极端荷载下结构的倒塌问题与思考

极端荷载下结构的倒塌问题与思考1.极端荷载下结构倒塌事故概况2.抗倒塌的规范情况3.代表性的研究成果介绍4.几点思考主要内容极端荷载爆炸（炸弹爆炸、爆破拆除、油气等化工爆炸、核电站爆炸）地震火灾人为失误碰撞飓风大雪。。。。。特点：偶然性，多数属于动力荷载，可能造成灾难性后果。爆炸——煤气爆炸1968年5月16日，英国伦敦22层、64m高的RonanPoint公寓连续性倒塌在18层角部发生燃气爆炸引发连续性倒塌。多米诺骨牌式垮塌1995年4月19号美国俄亥俄洲的Murrah联邦大厦发生恐怖炸弹袭击事件。汽车炸弹在距离大厦4.75m的地方被引爆。Murrah联邦大厦是传统的钢筋混凝土框架结构，大楼两主轴方向东西长67.1m，南北长304m，12.2m的转换大梁支撑3根3-9层的柱子。汽车炸弹炸毁了结构的底层柱并击穿了楼板与转换大梁。由于失去转换大梁与楼板的支撑，旁边的底层柱随后因为失稳发生破坏从而导致其上部分相继发生破坏。最终结构一侧发生整体倒塌。爆炸——恐怖袭击爆炸——恐怖袭击911中的纽约世贸大厦1962年—1977年，世界贸易中心从设计到施工完成，最初可容纳5万名工作人员。1993年2月26日，21号大楼地下室被恐怖分子袭击，伊斯兰极端份子在地下室放置炸弹，导致6人死亡，约有1000人受伤。后来这些恐怖份子都被判处240年的徒刑。2001年9月11日，世贸中心被恐怖份子用民航客机自杀攻击而撞毁，两幢110层摩天大楼最终倒塌。爆破拆除2009年12月30日，广西柳州市爆破拆除22层高层公寓失败，被劈成两半的大楼一半倒塌，一半斜立原地。爆破拆除2005年1月14日下午，四川宜宾市广播电视大学一幢6层旧教学楼实施定向爆破。16时作用，在打爆破孔过程中，该楼西侧突然发生坍塌，垮塌面积约1800m2，现场作业11名施工人员被掩埋在废墟中。2001年11月16日，青海西宁一个商住楼两次爆破均失败。楼房坐落1层后非但没有倒下，而是成为倾斜20度的斜楼。爆破拆除2004年11月2日，中科院成都分院有一个世界最大面积的泥石流模拟试验厅，定向爆破拆除不成功，不得不采用机械拆除。石油平台油气爆炸PiperAlpha平台位于英国北海中部，是8桩腿的钻进/生产平台。1988年7月6日约22时阿尔法平台上泄漏出来的天然气冷凝液发生爆炸。约22时20分气体立管发生破裂再次发生大爆炸，其后又发生一系列爆炸，整个平台结构坍塌，倒入海中。当时平台上共226人，其中165人死亡，61人生还，另2名救援人员死亡。直接经济损失近28.7亿英镑，产量损失13.5亿英镑，税收损失7.7亿英镑。事故原因：没有完成的检修作业+信息交流不足的交班+安全管理不当=灾难石油平台油气爆炸平台名称：深水地平线。长112m，宽78m，高97.4m，吃水23m。位于美国新奥尔良东南130英里处。作业者：BP造价3.5亿美元，日费50万美元。人员：126人事故经过：2010年4月20日，该近海钻井平台发生爆炸，平台燃烧36小时后，造成11人失踪，115人获救（17人受伤）。石油平台油气爆炸深水地平线事故后果：给BP公司带来巨大经济损失：事故发生两周内BP股票下挫17%，市值蒸发近320亿美元。BP面临数十亿美元的赔偿，2009年该公司利润为166亿美元。生态带来灾难：生态平衡被破坏。海洋平台倒塌的最终原因往往是长时间燃烧，但爆炸往往是灾难的起点，加剧损失。全球核电站分布当前世界上已有450多座核反应堆电站并网发电，核电总装机容量已达3.5亿kw以上，约占世界发电总量的17%。1986年4月26日，前苏联切尔诺贝利核电站发生世界上最严重的核事故。INES等级达到7级的核事故。辐射云覆盖欧洲东部、西部和北部大部分地区，有超过33.5万人被迫撤离疏散区。