展现的性能。通过构件移除后模型内力与

2、原模型构件内力以及不同板厚的模型在移除构建条件下的对比，得到了结构不同构件对结构抗连续倒塌性能的影响、板厚对结构抗连续倒塌能力有着加强的作用等结论。通过与RC框架结构的抗连续倒塌和不同板厚条件下结构抗连续倒塌的对比分析，得到了本文的相关结论。文章旨在初步认识型钢混凝土框架结构的抗连续倒塌抗力性能表现，忽略了一些模型次要因素，希望能对我国型钢混凝土结构的抗连续倒塌设计提供基础参考。关键词：连续失效；SRC框架；RC框架；拆除构件法；线性分析；板厚AbstractIn the past 40 years, there have been several famous buildings failu

3、re event, the structure by the sudden failure of one or several components, and other structural members adjacent to lapse sequence until the entire building failures. This paper compares the relevant national norms by States against progressive collapse research status, which made the main contents

4、 of this paper. This paper describes the basic structure of steel reinforced concrete, types, characteristics, scope of application, etc., in order to understand the development of steel reinforced concrete situation in our country and aware of its future prospects. By studying the relevant specific

5、ations of this paper proposed to establish a six-story reinforced concrete frame model. By understanding the advantages and disadvantages of research methods to determine the research method - removal component method and linear analysis, in-depth study of the alternate path method analysis of steel

6、 reinforced concrete frame structure to show performance. Model component removed through force member forces as well as the original model with different thickness of the model under construction in removing contrast, has been structurally different components of the structure to resist progressive

7、 collapse performance, the thickness of the structure has the ability to resist progressive collapse strengthening the role of the conclusions. RC frame structure with progressive collapse and under different thickness contrast resist progressive collapse analysis, the relevant conclusions of this p

8、aper. Article aims to provide an initial understanding of steel reinforced concrete frame structure to resist progressive collapse resistance performance, overlook some minor factor model, hoping to China steel reinforced concrete structures designed to resist progressive collapse provide a basis fo

9、r reference.Key words: continuous failure; SRC frame; RC frame; alternate path method; linear analysis; thickness目 录摘要IAbstractII1.前言11.1 论文选题的背景、目的、意义11.1.1 背景11.1.2 目的21.1.3 意义21.2结构连续倒塌研究的发展历程21.3 结构抗连续倒塌研究现状21.3.1 国外研究现状21.3.2 国内研究现状51.4型钢混凝土抗连续倒塌研究的不足51.5研究的主要内容62.SRC框架结构的特性分析82.1 SRC结构的特点82.1.

10、1 SRC的构成、种类82.1.2 SRC的协同工作原理82.1.3 SRC结构特点82.2 SRC抗连续倒塌的优势分析92. 3 SRC的结构类型93.国内外对结构抗连续倒塌研究分析113.1 结构抗连续倒塌能力的定义、评价准则113.1.1 连续倒塌的定义113.1.2 评价准则113.1.3 连续倒塌的类型113.2 结构产生局部机构失效的原因113.3 结构抗连续倒塌的国内、外规范123.3.1 国外规范123.3.2 国内规范143.4抗连续倒塌的设计方法143.4.1 抗连续倒塌设计分类143.4.2 建筑结构的抗连续倒塌设计方法153.5 结构抗连续倒塌的分析方法163.6 本文

11、的研究方法164.局部结构失效作用下SRC框架抗连续倒塌运算分析174.1 有限元分析的基本思路174.2 sap2000软件简介184.3 建立分析模型194.4模型运算分析214.4.1 模型一运算分析214.4.2 模型二运算分析314.4.3 混凝土框架结构的抗连续倒塌研究314.5分析结果325.结论336.发展前景与展望34参考文献35致谢361.前言1.1 论文选题的背景、目的、意义1.1.1 背景北京时间2013年4月20日8时2分在四川省雅安市芦山县发生7.0级地震，累计造成38.3万人受灾（见图1.1）。向前回顾，在2001年，纽约世贸中心受到飞机撞击，发生连续性倒塌，带来

