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建筑结构抗倒塌设计规范 CECS 392:2014

中国工程建设协会标准

建筑结构抗倒塌设计规范

Code for anti-collapse design of building structures

CECS392:2014

主编单位:清华大学

中国建筑科学研究院

批准单位:中国工程建设标准化协会

施行日期:2015年5月1日

中国工程建设标准化协会公告

第188号

关于发布《建筑结构抗倒塌设计规范》的公告

根据中国工程建设标准化协会《关于印发<2010年第一批工程建设协会标准制订、修订计划>的通知》(建标协字[2010]第27号)的要求,由清华大学、中国建筑科学研究院等单位编制的《建筑结构抗倒塌设计规范》,经本协会组织审查,现批准发布,编号为CECS 392:2014,自2015年5月1日起施行。

中国工程建设标准化协会

二〇一四年十二月二十九日

前言

根据中国工程建设标准化协会《关于印发<2010年第一批工程建设协会标准制订、修订计划>的通知》(建标协字[2010]第27号)的要求,制定本规程。

经过近几十年的地震震害调查分析、科学研究、工程实践,我国已经建立了比较完整的建筑结构抗地震倒塌设计技术标准体系;近年来,建筑结构抗连续倒塌设计越来越受到工程界的重视,有关标准对建筑结构抗连续倒塌设计进行了规定,对一些高层建筑、大跨度钢屋盖建筑进行了抗连续倒塌计算。本规范以建筑结构倒塌案例、研究成果、工程实践以及国家现行标准相关规定为基础,对现行标准中尚无规定,但在工程设计中确实需要的建筑结构抗倒塌设计内容做了补充;对现行标准中建筑结构抗倒塌设计的原则规定进行了具体延伸,提高了可操作性,便于在工程设计中应用。

本规范共分7章和9个附录,主要内容包括:总则,术语和符号,基本规定,建筑结构抗连续倒塌设计,建筑结构抗地震倒塌设计,房屋建筑抗火灾倒塌设计,房屋建筑结构建造阶段及加固、改造阶段防倒塌设计等。

本规范由中国工程建设标准化协会归口管理,由清华大学负责具体技术内容的解释。在执行过程中,请各单位结合工程实践,认真总结经验,并将意见和建议寄至清华大学土木工程系(地址:北京市海淀区清华大学土木工程系,邮政编码:100084)。

主编单位:清华大学

中国建筑科学研究院

参编单位:同济大学

哈尔滨工业大学

北京工业大学

北京市建筑设计研究院有限公司

中国建筑西南设计研究院有限公司

广州容柏生建筑结构设计事务所

西南交通大学

重庆大学

Arup工程咨询公司

华中科技大学

KCPT公司

主要起草人:钱稼茹  陈肇元  邸小坛

(以下按姓氏笔画排列)

王广勇  冯远  史毅  叶列平  吕大刚 刘春霖  纪晓东  李易  李云贵  李引擎 李英民  李国强  李盛勇  陈以一  陈素文 肖从真  何伟明  陆新征  易勇  林峰 苗启松  张狄龙  张微敬  岳茂光  柯长华 赵世春  赵作周  赵挺生  顾祥林  廖耘 潘鹏  潘毅

主要审查人:王亚勇  王彦深  徐有邻  齐五辉  刘凤阁 梁兴文  朱炳寅

1 总 则

1  总    则

1.0.1  为在建筑结构抗倒塌设计中贯彻执行国家有关建筑工程法律法规,避免发生偶然事件时建筑结构倒塌破坏,减少人员伤亡及经济损失,制定本规范。

1.0.2  本规范适用于发生撞击、爆炸、地震以及火灾等偶然事件时建筑结构的抗倒塌设计。

1.0.3  建筑结构抗倒塌设计,除应符合本规范的规定外,尚应符合国家现行有关标准的规定。

2 术语和符号

2.1 术 语

2  术语和符号

2.1  术    语

2.1.1  偶然事件    accidental events

在建筑结构建造阶段、使用阶段、加固/改造阶段不一定发生,而一旦发生,可能引起建筑结构严重破坏甚至倒塌的事件。

2.1.2  偶然作用  accidental action

在设计使用年限内不一定出现,而一旦出现,其量值很大,且持续期很短的作用。

2.1.3  作用效应  effect of action

由作用引起的结构或结构构件的反应,如内力、变形等。

2.1.4  抗力    resistance

结构或结构构件承受作用效应的能力,如承载能力、弹塑性变形能力、耐火极限等。

2.1.5  倒塌    collapse

建筑结构倾倒和坍塌破坏的总称。

2.1.6  倾倒    over turn

建筑结构从某一高度或整体向一侧倒伏的破坏形式。

2.1.7  坍塌    collapse

建筑结构局部或整体从其原有位置向下塌落的破坏形式。

2.1.8  连续倒塌  progressive collapse

由初始的局部破坏,从构件到构件扩展,最终导致一部分结构倒塌或整个结构倒塌。

2.1.9  结构的整体稳固性    structural integrity(structural robustness)

当发生爆炸、撞击、火灾或人为错误等偶然事件时,结构整体能保持稳固的能力。

2.1.10  失效  loss of load-carrying capacity

结构构件不能继续承载而退出工作。构件不能继续承载可包括:变形大于限值、材料压溃或断裂、连接断裂、整体失稳等。

2.1.11  耐火极限    fire resistance duration

建筑构件按时间-温度标准曲线进行耐火试验,从受到火的作用时起,到失去承载能力或完整性破坏或失去隔火作用时所经历的时间,单位为小时(h)。

2.1.12  火灾荷载  fire load

建筑内可燃物燃烧后产生的热量总和,以MJ表示。

2.1.13  使用阶段    service period

建筑结构从交付使用到停止使用、设计基准期和设计使用年限三者中最长的时间段。

2.2 符 号

2.2  符  号

2.2.1  作用和作用效应:

F——拉力;

M——弯矩;

QVk——竖向可变荷载标准值;

Rd——构件承载力设计值;

Sd——荷载(作用)组合的效应设计值;

V——剪力;

p(t)——作用在剩余结构与被拆除构件上端的连接节点的动力荷载向量时程;

q——均布线荷载设计值;

△——梁板跨中许可的最大竖向挠度;

△up——地震作用下建筑结构弹塑性层间位移;

ε——应变;

θ——转角;

σ——正应力。

2.2.2  材料性能:

E——弹性模量;

f——常温下钢材强度设计值;

fc——常温下混凝土轴心抗压强度;

fcT——高温下混凝土轴心抗压强度;

fy——常温下钢材屈服强度。

2.2.3  几何参数:

A——截面面积;

AF——竖向构件从属楼面面积;

AsT——拉结钢筋的截面面积;

L——水平构件的跨度。

2.2.4  计算系数:

Ad——动力放大系数;

C——结构影响系数;

Ωs——超屈系数;

ψq——楼面或屋面活荷载准永久值系数;

βb,βc——分别为梁机制和悬索机制弹塑性内力修正系数;

γ0——结构重要性系数。

2.2.5  其他:

T——温度;

t——时间。

3 基本规定

3  基本规定

3.0.1  建筑结构可在其下列三个阶段进行抗倒塌设计:建造阶段,使用阶段,加固、改造阶段。

3.0.2  为避免发生偶然事件时建筑结构倒塌破坏,应采取措施防止建筑结构遭受偶然事件或减小偶然事件对建筑结构的影响,同时应通过抗倒塌设计,使建筑结构具有抗倒塌能力。

3.0.3  防止建筑结构遭受偶然事件或减小偶然事件对建筑结构的影响,可采取避让、渲泄、隔离、控制等措施。

3.0.4  建筑结构抗倒塌设计可包括概念设计、构件内力计算及构件承载力计算、构件变形能力计算、采取抗倒塌措施、结构抗倒塌计算、结构倒塌判别等内容。

4 建筑结构抗连续倒塌设计

4.1 一般规定

4  建筑结构抗连续倒塌设计

4.1  一般规定

4.1.1  建筑结构防爆炸引起的连续倒塌可采取下列措施:

1  限制建筑内的可爆炸物的爆炸能量;

2  将可爆炸物放置在建筑的可控位置;

3  设置可渲泄爆炸压力的围护结构;

4  降低由于爆炸可能丧失承载力的构件在结构中的重要性;

5  设置隔离防护装置,将可能的移动爆炸源隔离在爆炸影响距离以外。

4.1.2  房屋建筑外围护结构抗爆炸倒塌设计可按本规范附录A执行。

4.1.3  建筑结构防撞击引起的连续倒塌可采取下列措施:

1  对结构及结构构件设置防撞击设施,避免其受到撞击或减小撞击的影响;

2  在可能被撞击的部位,采用抗撞击能力强的结构构件。

4.1.4  发生偶然事件时,经抗连续倒塌设计的建筑结构局部破坏或个别构件失效不应导致部分结构倒塌或整个结构倒塌。

4.1.5  建筑结构抗连续倒塌设计可采用概念设计、拉结构件法、拆除构件法和局部加强法。

4.1.6  建筑结构抗连续倒塌计算模型的计算简图、几何尺寸、计算参数、边界条件等,应根据结构实际情况确定,各种近似假定和简化应符合发生偶然事件时结构的实际工作状况。

4.1.7  抗连续倒塌设计的建筑结构构件截面承载力计算时,材料强度可按下列规定取值:

1  混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度可取其标准值。

2  正截面承载力计算时钢筋强度可取其屈服强度标准值的1.25倍,受剪、受扭承载力计算时钢筋强度可取其屈服强度标准值。

3  钢构件的钢材强度可取其屈服强度。

4.1.8  在用建筑结构抗连续倒塌计算时,材料强度可采用实测材料强度的标准值。

4.2 概念设计

4.2  概念设计

4.2.1  建筑结构抗连续倒塌概念设计应符合下列规定:

1  结构应具有整体稳固性;

2  结构应具有承受偶然作用的能力和传递偶然作用的途径;

3  结构关键受力部位应具有较多的冗余约束及备用传力途径;

4  预期可能大变形的结构构件应具有良好的变形能力;

5  可能遭受爆炸作用的结构构件,应具有一定的反向荷载承载能力;

6  连接的承载力不应小于被连接构件的承载力,连接应具有允许构件大变形的能力。

4.2.2  房屋建筑钢筋混凝土结构抗连续倒塌概念设计除应符合本规范第4.2.1条外,尚应符合下列规定:

1  结构构件应避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋锚固失效先于钢筋屈服;

2  框架结构的梁柱应刚接连接;

3  宜采用现浇混凝土楼(屋)盖;采用装配整体式楼(屋)盖或装配式楼(屋)盖时,应采取措施确保楼(屋)盖的整体性;

4  采用无梁楼(屋)盖时,可设置柱帽、托板,加宽柱上板带暗梁的宽度,加大暗梁钢筋截面面积及加强暗梁钢筋锚固。

4.2.3  民用建筑钢结构抗连续倒塌概念设计除应符合本规范第4.2.1条外,尚应符合下列规定:

1  框架梁柱宜刚接;

2  应避免连接破坏先于其连接构件的破坏;

3  应避免构件失效引起其他构件失效或整体结构失稳;

4  非空间轻型钢结构的平面外稳定性不应低于其平面内稳定性。

4.2.4  钢框架梁与柱的刚性连接应符合下列规定:

1  钢框架柱失效时,与该框架柱相连的框架梁应能提供跨越失效柱的连续拉结路径,梁与柱的连接应具有足够大的抵抗拉力的能力。

2  梁与柱的连接应具有足够大的韧性,以及足够大的受扭承载力和绕弱轴的受弯承载力。

3  梁端应具有足够大的转动能力。

4.2.5  大跨钢屋盖建筑结构抗连续倒塌概念设计除应符合本规范第4.2.1条外,尚应符合下列规定:

1  屋盖结构应具有明确的内力重分布途径。

2  下部支承结构应有较多的冗余度及备用传力途径。

3  对于桁架结构:应加强桁架跨中弦杆与端跨腹杆,避免其先于其他杆件失效;应采取设置联系次桁架、采用连续檩条、檩条两端刚接等措施确保结构的整体稳固性。

4  对于索结构:应加强拉索的强度,拉索端应可靠锚固,避免拉索及索端锚固失效,并采取下列措施确保结构的整体稳固性:

1)张弦结构中托架或纵向连系桁架应具有足够大的刚度及承载能力;

2)撑杆的间距不应过大;

3)采用两端为刚接的连续檩条或两端为刚接的单跨檩条,加强水平支承体系。

5  对于网格结构,宜适当提高与支座相连杆件及跨中弦杆的强度。

4.2.6  房屋建筑砌体结构抗连续倒塌概念设计除应符合本规范第4.2.1条外,尚应符合下列规定:

1  应设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱,或采用约束砌体、配筋砌体。

2  刚性方案砌体结构的下列部位应采用现浇楼(屋)盖和楼梯。

1)易遭受撞击影响的墙体附近;

2)存有可爆炸物房间的楼(屋)面板和附近的楼梯。

4.2.7  对于砌体结构易遭受撞击、爆炸的墙体,可在墙体内设置暗框架。暗框架梁可在各层楼面位置,可为钢梁或钢筋混凝土梁,梁的截面承载力设计值应大于墙体承受的上层楼面重力荷载和墙体重力荷载组合的效应设计值。暗框架柱可在墙体端部及中部,可为钢柱、钢筋混凝土柱或钢-混凝土组合柱,柱的竖向承载力设计值之和,应大于该墙体承受的上层楼面的重力荷载组合的效应设计值。

4.2.8  砌体结构墙体中增设的暗框架梁与该楼层的圈梁之间应有可靠拉结。

4.3 拉结构件法

4.3  拉结构件法

4.3.1  建筑结构采用拉结构件法进行抗连续倒塌设计时,应包括下列内容:

1  周边水平构件拉结[图4.3.1(a)]设计;

2  内部水平构件拉结[图4.3.1(b)]设计;

3  内部水平构件对周边竖向构件拉结[图4.3.1(c)]设计;

4  竖向构件竖向拉结[图4.3.1(d)]设计;

图4.3.1构件拉结示意图

5  每层均应进行拉结设计,计算构件所需的拉结力(或弯矩),根据拉结力(或弯矩)进行配筋或钢构件截面计算。

4.3.2  采用梁机制或悬索机制进行水平构件拉结设计时,应符合下列规定:

1  角部水平构件、悬臂构件及其他不存在悬索机制的构件,应采用梁机制;

2  钢筋混凝土水平构件按承载力配置的水平钢筋满足梁机制要求时,或水平钢构件按承载力确定的截面尺寸满足梁机制要求时,可不按悬索机制进行拉结设计;

3  钢筋混凝土水平构件或水平钢构件不满足本条第2款要求时,应分别按悬索机制和梁机制计算拉结力或弯矩,可取所需配筋较小值配置水平钢筋或所需较小截面尺寸确定水平钢构件截面。

图4.3.2水平构件拉结设计的梁机制和悬索机制

q-作用在水平构件上按准永久组合的均布线荷载设计值;FT-水平构件的拉结力;Mb-水平构件的端弯矩;Li、Lj-水平构件的跨度

4.3.3  采用梁机制(图4.3.3)进行水平构件拉结设计时,梁端截面的受弯承载力应满足下列公式要求:

式中:M——梁端截面的受弯承载力;

Mbi——按梁机制计算得到的第i梁的梁端弯矩;

q——作用在水平构件上按准永久组合的均布线荷载设计值;

Li——第i根梁的跨度;

βb——梁机制弹塑性内力修正系数,钢筋混凝土构件和钢构件可分别按本规范第4.3.7条和第4.3.11条的规定取值。

图4.3.3梁机制梁端弯矩计算模型

4.3.4  采用悬索机制进行水平构件拉结设计时,所需拉结力应按下列规定确定:

1  可采用图4.3.4所示计算简图计算所需的拉结力。

图4.3.4悬索机制拉结力计算简图

2  所需的拉结力可按下列公式计算:

式中:FT1、FT2、FT3、FT4——水平构件的拉结力;

q——作用在水平构件上按准永久组合的均布线荷载设计值;

L1、L2、L3、L4——水平构件的跨度;

△——梁板跨中许可的最大竖向挠度,取内力重分布区域最短向梁板跨度的1/5;

βc——悬索机制弹塑性拉结力修正系数,钢筋混凝土构件和钢构件可分别按本规范第4.3.7条和第4.3.11条的规定取值。

3  当水平构件上作用较大的集中力时,应进行专门分析确定拉结力。

4  悬索机制周边水平构件所需的拉结力,不应小于同方向相邻内部水平构件所需的拉结力。

4.3.5  内部水平构件对周边竖向构件的拉结设计,应符合下列规定:

1  角柱应在两个方向拉结,其他位置的周边竖向构件应在一个方向拉结[图4.3.1(c)];

2  所需的拉结力应取下列两者的较大值:按本规范第4.3.4条计算所需拉结力的2.0倍,本层楼面永久荷载标准值与可变荷载准永久值之和在该竖向构件产生的轴压力的3%(钢筋混凝土构件)或1%(钢构件)。

4.3.6  每一根竖向结构构件应从基础到结构顶部进行竖向拉结设计,竖向拉结力可按下式计算(图4.3.6):

式中:FT,i——第i层竖向构件的竖向拉结力;

GVk,i-1——第i—1层竖向永久荷载标准值;

ψq——可变荷载的准永久值系数;

QVk,i-1——第i—1层竖向可变荷载标准值;

AF,i-1——该竖向构件第i—1层从属楼面面积。

图4.3.6竖向拉结设计示意图

4.3.7  采用拉结构件法进行房屋建筑钢筋混凝土结构抗连续倒塌设计时,结构构件的弹塑性内力修正系数可按下列规定取值:

1  当按梁机制计算时,位于中部的钢筋混凝土梁的βb可取0.67,其他部位钢筋混凝土梁的βb可取1.0;

2  当按悬索机制计算时,钢筋混凝土梁的βc可取1.34。

4.3.8  采用拉结构件法设计时,贯通中柱的钢筋混凝土梁的拉结钢筋应符合下列要求:

1  拉结钢筋的截面面积应满足下式要求:

式中:AsT——拉结钢筋的截面面积;

FT——拉结力,可按本规范第4.3.4条的规定计算;

fyk——拉结钢筋屈服强度标准值。

2  采用现浇钢筋混凝土楼(屋)盖时,梁及梁两侧楼板有效宽度范围内贯通的水平钢筋可作为拉结钢筋(图4.3.8),楼板有效宽度可按本规范第4.3.9条的规定确定。

3  配置的拉结钢筋不应少于本规范第4.3.10条规定的拉结钢筋的构造要求。

图4.3.8钢筋混凝土梁拉结钢筋布置示意图

4.3.9  配置拉结钢筋的楼板有效宽度可按表4.3.9所列情况中的最小值取用。

表4.3.9楼板有效宽度

注:1  表中b为梁的腹板厚度;

2  肋形梁在梁跨内设有间距小于纵肋间距的横肋时,可不考虑表中情况3的规定;

3  加腋的T形、I形和倒L形截面,当受压区加腋的高度hh不小于h′f且加腋的长度bh不大于3hh时,其翼缘计算宽度可按表中情况3的规定分别增加2bh(T形、I形截面)和bh(倒L形截面);

4  独立梁受压区的翼缘板在荷载作用下经验算沿纵肋方向可能产生裂缝时,其计算宽度应取腹板宽度b。

4.3.10  抗连续倒塌设计的房屋建筑钢筋混凝土结构,其拉结钢筋的构造措施应符合下列规定:

1  周边梁应配置不少于4根连续贯通的拉结钢筋,其截面面积不应小于1/6支座负弯矩钢筋面积和1/4跨中正弯矩钢筋面积的较大者;其他梁应配置不少于4根连续贯通的拉结钢筋,其截面面积不应小于1/10支座负弯矩钢筋面积和1/6跨中正弯矩钢筋面积的较大者。

2  梁内连续贯通中柱的拉结钢筋应置于梁截面角部,箍筋弯钩不应小于135°。

3  梁内连续贯通中柱的拉结钢筋应锚固于端部竖向构件内,其锚固长度应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010关于受拉钢筋基本锚固长度的规定。

4  楼板内宜适当配置贯通的拉结钢筋。

4.3.11  采用拉结构件法进行民用建筑钢结构抗连续倒塌设计时,构件弹塑性内力修正系数可按下列规定取值:

1  按梁机制计算时,刚性连接的钢框架梁的βb可取0.67,半刚性连接和铰接连接的钢框架梁的βb可取1.0。

2  按悬索机制计算时,钢框架梁的βc可取1.34。

4.3.12  采用拉结构件法设计时,钢框架梁的拉弯强度应满足下式要求:

式中:FT——按本规范第4.3.4条确定的钢框架梁所需的拉结力,角部梁取FT为0;

An——钢框架梁有效截面面积;

Ad1——不考虑非线性影响的动力放大系数,取2.0;

βb——梁机制构件弹塑性内力修正系数,可按本规范第4.3.11条的规定取值;

q——钢框架梁上均布线荷载设计值;

L——钢框架梁的跨度;

γx——钢框架梁与绕强轴弯曲的截面模量相应的截面塑性发展系数;

Wnx——钢框架梁绕强轴弯曲的净截面模量;

Ωs——超屈系数,可取1.2;

fy——钢材屈服强度。

4.3.13  钢框架柱竖向拉结设计时,其轴心受拉强度应满足下式要求:

式中:FT——按本规范第4.3.6条确定的钢框架柱所需的竖向拉结力;

An——钢框架柱有效截面面积;

Ωs——超屈系数,可取1.2。

4.4 拆除构件法

4.4  拆除构件法

4.4.1  采用拆除构件法进行建筑结构抗连续倒塌设计时,应逐个拆除被选择的构件,对拆除构件后的剩余结构进行抗连续倒塌计算,由剩余结构构件的内力或剩余结构水平构件的塑性转角,按本规范第4.4.16条或第4.4.17条的规定判别结构是否满足抗连续倒塌设计要求,调整不满足本规范第4.4.16条或第4.4.17条规定的结构构件,并重新进行抗连续倒塌计算。

4.4.2  房屋建筑可选择下列构件作为被拆除构件:

1  角柱、周边靠近边长中间的柱、内部柱;被拆除柱所在的楼层可为:底层以及柱截面尺寸改变的楼层;

2  拉结构件法判别竖向拉结力不满足要求的竖向构件;

3  不符合耐火极限要求的构件;

4  工程经验判断有可能直接遭受偶然事件袭击的构件,以及拆除后可能导致剩余结构不安全的构件。

4.4.3  大跨钢屋盖建筑结构可选择下列构件作为被拆除构件:

1  下部支承结构的角柱及中间柱;

2  支座附近的杆件;

3  屋盖结构中的拉索,如:单向张弦结构的中间榀索,双向张弦结构的边索;弦支穹顶靠近支座的环向索与径向索;索穹顶靠近支座的环向索与斜索;

4  工程经验判断需要拆除的其他结构构件。

4.4.4  拆除构件后的剩余结构可采用下列三种方法之一进行抗连续倒塌计算:线性静力方法、非线性静力方法和非线性动力方法。

4.4.5  采用线性静力方法、非线性静力方法以及非线性动力方法进行结构抗连续倒塌计算时,剩余结构荷载组合的效应设计值可按下式确定:

式中:Sd——剩余结构荷载组合的效应设计值;

SV——剩余结构重力荷载组合的效应设计值,可分别按本规范第4.4.6条和第4.4.8条的规定计算;

SL——剩余结构水平荷载的效应设计值,可按本规范第4.4.9条的规定计算。

4.4.6  采用线性静力方法及非线性静力方法进行结构抗连续倒塌计算时,剩余结构重力荷载组合的效应设计值可按下列规定确定:

式中:SV1——与被拆除柱的柱列相连的跨,且在被拆除柱所在层以上层的楼面重力荷载组合的效应设计值;

SV2——与被拆除柱的柱列相连的跨,且在被拆除柱所在层以下层的楼面重力荷载组合的效应设计值;

SV3——与被拆除柱的柱列不相连各跨楼面重力荷载组合的效应设计值;

SGk——楼面永久荷载标准值的效应;

SQk——楼面活荷载标准值的效应;

SSk——雪荷载标准值的效应;

ψq——楼面活荷载准永久值系数,可取0.5;

γS——雪荷载分项系数,轻型钢结构的屋盖可取1.0,其他结构的屋盖可取0.2;

Ad——动力放大系数,可按本规范第4.4.7条的规定采用。

4.4.7  采用线性静力方法及非线性静力方法进行结构抗连续倒塌计算时,动力放大系数可按下列规定采用:

1  采用线性静力方法计算时,可取2.0;

2  采用非线性静力方法计算时,钢结构可取1.35,钢筋混凝土框架结构可取1.22,剪力墙结构可取2.0,框架-剪力墙结构可取1.75。

4.4.8  采用非线性动力方法进行建筑结构抗连续倒塌计算时,剩余结构重力荷载组合的效应设计值可按下列公式计算:

式中:SVS——未拆除构件的原结构重力荷载的效应设计值;

SVD——拆除构件时剩余结构动力荷载向量的效应设计值,动力荷载向量可按本规范第4.4.11条的规定计算。

4.4.9  采用线性静力方法、非线性静力方法或非线性动力方法进行建筑结构抗连续倒塌计算时,水平荷载的效应设计值可按下式确定:

式中:SL——水平荷载的效应设计值;

SLk——水平荷载的效应标准值,水平荷载按本规范第4.4.10条的规定采用;

ψL——水平荷载组合值系数,取0.2。

4.4.10  建筑结构抗连续倒塌计算时,作用在建筑结构上的水平荷载标准值可取风荷载标准值。

4.4.11  采用非线性动力方法进行建筑结构抗连续倒塌计算时,剩余结构作用的动力荷载向量时程可按下列规定确定:

1  作用点为剩余结构与被拆除构件上端的连接节点;

2  作用方向与原结构重力荷载产生的被拆除构件上端内力设计值向量的方向相反;

3  荷载向量时程(图4.4.11)可按下式确定:

式中:p(t)——作用在剩余结构与被拆除构件上端的连接节点的动力荷载向量时程;

pg——原结构重力荷载产生的被拆除构件上端结构整体坐标下的内力向量;

t——时间;

t1——被拆除构件的失效时间,即动力荷载向量由0增至pg的时间,不大于0.1T1,T1为剩余结构的基本周期;

t2——动力荷载向量时程作用时间,可通过试算确定。

图4.4.11动力荷载向量时程

4.4.12  采用线性静力方法进行建筑结构抗连续倒塌计算时,结构计算模型及结构计算应符合下列规定:

1  采用三维计算模型;

2  采用线弹性材料;

3  计入P-△效应;

4  在拆除构件的剩余结构上一次静力施加楼面重力荷载以及水平荷载,进行结构的力学计算。

4.4.13  采用非线性静力方法进行建筑结构抗连续倒塌计算时,结构计算模型及结构计算应符合下列规定:

1  采用三维计算模型;

2  建立考虑材料非线性的构件力-变形关系骨架线;

3  计入P-△效应;