此次核事故的直接死亡人数为53人，另有数千人因受到辐射患上各种慢性病。核电站事故-爆炸福岛第一核电站位于东京东北部170英里，是世界上规模最大的核电站之一。2011年3月11日，日本发生9级大地震，引起的断电导致反应堆冷却剂泵停止工作。存放在地势较低地区的备用柴油发电机也在地震引发的海啸中严重受损。INES等级达到7级的核事故。核电站事故-爆炸中国百年大地震一览图地震：新中国成立以来发生6.5级以上的强震55次汶川地震连续性倒塌实例校舍连续性倒塌都江堰聚源中学教学楼倒塌后结构组成形式右一：预制板与进深梁无拉结；右二：进深梁下无构造柱。汶川地震连续性倒塌实例小震不坏、中震可修、大震不倒。设防大震比设防中震高一度。地震具有高度不确定性，很多6、7度地震区发生了超过规范设定“大震”等级的地震，可称为“巨震”。例如汶川震中达11度。当结构遇到高于设防大烈度时怎样设计？小震不坏、中震可修、大震不倒、巨震避难单元不倒

巨震的抗倒塌设计时间地点震级死亡(伤)人数1976年7月28日河北省唐山市7.8级24万2003年12月26日伊朗克尔曼省东南部6.6级5万2004年2月24日摩洛哥北部山区6.5级28万2005年2月22日伊朗东南部克尔曼省6.4级602(991)2005年3月28日印尼苏门答腊岛附近海域6.4级13002005年10月8日巴基斯坦首府伊斯兰堡7.8级8.6万(10万多人)2006年5月27日印尼爪哇岛6.2级57822006年7月17日印尼爪哇岛南部海域7.7级6682007年8月15日秘鲁8.0级5102008年5月12日四川省汶川县8.0级69225(374640)2010年1月12日加勒比岛国海地7.0级22.25万(19.6万)2010年4月14日青海省玉树县7.1级22202011年3月11日日本宫城县以东海域9.0级13232通过上述事故案例分析得：结构体系的复杂性在日益增加。结构倒塌及次生灾害是造成人员伤亡的真正“元凶”。重大工程破坏、倒塌的社会综合影响日益严重。自然灾害、人为失误以及设备老化都是无法回避的现实。当前面临的问题并不是未来是否会发生另一场重大事故，而是“何时”发生。极端荷载下结构的破坏、倒塌、防护问题会成为将来一个重要的社会关注和研究热点。倒塌事故小结定义：招建筑结沫构的连蛙续性倒育塌(Pro叹gre番ssi骡ve齐Col如lap逮se)是指倡结构说部分页构件衔或局雄部发尺生破规坏后华其周查围构种件相孟继发微生破怒坏甚嫩至导毒致整适个结否构完追全倒苍塌的治现象出。特点：小破坏具持有“连氧续性”心与“不潮成比例初性”，即随身后的破脊坏紧随宁最初的嚼破坏，宰且最终参破坏的凯范围远截大于初干始破坏[E临ll木in兆gw侦oo误d.塑B,别1晕97匀8]。连续找性倒楚塌破发坏往黎往由肉非常螺规荷欢载作阁用引袭起，展非常扛规荷浑载包态括炸变弹爆旋炸、盼汽车屯撞击跨、地牢震、副海啸电等作吊用。连续性仆倒塌的浑定义1.极端荷笔载下结奶构倒塌弓的事故楼概况2.抗倒敲塌的粥规范救情况3.代表性慨的研究点成果介蚕绍4.几点弦思考主要椅内容国外子抗连排续倒瓣塌设恢计规焰范现添状英国夕：Bu录il惧di样ng总R唱eg失ul椒at庭io仙n,羞B其Sl俗00混凝嫌土规窑范加拿大滥：Nat鱼ion策al火Bui石ldi灾ng羊Cod礼ef册or笨Can盯ada欧洲救：Eur在oco豪de靠1美国：《联邦进政府办链公楼以荐及大型妨现代建乌筑连续各倒塌分死析和设债计指南迅》(G覆SA泉2醒00费3)雀,《建竟筑抗竞连续公倒塌渔设计系》(D窄oD量2扮00寇5/怜20雪09景)日本打：《倒塌段控制遵设计烧指南》中国没：？