12、了巨大的人员和财产损失（见图1.2）自英国伦敦 Ronarl Point 公寓连续倒塌事件后，地震、爆炸等偶然事件的多发已然成为严重威胁公共安全的重要问题，如果剩余结构不能有效承担结构初始破坏和损伤造成的不平衡荷载或内力变化，剩余结构就会进一步发生破坏，这种破坏可能引发多米诺骨牌式的连锁反应，导致破坏在结构系统内不断发展，从而造成结构的严重破坏甚至整个结构的倒塌，将会造成严重的人员伤亡和财产损失，这使人们不得不开始关注结构的完整性和防止结构发生连续倒塌的问题。如何对建筑结构尤其是大型、复杂结构的抗连续倒塌能力进行分析设计，成为一个重要课题1。自改革开放以来，国内经济有了巨大的发展，同时伴随着土

13、木工程技术的不断发展，建筑结构也开始呈现出大型化和复杂化的趋势。由此而产生的对于建筑结构的设计安全性要求也在不断地提高。随着我国高层建筑的迅速发展，传统的普通钢筋混凝土结构已经不能完全满足时代发展的需要，钢混凝土组合结构作为一种新的结构体系越来越多地应用于高层及超高层建筑中，型钢混凝土是钢混凝土组合结构的一种主要形式，作为一种极具魅力的组合结构形式，由于其承载力高、抗震及耐久性能好等特点，被广泛运用于各种工程结构中，特别是大跨、高层、重载结构。目前对于型钢混凝土结构的研究还不完善。但是计算机技术的突破大大促进了人们对连续倒塌的研究。近些年来计算机技术突飞猛进的发展使得人们昔日的梦想在今天一一变

14、成现实甚至超乎想像，在结构工程领域主要表现为有限元技术的发展。国际上涌现了很多比较成熟的大型通用有限元分析软件，如 SAP2000，ANSYS等，研究者们可以利用这些软件进行分析设计。图片1.1（雅安地震） 图片1.2（911事件）1.1.2 目的本论文研究的主要目标是利用现有商业软件 SAP2000 分析型钢混凝土框架发生初始破坏后的结构性能，也就是通过某种途径使得结构的局部构件发生破坏，然后通过模型的运算分析，得到整个结构的破坏情况，以研究不同构件对结构抵抗偶然荷载作用的重要程度；通过变化板厚参数，在其他条件不变的情况下，分析板厚对框架梁、柱的影响；通过SRC框架结构和RC框架结构抗连续倒

15、塌能力的对比分析，得到SRC框架结构抗连续倒塌的特点和优势。最后，在总结上述分析的前提下，得到提高结构抗连续倒塌能力的方法，为以后的抗连续倒塌设计提供思路。1.1.3 意义结构设计的首要目的是满足安全要求，随着经济发展水平的提高，意外事件的发生频率将会大增，结构在其使用寿命期内遭受非常规加载的可能性将大大增加。由于连续倒塌问题与实际工程是紧密相联的，研究结构连续倒塌有诸多意义：首先，各种类型的连续倒塌问题研究均起源于之前发生的重大工程事故，故而研究工程事故可用来评估后来的结构连续倒塌；其次，实际工程中的诸多因素对结构的连续倒塌都有重要影响，研究需要结合工程实际，从而更好地指导实际工程设计；再次

16、，连续倒塌问题属于结构整体性行为，历史上发生了三次重大结构连续倒塌事件，对于建筑结构连续倒塌的研究有重要意义。1.2结构连续倒塌研究的发展历程在国际上，对连续倒塌的研究呈波浪式前进，大致分为三个阶段。第一个阶段是 1968 年英国 Ronan Point 公寓楼倒塌。第二个阶段是继 1995 年美国俄克拉荷马市爆炸事件之后。第三个阶段，起始标志为 2001 年 9 月 11 日世贸中心倒塌事件和五角大楼局部倒塌事件。目前，很多国家的科技工作者们正在进行相关研究，旨在进行充分论证从而修正设计规范。历史上，每一次灾难性破坏事件之后，设计规范的编写者们都努力阐述连续倒塌。只是非常令人遗憾的是，历次规

