如何防止結(jié)構(gòu)倒塌?
A專家: 《建筑結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計規(guī)范》修訂意見征集,內(nèi)容包括但不限于抗地震倒塌設(shè)計、防連續(xù)倒塌設(shè)計、防火災(zāi)倒塌設(shè)計、施工及加固過程中防倒塌設(shè)計等。
B專家: 可供討論的問題包括:什么是倒塌?如何給出比較規(guī)范的倒塌模擬方法?如何判別模擬結(jié)果出現(xiàn)了倒塌?
C專家: 大震不倒的定義和可接受準(zhǔn)則?特大地震是否需要研究?特大地震下的倒塌容許水平?結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力到底需要多大?
D專家: 連續(xù)倒塌的定義和可接受水平?連續(xù)倒塌是否只可以拆除一個構(gòu)件?連續(xù)倒塌需要考慮哪些災(zāi)害源?不同結(jié)構(gòu)體系抗連續(xù)倒塌的設(shè)計方法?連續(xù)倒塌設(shè)計和其他防災(zāi)設(shè)計的沖突和解決辦法?
E專家: 火災(zāi)、颶風(fēng)、恐襲、強震。
F專家: 確實,現(xiàn)在彈塑性報告中經(jīng)常一句話,叫做“位移角小于規(guī)范限制,滿足大震不倒的要求”。我覺得這句話是不是有點太粗糙了,應(yīng)該如何理解大震不倒?
G專家: 從世貿(mào)雙塔、汶川地震實例到佛州人行橋等再加縮尺倒塌模型,進(jìn)行海量數(shù)值模擬反演,看能否找到關(guān)鍵持征值。工程浩大且未必能出結(jié)果。
H專家: 要想防止倒塌,真正的倒塌分析是必要的(倒塌仿真模擬),這樣才能挖掘出每個個體建筑薄弱點,做到有針對性地加強完善。要想一個建筑不倒,我們需要弄清楚它是怎么倒下的。這就是向死而生!
I專家: 倒塌分析能為結(jié)構(gòu)方案比選提供終極依據(jù)。也能為結(jié)構(gòu)優(yōu)化的有效性提供依據(jù),就是看優(yōu)化的結(jié)果是否讓建筑更不容易倒掉了。這就把只為省錢作為優(yōu)化(損害結(jié)構(gòu)安全儲備)目標(biāo)的優(yōu)化輕松PASS了
J專家: 隨著地震強度不斷增大 倒塌是必然的 關(guān)鍵是讓結(jié)構(gòu)如何倒塌 是形成整體倒塌機制的強柱弱梁倒塌 還是形成層間倒塌機制的強梁弱柱倒塌。
K專家: 這個問題汶川地震后就討論過,是否一定要做到“強柱弱梁”?還是只要滿足了倒塌要求,倒塌模式可以不做規(guī)定?
L專家: 如果能驗算滿足倒塌要求,當(dāng)然可以,但能驗算倒塌仿真倒塌的人太少了。
M專家: 對一個城市來說可能考慮哪些建筑需要考慮巨震以及和韌性城市設(shè)計結(jié)合更宜(需要城市規(guī)劃專業(yè)一起探討)。在廣州西塔設(shè)計時探討過: 國內(nèi)的彈塑性分析很多判別準(zhǔn)則來源于國外,如果國內(nèi)大學(xué)和研究所能系統(tǒng)研究并給出符合國內(nèi)設(shè)計一系列實驗或案例對比并形成我們的準(zhǔn)則就好了。哈工大,華工和清華等高校給我們一線同事多多指導(dǎo)。
N專家: 橋梁設(shè)計是強梁弱柱破壞機制,實現(xiàn)預(yù)期破壞很重要,就像電路設(shè)計一樣,安裝有保險絲,電流超了,保險絲先斷,而不用太多關(guān)注,電流為什么會超?