各国规现范编制非时间表英国均是最岔早对戚建筑训结构好进行恐抗连毫续倒产塌设倘计的湖国家就。196决8年Ron哄an祸Poi呀nt公寓累倒塌伤事件婆发生烘后，草英国品政府乔制定贪了相调应的障规范溜。19指76年在Bui诞ldi页ng恋Reg模ula你tio厘n中规眼定：结构在扁偶然荷么载下不拾应发生袜与初始临破坏不状相称的弯大面积捆坍塌，云并提出养了拉结疤强度设括计，构饰件的跨琴越能力语设计以观及关键哨构件设粘计三种测设计方灵法。BS极l0虏0混凝土岔规范中烟规定：弄结构不拦应存在腾明显薄墙弱层，炸且每个荒楼层应细能承受降该楼层策自重1.值5％的依水平喊荷载龟，以款保证喉结构崭在意马外荷歇载下从的稳山定性怖。英国将抽抗连续寺倒塌设忆计方法版纳入规铺范已有保近40年的毒历史撤，实哪践证破明这艘些方追法有连一定勉的成步效。价多年普来英关国规讨范对胳世界躺其它刑各国签的抗曲连续遮倒塌犬规范顾都产抵生了贸很大有的影级响。在Ron位an拿Poi泳nt公寓倒六塌事件差发生后怨，加拿趁大也是斥做出反括应较早愧的国家腊。其现行给建筑规究范(NB离CC)强调抄结构班关键楚构件狡和关肯键节押点的好设计剃，指刮出设啊计中松应提左供多银传力熄路径若（增砍大冗泥余度关）。应保症证结纸构的凶完整拍性，避并建直议设仙计中赏应考青虑所迫有发胁生概交率在0.0对1％以灶上的级极限轰荷载变，以效防止抽突发纸条件缓下结青构连逆续倒宫塌的续发生介。Eu捎ro素co搁de尾1规定扔结构酿必须般具有肺足够娘的强责度以种抵御洋可预困测及肉不可厌预测世的意寇外荷浓载。昼该规求范采慨用了爱与英笼国规陡范类烧似地播设计宽方法源：拉结强若度法；拆除怖构件阴法；关键缺构件无法。该规范刃更注重劣提高结疗构的整决体性、阀延性和草冗余度妙来提高缩慧结构抗阅连续倒蜻塌的能喊力。规谁范中明斧确了结杀构的两普个设计妙层次：基于具欢体的意船外事件滑；独立于铺意外事机件，其率设计目算的在于征控制意清外事件杀造成的稳局部破送坏。美国是泥受恐怖徐袭击较谦严重的浙国家，迷近年来触很多机聪构和部丝式门都对体结构抗资连续倒权塌的设挨计规范伤作出了系规定。敢美国混肌凝土协让会ACI规定了骄一系列红提高结目构延性课和完整甘性的措沃施。美国第公共牺事业约管理移局(GS视A)2掌003年制定雕了判断越建筑物处是否可易以免于阿进行抗滋连续倒快塌分析路的流程己，考虑补了建筑躺物的用捉途、安假全等级侵、使用爽年限以吹及材料岛、结构毕形式等躁因素。鼠另外，惜该指南抽还建议谢了一些扔设计概往念，以扩提高新竟建建筑戏的抗连号续倒塌绒能力，包括提饥高结构污冗余度揪、延性昼、连续病性以及能考虑反误向荷载侍作用等母。美国鬼国防寄部(D翼oD远)2踏00贤5/离20鸭09年制定环的规范乓中指出钳，国防模设施应口具有抵每抗不可蚀预测事教件造成枕的结构怕连续倒琴塌风险语的能力丑。该规德范将建贝筑抗连符续倒塌众设计分迎为两级易：对于条低安惠全等标级的暂结构巷应保护障其腰水平却和竖检向拉沿结强适度；秋对于贴高等妇级的总建筑性除保棕障其开水平果、竖够向拉强结强舰度外培，还低需满棵足AS杂CE君-7介绍的辨多路径邻传递法铃的要求股，以及宵结构指延性秧和完嗓整性锐的要酒求。200饺1年美颂国世锯贸大昏楼倒扒塌后专，通害过考疮察局寇部构虹件失办效和彼火灾债事故句下钢剖构件伶强度争退化垮对高玩层建痕筑承肠载性逼能的垂影响药，研丸究了筝冗余猜度对怎抵抗剪结构脆连续纯性倒塘塌破珍坏的智作用絮和高拦性能留耐火颤钢的将开发皂应用仰前景叮，并没提出榴了简吴单的踏高层砖建筑指抗倒吐塌设桶计验礼算方乘法；释另外弟，对悲大跨雅空间农结构平的敏觉感性断分析兔也作读了一寸定的拜研究表工作磨。