4  在拆除构件的剩余结构上分步施加楼面重力荷载以及水平荷载进行结构的力学计算,荷载由0至最终值的加载步不应少于10步。

4.4.14  采用非线性动力方法进行建筑结构抗连续倒塌计算时,结构计算模型及结构计算应符合下列规定:

1  采用三维计算模型;

2  建立考虑材料非线性的构件力-变形关系骨架线;

3  计入P-△效应;

4  采用剩余结构的Rayleigh阻尼;

5  时程分析的积分步长不宜大于0.005s。

4.4.15  大跨钢屋盖建筑结构抗连续倒塌的结构计算模型及计算除应符合本章第4.4.12条~第4.4.14条的规定外,尚应符合下列规定:

1  结构计算模型应包括钢屋盖结构和下部支承结构;

2  张弦梁结构、弦支穹顶结构等索结构宜采用非线性动力方法进行抗连续倒塌计算,且应计入大变形。

4.4.16  采用线性静力方法进行建筑结构抗连续倒塌计算时,剩余结构构件的承载力满足下式规定时,应认为该建筑结构符合抗连续倒塌设计要求:

式中:Sd——剩余结构构件组合的内力设计值,可按本规范第4.4.5条的规定计算;

Rd——剩余结构构件的承载力设计值,应按国家现行有关标准计算,其中材料强度应按本规范第4.1.7条的规定取值。

4.4.17  房屋建筑采用非线性静力方法或非线性动力方法进行结构抗连续倒塌计算时,剩余结构水平构件的塑性转角满足下式规定时,应认为该建筑结构符合抗连续倒塌设计要求:

式中:[θp,e]——剩余结构水平构件的塑性转角限值,可按本规范第4.4.18条的规定采用;

θp,e——剩余结构水平构件组合的塑性转角设计值,可按本规范第4.4.13条或第4.4.14条的规定计算。

4.4.18  剩余结构水平构件的塑性转角限值[θp,e]可按下列规定采用:

1  抗震设计的钢筋混凝土梁为0.04;

2  与钢柱刚接的钢梁:

梁翼缘未采取削弱或加强措施的钢梁为0.0213—0.00012h;

梁翼缘骨形削弱的钢梁为0.0375—0.00008h;

梁翼缘加盖板或加腋加强的钢梁为0.0668—0.00014h。

注:h——钢梁截面高度(cm)。

4.5 局部加强法

4.5  局部加强法

4.5.1  对于需要特别加强的结构构件,可在其表面施加均布侧向荷载,进行该构件的承载力设计。

5 建筑结构抗地震倒塌设计

5.1 一般规定

5  建筑结构抗地震倒塌设计

5.1  一般规定

5.1.1  建筑结构防地震倒塌可采用下列设计原则:

1  避开发震主断裂带;

2  避开地质灾害影响区域;

3  采取有效的隔震措施;

4  采用消能减震装置;

5  减小结构自重及非结构构件的重量。

5.1.2  抗震设防的建筑结构应按国家现行有关标准进行抗震设计,必要时,还可按本章进行抗地震倒塌设计。

5.1.3  抗震设防的建筑结构在地震作用下其结构构件应有合理的屈服次序。

5.1.4  非结构构件的布置及其与主体结构之间的连接构造,不应影响地震作用下主体结构预期的屈服耗能机制。

5.2 抗地震倒塌计算

5.2  抗地震倒塌计算

5.2.1  建筑结构抗地震倒塌计算,可根据建筑结构的实际情况,采用弹塑性时程分析法,或本规程附录B规定的静力弹塑性分析法,或附录C规定的保有耐力法,或附录D规定的等效线性化分析方法,或附录E规定的基于增量动力分析方法的倒塌易损性分析法。

5.2.2  建筑结构抗地震倒塌计算时,除保有耐力法可采用二维计算模型外,其他方法应采用三维计算模型,可沿结构平面的两个主轴方向分别进行抗地震倒塌计算。计算模型应符合结构的实际受力状态,构件的材料、尺寸、配筋等应与结构实际情况一致。必要时,宜包括结构的地下部分、基础和地基。

5.2.3  采用静力弹塑性分析法、弹塑性时程分析法及倒塌易损性分析法进行房屋建筑抗地震倒塌计算时,不应采用刚性楼板假定,必要时可采用弹塑性楼板假定。

5.2.4  计算地震作用时,建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。可变荷载的组合值系数应按下列规定采用:

1  雪荷载取0.5;

2  屋面积灰荷载取0.5;

3  楼面活荷载按实际情况计算时取1.0,按等效均布荷载计算时藏书库及档案库取0.8,其他民用建筑取0.5。

5.2.5  建筑结构抗地震倒塌计算时,结构材料强度取值宜符合下列规定:

1  混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度取标准值;

2  钢筋取屈服强度标准值;

3  钢材取屈服强度。

5.2.6  建筑结构抗地震倒塌计算采用弹塑性时程分析法和倒塌易损性分析法时,除隔震结构和消能减震结构外,结构阻尼比可取为5%;采用静力弹塑性分析法时,可根据结构构件可能的屈服程度,确定结构的阻尼比。

5.2.7  结构构件的弹塑性力学模型可采用基于材料的模型或基于构件的模型,并应符合下列规定:

1  基于材料的模型应采用材料应力-应变(σ-ε)本构模型,弹塑性时程分析时应采用反复荷载作用下的材料应力-应变(σ-ε)滞回本构模型,混凝土材料的本构模型宜有下降段;

2  基于构件的模型应采用构件的力-变形模型,包括弯矩-曲率(M-φ)模型、弯矩-转角(M-θ)模型、剪力-转角(V-θ)模型、剪力-位移(V-△)模型、轴力-位移(N-△)模型等,弹塑性时程分析时应采用反复荷载作用下的构件力-变形滞回模型;

3  对于圆钢管混凝土以外的约束混凝土,以及圆钢管混凝土柱以外的约束混凝土结构构件,其弹塑性力学模型应考虑约束对混凝土受压变形的影响;

4  对于圆钢管混凝土及圆钢管混凝土柱,其弹塑性力学模型应考虑钢管约束对混凝土轴心抗压强度和受压变形的影响;

5  对于钢结构,宜考虑节点域剪切变形影响;

6  预期不屈服的结构构件可采用线弹性模型;

7  构件弹塑性力学模型的初始受力状态应为结构重力荷载代表值作用下的状态,竖向构件及轴力影响不可忽略的水平构件应考虑轴力的影响。

5.2.8  压弯破坏的钢筋混凝土结构构件,其弯矩-转角(M-θ)模型的骨架线可采用图5.2.8所示的四折线,骨架线的有关参数可按下列规定确定:

图5.2.8压弯破坏的钢筋混凝土结构构件的弯矩-转角(M-θ)模型骨架线

1  峰值点C的弯矩Mp为构件的正截面受压承载力,可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定计算,计算时,材料强度按本规范第5.2.5条的规定采用;

2  名义屈服点B的弯矩My可取为0.8Mp

3  性能点CP(即极限点D)的弯矩Mu可取为0.85Mp

4  失效点E的弯矩Mr可取为0.75Mp

5  B、C、CP、E点的转角θy、θp、θu和θr可由试验确定,或由经过试验验证的计算确定,或参考国内、外有关标准的规定确定;

6  性能点IO、LS的转角θIO、θLS可分别取为:

5.2.9  建筑结构抗地震倒塌计算应计入几何非线性影响,包括P-△效应和大变形的影响。

5.3 地震作用

5.3  地震作用

5.3.1  一般建筑结构抗地震倒塌计算时,应考虑罕遇地震动的影响;涉及地震应急救援保障措施的建筑结构抗地震倒塌计算时,尚宜考虑极罕遇地震动的影响。罕遇地震动的水平地震影响系数最大值和时程分析所用地震加速度时程的最大值,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定取值;极罕遇地震动的水平地震影响系数最大值和时程分析所用地震加速度时程的最大值,应按建筑结构所在地相应于年超越概率10-4的地震动确定。

5.3.2  采用弹塑性时程分析法进行建筑结构抗地震倒塌计算时,地震加速度时程应符合下列规定:

1  应选用不少于3组符合建筑场地类别和设计地震分组的地震加速度时程曲线,其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3。

2  所选用的地震加速度时程曲线的平均地震影响系数曲线与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011规定的地震影响系数曲线在统计意义上相符。

3  地震加速度时程曲线应为完整的地震动过程,其有效持时不应少于结构一阶周期的5倍。

4  必要时应考虑近场效应或符合场地特征的最不利地震动记录。

5.3.3  采用倒塌易损性分析法进行建筑结构抗地震倒塌计算时,应选用不少于20组符合建筑场地类别和设计地震分组的实际地震加速度时程记录,其峰值加速度不应小于0.1g,峰值速度不应小于12.5cm/s,同一地震事件中选用的地震记录数不宜超过2组。

5.3.4  采用弹塑性时程分析法或倒塌易损性分析法进行建筑结构抗地震倒塌计算时,当结构一阶周期大于5s时,罕遇地震动的速度最大值尚宜符合表5.3.4的规定,极罕遇地震动的速度最大值可按建筑结构所在地相应于年超越概率10-4的地震动确定。

表5.3.4罕遇地震动的速度最大值(cm/s)

5.3.5  采用弹塑性时程分析法或倒塌易损性分析法进行抗地震倒塌计算时,宜采用双向水平地震动输入,必要时可采用三向地震动输入。采用三向地震动输入时,三个方向的加速度时程应为同一强震记录。

5.4 地震倒塌判别

5.4  地震倒塌判别

5.4.1  采用静力弹塑性分析法或弹塑性时程分析法进行建筑结构抗地震倒塌计算时,地震作用下结构的弹塑性层间位移满足下式时,应认为其在地震作用下不发生倒塌:

式中:△up——地震作用下建筑结构弹塑性层间位移;

p]——地震作用下结构不发生倒塌的弹塑性层间位移角限值,可按表5.4.1采用;对于钢筋混凝土框架结构,当柱的轴压比小于0.40时可提高10%,当柱全高的箍筋比现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011规定的柱箍筋加密区最小体积配箍率大30%时可提高20%,但累计不超过25%;

h——楼层高度。

表5.4.1地震作用下结构不发生倒塌的弹塑性层间位移角限值

注:组合结构和混合结构可参照钢筋混凝土结构的规定执行。

5.4.2  采用静力弹塑性分析法和弹塑性时程分析法进行建筑结构抗地震倒塌计算,出现下列情况之一时,可认为其在地震作用下发生倒塌:

1  结构弹塑性层间位移角大于本规范第5.4.1条规定的地震作用下结构不发生倒塌的弹塑性层间位移角限值。

2  对于房屋建筑钢筋混凝土结构,关键构件的损坏等级为6级,或同一层部分普通竖向构件的损坏等级为6级。压弯破坏的钢筋混凝土构件的损坏等级可按本规程第5.4.4条的规定确定。

3  对于房屋建筑钢结构,同一层部分框架柱失稳。

4  采用弹塑性时程分析法计算时,地震动输入结束后,在重力荷载代表值作用下,结构顶点水平位移呈增大趋势或结构顶点水平位移时程曲线呈发散趋势。

5.4.3  采用基于增量动力分析方法的倒塌易损性分析法进行抗地震倒塌计算时,结构的倒塌概率不大于表5.4.3规定的可接受最大地震倒塌概率时,可认为其在地震作用下不发生倒塌,否则,可认为其在地震作用下发生倒塌。

表5.4.3结构可接受最大地震倒塌概率(%)

注:倒塌概率可按本规程附录E的方法计算。

5.4.4  压弯破坏的钢筋混凝土结构构件的损坏等级可根据抗地震倒塌计算得到的钢筋和混凝土的应变按表5.4.4-1确定,或可根据抗地震倒塌计算得到的构件最大转角按表5.4.4-2和图5.4.4确定。

表5.4.4-1压弯破坏的钢筋混凝土结构构件基于应变的地震损坏等级判别标准

注:1  ε1为主拉应变;

2 ε3为主压应变;

3 εp和εcu分别为约束混凝土单轴受压峰值应变和极限应变,应采用合适的约束混凝土应力-应变模型确定其峰值压应变和极限压应变;

4  εy为钢筋的屈服应变。

表5.4.4-2压弯破坏的钢筋混凝土结构构件基于转角的地震损坏等级判别标准

注:1 θ为地震作用下压弯破坏的钢筋混凝土结构构件的最大转角;

2 θy、θIO、θp、θLS和θu分别为压弯破坏的钢筋混凝土结构构件的名义屈服转角、性能点IO的转角、峰值点的转角、性能点LS的转角和性能点CP(即极限点)的转角,可按本规程第5.2.8条的规定确定。

图5.4.4压弯破坏的钢筋混凝土结构构件地震损坏等级与其转角的关系

5.5 钢筋混凝土结构抗地震倒塌措施

5.5  钢筋混凝土结构抗地震倒塌措施

5.5.1  除底层、裙房顶面的上一主楼楼层、设备层及加强层的上一楼层、顶层、出屋面小建筑出屋面的第一层外,楼层的侧向刚度不宜小于相邻下一层侧向刚度较多,楼层层间受剪承载力不宜小于相邻下一层层间受剪承载力较多。

5.5.2  框架结构的楼梯构件与主体结构之间宜采取分离措施。如不采取分离措施,应采取措施加强楼梯间结构构件。

5.5.3  对于抗震等级为二、三、四级的框架结构底层柱,其纵向钢筋的最小总配筋率宜较现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定值增大0.1%,其箍筋加密区的最小配箍特征值宜较现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定值增大0.02。

