结构下坐式连续倒塌的防治

第３８卷第１３期。

０年５月。

山西建筑。文章编号。

结构下坐式连续倒塌的防治。

路国运。赵志刚。

太原理工大学应力所，山西太原。

摘。要：通过采用结构耐撞性原理讨论了结构下坐式连续倒塌的防制机理及可行性，分析了设置缓冲层的选材原则及经济性，研。

究得出相关结论，从而为结构下坐式连续倒塌的防治研究奠定了基础。关键词：倒塌，耐撞性，基本思路中图分类号：ｔｕ

文献标识码：ａ

引言。量的设计方法。在尚未建立合适的抗倒塌设计方法时，采用相关。

００１年９月１１日美国世贸中心由于飞机撞击而引发大火，的抗震设计的方法应该是有效的。建筑结构在其服役过程中很。

两座并立的塔式摩天楼在几十分钟内相继倒塌，世贸中心附近５有可能遭受到诸如**、冲击等极端载荷的作用，由于这些作用。

幢建筑物也受震而坍塌损毁，造成重大的经济损失以及人员伤通常都是大大超过了设计工况或是会产生不同于设计工况的情。

亡。自此，结构的防倒塌设计研究受到世界范围内研究者、设计况，极易引起结构的局部或者整体倒塌，在现实中也确实有很多人员及**相关部门的极大重视。近年来，各国在不断提高建筑建筑物在**作用下被夷为平地。

因此，防倒塌的第一思路是对。

结构安全的同时，更加重视防倒塌研究。以“性能化防灾”为代表于突发事件的**，即事先尽可能地对于小概率但危险性大的事。

的国际抗灾研究，已经把房屋建筑抗倒塌视为“性能化防灾”的一件进行广泛而慎重的考虑，然后根据结构以及极端作用的特点在个核心安全目标，并由此推动了结构抗**倒塌、抗火灾倒塌、抗结构体系的选择、

结构延性提高、防突然破坏等方面采用有针对**、人为意外事故和恐怖袭击导致的连续倒塌等相关研究工作性的措施加以防制。其次是对于这种可**突发事件做出结构。

的深入开展。减轻或避免自然灾害和人为失误引起的房屋建筑设计应对，做到有目的的防护。要想做到这点，就要求设计者必倒塌破坏，已经成为房屋建筑结构安全和防灾减灾研究的一个至须熟悉结构在极端情况下的各种响应及失效，因此必须对于结构关重要内容。

我国一直都有这方面的研究，并有多部包含房屋建倒塌的机制和机理进行深入理解，从而给出实用的防连续倒塌设筑结构安全、保证抗倒塌能力内容的设计规范和规程出版．２但计方法以及在各种极端载荷作用下结构防倒塌的定量设计方法。

相比于国际先进水平在很多方面还有差距。所建的建筑物在极。

建筑结构的倒塌形式可分为整体作用下引起的倒塌和局部。

端情况下（如２００年汶川**），有不少建筑物发生了连续的倒作用（如**、冲击、

火灾等）引起的连续性倒塌。对于整体作用塌，造成了大量人员**和经济损失。在此背景下，由清华大学（如**作用）下引起的倒塌，目前国内外仍缺乏精确的定量设计。

土木工程系牵头于２０１年６月在北京召开的“建筑结构安全与方法。而局部性的倒塌亦各有自身的特点，其倒塌设计主要有基。

防倒塌专业委员会”成立大会暨“第一届建筑结构安全与防倒塌于载荷特性确定性的结构反应设计及注重结构自身整体牢固性学术交流会”，大大的促进了我国在结构防倒塌研究方面的组织进行结构设计的两种方法。结构下坐式连续倒塌则又有自身的。

建设及研究队伍的完备。目前新施行的《混凝土结构设计规范》

一。些特点，必须单独加以分析研究。

中已经增加了结构防倒塌设计原则，从而提高了结构在偶然作用２结构下坐式连续倒塌的防止。

下的抗灾性能。

大量建筑物的倒塌是由于受侧向载荷作用或是由于局部支承。

防倒塌控制基本思路。

结构破坏而引起侧向倒塌进而引发整体连续性塌陷，但２００年世。

我国建筑结构规范中的三防原则之一即提到大震不倒的设贸中心的倒塌事故则不同，有研究指出其倒塌的原因是由于被飞计准则，即要求建筑物在极端**作用下，仍然保持整体性不倒，机侧向冲击后，被冲击层破坏并**致使该层承载体系破坏，上从而最大程度的减少人员的**及经济损失，抗震设计中提出的部结构突然下压而引起了下一层柱结构屈曲，之后又形成对下一结构超约束（即结构冗余）以及连接延性能力等要求可以在一定层的冲击从而引起了连锁的冲击屈曲，即冲击屈曲的波动前进使。

程度上有效防止或抵抗连续性倒塌，只是目前仍未有有效的、定整个结构在几十分钟内倒塌。这是一种典型的但又与一般**灾。

收稿日期。作者简介：路国运（１９男，副教授。

第３８卷第１３期。

０１年５月山西建筑。

害不同的结构整体倒塌的模式，ｂａ和ｚｈｏ的研究指出，“设费。经过计算，如果世贸中心采用泡沫铝坍塌隔板这样的吸能体计能够承受这种袭击的高楼是不可能的”。因为上部构筑物巨大系，大楼的总花费会增加１１％这一数字对于整个大楼的总经费。