作为刑这项堵研究嗽成果造，日本召钢结校构协肆会和态美国肚高层站建筑菠与城侨市生爸态环茂境委彻员会牙联合兵编制拥了《倒塌必控制弟设计践指南》，分设辛计卷和纺研究卷慰两卷。[1]康Ja干pan较ese瓜So乞cie鞠ty梨of喇Ste侮el微Con奶str找uct洽ion庭&疗Cou尚nci蔽lo怕nT捷all叔Bu宅ild脏ing师sa爆nd碧Urb撒an笔Hab铸ita亮t．Gu牺id往el旧in奋es铜f钉or形C煌ol辨la能ps嚷e能Co肃nt辣ro汽l挨De日si远gn鸦-C奸on塑st读ru鹅ct件io富n贫of吐S炼te怎el盛B累ui川ld愿in眠gs捉w扎it山h进Hi下gh布R细ed雁un塔da坡nc棒y[搏S]．200暑4．我国规闲范还没蛙有在抗驰连续性蝴倒塌方湖面做出敬明确规鲁定，只哲是在GB老50琴01殖0《混凝土钉结构设剂计规范》的第驻条中副规定患：结构锋应具兰有整杂体稳只定性缓，结骗构的带局部庄破坏摇不应娱导致证大范旷围的创倒塌健。规范只刑对结构货抗连续砌倒塌进鞋行了定忘性的说都明，并加没有具枕体的方骨法和要拒求，缺耕乏可操煎作性。规范绝比较

规范名称

对比内容GSA2003DoD2005DoD2009抗倒塌建筑分类标准无按防护水平划分为高、中、低很低四个级别按容纳人数及使用功能划分为I、II、III、IV四个级别荷载组合1.0D+0.25L1.2D+0.5L+0.2W1.2D+0.5L+LLat拆除构件的位置首层柱或墙所有楼层柱或墙同DoD2005分析方法（拆除构件法）静（动）力线性静（动）力非线性静力线性静（动）力非线性同DoD2005倒塌范围限制被拆除构件之上楼层的坍塌面积小于167平方米（334平方米）或与拆除的竖向构件相连跨度:取最小值被拆除构件之上楼层的坍塌面积小于70平方米（140平方米）或该楼层总面积的15%(30%):取最小值不允许任何结构构件发生倒塌破坏RLIF2.02.00.9+1.1/CIF钢框架1.2+0.8/CIFRC框架DIF（变形控制）2.02.01.08+0.76/(Qpra/Qy+0.83)钢框架1.04+0.45/(Qpra/Qy+0.48)RC框架DCR2.0规则结构1.5不规则结构1.01.0最大允许塑性转角(rads)(RC框架角)0.1050.105（低级）0.0698（中高级）与梁断面尺寸、纵筋配筋率、配筋率等因素有关注：DC以R指需求圾能力比CIF指抗怀力增队大系幅数RL仇IF指相对栋荷载增蜓大系数DI孙F指动力茎放大系屈数θp普ra指框裳架梁殃端的联塑性咳转角θy指框架唱梁端的拉屈服转洋角1.极端荷井载下结偷构倒塌室的事故寺概况2.抗倒塌赤的规范误情况3.代表性炭的研究举成果介挥绍4.几点现思考主要内理容代表性虏的研究痕成果介执绍1.爆破或荷载参下构膏件的姜试验息及数断值模阻拟。代表性合的研究刺成果介要绍2.按照GS砍A或Do管D规范，宰采用“争去柱”畏的方法蛛，对现藏有结构能的抗倒顺塌性能牵评价。代表爷性的顽研究煎成果歼介绍3.结构主倒塌联的数裂值模混拟（亡离散永元方夫法）代表暗性的锯研究汪成果廊介绍4.提高抗袜倒塌能怕力的拉躲结法设脱计。代表性殊的研究刻成果介贪绍5.提高抗乱倒塌能犹力的加隙固措施解。当前存成果派的评抛价国内外姻在结构读连续性瞎倒塌控忘制与抗湖倒塌设宣计方面碎的研究缘瑞仍处于坛起步阶病段，而哥当前的探结构安拥全形势冰已使学撞者们意傻识到该翅课题研秒究的重食要性和僻紧迫性建。目前为歼止如何赶通过简贴单、可恼靠的方野法评估董结构抵撑抗连续垒性倒塌暴的性能马仍然没续有得到套有效解丑答。对于利极端装荷载誓下结齐构节溜点、递构件厕、体刊型层配次上蠢的性眨状掌患握还孔很不村足，肉缺乏驾有效镜的试墙验依主据。当前歇的研结究热荣点在瞎于如诊何采牛用数遥值方算法对悉倒塌忠现象傅进行穴模拟