5.5.4  钢筋混凝土框架结构的两个主轴方向可设置少量钢筋混凝土剪力墙或少量钢支撑,成为少墙框架结构或少支撑框架结构,剪力墙或钢支撑平面内宜对称布置,沿高度宜均匀布置,不应造成结构平面不规则和竖向不规则。

5.5.5  设置少量剪力墙或少量普通钢支撑的钢筋混凝土框架结构,其框架构件截面组合的内力设计值,宜分别取无剪力墙和有剪力墙、无支撑和有支撑的内力设计值包络值;当采用防屈曲钢支撑时,框架构件截面组合的内力设计值可按有支撑的结构确定。

5.5.6  少墙框架结构应符合下列规定:

1  在规定的水平力作用下,结构底截面剪力墙所承担的地震倾覆力矩不宜大于结构总地震倾覆力矩的50%且不宜小于结构总地震倾覆力矩的30%;

2  可结合楼、电梯间或管井设置剪力墙;

3  可与柱相连接,成为柱的翼墙;

4  遭受多遇地震动影响时,框架和剪力墙应为弹性;遭受罕遇地震动影响时,剪力墙应先于框架梁、柱屈服。

5.5.7  少墙框架结构的剪力墙宜符合下列规定:

1  剪力墙的截面厚度不宜大于180mm;

2  剪力墙的截面长度不宜大于1200mm,当截面较长时,可设置竖缝形成带竖缝墙;

3  根据组合的内力设计值配置剪力墙的竖向钢筋和横向钢筋;当组合的剪力设计值大于现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011规定的剪压比限值对应的剪力设计值时,可按GB 50011规定的剪压比限值对应的剪力设计值配置横向钢筋;

4  剪力墙两端设置构造边缘构件,构造边缘构件沿墙肢的长度可为200mm,配置4根直径不小于14mm的竖向钢筋以及直径不小于8mm、间距不大于150mm的箍筋。

5.5.8  设置少量钢支撑的钢筋混凝土框架结构宜符合下列规定:

1  宜采用交叉钢支撑、人字钢支撑、V字钢支撑或防屈曲钢支撑;

2  普通钢支撑宜为圆形截面或正方形截面杆件,杆件宽厚比或径厚比分别不宜大于12或17×(235/fy);

3  支撑斜杆与水平线夹角宜为30°~55°,柱间距较大时,支撑两端宜设置钢柱,钢柱截面面积不宜小于支撑杆件截面面积的3倍;

4  钢筋混凝土框架结构设置钢支撑后,其楼层弹性侧向刚度增量不宜大于40%;

5  在规定的水平力作用下,结构底截面钢支撑框架所承担的地震倾覆力矩不宜大于结构总地震倾覆力矩的50%且不宜小于结构总地震倾覆力矩的30%;

6  遭受多遇地震动影响时,框架和支撑应为弹性;遭受罕遇地震动影响时,支撑斜杆应先于框架梁、柱屈服。

5.6 砌体结构抗地震倒塌措施

5.6  砌体结构抗地震倒塌措施

5.6.1  砌体房屋建筑楼层承重墙体的面积宜符合下列规定:

1  横墙承重体系的每层横墙截面积、纵墙承重体系的每层纵墙截面积,与该层及以上各楼层建筑面积之和的比值,7、8、9度时分别不宜低于1.2%、1.7%、2.0%,另一个方向层墙体的截面积比值不宜低于1.2%、1.7%、2.0%的40%;

2  纵横墙混合承重体系的每层纵墙和横墙截面积之和与该层及以上各楼层建筑面积之和的比值,7、8、9度时分别不宜低于1.2%、1.7%、2.0%。

5.6.2  多层砌体房屋抗震横墙的间距不宜大于表5.6.2规定的抗震横墙最大间距。

表5.6.2多层砌体房屋抗震横墙最大间距(m)

5.6.3  层抗震能力系数不应小于1.5。层抗震能力系数可按下式计算:

式中:γ——层抗震能力系数;

VdE——层间全部横向或纵向墙体抗震受剪承载力之和,每片墙体的抗震受剪承载力可按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定计算;

V——层剪力设计值。

5.6.4  多层砖砌体房屋应根据层抗震能力系数按表5.6.4的规定设置钢筋混凝土构造柱。

表5.6.4多层砖砌体房屋构造柱设置要求

5.6.5  多层砖砌体房屋应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定设置圈梁。

5.6.6  多层砖砌体房屋的楼(屋)盖宜采用现浇或装配整体式钢筋混凝土楼(屋)面板。

5.6.7  窗间墙宽度宜大于窗下墙高度,且不宜小于1.2m。

6 房屋建筑抗火灾倒塌设计

6.1 一般规定

6  房屋建筑抗火灾倒塌设计

6.1  一般规定

6.1.1  重要性高的建筑结构、火灾风险大的建筑结构和人员密集的公共建筑结构应进行抗火灾倒塌设计。

6.1.2  按本章进行抗火灾倒塌设计的房屋建筑,应满足现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016及其他现行国家标准规定的防火要求。房屋建筑抗火灾倒塌设计的目标为:在局部火灾作用下,结构不致发生整体倒塌。

6.1.3  房屋建筑抗火灾倒塌可采用下列三种方法进行计算与判别。重要性为二级的房屋建筑可采用方法1、方法2或方法3,重要性为一级的房屋建筑应采用方法3。

1  简化构件法;

2  不考虑火灾作用过程的拆除构件法,简称拆除构件法;

3  考虑火灾作用过程的受火全过程分析法,简称受火全过程分析法。

6.1.4  建筑结构防火灾引起的连续倒塌可采取下列措施:

1  限制建筑物内的火灾荷载;

2  设置火灾自动报警和自动喷水灭火系统设施;

3  根据火灾作用设计相关构件的耐火极限,并根据国家现行有关标准的要求取其较大值;

4  根据火灾作用设计相关构件及连接的承载力。

6.2 抗火灾倒塌计算参数

6.2  抗火灾倒塌计算参数

6.2.1  房屋建筑抗火灾倒塌计算和判别应根据所采用的方法确定下列参数:

1  火灾温度场;

2  火灾持续时间;

3  火灾作用范围;

4  构件截面温度分布;

5  构件的荷载效应。

6.2.2  房屋建筑的火灾温度场,可根据火灾作用和火灾发生区域大小及通风情况,通过计算确定,也可采用其他火场分析方法计算得到。火灾升温曲线可按本节第6.2.6条的规定确定。

6.2.3  房屋建筑的火灾持续时间可按下列方法确定:

1  采用简化构件法或拆除构件法时,可依据火灾荷载及燃烧速率,结合火灾标准升温曲线分析确定;对于重要性为二级的房屋建筑,标准升温曲线的火灾作用时间可按现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016-2014表5.1.2规定的柱和墙的耐火极限取值。

2  采用受火全过程分析法时,火灾升温曲线可采用标准升温曲线,也可根据火灾荷载可燃物的分布、燃烧速率、火灾蔓延的途径经分析确定。对于重要性为一级的房屋建筑,标准升温曲线的火灾作用时间可按现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016-2014表5.1.2规定的柱和墙的耐火极限的1.5倍取值。

6.2.4  房屋建筑的火灾作用范围可按下列方法确定:

1  采用拆除构件法时,可根据房屋建筑的重要性和复杂性选择一个或几个房间同时遭受火灾作用。当火灾作用范围包含周边柱或周边承重墙时,火灾作用范围不宜超过本楼层面积的15%和70m2的较小值;当火灾作用范围只包含内部柱或内部承重墙时,火灾作用范围不宜超过本楼层面积的30%和140m2的较小值。

2  当火灾作用范围超过本条第1款规定的范围时,应采用受火全过程分析法进行抗火灾倒塌计算与判别。

6.2.5  构件截面温度分布可按下列方法确定:

1  可根据各区域的火灾温度-时间关系和构件几何参数、材料特性,按本规程附录F的规定计算;

2  可采用传热计算得到。

6.2.6  房屋建筑的火灾升温曲线应采用下列方法确定:

1  根据房屋建筑的使用功能,可按本规范附录G选择火灾升温曲线。

2  受火全过程分析法可采用本规范附录G规定的标准升温曲线,也可采用参数火或其他火场模拟结果,并应考虑由于火灾后构件降温可能引起的结构倒塌。对于特殊房屋建筑,应进行火灾作用调查,根据实际的火灾作用大小和分布确定建筑火场温度。

6.2.7  应根据结构布置、受力特征和火灾作用、房屋建筑的重要性和复杂性,选择合适的方法计算火灾下结构构件内力。采用有限元法计算时,应考虑材料非线性及几何非线性。

6.2.8  房屋建筑火灾作用下抗倒塌计算时,荷载效应组合可按偶然设计状况的作用效应组合,采用下列两式中的较不利设计表达式:

式中:Sd——荷载(作用)组合的效应设计值;

SGk——永久荷载效应标准值;

STk——火灾下结构的温度效应标准值;

SQk——楼面或屋面活荷载效应标准值;

Swk——风荷载效应标准值;

γ0——结构重要性系数;对于耐火等级为一级的建筑,γ0T=1.15;对于其他建筑,γ0T=1.05;

γG——永久荷载分项系数,一般可取γG=1.0;当永久荷载有利时,取γG=0.9;

γT——温度作用分项系数,取γT=1.0;

γw——风荷载分项系数,取γw=0.4;

ψf——楼面或屋面活荷载频遇值系数,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定取值;

ψq——楼面或屋面活荷载准永久值系数,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定取值。

6.2.9  计算受火构件的承载力和刚度时,可采用本规程附录H规定的高温下钢和混凝土的强度和弹性模量,以及附录J规定的火灾作用下混凝土和钢筋的应力、应变。计算火灾下构件的承载能力时,可不计热膨胀的影响。

6.2.10  受火混凝土构件的承载力和刚度,可采用本规程第6.2.9条的规定计算,也可采用下列简化方法计算:混凝土仅按截面500℃等温线以内部分计算承载力和刚度,不考虑截面500℃等温线以外部分的承载力和刚度;钢筋按高温下的材料特性取值。

6.3 简化构件法

6.3  简化构件法

6.3.1  符合下列条件时,房屋建筑可采用简化构件法进行抗火灾倒塌计算与判别:

1  火灾范围为一个或几个单独的受到限制的功能空间;

2  每个功能空间的火灾持续时间可相对准确确定;

3  每个功能空间的建筑构件的耐火极限可相对准确确定。

6.4 拆除构件法

6.4  拆除构件法

6.4.1  房屋建筑拆除构件法抗火灾倒塌计算与判别应符合下列规定:

1  根据构件截面温度分布和构件内力值,对受火区域内的构件进行失效判定;

2  应拆除达到目标抗火时间时抗力小于内力值的受火构件;

3  对于抗力仍大于内力值的受火构件,在对剩余结构进行计算时应降低其承载力和刚度。

6.4.2  按本规范第6.4.1条的规定拆除或削弱火灾作用区域内的构件后,剩余结构构件的承载力应符合本规范第4.4.16条的规定。计算剩余结构构件的承载力时,非受火区构件材料强度可按本规范第4.1.7条的规定取值,受火区构件材料强度可按本规范附录H的规定取值。

6.4.3  对于需要提高抗火安全储备的结构构件,其耐火极限时间可比本规范第6.2.3条规定的火灾持续时间提高30%进行防火设计。

6.5 受火全过程分析法

6.5  受火全过程分析法

6.5.1  采用受火全过程分析法进行房屋建筑抗火灾倒塌计算与判别时,应考虑下列因素:构件截面温度场分布,高温对材料强度和刚度的削弱,材料热膨胀,几何非线性;并宜考虑下列因素:混凝土高温瞬态热应变和热徐变,混凝土高温剥落,火灾蔓延、升降温过程中的材料本构关系,升降温过程构件内部和表面的应力差。

6.5.2  采用受火全过程分析法时,应根据火灾作用可能的最大影响范围,考虑火灾作用区域内火灾的逐步蔓延过程,选择最不利的火灾场景。

6.5.3  采用受火全过程分析法时,若结构在设定的受火时间内发生倒塌,应修改建筑结构设计或防火保护设计,重新进行受火全过程分析,直至建筑结构在设定的受火时间内不发生倒塌。

6.5.4  受火全过程分析可采用非线性静力法和非线性动力法。在受火全过程计算过程中,当从结构中拆除失效构件时,应将其承担的荷载分配到相邻构件。剩余结构的荷载计算方法可采用本规规范第4章的规定。

6.5.5  受火构件达到下列变形时,可认为其失效:

1  受弯构件最大挠度D为L2/(400d)(mm),或者挠度超过L/30(mm)后变形速率dD/dt为L2/(9000d)(mm/min)。

2  竖向承重构件轴向压缩量C为0.01H(mm),且轴向压缩速率dC/dt为0.003H(mm/min)。

6.6 提高抗火灾倒塌能力措施

6.6  提高抗火灾倒塌能力措施

6.6.1  对于抗火灾倒塌能力不足的房屋建筑,可采取下列两类方法提高其抗火灾倒塌能力:

1  提高受火构件的耐火极限;

2  提高受火构件和连接的承载力。

6.6.2  对于钢筋混凝土和砌体墙柱类等受火灾影响的构件,可采取下列措施提高其抗火灾倒塌能力:

1  增设与构件脱离的隔火层或防火板;

2  增设防火涂层;

3  增大构件截面尺寸;

4  增大构件钢筋保护层厚度。

6.6.3  对于钢柱等受火灾影响的构件,可采取下列措施提高其抗火灾倒塌能力:

1  增设与构件脱离的隔火层或防火板;

2  设置防火的混凝土面层;

3  增加防火保护涂层厚度;