17、范中的条款都是定性的指导方针，留给工程专家们一个自由来表达各种可能的不同解释，没有形成统一的标准和认识。1.3 结构抗连续倒塌研究现状1.3.1 国外研究现状对于钢筋混凝土结构连续倒塌的研究，国外起步较早，英国是世界上最早在建筑规范中提出避免结构连续倒塌要求的国家，起因是RonanPoing公寓倒塌事件。随着后来陆续的连续倒塌事件发生，研究人员对于连续倒塌的研究空前活跃，许多研究人员发表了自己的文章来阐述对于连续倒塌的研究成果。 （1）ErieF.pBurnett“TheAvoidaneeofprogressiveCollapse:Regulatory APProaches to the Pr

18、oblem”1975年美国的Erief.pBrunett详细研究了英国、瑞典、荷兰、加拿大、法国等国家的防止建筑发生连续倒塌的相关规范条款，分别介绍了各自的内容、背景和条文解释，并对各自的条文进行了比较。在文章中,作者认为与结构承受偶然荷载相关的条文必须满足结构性能相关标准的要求，同时应当在经济上、政治上以及建造的可行性等方面满足各自的要求。（2）Edgar V.Leyendeeker and Bruce R.Ellingwood ”Design Methods for Redueing the Risk of progressive CollaPse in Buildings”1977一19

19、78年Edgarv.Leyendeeker和BrueeR.Ellingwood分析了建筑物连续倒塌的原因及其防范措施，从概念上对防止发生连续倒塌的方法进行了分类：控制偶然事件的发生；间接设计方法；直接设计方法。其中，控制偶然事件的发生是指采取一定的隔离措施等方法，从而使偶然荷载无法作用到建筑物上；间接设计方法是通过一定的构造措施来增加结构的连续性、整体性；直接设计方法是指在设计时通过专门的设计来增加局部构件的抗力或者提供备用的荷载传递路径。（3）John E.Breen ”Research Workshop on Progressive CollaPse of BuildingStructur

20、es”在这篇文章中总结了在美国得克萨斯大学进行的一项研究，该研究的目的是探讨在美国进行建筑连续倒塌研究的需求、优势以及思路。1975年他们以一个汽车制造车间为研究对象，探讨了建筑物连续倒塌问题。研究表明钢筋混凝土框架结构在遭到人为爆炸荷载的冲击下，更易在局部产生连续倒塌问题。Breen的文章指出，工程师不应到把研究偶然作用以及确定偶然荷载的大小作为防止建筑物发生连续倒塌的主要解决办法，而应当通过在整个结构内部设置拉结或系杆来提高结构的整体性，拉结或系杆的数量应当根据结构破坏的数量及其可能产生的瓦砾残骸所引起的倒塌荷载来确定，而不用考虑具体的爆炸作用或其他偶然荷载的大小。文中也指出由于材料本身的

21、脆性以及整个结构体系缺乏延性和连续性，大板结构体系和承重墙结构体系比现浇混凝土结构体系和钢结构体系更容易发生连续倒塌。同时该文提出这样一个概念：对结构进行防止连续倒塌设计是一个比较高级的极限状态，因为它是建立在结构局部破坏的基础之上。因此，在这种极限状态下对结构进行分析时，应当采用合适的荷载安全系数以用于分析结构发生连续倒塌的可能性，同时考虑倒塌荷载和部分活荷载的作用以及强度折减系数。该文通过调查研究发现:位于高地震区的结构体系通常具备较高的抵抗连续倒塌的能力，这主要是因为按抗震设防要求对结构进行设计时，通常会采用一些构造措施保证节点的连续性和延性，从而抵抗地震产生的水平和竖向作用。为此作者提

22、出两种设计理念，一种是改变传力途径设计方法；另一种是提高建筑物专门抗力方法。（4）Felix Y.Yokel,Richard N.Wright和William C.Stone ”progressive Collapse:U.s office Building in Moscow”1989年美国的Felix Y.Yokel,Richard N.Wright和William C.Stone在对莫斯科的美国大使馆发生连续倒塌的风险进行调查分析以后，完成了这篇文章，该文详细介绍了评估建筑物连续倒塌的灵敏度的标准方法。这主要得益于作者对莫斯科的美国大使馆建筑上的完整性的调查，在调查中作者特别关注了发生连

