抗连续倒塌设计方法在置换技术中的应用

作者：盖伟

来源：《中国房地产业》 2017年第4期

【摘要】随着经济的发展，我国的建筑业也逐渐迈向房屋维修、改造加固迈进，我国有很多相对成熟的加固技术并应用于实践，但是，在保证技术性可靠的同时，仍需要考虑人力、财力等经济因素，因此，本文结合抗连续性倒塌理论与设计方法，阐述防连续倒塌技术中的线性静力拆除构件法在加固中的应用的理论，应用于实际工程来缩短工期节省造价。

【关键词】经济因素；连续性倒塌；拆除构件法；加固

1、背景

自第二次世界大战以来，建筑业的发展史可大体分为以下三个阶段，据相关资料研究表明，西方发达国家多年前已经以第三阶段为主要目标，而就目前我国的发展现状来看，仍然处于第二阶段[1]。

相关资料显示，西方发达国家在建筑物加固改造方面的工程规模逐年增加。根据建设部公布的资料可以看出，我国的建设也已经脱离过去以新开发为主的阶段，现处于新区开发与旧城治理改造相结合的阶段。据统计，我国自“一五”至“十一五”期间，建筑的维修改造加固投资比例由之前的4.2% 上升至37.4%，意味着我国正在从第二阶段迈向第三阶段，我国加固改造的工程总量将会持续增加。据美国劳工部2000 年预测，即使到了下一世纪，旧房维修改造业仍然会是最受欢的行业之一。

2、我国加固方法的发展

我国自改革开放以来，大量新建建筑经过几十年的使用，都有不同程度的损伤和老化。我国从50 年代起就开始了结构加固处理，发展了多种技术并应用于实践，日渐成熟。就混凝土结构而言，现行加固规范主要总结了我国成熟的加固技术可分为两大类，分别是直接加固法和间接加固法，其中，直接加固法包括增大截面加固法、置换加固法、外粘型钢加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维增强复合材料加固法；间接加固法包括增设支点加固法、外加预应力加固法、改变传力途径加固法[2]。以上方法相对成熟，应用面广，但统一的缺点是造价较高。

3、抗连续倒塌设计方法在加固中的应用

3.1 抽柱托换技术

21 世纪人类社会发展的主题是走持续发展道路，建设资源节约型，环境友好型社会。随着我国建筑业的发展，在诸多因素下造成年久失修但经过加固改造后能继续使用的房屋已不需要拆除重建。采用房屋结构托换技术进行房屋的加固改造只需要拆除部分柱或承重墙来进行失效柱或承重墙的加固或者房屋的功能转换，而几乎不影响结构其余部分的正常使用，因此该技术被应用到越来越多的房屋加固改造工程中。

山东建筑大学李安起等人结合工程实例，研究了某框架结构抽柱托换，阐述了确定截面设计内力计算的一些建议，探讨了剪弯杆的位置、尺寸对肋板杂交结构构件内力的影响[3]；喻云龙等人结合某地下车库加固改造工程，利用脚手架和千斤顶配合的方式进行卸载，详细介绍了混凝土柱的置换改造技术[4]；哈尔滨工业大学郑文忠等介绍了大兴安岭森林防火指挥部两种抽柱改造方案的设计思想及有关构造做法, 提出了在方案确定后施工过程中需要注意的问题, 为类似工程的抽柱改造设计提供了参考[5]。

3.2 抗连续倒塌设计方法概述

自1968 年英国Ronan Point 公寓煤气爆炸事故使工程界意识到建筑结构的连续到他问题以来，相关研究在世界范围内逐渐展开，1995年Oklahoma 洲Alfred P.Murrah 联邦大楼汽车袭击事件和2001 年纽约世界贸易中心大厦飞机撞击事件对抗连续倒塌设计规范的颁布和修订更是起到了巨大的推动作用。

线性静力拆除构件法最简单， 但需要引入经验性的修正系数，以考虑非线性因素和动力效应的影响，现有的线性静力拆除构件法中（GSA,2003[6];DOD,2010[7]）采用内力折减系数（或需求能力比DCR）和动力放大系数分别考虑以上两个因素的影响，以得到接近真实的结构抗连续倒塌需求。静力线性分析中，为了对结构的倒塌面积和分步加以量化，GSA2003 规定连续倒塌的破坏准则为：规则结构中，要求DCR ≤ 2; 不规则结构中，要求DCR ≤ 1.5。DCR 定义如下：

其中，QUD 为考虑荷载增大系数（LIF）为2.0时求得由于突发事件构建或节点承受的弯矩、剪力或组合内力等；QCE 为构件、连接或节点所能承受的极限弯矩、轴力、剪力或者组合内力等；QUS 为按（DL+0.25LL）荷载组合做线弹性分析求得由于突发事件构件或节点承受的弯矩、轴力、剪力或者组合内力等[6]。

静力分析时，在失效柱的上部相邻开间施加2（DL+0.25LL）的等效静力荷载组合，其他部位施加（DL+0.25LL）的荷载组合。其中：“2”是考虑动力荷载效应时的荷载增大系数LIF；DL为包含结构自重的恒载标准值；LL 为结构的活载标准值。

3.3 抗连续倒塌方法运用于置换技术

以钢筋混凝土框架结构为例，若该结构某柱失效，要求对其进行加固托换处理，则需要先拆除该柱，对其设置临时支撑，来承担上部荷载，以防止某些构件承载力不足导致结构发生不必要的损伤，上面所述的抽梁换柱方法大多施工繁琐且所需造价高。实际工程中，临时支撑容易造成浪费，现考虑通过有限元分析软件，如PKPM、SAP2000、ABAQUS 等建立分析模型，对其进行拆除构件模拟实际工程中的柱子（或其他构件）失效，并施加规范规定的等效静力荷载组合，得到柱子失效后的计算内力、变形及供需比（DCR），通过上述的破坏准则以及《混凝土结构设计规范》规定的最大变形分析安全性。若安全，则可不设置临时支撑，直接进行加固；若不安全，则分析需要多大的支撑可以满足，再严格地按照《混凝土结构加固技术规程》以及其他现行国家、地方、行业相关标准的规定进行加固，以使工程得以正常使用。

结语：

目前文献主要集中于具体的工程改造。有限元分析及试验研究的文献也在增多，理论研究较少。因此我们应该致力于理论研究，努力为建设资源节约型，环境友好型社会奉献出自己的一份力。

作者简介：

盖伟（1992-），女，汉族，山东德州，山东建筑大学，研究生二年级。