O專家: 這就是所謂的“失效模式優(yōu)化與控制”問題。能力設(shè)計(強柱弱梁或三強三弱),就是實現(xiàn)預(yù)期失效模式的一種方法。但由于不確定性的存在,失效模式會發(fā)生轉(zhuǎn)化,未必會按預(yù)期的模式失效。
P專家: 我們課題組的觀點是:現(xiàn)行抗震設(shè)計方法很難真的做到“強柱弱梁”,與其針對一個假定的破壞模式去研究,還不如直接基于結(jié)構(gòu)真實的“強梁弱柱”破壞模式去研究。2014年魯?shù)榈卣鹪俅巫C明即便按照2010版抗規(guī)仍然無法保證強柱弱梁。
Q專家: 倒塌分析整好是一套比較好的驗證工具??梢杂脕眚炞C結(jié)構(gòu)真實的失效模式是否和我們設(shè)想的失效模式一致。
R專家: 先要滿足了能力設(shè)計法的前提,再去應(yīng)用能力設(shè)計法。
S專家: 現(xiàn)階段存在的問題是,我們的框架很多時候根本不滿足能力設(shè)計法的基本假定,大家缺依然基于能力設(shè)計法來得出結(jié)論,這就不對了。
T專家: 根據(jù)之前新西蘭等的研究,要保證現(xiàn)澆樓蓋體系做到強柱弱梁,強柱弱梁系數(shù)要到2.0以上。這樣一來實現(xiàn)代價和難度都要很大。
U專家: 我拿已蓋好的框架做過彈塑性分析,7度區(qū),結(jié)果不好。
V專家: 我們認(rèn)為這里面其實有一個很重要的概念:不滿足強柱弱梁 不等于 結(jié)構(gòu)抗震不安全。強柱弱梁是滿足結(jié)構(gòu)抗震安全一個比較高效的手段,但是不是唯一的手段。
W專家: 對于一線設(shè)計人員來說,經(jīng)過反復(fù)的周密分析,嚴(yán)格按照規(guī)范要求的設(shè)計,最終是否達(dá)到了設(shè)防目標(biāo),是否真的能滿足大震不倒,心里是沒譜的。目前的確缺乏有效的驗證手段,彈塑性分析還不能直接地回答能否倒塌的問題。
X專家: 我現(xiàn)在很多樓必做大震彈塑性分析,特別是小框架。
Y專家: 這里面其實是兩個不同的設(shè)計思路。一個設(shè)計思路是“過程控制”,通過嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)的破壞模式,最終保障可以達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。一個思路是“結(jié)果控制”,通過驗算結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力,滿足目標(biāo)就可以,未必一定要控制設(shè)計過程和機制。
Z專家: 過程控制更具可操作性,結(jié)果控制更符合結(jié)構(gòu)設(shè)計的本質(zhì)。
AA專家: 不做不知道,一做嚇一跳,大部份是柱鉸機制,雖然滿足規(guī)范層間位移角要求。
AB專家: 研究大多“不考慮樓板與填充墻”。如果考慮,相信很多研究都成廢紙。
AC專家: 強烈同意,失效模式其實是結(jié)果,失效路徑才是過程。失效模式不易控制,但是失效路徑可以控制。
AD專家: 關(guān)于能力設(shè)計方法的系統(tǒng)性研究和論述,要算是新西蘭的PARK教授,在其1970年代的著作里首先針對SEAOC規(guī)范的種種規(guī)定進(jìn)行解釋論述,最后結(jié)合試驗研究成果給出了全面系統(tǒng)的能力設(shè)計方法,之后逐漸被世界各國規(guī)范所采納。然而,遺憾的是,park教授在其著作里已經(jīng)明確說明了,既使完全實現(xiàn)了能力設(shè)計,也不能保證一定是梁鉸屈服機制,可是后人都將能力設(shè)計奉為神明,并沒考慮其適用是有條件的。