23、续倒塌的潜在风险以及提高其抵抗连续倒塌能力的补救措施等方面。这篇文章被认为是在设计新建筑物或者评估已有建筑物的完整性方面的一个范例。（5） Gene W.Corley、paul R.Mlakar Sr、Mete A.Sozen和Charles H.Thonlton的”The Oklahoma City Bombing:Summary and Recommendations for Multihazard Mitigation”这篇文章总结了建筑性能评估小组对美国俄克拉何马城Alfred P.Murrah联邦大楼爆炸事件的调查。作者总结了当时结构安全设计的实际方法如下：确定合理的在设计上应考虑的

24、风险；确定保护水平；确定由威胁而引起的荷载参数；选择适当的结构体系，以承担上一步确定的荷载，关键是提供足够的延性和冗余的荷载传递途径使结构由于破坏而超载时不会发生连续倒塌；确定承受这种动力荷载的单个构件的尺寸；进行性能分析以计算结构的非弹性响应和构件的损坏情况。具备当地抗震要求而进行的结构设计能够在爆炸发生时对建筑物提供保护作用。（6） Anatol Longinow和Kim R.Mniszewski的“protecting Buildings Against Vehicle Bomb Attacks”1996年Anatol Longinow和Kim R.Mniszewski研究了建筑物防汽车

25、炸弹袭击的问题，作者对比分析1992年的世贸大厦和1995年的美国俄克拉何马州的Alfred P.Murrah联邦办公建筑遭到恐怖袭击事件，得出结构体系的不同是造成不同程度连续倒塌的主要原因。该文最后指出，像钢结构或现浇混凝土框架这样的超静定结构体系，在炸弹袭击下通常可以有效的进行荷载重分配从而阻止建筑物发生连续倒塌。指出结构设计时应考虑建筑物遭到炸弹袭击局部失效以后，能有效的再分配荷载,以防止连续倒塌。1.3.2 国内研究现状我国在建筑物防止连续倒塌方面开展的研究较少，即使己开展的工作也主要集中在易燃、易爆等危险品爆炸使建筑物产生局部破坏甚至连续倒塌的问题上。（1）1993年清华大学王志浩等

26、人做了冲击波作用下剪力墙房屋的倒塌试验研究，总结出了简化的抗力曲线，提出了分析水平冲击波荷载作用下这类剪力墙结构的倒塌过程的简化方法，把结构视为刚体，将变形集中于底部开裂截面，并用集中弹簧表示。计算结果对估计上部剪力墙结构对地下室的倾覆作用有一定的参考价值。（2）吴志林(2006)借鉴建筑抗震设防类别划分，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，针对不同类别建筑进行不同水平的抗倒塌设计。（3）王宝勇(2006)运用能量法原理，建立相应有限元模型，对三层和六层框架结构分六度设防和八度设防按失效柱子的四种位置共十六种情况进行了仿真计算，模拟了框架结构在爆炸

27、作用下的破坏过程，并选取不同抗震设计参数，研究参数对框架结构倒塌过程造成的影响。（4）师燕超等(2007)运用有限元软件建立了两跨三层钢筋混凝土框架结构的三维有限元模型。研究了初始损伤、结构的初始条件等因素对爆炸荷载作用下钢筋混凝土框架结构连续倒塌过程的影响。提出了一种改进的GSA结构连续倒塌分析方法，更为准确地模拟爆炸荷载作用下结构的连续倒塌过程。（5）陆新征等(2008)在基于非线性动力分析的拆除构件设计法进行分析的基础上，对基于线弹性静力分析的拆除构件法的原理和设计参数进行了分析和验算，提出适合我国工程结构的设计参数，为我国在抗连续性倒塌设计参数选取提供了依据。（6）邢甫庆和陈道政(20