4  采用钢-混凝土组合构件。

6.6.4  对于混凝土梁板等受火灾影响的构件,可采取下列措施提高其抗火灾倒塌能力:

1  对于失效后不会造成连续倒塌的情况,可采取本规范第6.6.2条规定的措施;

2  对于失效后造成其他构件连续破坏的情况,应采取延长其耐火极限的措施。

7 房屋建筑结构建造阶段及加固、改造阶段防倒塌设计

7.1 一般规定

7  房屋建筑结构建造阶段及加固、改造阶段防倒塌设计

7.1  一般规定

7.1.1  房屋建筑结构建造阶段及加固、改造阶段,其主体结构构件和临时设施结构构件的承载力应分别符合下列公式的规定:

式中:Sd、Sk——荷载组合的效应设计值及标准值;

Rd、Rk——结构构件的承载力设计值及标准值;

γ0——结构重要性系数,建造阶段及加固、改造阶段不应小于1.0。

7.1.2  房屋建筑结构加固、改造前,应认真研究加固、改造的施工次序,避免因某一构件拆除或增加荷载引起整体结构连续倒塌。房屋建筑结构加固、改造阶段的抗连续倒塌计算,可采用本规范第4章规定的有关方法。

7.1.3  房屋建筑结构加固、改造阶段,应采取下列防倒塌措施:

1  房屋建筑中的可燃物宜全部移出,当不能全部移出时,除应按相关规定设置临时消防设施外,尚宜按本规范第6章的规定进行抗火灾倒塌判别;

2  房屋建筑中的可爆物应全部移出或彻底清除。

7.2 结构建造施工阶段防倒塌设计

7.2  结构建造施工阶段防倒塌设计

7.2.1  房屋建筑主体结构建造施工阶段,非完整主体结构和临时设施结构的防倒塌设计应符合下列规定:

1  对于现浇钢筋混凝土结构,应对非完整主体结构与模板支撑体系组成的施工时变结构进行防倒塌设计;

2  对于钢结构,应对钢结构安装过程的非完整主体结构、胎模架等临时设施结构进行防倒塌设计。

7.2.2  房屋建筑主体结构建造施工阶段的模板支撑体系、胎模架等临时设施结构应为超静定结构且有比较多的冗余度,并宜与周边的永久结构刚性连接;独立临时设施结构的高度、长度与其宽度的比值均不宜大于3,否则应采取措施,设置临时刚性拉结点。

7.2.3  拆除临时设施结构应遵循“先支后拆、后支先拆”的原则。

7.2.4  模板支撑体系防倾覆设计应符合下列规定:

1  应分别对模板支撑整体结构和以梁板为边界的子结构进行防倾覆设计。

2  模板支撑体系防倾覆设计采用的荷载应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工规范》GB 50666的有关规定。

3  模板支撑体系的防倾覆设计应包括整体抗倾覆和模板支架立杆抗倾覆,应分别符合本规范第7.2.5条和第7.2.6条的规定。

4  模板支撑体系的支撑系统应经过设计计算,应具有足够大的承载力和稳定性。

7.2.5  模板支撑体系的整体抗倾覆应符合下列规定:

式中:MR——抗倾覆承载力;

Ms——整体倾覆力矩设计值;

l1——施工活动诱导荷载作用点至模板支架立杆作用点之间的间距;

Q1k——施工活动诱导荷载标准值;

lw——风荷载作用点至模板支架立杆作用点之间的间距;

Qwk——风荷载标准值;

lG——模板及其支架自重作用点至模板支架立杆作用点之间的间距;

Gk——模板及其支架自重标准值,取作用于模板支撑体系、胎模架等临时设施上的所有结构、设施等自重之和。

7.2.6  模板支撑体系的模板支架立杆抗倾覆应符合下列规定:

式中:σ——模板支架立杆的正应力;

N——模板支架立杆承担的总轴压力设计值;

N1——竖向荷载作用下立杆的轴压力设计值;

N2——倾覆力矩作用下模板支架立杆的轴压力设计值;

Φ——构件稳定性系数;

A——模板支架立杆的设计有效承载截面面积;

[f]——模板支架立杆的材料强度设计值;

Gk——模板及其自重标准值,取作用于模板支撑体系、胎模架等临时设施上的所有结构、设施等自重之和;

Q2k——施工活荷载标准值;

Ms——倾覆力矩设计值;

lb——倾覆支点立杆至模板支架立杆中心主轴之间的距离;

li——第i根立杆至模板支架立杆中心主轴之间的距离。

7.2.7  房屋建筑主体结构建造施工阶段的防坍塌设计应符合下列规定:

1  非完整主体结构应具有必要的承载能力、刚度和变形能力;

2  非完整主体结构应避免因部分结构或结构构件的破坏导致整个结构发生坍塌;

3  对非完整主体结构可能出现的薄弱构件,应采取有效措施予以加强;

4  模板支撑体系以梁板为边界的子结构局部坍塌荷载的动力系数不应小于1.5。

7.2.8  房屋建筑结构建造施工阶段防坍塌设计的结构分析模型应符合下列规定:

1  对于钢筋混凝土结构,应选择施工时变结构分析方法分析非完整结构、模板支架的最大荷载效应;

2  对于钢结构,应选择非完整结构的最不利构形,按常用结构分析方法进行计算。

7.2.9  房屋建筑结构建造施工阶段防坍塌设计采用的荷载效应组合的设计值应按下式确定:

式中:Sd——荷载组合的效应设计值;

SMGk——模板及其支架自重的效应标准值,取作用于模板支撑体系、胎模架等临时设施上的所有结构、设施等自重的效应标准值之和;

SQ2k——施工活荷载效应标准值。

7.2.10  现浇钢筋混凝土结构施工阶段时变结构分析,可采用下列假定:

1  基础为刚性;

2  支撑为刚性;

3  楼板刚度相同。

7.2.11  房屋建筑建造施工阶段应采取下列防坍塌措施:

1  现浇混凝土模板支撑体系应以立杆计算长度控制纵横向连系杆,扫地杆和立杆顶部应设置纵、横向连系杆。

2  纵、横向连系杆应与侧向永久结构刚性拉结,并应合理设置剪刀撑体系。模板支撑内宜每隔3根~5根立杆设置垂直支撑,模板支撑立杆的下端、上端应设置水平剪刀撑,模板高支撑的中间应增设水平剪刀撑。

7.3 结构加固、改造施工阶段防倒塌设计

7.3  结构加固、改造施工阶段防倒塌设计

7.3.1  对结构体系和构件布置进行加固、改造施工时,特别是改造结构之间形式不匹配的结构体系时,应采取有效的防倒塌措施。

7.3.2  对下列类型的结构进行加固、改造时,应特别重视加固、改造施工阶段的防倒塌设计:

1  跨度较大的屋面、楼面或构件;

2  按平面构件设计的高度较大的结构或构件;

3  悬挑较大的结构或构件;

4  基础埋置较浅的高层建筑混凝土结构。

7.3.3  房屋建筑结构加固、改造施工阶段结构的安全性等级应符合下列规定:

1  非完整永久结构的安全性等级不应低于原设计的结构安全性等级。

2  为实施加固、改造而布设的临时结构,宜按二级安全性等级进行设计。

7.3.4  房屋建筑结构加固、改造施工阶段防倒塌设计应符合下列规定:

1  需要拆除与加固结构构件的改造活动,应根据结构可靠性检测鉴定报告,按拆除和加固过程中引起结构几何形态、外部作用荷载变化较大的典型几何构形进行分析设计。

2  房屋建筑改造宜遵守先加固改造、后拆除多余杆件的施工顺序。当必须先拆除构件、后加固改造时,必须考虑拆除作业活动影响,确保拆除过程和拆除后加固前的剩余结构不发生倒塌。

7.3.5  临时支撑结构的高度、长度与其宽度的比值均不应大于3,并应与周边既有结构可靠连接。

7.3.6  临时支撑结构可采用下列措施减小坍塌可能:

1  控制可燃物的堆放,提高构件的耐火极限等,有效控制火灾作用的影响范围和程度;

2  加强构件间连接或结构间锚固件的承载力和抵抗变形的能力。

附录A 房屋建筑外围护结构抗爆炸倒塌设计

附录A  房屋建筑外围护结构抗爆炸倒塌设计

A.0.1  经防护措施保护的房屋建筑外围护结构在遭受爆炸时,不应发生大量碎片飞溅而导致人员伤亡及重大财产损失。

A.0.2  有抗爆炸倒塌设计要求的房屋建筑外围护墙应符合下列规定:

1  应具有抵抗爆炸动力作用的能力,防止爆炸冲击荷载传给主体结构。

2  应配置水平和竖向通长分布钢筋。竖向分布钢筋配筋率不应小于0.05%,钢筋间距不应大于1200mm,墙端部400mm长度内应加强。水平分布钢筋配筋率不应小于0.025%,墙的顶部和底部400mm高度内均应加强;采用钢筋混凝土水平现浇带时,其间距不应大于1200mm。

3  对既有建筑不符合上述规定的砌体墙不应用作有抗爆防护要求的外围护墙。

A.0.3  有抗爆炸倒塌设计要求的房屋建筑的外围护墙的窗户、玻璃幕墙、天窗等安装玻璃的外围护结构应符合下列规定:

1  遭受爆炸作用时,不得发生倒塌破坏。

2  外围护墙的窗户、玻璃幕墙、天窗等应采用夹层玻璃或中空玻璃,夹层玻璃的厚度不应小于6mm(由两块厚度为3mm的退火玻璃和最小厚度为0.75mm的PVB粘结而成),中空玻璃的内侧玻璃板应采用厚度不小于6mm的夹层玻璃。

3  宜根据碎片伤害和整片玻璃伤害风险大小,确定是否使用缆索阻挡系统。

4  玻璃的支撑结构应有足够的强度,支撑结构的破坏不应先于玻璃破坏,支撑结构不应发生倒塌破坏。

5  玻璃的支撑结构或固定结构应与周围结构有可靠的连接,不得发生脱落或滑出。

A.0.4  对可能遭受爆炸作用的既有建筑的外围护墙,应采取加固措施,必要时可采用碎片阻挡膜等措施,使其具有抗爆炸倒塌能力。

A.0.5  既有玻璃幕墙可采用碎片阻挡膜进行防护,应评估玻璃碎片和整片玻璃高速脱离造成伤害的威胁程度,必要时应采用钢索网系统防止整片玻璃高速脱离。

A.0.6  外围护墙玻璃窗的改造应符合下列规定:

1  可采用碎片阻挡膜进行防护,防护膜应能将爆炸冲击波荷载传递到玻璃框上,应避免整块玻璃沿防护膜的边缘出现断裂破坏。

2  玻璃框、支承玻璃框的墙体应具有足够的强度抵抗压力波。

附录B 静力弹塑性分析法

附录B  静力弹塑性分析法

B.0.1  符合下列条件的房屋建筑结构可采用静力弹塑性分析法进行抗地震倒塌计算:

1  标准设防类建筑;

2  高度不超过100m;

3  结构平面有明确的两个正交的主轴;

4  结构构件在平面内的布置基本对称、均匀,为扭转规则结构。

B.0.2  建筑结构静力弹塑性分析可按下列步骤进行:

1  按本规范第5.2节的规定建立结构计算模型;

2  对结构进行静力推覆分析,得到基底剪力-顶点位移关系曲线和层剪力-层间位移关系曲线,以及各基底剪力对应的材料应变、构件变形、结构塑性铰分布等;

3  采用能力谱法或目标位移法确定结构在地震作用下的顶点位移、层间位移、材料应变、构件变形、结构塑性铰分布等;

4  按本规范第5.4.1条及第5.4.2条的规定对结构进行抗地震倒塌判别。

B.0.3  建筑结构静力推覆分析的水平力沿建筑结构高度的分布形式,可采用计算中保持不变的分布形式,也可采用计算中变化的分布形式。

B.0.4  采用能力谱法时,地震需求谱曲线可由现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011规定的地震影响系数曲线变换得到。

附录C 保有耐力法

附录C  保有耐力法

C.0.1  符合下列条件的钢筋混凝土房屋建筑结构可采用保有内力法进行抗地震倒塌计算和判别:

1  标准设防类;

2  高度不应超过45m或12层;

3  水平地震作用下结构响应以第一振型为主;

4  结构具有整体型屈服机制(图C.0.1)。

图C.0.1整体型屈服机制示意图

C.0.2  可分别对结构两个主轴方向按本附录规定进行抗地震倒塌计算与判别。

C.0.3  结构各层的层受剪承载力应满足下式要求:

式中:Vui——静力弹塑性分析得到的第i层的层受剪承载力,对于钢筋混凝土框架结构,为层间位移角1/50时的层受剪承载力,对于钢筋混凝土框架-剪力墙结构及剪力墙结构,分别为层间位移角1/100及1/120时的层受剪承载力;

Vuni——罕遇地震作用下第i层的地震剪力;

Vuei——罕遇地震作用下第i层的弹性地震层剪力,可按反应谱振型分解法或基底剪力法确定;

C——结构影响系数,钢筋混凝土框架结构取0.35,框架-剪力墙结构取0.38,剪力墙结构取0.40;

ξesi——结构竖向不规则和第i层楼层平面不规则对罕遇地震作用下第i层地震剪力增大系数,按本附录C.0.4条确定。

C.0.4  竖向不规则和第i层楼层平面不规则的建筑结构,其罕遇地震作用下第i层地震剪力增大系数ξesi可按下列公式确定:

式中:ξsi——第i层结构层刚性率增大系数,按两个水平主轴方向分别计算;

ξei——第i层结构层偏心率增大系数,按两个水平主轴方向分别计算;

Rsi——多遇地震作用下第i层的层刚性率,按本附录C.0.5条确定;