AE專家: 1.能控制的盡量控制;2.不能控制的倒塌仿真。
AF專家: 能力設(shè)計不能保證梁鉸屈服機制的一個根本原因,就是由于地震作用的復(fù)雜性和隨機性以及結(jié)構(gòu)抗震能力的不確定性,造成失效路徑發(fā)生隨機轉(zhuǎn)化,從而導(dǎo)致失效模式未按預(yù)期發(fā)生。這正是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的困惑所在。
AG專家: 美國的性能設(shè)計也需先進(jìn)行概念能力設(shè)計。確認(rèn)那些地方是潛在塑性鉸區(qū),那些地方能壞,那些地方不能壞,再進(jìn)行彈塑性分析。只是保險絲的大小、強度不完全按通常規(guī)范。
AH專家: 這個思路我們課題組之前做過很長時間。其實最后的結(jié)果就是要強柱弱梁滿足需求,基本上框架的抗震設(shè)防烈度要提升一度(7度差不多做到8度水平)。
AI專家: 傳統(tǒng)規(guī)范的能力設(shè)計法不一定要遵守,但能力設(shè)計概念還是需要的,不能隨隨便便搞個設(shè)計,其它的交給計算機,搞個彈塑性或倒塌分析滿足規(guī)范位移角就ok。
AJ專家: 我們之前思路是先把柱子按照彈性建模,然后進(jìn)行彈塑性分析,看看柱子到底受到多大的地震力。然后再根據(jù)這個地震力來設(shè)計。后來發(fā)現(xiàn)還不夠,因為還有各種隨機性的問題,所以進(jìn)一步給柱子和梁都加上了離散性系數(shù)(考慮梁的偶然超強和柱子的偶然偏弱)。這樣折騰下來配筋梁就非常高了。
AK專家: 嚴(yán)格按照能力設(shè)計法是確實正確的,針對結(jié)果驗算也是可以的。但是現(xiàn)在的設(shè)計方法是“假設(shè)”我們的設(shè)計滿足能力設(shè)計法,然后就按照能力設(shè)計法做設(shè)計,最后設(shè)計結(jié)果也不驗算。這個就不對了。
AL專家: 不一定要完全強柱弱梁,柱的損傷小于梁,不出現(xiàn)層間柱鉸倒塌機制都是可以接受的。
AM專家: 比如樓板,規(guī)范就未考慮對梁負(fù)彎矩及框架剛度的影響。應(yīng)考慮“強剛比”。承載能力比結(jié)構(gòu)剛度吸引的內(nèi)力高多少作為設(shè)計指標(biāo)。
AN專家: 從倒塌的角度上看,7度框架是偏低的,6度、7度三級、四級框架我們覺得不夠安全。
AO專家: 地震能量是從底往上傳遞。震害大多發(fā)生在首層及剛度突變較大部位。重點這些地方加強就可以了吧?
AP專家: 比如這些部位柱箍筋封閉焊接全高加密,保證混凝土不潰散。
AQ專家: 曾提出了一個關(guān)于構(gòu)件重要性的設(shè)計方法,對重要部位加強儲備,可以有效提升整體結(jié)構(gòu)性能?,F(xiàn)在設(shè)計規(guī)范對一層柱子和頂層柱子用的是一樣的設(shè)計方法,從邏輯上看是不合理的。越重要的構(gòu)件儲備應(yīng)該越高。
AR專家: 咱們的框架設(shè)計不區(qū)分延性,應(yīng)該按延性大小給出不同延性框架的延性等級和相應(yīng)的設(shè)計要求。
AS專家: 對六七度區(qū)應(yīng)該重點從材料、構(gòu)造、屈服機制等關(guān)注大震、超大震的抗連續(xù)倒塌。
AT專家: 規(guī)范給的是最低標(biāo)準(zhǔn),具體情況大多需要設(shè)計人員把控,建議規(guī)范對重點部位再加強,并作為強條。
AU專家: 按中震設(shè)防,小震根據(jù)不同延性等級除以相應(yīng)的修正系數(shù)。
AV專家: 咱們現(xiàn)在的作法是統(tǒng)一除以3,不考慮延性等級。