28、09)基于通用有限元结构分析软件，对按照我国现行混凝土结构设计规范设计的四层钢筋混凝土框架结构进行了连续性倒塌线性静力分析，通过分析得出完全按照我国设计规范设计的四层框架结构在抗连续倒塌方面明显不满足要求，角柱发生失效时结构最易发生倒塌，作者通过分析指出这是由于“索效应”的影响，当顶层柱失效时，结构易发生连续性倒塌，这对我国在进行钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌设计提供了依据。1.4型钢混凝土抗连续倒塌研究的不足（1）拉结力设计法不够完善目前国外规范的拉结力设计法自身并不完善，拉结强度公式仅基于实验数据，并无理论验证。而基于悬链线作用的力学模型并不能很好地考虑拉结钢筋的作用。有些研究发现即使满足现

29、行拉结强度规定，结构在抵御连续倒塌方面仍然具有明显的弱点。且基于国外的工程背景与我国不同，在材料参数、可靠度、设计方法等方面均有差异，因此将其应用在我国工程结构上将不能满足抗连续倒塌要求。因此有必要对国外规范拉结力设计法的基本原理及其不足进行分析。（2）动力放大系数偏保守经过相关分析结果表明考虑动力效应是不考虑动力效应极限承载力的92% 80%。可见线性静力计算方法虽简便实用，但必须在复杂建筑中需要考虑动力效应。DoD规范中动力放大系数为2.0。然而,国内外有学者通过对框架结构的分析研究表明，现有规范中的这些参数过于保守，往往造成浪费。所以相关方面的研究尚且存在不足。（3）未考虑楼板有利作用现

30、行国外规范在分析结构抗连续倒塌能力时，仅考虑了梁、柱组成的框架作用，而楼板并不计算在内。然而，钢筋混凝土楼板对提高整体结构的抗连续倒塌能力有很大帮助，进而提高结构的整体性。（4）未建立与建筑物重要性相对应的安全等级分类意外事件的发生是一个小概率事件，因而对所有的建筑都进行抗连续倒塌设计是不合理的，也是不经济的。应根据重要性对建筑进行安全等级分类，并依此采用与其相适应的设计方法进行结构抗连续倒塌设计。（5）历次规范中的条款都是定性的指导方针，留给工程专家们一个自由来表达各种可能的不同解释，没有形成统一的标准和认识。1.5研究的主要内容（1）明确结构抗连续倒塌能力的概念。本文把结构抗连续倒塌能力定

31、义为结构因突发事件或局部严重超载而造成部分构件突然失效时，结构能自行调整内力,阻止破坏过程的延续,从而保证结构整体不至于破坏的能力。（2）偶然作用，将导致构件的失效。本文针对这一现象，依次移除第一层长短边中柱、角柱、结构内部中柱等构件，通过建模分析，得到每种破坏下的结构反应，从而得到结构的关键构件。（3）根据国外己有关于抗连续倒塌的设计规范，结合我国结构设计规范的相关规定提出结构抗连续倒塌能力分析所采用的方法及分析流程。（4）对一栋按现有规范设计的6层型钢混凝土框架结构进行抗连续倒塌能力评价，通过分析不同板厚条件下结构的抗连续倒塌能力得到板厚对于结构抗连续破坏的影响。（5）通过对比SRC框架结

32、构与RC框架结构的抗连续倒塌能力的分析，得到SRC框架结构在抗连续倒塌方面的优势。（6）通过以上的分析，得到增强结构抗连续倒塌能力的方法。2.SRC框架结构的特性分析2.1 SRC结构的特点2.1.1 SRC的构成、种类型钢混凝土（SteelReinforcedConcrete，以下简称SRC）结构是指在型钢周围布置钢筋，并浇筑混凝土的结构。型钢分为实腹式和空腹式。实腹式型钢主要采用轧制H型钢、交叉工字钢、钢管、槽钢等，常用的截面形式有I、 H、 T、十字形、矩形以及圆形等。实腹式型钢，经济适用，简便易制作，延性及抗震性能良好，承载能力大，目前实腹式构件被广泛使用。空腹式型钢一般是采用缀板或缀