Rei——多遇地震作用下第i层的层偏心率,按本附录C.0.6条确定。

C.0.5  多遇地震作用下第i层结构两个水平主轴方向的层刚性率Rsi可按下式确定:

式中:hi/δi——第i层计算方向的层间位移角的倒数;

n——结构的层数。

C.0.6  多遇地震作用下第i层结构两个水平主轴方向的层偏心率可按式(C.0.6-1)~式(C.0.6-4)确定:

式中:ei,x,ei,y——第i层质量中心与刚度中心的偏心距分别在结构平面的x主轴方向和y主轴方向的投影,即以质量中心为坐标原点时刚度中心的坐标;

rei,x,rei,y——第i层的回转半径rei分别在x主轴方向和y主轴方向的投影;

KRi——第i层绕刚心的扭转刚度;

Kxj,Kyj——第i层第j个抗侧构件分别在x主轴方向和y主轴方向的抗侧刚度;

Xj,Yj——第i层第j个抗侧构件的坐标。

附录D 等效线性化方法

附录D  等效线性化方法

D.1适用范围

D.1.1  罕遇地震作用下多层钢筋混凝土结构、钢结构的弹塑性地震响应峰值及其构件的承载力需求和延性需求可采用等效线性化方法计算。

D.1.2  采用等效线性化方法计算的结构应主要由弯曲型或弯剪型构件组成。

D.2计算方法

D.2.1  罕遇地震作用下结构响应计算的等效线性化方法可按以下步骤进行:

1  合理选择结构的预期损坏部位,并初步估计罕遇地震作用下结构各预期损坏部位的延性系数。

2  罕遇地震作用下预期损坏部位的延性系数μ可按下式确定:

式中:△t——罕遇地震作用下预期损坏部位的总变形;

y——预期损坏部位的屈服变形。

3  根据结构各个预期损坏部位的延性系数μ,可按本附录D.2.2第3款的方法确定相应预期损坏部位的等效刚度ke和附加等效阻尼比ζe,并可按本附录D.2.3确定整体结构各阶模态的等效阻尼比ζm,建立整体结构的等效线性化模型。

4  采用振型分解反应谱方法计算结构的等效线性化模型的地震响应,并计算各个构件的延性系数。若计算所得延性系数与本条第1款所取预期损坏部位的延性系数相差较大时,应进行迭代计算,直至前后两次迭代计算的延性系数相近为止。

5  可采用本规范第5.4.2条的规定,对结构进行罕遇地震作用下的抗倒塌判别。

D.2.2  结构的等效线性化模型应符合下列要求:

1  结构的计算模型应与弹性分析所采用的计算模型一致,合理考虑核心区及节点域刚度、楼板和非结构构件的影响。除楼板及预期不屈服的构件可取弹性模型外,其余构件均应取等效线性化模型。

2  钢构件的骨架线可简化为双折线形,钢筋混凝土构件的骨架线可简化为三折线形。承受较大轴力的钢筋混凝土构件的骨架线应反映轴力对构件抗弯承载力的影响。

3  构件的等效刚度ke与附加等效阻尼比ζe可按下式计算:

式中:ky——构件骨架线上屈服点所对应的割线刚度;

μ——构件延性系数;

k——修正系数。

4  对于采用三折线形骨架线的钢筋混凝土构件,当构件变形大于开裂变形且小于屈服变形时,构件的等效刚度ke应在初始刚度(未开裂刚度)和屈服刚度ky之间线性插值,且附加等效阻尼比ζe取为零。

D.2.3  整体结构各阶模态所对应的等效阻尼比可按下式计算:

式中:ζm——结构第m阶模态的等效阻尼比;

ζe,i——第i单元的附加等效阻尼比;

ES0m,i——等效线性化结构模型按第m阶振型变形时第i单元的弹性应变能;

ζ0——结构初始阻尼比,钢筋混凝土结构可取0.05,钢结构可取0.02。

D.2.4  采用振型分解反应谱法计算时,地震影响系数曲线可按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定采用,阻尼比应按本附录第D.2.3条规定的结构等效阻尼比取值。

附录E 基于增量动力分析法的倒塌易损性分析方法

附录E  基于增量动力分析法的倒塌易损性分析方法

E.0.1  当需要确定不同强度地震作用下结构的倒塌风险时,可采用基于增量动力分析(IDA)法的倒塌易损性分析方法进行计算。

E.0.2  基于增量动力分析法的倒塌易损性分析方法可按下述步骤进行:

1  按本规范第5.2节的规定建立结构的弹塑性计算模型。

2  按本规范第5.3节的规定选定一组地震动记录,计总地震动数量为Ntotal;选择合适的地震动强度指标IM[可采用PGA、PGV或Sa(T1)],对该组地震动记录归一化。

3  对结构进行某一强度地震作用下的弹塑性时程分析,采用本规范第5.4.2条的规定进行结构地震倒塌判别。记在该强度地震作用下发生倒塌破坏的地震动数为Ncollapse,按下式计算得到该强度地震作用下结构的倒塌概率Pcollapse

4  改变地震动强度,重复第3款,得到结构在不同强度的地震作用下的倒塌概率;以地震动强度为横坐标,以结构倒塌概率为纵坐标,用对数正态分布拟合得到地震动强度连续变化下的倒塌概率曲线,即结构倒塌易损性曲线(图E.0.2)。

图E.0.2结构倒塌易损性曲线

5  根据结构倒塌易损性曲线,判别结构的抗倒塌能力以及在不同强度地震作用下的倒塌风险。

附录F 构件截面温度分布

附录F  构件截面温度分布

F.0.1  钢筋混凝土构件截面的火灾温度分布可按现行协会标准《火灾后建筑结构鉴定标准》CECS 252的规定确定。

F.0.2  高温下混凝土的有关物理参数可按下列规定采用:

式中:cc——温度为T时混凝土的比热容[J/(kg·℃)]。

F.0.3  计算钢构件截面的火灾温度分布时,高温下钢材的物理参数可采用表F.0.3的数值。

表F.0.3高温下钢材的物理参数

附录G 火场温度

附录G  火场温度

G.0.1  建筑火灾的火场温度可按下列方法确定:

1  按现行国家标准《建筑构件耐火试验方法  第1部分:通用要求》GB/T 9978.1-2008规定的标准升温曲线计算确定:

式中:T——室内平均温度(℃);

t——火灾作用时间(min)。

2  按国际标准ISO 834,Fire-resistance tests element of building construction,Amendment 1,Amendment 2,1980规定的标准升降温曲线计算确定:

升温段(t≤th):采用公式(G.0.1-1);

降温段(t>th):

式中:th——升降温临界时间(min);

Th——升降温临界温度(℃)。

G.0.2  当能准确确定建筑室内有关参数时,在t时刻室内火灾的平均温度Tg可按现行协会标准《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200规定的公式迭代计算:

式中:T′g——本次迭代前室内平均温度(℃);

D——热释放速率系数;

η——建筑室内的通风系数;

α——对流、辐射换热系数之和[W/(m2·℃)];

cg——烟气比热容[J/(kg·℃)];

T1——壁面内表面温度(℃)。

附录H 高温下钢和混凝土的强度和弹性模量

附录H  高温下钢和混凝土的强度和弹性模量

H.0.1  高温下普通结构钢的弹性模量可按下式计算:

式中:Ts——温度(℃);

ET——温度为Ts时普通结构钢的弹性模量(MPa);

E——常温下普通结构钢的弹性模量,应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017取值;

XT——高温下普通结构钢的弹性模量折减系数。

H.0.2  高温下普通结构钢的屈服强度可按下式计算:

式中:fyT——温度为Ts时普通结构钢的屈服强度(MPa);

fy——常温下普通结构钢的屈服强度(MPa);

f——常温下普通结构钢的强度设计值(MPa);

γR——钢材的分项系数,取γR=1.1;

ηT——高温下普通结构钢屈服强度折减系数。

H.0.3  高温下耐火钢的弹性模量和屈服强度可分别按式(H.0.1-1)和式(H.0.2-1)确定,其中,弹性模量折减系数XT和屈服强度折减系数ηT可分别按式(H.0.3-1)和式(H.0.3-2)确定:

H.0.4  高温下混凝土的轴心抗压强度、弹性模量应按下式确定:

式中:f2);

f2),应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定取值;

ηcT——高温下混凝土的轴心抗压强度折减系数,按表H.0.4取值;其他温度下的值,可采用线性插值方法确定;

E2);

εc0,T——高温下混凝土应力为fcT时的应变,按表H.0.4取值;其他温度下的值,可采用线性插值方法确定。

cTcTc0,T

H.0.5  高温下轻骨料混凝土的轴心抗压强度和弹性模量可按本规范式(H.0.4)计算。其中,高温下轻骨料混凝土的轴心抗压强度折减系数ηcT应力为fcT时的应变εc0,T应按表H.0.5确定;其他温度下的值,可及采用线性插值方法确定。

cTcTc0,T

附录J 火灾作用下混凝土和钢筋的应力、应变

附录J  火灾作用下混凝土和钢筋的应力、应变

J.0.1  火灾作用下混凝土和钢筋的总应变可分别采用下列表达式:

式中:εc,εs——分别为火灾作用下混凝土和钢筋的总应变;

εcsσ——分别为火灾作用下混凝土和钢筋的力学应变;

εcsth——分别为火灾作用下混凝土和钢筋的自由热膨胀应变;

εcscr——分别为火灾作用下混凝土和钢筋的热徐变;

εctr——火灾作用下混凝土的瞬态热应变。

J.0.2  火灾作用下混凝土应力-热徐变关系可采用下列表达式:

式中:σ——混凝土压应力;

fTc——温度T时混凝土受压应力-应变曲线的峰值应力;

t——时间(min);

t0——恒定参数,120min。

J.0.3  火灾作用下混凝土应力-瞬态热应变关系可采用下列表达式:

本规范用词说明

本规范用词说明

1  为便于在执行本规范条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:

1)表示很严格,非这样做不可的:

正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;

2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:

正面词采用“应”,反面词采用“不应”或“不得”;

3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:

正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”;

4)表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。

2  条文中指明应按其他有关标准执行的写法为:“应符合……的规定”或“应按……执行”。

引用标准名录

引用标准名录

《建筑结构荷载规范》GB 50009

《混凝土结构设计规范》GB 50010

《建筑抗震设计规范》GB 50011

《建筑设计防火规范》GB 50016

《钢结构设计规范》GB 50017

《混凝土结构工程施工规范》GB 50666

《建筑构件耐火试验方法  第1部分:通用要求》GB/T 9978.1

《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200:2006

《火灾后建筑结构鉴定标准》CECS 252

条文说明

中国工程建设协会标准

建筑结构抗倒塌设计规范

CECS392:2014

条文说明

制订说明

《建筑结构抗倒塌设计规范》CECS 392:2014,经中国工程建设标准化协会2014年12月29日以第188号公告批准发布。

建筑结构抗倒塌设计已越来越受到重视,特别是抗恐怖袭击爆炸引起的连续倒塌设计更是受到广泛关注。《建筑结构抗倒塌设计规范》(以下简称本规范)遵循现行国家、行业标准有关建筑结构抗倒塌设计的原则,以建筑结构倒塌案例、研究成果、工程设计经验为基础,参考国外相关设计标准,对建筑结构抗连续倒塌设计、抗地震倒塌设计、抗火灾倒塌设计、施工期间防连续倒塌设计以及房屋建筑外围护结构抗爆炸倒塌设计规定了具体方法。

我国建筑结构的抗震设防目标为小震不坏,中震可修,大震不倒。抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑结构,都需要进行抗震设计,包括抗地震倒塌设计。但并不是所有抗震设计的建筑结构,都需要进行罕遇地震作用下的弹塑性地震反应计算。本规范不规定需要进行抗地震倒塌计算的建筑结构的类型,也不规定需要进行抗连续倒塌设计、施工期间防连续倒塌设计以及外围护结构抗爆炸倒塌设计的建筑结构的类型,设计人员以及业主可根据建筑结构的具体情况,决定是否需要进行抗倒塌计算及设计。

抗地震倒塌计算时的地震动峰值加速度,本规范按现行国家标准的规定采用;对于基本周期大于5s的长周期建筑结构,本规范还规定了采用的地震动峰值速度。本规范根据现行国家标准,规定了抗火灾倒塌计算采用的参数。对于可能引起建筑结构连续倒塌的恐怖袭击爆炸、燃气爆炸、撞击等,由于爆炸荷载、撞击荷载的复杂性和随机性,本规范不规定爆炸荷载和撞击荷载的大小及其计算方法。

为便于设计、科研、教学等单位的有关人员在使用本规范时能正确理解和执行条文规定,《建筑结构抗倒塌设计规范》编制组按章、节、条顺序编写了本规范的条文说明,对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。但是,本条文说明不具备与规范正文同等的法律效力,仅供使用者作为理解和把握规范规定的参考。

1 总 则

1  总    则

1.0.1  建筑结构倒塌破坏可能造成严重的人员伤亡和经济损失,我国技术标准一直关注建筑结构的抗倒塌设计。现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153-2008规定,“当发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时,结构能保持必需的整体稳固性,不出现与起因不相称的破坏后果,防止出现结构的连续倒塌”。现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001规定,“允许主要承重结构因出现设计规定的偶然事件而局部破坏,但其剩余部分具有在一段时间内不发生连续倒塌的可靠度”。现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010规定了建筑结构“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设防目标,以及实现设防目标的抗震设计方法。现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010规定了混凝土结构防连续倒塌设计原则。现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010规定,“安全等级为一级的高层建筑结构应满足抗连续倒塌概念设计要求,有特殊要求时,可采用拆除构件方法进行抗连续倒塌设计”。本规范以国家现行有关建筑结构抗倒塌设计的规定为基础,对现行标准中尚无规定,但在工程设计中确实需要的建筑结构抗倒塌设计内容做了补充;对现行标准中建筑结构抗倒塌设计的原则规定进行了具体延伸,提高了可操作性,便于在工程设计中应用。本规范的建筑结构是指房屋建筑结构和大跨钢屋盖建筑结构。