的势能所产生的冲量都不可能通过钢结构或是混凝土结构的坍还是有较大影响的。究竟是否有必要对每一层都进行设计还是塌变形全部吸收，上部结构下坐时所产生冲击载荷的量级足以使有一种最优的方式可以代替仍需要大量的分析与研究，寻找一种任何理想的结构坍塌。这种情况下由于整个竖向承力体系都参既经济又有效的保护系统目前来讲仍是一个难题。

可见一个完与了工作，因而也不可能有其他冗余的结构提高防塌陷的能力，整的有成效的研究必须包括力学模型、许多设计上的细节、具体似乎确实是一个无解的问题。但我们可以从汽车防碰撞设计中实施时吸能系统的具体安放位置和施工可行性以及经济性的考吸取经验，利用结构耐撞性研究理论，即：通过结构和材料变形所虑。

这就不得不考虑结合其他的耗能机理，采取混合方式（如采实现的不可逆能量转换来吸收部分冲击能量，从而减轻对下部结用管内填充泡沫与液体阻尼式耗能相结合的方式等）达到经济适构突发载荷的量级达到防倒塌的目的。

用的原则。相信借鉴其他行业结构耐撞性设计的知识及思路会。

从结构耐撞性的理论上讲，，通过塑性变形或者其他耗散过程转换成非曲式破坏的吸能系统。

弹性能，从而中止向其他结构传递。因此，当类似于世贸坍塌式上面的讨论是从治的角度来考虑的，最好的机制是提前防止。

的建筑物坍塌发生时可以考虑加入吸能楼层通过压缩变形大量下坐式的破坏发生，即防止局部楼层发生破坏，如对于重要建筑使外部的冲击等极端作用不易作用于关键的结构吸收上部结构的冲击能量，同时也可大大减轻下坐时产生的冲击物设立防护区，力峰值，使下面没被破坏的结构能够承受削减后的动力载荷，达上，也就是一些文献上提到的偶然事件控制法。另一方面，加强。

到防止结构发生应力波传播式的屈曲坍塌，见图１。事实上，对于关键结构构件的防护及其协同工作的冗余度设计，即提高结构的这种地标性的高层或是超高层的结构是进行过竖向**的抗震整体性也是非常重要的。

设计的，结构的竖向承载力有较大的冗余度的，只要将竖向帅击３结语载荷降到其许可范围内即可以防止其发生竖向屈曲式的坍塌。本文讨论了防止上部结构下坐式连续倒塌的可能性及思路等人对于这一问题从设计原则和经济性方面进。

而更多的结构则是发生局部失效引起的结构侧向连续性的倒塌，行了详细的讨论，认为在结构层设置坍塌隔板在理论上是可以导这方面的研究较多。对侧向连续性倒塌采取的措施及原则亦适致结构坍塌的向下应力波得到控制的。在他们的讨论中还对采用于下坐式连续倒塌的防治，如：

加强局部构件和连接，即对预期用什么样的吸能材料进行了讨论，指出了从效能方面考虑，泡沫。

可能发生失效或遭受袭击的部件或区域预先加强，以减小可能引。

铜的吸能效率最高，但同时考虑经济性方面则是泡沫铝最有优起大范围的失效。当然对于**、冲击这样的极端载荷作用下，势。在选择能量吸收材料时，可压缩比是非常重要的，即行程（即要求结构不发生局部破坏几乎是不可能的，因此提高结构整体抵可变形的距离）与材料原始尺寸之比。

这个比值受到材料特性的抗倒塌的能力就更加重要了。对于下坐式连续倒塌有自身的特限制，普通的固体金属或者固体聚合物不可能有一个高的可压缩点，其最重要的是如何有效的吸收巨大的下落动能以及减小和缓比值。采用多胞材料，如蜂窝材料和泡沫材料，可以获得高得多和下压的冲击力，缓冲层设计是一种有效的方式，然而到目前为的可压缩比值，这是因为胞体中的大量空间为材料提供了很大的止仍不能找到一种特别经济有效的方法。

相信随着新型高强度、可压缩性。多孔泡沫金属较高的孔隙率使它具有特殊的压缩高韧性泡沫材料（如非晶合金类泡沫材料）的发展以及其他形式应力一应变特性，即泡沫金属材料在受到外压时会产生三个变形耗能缓冲结构的发明，会产生经济、实用的缓冲层设计方案，而吸能阶段：弹性变形，孔洞塌陷阶段和压实阶段，当泡沫金属材料受到。

层位置设置的优化则可能是减少投资增加的另一有效途径。

冲击时，有较长的低应力平台存在，极大的提高了其减小冲击力参考文献：峰值及吸能缓冲的能力，在防撞、防震及缓冲方面有非常好的应用前景。

１］王英，林。

峰，顾祥林．结构抗连续倒塌设计方法评述。

ｊ］．结构工程师。

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