33、条连接角钢或槽钢组成的，常用的有平腹杆和斜腹杆。空腹式型钢比较节省钢材，但加工量大，制作工序多，费用高，抗震性能比普通钢筋混凝土构件稍好，但比实腹式构件较差，因此运用相对较少2。2.1.2 SRC的协同工作原理根据国内外现有试验资料，型钢与混凝土之间的粘结和光圆钢筋与混凝土之间的粘结相类似，主要由三部分组成：混凝土中水泥胶体与型钢表面的化学胶结力，型钢与混凝土接触面上的摩擦阻力和型钢表面粗糙不平的机械咬合力。化学胶结力主要存在于型钢与混凝土表面发生相对粘结滑移之前，当连接面上发生相对粘结滑移后，水泥晶体被剪断或挤碎，化学胶结力大大降低，对于型钢而言，化学胶结力在总粘结力中的比重远远大于在光圆钢

34、筋中的比重。当化学胶结力退出工作后，粘结力就主要依靠摩擦阻力和机械咬合力来维持，摩擦阻力主要取决于型钢与混凝土界面上的正应力和摩擦系数，主要与型钢混凝土构件的受力和横向约束(混凝土凝固时的收缩、混凝土保护层厚度和横向配箍率等)及型钢的表面特性有关。机械咬合力主要取决于型钢表面的粗糙程度和表面状况，但其极限值受到混凝土强度的限制。国内外试验研究表明，型钢与混凝土之间的粘结强度相当于变形钢筋的30%50%3。2.1.3 SRC结构特点（1）型钢混凝土构件比同样外形钢筋混凝土构件的承载能力高出一倍以上，因而可以减小构件截面尺寸，增加使用面积和降低层高。对于高层建筑而言，其经济效益显著。 （2）型钢在

35、浇筑混凝土之前已形成钢结构，且具有较大的承载能力，能承受构件自重和施工荷载，因而无需设置支撑，可将模板直接悬挂在型钢上，这样可以降低模板费用，加快施工速度。由于无需临时立柱，也为进行设备安装提供了可能。同时，浇筑的型钢混凝土不必等待混凝土达到一定强度就可继续进行上层施工，可以缩短工期。 （3）型钢混凝土结构与钢结构相比，耐火性能和耐久性能优异，同时由于外包混凝土参与工作，和型钢结构共同受力，减少了结构的维护次数，因此还可节省钢材50以上。 （4）型钢混凝土尤其是实腹式型钢混凝土结构的延性比钢筋混凝土结构明显提高，因而具有良好的抗震性能4。2.2 SRC抗连续倒塌的优势分析（1）与钢结构相比,型

36、钢混凝土结构可节约钢材达50%以上,降低了造价。同时由于型钢外包混凝土,可以防止钢构件的局部屈曲,提高了钢构件的整体刚度,显著改善了钢构件出平面扭转屈曲性能,使钢材的强度得以充分发挥。另外,外包混凝土也增加了结构的耐久性和耐火性,避免了钢结构防锈、防腐蚀、防火性能较差,需要经常维护的弱点。（2）与钢筋混凝土结构相比,型钢混凝土结构由于在截面中配置了型钢,使构件的承载能力、刚度大大提高,因而大大减小了构件的截面尺寸。同时采用实腹式型钢的型钢混凝土构件,其抗剪承载力有很大提高,并大大改善了受剪破坏时的脆性性质,延性获得了很大的提高,因此型钢混凝土结构的抗震性能明显优于钢筋混凝土结构。（3）另外在型

37、钢混凝土结构中配置的实腹和空腹型钢骨架,可以在工厂制作,这就大大提高建筑物施工的工厂化程度,并且提高了施工质量。这些实腹式和空腹式型钢骨架,本身可以在施工时作为承重骨架,承受模板和其他施工荷载,所以极大地便利施工。由于型钢混凝土结构具有强度刚性大,延性好,抗震能力强,防火防腐蚀性能好及便于施工等一系列优点,因此越来越广泛地被采用于高层及高耸结构,地震区的建(构)筑物,承受大荷载的结构、大跨结构等。2.3 SRC的结构类型型钢混凝土组合结构分为全部结构构件采用型钢混凝土的结构和部分结构构件采用型钢混凝土的结构，此两类结构宜用于框架结构、框架-剪力墙结构、底部大空间剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒

38、中筒结构等结构体系。构件在各种体系中应用的一般方式为：（1）型钢混凝土纯框架或支撑框架结构；（2）型钢混凝土框架（框筒）型钢或钢筋混凝土剪力墙（核心筒）结构；（3）地下室或底部若干层采用型钢混凝土，上部采用钢结构；（4）地下室或底部若干层采用型钢混凝土，上部采用钢筋混凝土结构；（5）框架柱采用型钢混凝土，梁采用钢或钢筋混凝土；（6）在一般剪力墙和筒体、剪力墙中采用型钢混凝土剪力墙。3.国内外对结构抗连续倒塌研究分析3.1 结构抗连续倒塌能力的定义、评价准则3.1.1 连续倒塌的定义Ellingwood对结构连续倒塌的定义为：由于意外事件（如煤气爆炸、炸弹袭击、车辆撞击、火灾等）导致结构局部破坏

39、或部分子结构损伤，并引发连锁反应导致破坏向结构的其它部分扩散，最终造成结构的大范围坍塌。一般来说，如果结构的最终破坏状态与初始破坏不成比例，即可称之为连续倒塌。3.1.2 评价准则按荷载组合对结构进行二维或三维线弹性静力分析后，检查结构的计算结果，确定主要元件和次要元件的塑性能力大小及分布，从而量化结构中可能发生倒塌的区域。拆除法中构件的失效标准采用通用的性能指标 DCR(Demand capacityRatio)评估元件塑性能力的大小与分布，即DCR= QUD/ QCE其中，QUD指按线弹性静力分析所得元件或节点的作用力(弯矩、轴力、剪力或者组合内力)，QCE指实际构件、连接或节点所能承受的

40、极限弯矩、轴力、剪力或者组合内力。本文进行线弹性抗力评估时沿用 GSA2003 指南的指标，典型结构的主要及次要元件应满足 DCR2.0；非典型结构突变处的主要及次要元件应满足 DCR1.5，非变化处的其它元件仍采用典型结构标准。3.1.3 连续倒塌的类型连续倒塌的理论处理和防御应对措施因倒塌类型而异，德国汉堡技术大学的Uwe Starossek在深入研究倒塌机理的基础上，将连续倒塌划分为6个类型，4个类属，并为每种类型提出一个相应的术语，分别为扁平型，闭锁型，多米诺骨牌型，区域型，失稳型和混合型倒塌。3.2 结构产生局部机构失效的原因造成结构连续倒塌的原因有许多,归结起来主要有如下4类：（1

41、）由于施工或设计的失误，有许多的连续倒塌事故是由于设计或施工不当而引起的。 （2）由于地震、火灾和飓风等偶然荷载作用，在这些偶然荷载作用下，结构进入非弹性大变形，构件失稳，传力路径失效引起连续倒塌。（3）由于煤气爆炸、炸弹爆炸、车辆、飞行器撞击等偶然事件产生的作用，造成部分承重构件失效，阻断传力路径导致连续倒塌。（4）基础的失效。由于腐蚀、地质变化等原因引起建筑物地基的部分塌陷会导致上部结构发生部分破坏，如果结构的剩余部分没有能力进行荷载重分配，就有可能引发结构发生连续破坏，最终导致连续倒塌。3.3 结构抗连续倒塌的国内、外规范3.3.1 国外规范图 2.1 连续倒塌重大事故与设计规范时间表6

42、（1）英国规范英国规范的体系分为三个层次：Building Regulations、Approved Document 和British Standard。Building Regulations 是法令性文件，具有较为广泛的约束性和应用范围，且只设定建筑的设计目标而不涉及具体的设计方法。Approved Document是根据 Building Regulations 而制定的应用指南和解释说明，目前包括 14 个文件，其中 Approved Document A 是结构部分。Approved Document 不针对具体结构形式，也不进行具体的设计，它在解决问题时要求设计人员按照其指定的

43、British Standard进行设计，以达到相应的设计目标。British Standard 是各种具体的设计规范，其内容详细，对设计分析方法、设计参数、构造要求等均作出了详细的规定。这三类文件构成了整个英国规范的设计体系，在英国规范的抗连续倒塌设计规定中，也是遵循这样的规则来进行设计。Building Regulations 由于 1968 年 Ronan Point 公寓倒塌事件，英国成为最早对建筑结构进行连续倒塌问题进行研究和抗连续倒塌设计的国家。1976 年的建筑法案（HMSO, 1976）在 Ronan Point 事故后即规定：意外荷载所导致的初始破坏不应导致建筑结构不成比例的