1.0.2  正常设计、正常施工、正常使用的建筑结构在规定的竖向荷载作用下极少发生倒塌,但在发生偶然事件时可能发生倒塌。有些偶然事件是可防或/及可抗的,如撞击、爆炸、地震、火灾,以及人为错误等;有些偶然事件是几乎不可防、不可抗的,如泥石流、山体滑坡、洪水、森林火灾和风灾等自然灾害。本规范建筑结构抗倒塌设计针对的是可防或/及可抗的偶然事件,不针对几乎不可防、不可抗的偶然事件。

3 基本规定

3  基本规定

3.0.1  建筑结构的全寿命周期包括建造和使用两个阶段。有些建筑结构在使用阶段需要加固和/或改造。加固、改造时与建造阶段时为防倒塌设计,与使用阶段抗倒塌设计差别较大。因此,本规范将加固、改造作为一个阶段从使用阶段中分出。建造阶段防倒塌设计,是建设方和施工方共同的工作;使用阶段抗倒塌设计,是在建筑结构的设计阶段完成,是建设方和设计方的工作;加固、改造阶段防倒塌设计,是建筑的业主、设计方和施工方共同的工作。

3.0.2  为避免建筑结构在偶然事件影响下倒塌破坏,应以“防”为主、“防”“抗”结合。

3.0.3  “避让”是指避免建筑结构遭受偶然事件的影响。例如:建筑选址避开地震断裂带、地质灾害(泥石流、塌方、滑坡、滚石等)影响区域等。避让是避免建筑结构倒塌的最有效方法。“渲泄”是指释放偶然事件的影响,将偶然事件对建筑结构的影响减到最小。例如:开敞式建筑可以减小风荷载,轻质隔断可以减小爆炸对框架结构的冲击力,厚实墙体加铁皮屋盖可以释放爆炸的强大瞬间压力。“隔离”是指将建筑结构与可能的爆炸、撞击等偶然事件隔离开,避免建筑结构直接遭受爆炸、撞击等偶然事件的袭击。例如:在建筑的外围设置防撞桩、沟壑,避免汽车炸弹靠近建筑;设置隔震垫以减小地震作用;布置隔离层、防火墙阻绝火灾蔓延。“控制”是指减小偶然事件产生的荷载或作用,减小偶然事件的影响范围。例如:限制建筑物内可燃物、易爆物的总量,将可燃物、易爆物放置在可控位置。

3.0.4  本条规定了建筑结构抗倒塌设计原则上包括的内容,不是全部内容,也不是结构抗倒塌设计必须的内容,应根据具体情况确定所需的设计内容。

4 建筑结构抗连续倒塌设计

4.1 一般规定

4  建筑结构抗连续倒塌设计

4.1  一般规定

4.1.1  本条规定的目的是避免建筑受到爆炸袭击或减小爆炸的影响范围。

4.1.3  防止结构、结构构件被撞击,是建筑结构抗撞击倒塌的最有效措施。在可能被撞击的部位,可采用钢-混凝土组合构件,如钢管混凝土柱、钢板混凝土墙等,其抗撞击能力比钢构件及钢筋混凝土构件强。

4.1.4  本条规定了建筑结构抗连续倒塌设计的目标。

4.1.5  本条规定了建筑结构抗连续倒塌的设计方法。概念设计以定性为主,其中有些定性设计需通过定量计算予以实现。钢筋混凝土结构抗连续倒塌的拉结构件法是设置竖向、水平通长钢筋,并采取有效的连接锚固措施,将结构连成一个整体。拆除构件法是建筑结构抗连续倒塌最常用的设计方法,美国有关标准称之为Alternate Path Method(替换路径法,改变传力路径法,简称AP法),我国现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010及现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3称之为拆除构件法。拆除构件法首先从结构计算模型中移除按一定规则选定的一根受力构件,模拟结构构件瞬时失效,然后对剩余结构在规定的荷载作用下进行力学计算,由剩余结构构件的内力或变形,根据规定的接受准则,判别是否导致其他构件失效或是否导致结构发生连续倒塌。对于在偶然事件影响下不允许失效的结构构件,可采用局部加强法进行设计,通过提高该构件承受水平荷载的能力,避免其在发生偶然事件时失效。

4.1.6  本条宏观规定了建筑结构抗连续倒塌的计算模型。

4.1.7  本条第1、2款的规定参考了现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010及现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010的规定。GB 50010-2010的第3.6.3条规定:“当进行偶然作用下结构防连续倒塌的验算时,……在抗力函数的计算中,混凝土强度取强度标准值fck;普通钢筋强度取极限强度标准值fstk……”。JGJ 3-2010的第3.12.5条规定,“结构抗连续倒塌设计时:构件截面承载力计算时,混凝土强度可取标准值;钢材强度,正截面承载力验算时,可取标准值的1.25倍,受剪承载力验算时可取标准值”。本规范不考虑炸药爆炸下材料快速变形强度提高,不考虑材料强度提高偏于安全。

4.2 概念设计

4.2  概念设计

4.2.1  本条规定了各类建筑结构抗连续倒塌设计都应满足的概念设计的一般要求,本节下列各条分别补充规定了房屋建筑钢筋混凝土结构、民用建筑钢结构、大跨钢屋盖建筑结构以及砌体结构抗连续倒塌概念设计的特殊要求。

4.2.2  钢筋混凝土建筑结构抗连续倒塌概念设计,除应符合本规程第4.2.1条的规定外,尚应符合本条规定。

4.2.3  调查表明,焊缝拉断、整个构件失稳和整体结构失稳是造成钢结构坍塌的主要原因。钢结构抗连续倒塌设计应重视这三个问题。

4.2.4  研究表明,钢框架构件一般能够满足倒塌受力模式下构件抗力及变形的需求,梁柱连接的承载能力和变形能力是决定钢框架抗倒塌能力的关键。本条对钢框架梁柱刚性连接的要求进行了规定。第1款,能够提供连续拉结路径的连接,意味其具有使跨越失效柱的水平构件从弯曲模式转变为悬索机制,从而实现拉结模式传力的能力。梁柱连接抵抗的轴拉力指由悬索机制产生的沿梁变形后轴线切向的拉力。梁与柱栓焊混合刚性连接,可以有效阻断或延缓连接的连续破坏,使拉结能力充分发展。第2款,足够大的韧性是指在框架柱失效情况下,连接不发生整体断裂或局部断裂后仍能维持足够大的承载能力。第3款,框架柱失效的情况下,梁端可能进入塑性,发生比较大的塑性转角,梁端的转动能力应大于由于框架柱失效引起的梁端转角。

4.2.5  大跨钢屋盖建筑的屋盖结构类型很多,且与房屋建筑结构有较大差异。本条第1款针对屋盖结构,屋盖结构应有内力重分布能力,1根杆件失效后,其内力应由其他杆件承担。本条第2款针对下部支承结构,支承结构应有冗余度及备用传力途径,1根竖向构件失效不应导致结构连续倒塌。本条第3~5款分别规定了几种常见大跨钢屋盖建筑结构抗连续倒塌的概念设计要求。桁架弦杆失效会形成所谓的“转动铰”受力模式,使桁架局部丧失抗弯能力。弦杆破坏将显著影响内力重分布,因此需要适当加强跨中的弦杆;腹杆失效会形成所谓的“滑移面”受力模式,使桁架局部丧失抗剪承载能力,因此需要加强剪力最大位置(跨端)的腹杆;水平支撑和檩条等桁架平面外杆件将单榀桁架拉结在一起、发挥空间作用。檩条与桁架刚性连接对改变屋面荷载的跨越方向并遏制屋架的平面外倒塌是非常有效的。对于索结构,钢索及其锚固失效,或支承屋盖的柱失效,都有可能引起索结构连续倒塌,因此,保证钢索及索端的可靠锚固、是索结构抗连续倒塌的重要措施。较大的托架(或连系桁架)刚度对钢梁或桁架的独立承载是非常有利的,充分的约束支撑作用可使钢梁或桁架继续发挥拱的受力机制,避免出现过大的截面弯矩而倒塌破坏;同桁架结构一样,发挥檩条的抗弯能力对遏制或阻断结构发生连续倒塌是有效的,檩条可以在索结构平面体系丧失承载能力时改变屋面荷载的传递路径并继续承载。对于网架与网壳结构,柱周围和柱网轴线等主要传力路径上的杆件破坏更容易影响结构的内力重分布,特别是对于容易发生失稳的受压构件。另外,对于由强度控制的大跨钢屋盖结构(如桁架或多层网架),下弦或下层构件的悬索效应对抵抗连续倒塌是有利的,因此应重视下弦等下层结构构件的可靠连接;对于由稳定控制的大跨钢屋盖结构,特别是单层网壳结构,设置局部多层来提高结构的整体刚度对抵抗连续倒塌是有益的。

4.2.6  装配式楼(屋)盖和楼梯的整体性一般比现浇楼(屋)盖和楼梯要差,因此对结构刚度提出更高的要求。

4.2.7  墙体内设置暗框架,目的是提高墙体的整体稳固性及抗倒塌能力。暗柱的位置可与构造柱位置相同,墙体较长时应在墙体中部增设柱。美国19世纪20~30年代建造的一些高层砌体结构,在砌体内设置了钢柱等。

4.2.8  增设的梁、柱与圈梁之间的可靠拉结,可以提高增设的梁、柱与圈梁、构造柱的整体性,共同抵抗偶然作用的影响。

4.3 拉结构件法

4.3  拉结构件法

4.3.1  拉结构件法通过对结构构件之间的连接强度设计,增强结构的整体稳固性和备用荷载传递路径的能力,提高结构抗连续倒塌的能力。

4.3.2  水平构件按拉结构件法设计时,只要使梁机制和悬索机制之一能够有效发挥作用,即可认为结构满足抗连续倒塌设计要求。这种选择考虑了设计的经济性。如果两种机制都可以实现,其中悬索机制可作为备用机制,结构抗连续倒塌的可靠程度更高。除了不存在悬索机制的构件,选择梁机制还是悬索机制,可由设计人员确定。通常情况下,对于钢筋混凝土结构,非抗震设计时,悬索机制所需的钢筋少;抗震设计时,梁机制所需的钢筋少。

4.3.3  采用受均布荷载的悬臂梁计算模型进行梁机制计算,考虑动力放大系数2.0和弹塑性内力修正系数βb

4.3.4  采用图1的模型进行悬索机制计算,按如下分析获得:

当梁1和梁2受均布荷载q作用时,曲线悬索的最大竖向位移发生在(L1+L2)/2处,如图1(a)所示。取图1(b)所示的对称子结构进行分析,可以得到拉结力F1和F2和荷载的关系:

通过动力放大系数(取2.0)和弹塑性修正系数βc,考虑倒塌过程中的弹塑性动力效应对内力的影响,于是得到拉结力计算公式(4.3.4)。

图1悬索机制水平构件拉结力计算分析模型

4.3.5  建筑结构的周边区域的传力路径较少,因此适当提高对周边竖向构件的拉结要求,以提高其安全性。

4.3.6  个别构件失效后,破坏区域以上按受压进行设计的竖向构件可能变为受拉构件,导致破坏沿竖向传播,本条通过对其竖向拉结进行设计防止发生这类破坏。

4.3.7  内力修正系数考虑了结构的塑性变形耗能对抗连续倒塌的贡献。对于中部的钢筋混凝土梁,可适当降低内力需求,取为0.67。其他部位(如悬挑构件)因为超静定次数较少,取为1.0。

4.3.8  根据承载力要求配置的水平钢筋,当符合本规范第4.3.10条规定的贯通和锚固要求时,可作为拉结钢筋。当根据承载力要求配置的水平钢筋的截面面积不足时,应增配水平钢筋,使其满足拉结钢筋截面面积的要求。

4.3.9  本条规定与现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010的规定一致。

4.3.10  本条规定参考了国外相关规范及我国工程实际应用的构造规定。

4.3.11  修正系数βb及βc的取值原因同本规程第4.3.7条。

4.3.12  对于钢框架的内部梁及边梁(不包括角部的梁),当支承梁的框架柱失效后,主要由悬索机制抵抗作用在梁上的竖向荷载,但同时存在弯矩,梁内拉力与弯矩并存,按拉弯构件校核梁的强度。若不考虑失效框架柱支承节点左右梁的正弯矩贡献,内部的梁及边梁的需求弯矩取跨度为2L的简支梁的跨中弯矩,即M=A2/2。对于钢框架的角部梁,角柱失效时不存在悬索机制,只有梁机制,公式(4.3.12)中的悬索机制拉力项F2/2。

4.3.13  当某根框架柱失效后,其正上方的框架柱将以受拉的方式承担下层的楼面荷载,故按受拉构件校核框架柱的强度。

4.4 拆除构件法

4.4  拆除构件法

4.4.1  本节内容参考美国国防部标准2010版《建筑抗连续倒塌设计》(DoD:Design of Buildings to Resist Progressive Collapse,2010 UFC 4-023-03)与《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010的规定编写,两者规定不同时,除个别情况外,采用JGJ 3-2010的规定。