44、倒塌。混凝土结构设计规范 British Standard 8110 (BS8110) 英国混凝土结构设计规范 BS8110（BSI, 2002）将结构的抗连续倒塌能力称之为结构的鲁棒性（Robustness），并通过五个方法增强结构的鲁棒性：结构整体性检查，避免结构布置上出现明显的薄弱部位；结构具有承担一定水平力的能力，每个楼层应能承受相当于该楼层自重 1.5%的水平荷载；拉结强度法；关键构件法和拆除构件法；当竖向构件容易遭受车辆碰撞时，可以设置防护设施。（2）欧洲规范荷载规范 Eurocode 1荷载规范 Eurocode 1（CEN, 2006）对连续倒塌设计的规定根据是否针对灾害荷载作

45、用分为以下两类：针对灾害荷载作用的设计，侧重结构的防护，目的是减小意外荷载对结构的损伤；不针对灾害荷载作用的设计，侧重结构的抗连续倒塌能力，目的在于控制局部破坏对结构体系的影响。混凝土结构设计规范 Eurocode 2混凝土设计规范 Eurocode 2（CEN, 2004a）针对混凝土结构给出了具体的构造要求，比如拉结钢筋连续性和锚固的要求，此外 Eurocode 2 扩展了 Eurocode 1 的拉结形式，增加了对外围墙、柱和角柱的拉结要求。在具体拉结强度的数值上，Eurocode 2 也有所不同6。（3）美国规范美国混凝土协会 ACI 318-08ACI318-08（ACI, 2008

46、）没有提供抗连续倒塌的直接设计方法，它通过保证结构延性和整体性的构造措施来增强结构的抗连续倒塌能力，主要包括钢筋的安放位置、连续性、连接和锚固要求等。美国土木工程学会 ASCE7-05ASCE7-05（ASCE, 2005）认为：除了特别设计的保护体系，将一般建筑物设计成为能够抵御由直接作用在大部分构件上的意外荷载所引发的倒塌，是不切实际的。但是，可以通过合理的设计来限制结构的局部倒塌，防止或降低连续倒塌的风险。ASCE7-05（ASCE，2005）要求结构构件必须具备足够的连续性、冗余强度和耗能能力（延性），从而保证结构跨越初始局部破坏的能力，提高整体结构系统的稳定性。美国总务部 GSA20

47、03GSA2003（GSA, 2003）是世界上第一个抗连续倒塌设计专业规范。其主要贡献在于深化了拆除构件法的概念，提出了拆除构件法的详细流程和分析方法。GSA2003（GSA，2003）阐述了之所以每个工况仅拆除一根竖向承载构件是因为建筑结构的初始破坏是不可预测的，每次拆除一个竖向承载力构件并不是为了模拟结构的实际初始破坏，而是因为这种方式可以正确评估一个结构发生连续倒塌风险的高低，并且通过这种方式能够有效增强结构的冗余度，降低结构发生连续倒塌的风险。在拆除构件法的具体操作流程上，GSA2003（GSA, 2003）建议首先建立结构的有限元模型，然后瞬间拆除一根竖向承载构件并对剩余结构进行分析，分析方法按照是否考虑非线性和动力效应的影响分为四类：线性静力方法、线性动力方法、非线性静力方法和非线性动力方法。美国国防部 DoD2005 / 2009 / 2010DoD2010（DoD，2010）也是一部抗连续倒塌设计专业规范，除钢结构和混凝土结构抗连续倒塌设计内容外，还包含石结构、木结构以及冷弯薄壁型钢结构的相关抗连续倒塌设计方法；在设计方法上，DoD2010 除拆除构件法外还采用了拉结强度法7。3.3.2 国内规范为了满足设计需要，我国关于抗连续倒塌专门的设计规程也在制定中，并且在 2010年颁布的修订版混凝土结构设