采用拆除构件法进行建筑结构抗连续倒塌设计时。每拆除一根结构构件,应进行抗连续倒塌计算,并对结构是否可能发生连续倒塌作出判别。若可能发生,则应调整结构,并重新进行抗连续倒塌计算,直至结构符合抗连续倒塌设计要求。

4.4.2  对于房屋建筑,一般选择框架柱作为被拆除构件,也可选择剪力墙作为被拆除构件。首层角柱、周边柱比较容易直接遭到撞击、爆炸等偶然事件的袭击,可作为拆除的重点构件。

4.4.4  可根据结构的规则性,选择合适的方法进行剩余结构抗连续倒塌计算。建筑形体、构件布置比较规则的结构,可采用线性静力分析方法。

4.4.5  采用线性静力方法等进行建筑抗连续倒塌计算时,建立拆除构件后的剩余结构的计算模型进行结构计算,作用在剩余结构上的荷载包括重力荷载和水平荷载两类,结构的荷载效应为重力荷载效应与水平荷载效应之组合。

4.4.6  当构件瞬间失效时,结构几何构成发生突变而振动,从而产生惯性力,同时,部分构件屈服,因此,结构连续倒塌实质上是一个结构材料进入非线性的动力过程。采用线性静力方法及非线性静力方法进行结构抗连续倒塌计算时,通过动力放大系数、放大楼面的重力荷载,考虑构件瞬间失效产生的动力效应。研究结果表明,失效柱以上、该柱列梁柱节点的动力放大效应最大且基本相同,距失效柱越远的柱列,动力效应越小,且趋于没有动力效应。因此,可将剩余结构分为2个区域。与被拆除柱的柱列相连,且在被拆除柱以上的楼层,为动力放大区域,即这些楼层的楼面重力荷载乘以平均动力放大系数予以放大;其他部位的楼层为非动力放大区域,楼面的重力荷载无需放大。

轻型钢结构屋盖积雪引起坍塌的案例较多,原因大致有4个:现行标准关于雪荷载的取值偏低,轻型钢结构的分项系数偏低,杆件整体失稳和结构整体失稳,设计和施工质量问题。轻型钢结构抗连续倒塌分析时,雪荷载取满载。

2010  UFC 4-023-03规定,楼面永久荷载分项系数取1.2,楼面活荷载分项系数γQ取0.5。本条按JGJ 3-2010规定,楼面永久荷载分项系数取1.0;考虑到楼面活荷载不会满布,楼面活荷载准永久值系数取0.5。

4.4.7  动力放大系数根据2010 UFC 4-023-03的规定确定。2010 UFC 4-023-03采用公式计算动力放大系数。采用线性静力方法计算时,动力放大系数计算公式与构件承载力修正系数有关,钢梁的修正系数与梁高、梁柱的连接方式有关,混凝土梁的修正系数与受拉钢筋及受压钢筋配筋率、截面平均剪应力与混凝土圆柱体强度开方之比等因素有关。计算结果,动力放大系数在2.0上下。为简化计算,采用线性静力方法计算时动力放大系数取2.0。采用非线性静力方法计算时,已经考虑了材料非线性、构件屈服,动力放大系数小于线性静力方法。采用2010 UFC 4-023-03的计算公式,取梁的允许塑性转角与屈服转角之比为2.0,得到本条规定的动力放大系数。

4.4.8  采用非线性动力方法进行建筑结构抗连续倒塌计算时,由于考虑了构件瞬间失效时的动力效应,因此,楼面重力荷载无需放大。重力荷载产生的效应包括原结构重力荷载产生的静效应以及构件瞬间失效剩余结构产生的动效应。

4.4.9、4.4.10  施加水平荷载的目的,是检验构件失效的情况下结构的整体稳定。美国国防部标准2005 UFC 4-023-03采用的水平荷载为0.2W,JGJ 3-2010规定的水平荷载也为0.2W,W为风荷载标准值。2010 UFC 4-023-03采用0.002∑P作为水平荷载作用在楼面,∑P为楼面的永久荷载与活荷载之和;2010 UFC 4-023-03同时规定,每拆除1个竖向构件,要在建筑的每个立面分别施加水平荷载、进行抗倒塌计算。例如,矩形平面建筑,拆除1个竖向构件,需要在4个立面分别施加水平力,进行4次计算。本规程的规定与2005 UFC 4-023-03的规定及JGJ 3-2010的规定一致。

4.4.15  下部支承结构为大跨钢屋盖建筑结构的一部分,对于上部屋盖钢结构的抗连续倒塌十分重要,且下部支承结构有可能受到撞击、爆炸等偶然事件的袭击,因此,结构计算模型应包括下部支承结构。张弦梁结构和弦支穹顶结构的变形能力大,考虑大变形的非线性动力分析方法可以获得更合理的结果。

4.4.16  2005 UFC 4-023-03采用被拆除竖向构件上方楼盖坍塌的面积判别结构是否发生连续倒塌,2010 UFC 4-023-03删除了这个判别准则,规定拆除竖向构件后楼盖结构不能发生坍塌,并对不同的计算方法规定了拆除构件后的接受准则。线性静力方法采用构件的承载力作为接受准则的参数。剩余结构构件的承载力若不满足式(4.4.16),则应重新设计该构件,提高其承载力,并进行抗连续倒塌计算。

4.4.17  房屋建筑采用非线性静力方法或非线性动力方法进行抗连续倒塌计算时,采用剩余结构水平构件的塑性转角作为参数,建立接受准则。

4.4.18  根据2010 UFC 4-023-03的规定,构件力-转角骨架线上性能点LS(Life Safety)对应的塑性转角为其限值,性能点LS的总转角(屈服转角与塑性转角之和)为性能点CP(Collapse Pre-vention)总转角的75%,即使达到塑性转角限值,构件尚能支承楼面的重力荷载、尚有变形能力储备,不会发生坍塌。依据2010 UFC 4-023-03给出的不同条件的混凝土梁、钢梁CP点的塑性转角以及我国规范对混凝土梁、钢梁的构造规定,本条规定了混凝土梁及钢梁的塑性转角限值。2010 UFC 4-023-03的条文说明建议,施加重力荷载、拆除构件后、非线性计算开始时,可认为楼面框架梁刚达到其屈服转角。

4.5 局部加强法

4.5  局部加强法

4.5.1  局部加强法是通过提高构件的承载力,抵抗爆炸、撞击在该构件表面产生的附加侧向荷载。附加侧向荷载的大小,可以通过爆炸、撞击的危险性分析得到,也可参考国内外有关规范、规程确定。我国现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010规定的构件表面附加侧向荷载为80kN/m2,英国规范规定的表面附加侧向荷载为34kN/m2,丹麦规范将该构件重力荷载组合的内力设计值提高20%进行截面承载力设计。

5 建筑结构抗地震倒塌设计

5.1 一般规定

5  建筑结构抗地震倒塌设计

5.1  一般规定

5.1.1  地震及地震引发的地质灾害是不可避免的自然灾害,建筑选址避开发震主断裂带及地质灾害影响区域,可以有效避免地震引起的建筑倒塌。隔震可以减小主体结构的地震作用,消能减震可以减小地震作用输入到结构构件上的能量。减小结构自重及非结构构件的重量,可以减小结构的地震作用,减轻非结构构件的破坏。

5.1.2  按现行国家标准和现行行业标准进行抗震设计的建筑结构,应能达到罕遇地震作用下不发生倒塌的抗震设防目标。本章的规定是对现行国家标准的补充。

5.1.3  地震作用下结构构件合理的屈服次序对于结构抗地震倒塌十分重要,所谓“合理的屈服次序”是指先屈服的构件应为耗能构件,比其他构件具有更大的弹塑性变形能力和耗能能力,且重要性程度相对较低的构件,该类构件屈服不致引起结构倒塌。一般而言,首先屈服的构件应为弯曲破坏的水平构件及消能构件,然后是支撑杆件、普通竖向构件,最后才是关键竖向构件。

5.1.4  如钢筋混凝土框架结构的窗间墙采用砌体墙,且砌体墙与主体结构连接不当时,框架柱在窗高范围内易发生极短柱的剪切破坏,不能形成预期的弯曲屈服耗能机制。

5.2 抗地震倒塌计算

5.2  抗地震倒塌计算

5.2.1  本条规定了可采用的建筑结构抗地震倒塌计算方法。条件许可的情况下,尽可能采用弹塑性时程分析法。

5.2.2  本条为对抗地震倒塌计算的建筑结构的计算模型要求。非结构构件对于结构地震倒塌有影响,但目前尚无合理可用的计算模型及计算参数。

5.2.3  刚性楼板假定不适合房屋建筑结构的弹塑性地震反应计算。

5.2.4  本条规定与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的规定一致。

5.2.5  本条规定了建筑结构抗地震倒塌计算时的材料强度取值。

5.2.6  隔震结构和消能减震结构的阻尼比可按国家现行有关标准的规定确定。

5.2.7  对于圆钢管混凝土,考虑圆钢管约束对混凝土轴心抗压强度、轴心受压弹塑性变形能力的提高作用;对于箍筋约束混凝土在内的其他约束混凝土,考虑约束对混凝土受压弹塑性变形能力的提高作用,不考虑约束对混凝土轴心抗压强度的提高作用。抗震钢筋混凝土结构构件在其预期的塑性铰区都配置一定量的箍筋。钢筋混凝土结构弹塑性地震反应计算时,考虑箍筋约束对混凝土受压弹塑性变形能力的提高作用及对构件弹塑性变形能力的提高作用是必要的。目前,有许多不同的箍筋约束混凝土应力-应变本构模型和构件力-变形模型可供选用。

5.2.8  地震作用下钢筋混凝土建筑结构发生倒塌破坏的主要原因是竖向结构构件(柱和剪力墙)失效,即端部塑性铰区混凝土压溃、构件丧失竖向承载能力;水平构件(梁和连梁)破坏一般不会引起结构倒塌。根据我国现行规范的规定,钢筋混凝土柱和剪力墙都应满足强剪弱弯的要求,实现压弯破坏。因此,本规范仅规定了压弯破坏的钢筋混凝土柱和剪力墙四折线M-θ模型骨架线的确定方法。四折线M-θ骨架线由A、B、C、D、E共5个特征点确定,A为原点,B为名义屈服点,C为峰值点,D为极限点,也称为CP(Collapse Prevention)点。为适应钢筋混凝土房屋建筑抗倒塌计算,本规范增加了E点,称为失效点。本条规定的C点的弯矩,以及B、D、E点弯矩与C点弯矩的关系,系根据我国科技工作者大量试验研究的成果所确定。B、C、D、E点的转角,对于不同的钢筋混凝土柱和墙,可通过试验、计算或参考国内外有关标准确定。在钢筋混凝土柱拟静力试验及非线性数值计算的基础上,参考美国ASCE/SEI 41 Supplement 1《在用建筑抗震加固》的规定,本条规定了性能点IO(Immediate Occupancy)和LS(Life Safety)转角的确定方法。

对于根据抗震等级、轴压比按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010规定的最小配箍特征值配置箍筋的钢筋混凝土柱,在试验研究和非线性数值计算的基础上,得到了特征点及性能点的转角值,如表1所示,可供参考。名义屈服点B的转角θy,可取为0.004rad。

表1最小配箍特征值配置箍筋的RC柱M-θ骨架线特征点及性能点转角

(按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的规定)

注:1  轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值;

2  抗震等级为一级轴压比介于0.4与0.9之间时,以及抗震等级为二级、三(四)级轴压比介于0.4与1.05之间时,θu及θr可采用表内数值的线性插值。

5.2.9  建筑结构在大震作用下,部分构件屈服,进入大变形,因此,除采用弹性方法计入P-△效应外,还应计入大变形的影响。

5.3 地震作用

5.3  地震作用

5.3.1  “一般建筑结构”包括现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011和现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3规定的“应”和“宜”进行弹塑性变形验算的房屋建筑结构,当这些建筑结构需要进行抗地震倒塌计算时,只需考虑罕遇地震动的影响,达到罕遇地震作用下不倒塌的设防目标。但这些建筑结构是否需要进行抗地震倒塌计算,本规程不做规定。涉及地震应急救援保障措施的建筑结构一旦在地震中严重破坏甚至倒塌,将不能发挥其应急救援的功能,因此,应具有比一般建筑结构高的抗地震倒塌能力,达到极罕遇地震作用下不倒塌的要求。

5.3.2  本条规定了弹塑性时程分析采用的地震加速度时程曲线的要求,其中第1、2款的规定与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的规定一致。

5.3.3  倒塌易损性分析法采用结构的倒塌概率判别结构是否发生倒塌,因此,采用比弹塑性时程分析法更多的加速度时程记录进行抗倒塌计算,且地震记录应为比较强烈的地震地面运动。

5.3.4  研究表明,对于一阶周期较长的建筑结构,其地震反应与地震地面运动速度的相关性较好。因此,建议了不同设防烈度罕遇地震动的速度最大值和确定极罕遇地震动速度最大值的原则。抗地震倒塌计算时,输入的是加速度时程曲线,采用速度最大值时,其加速度最大值是通过速度最大值与地震地面运动峰值速度的关系得到。以抗震设防烈度8度(0.20g)为例。某地震记录的峰值加速度及峰值速度分别为0.12g及10cm/s。如果按8度(0.20g)罕遇地震动的最大加速度0.4g调整地震记录,则加速度需要乘系数0.4g/0.12g=3.33;如果按8度(0.20g)罕遇地震动的最大速度40cm/s调整地震记录,则加速度需要乘系数40(cm/s)/10(cm/s)=4,调整后地震记录的峰值加速度为0.48g,为0.4g的1.2倍。

5.3.5  研究表明,单向地震动输入计算得到的结构损伤和倒塌概率可能和多向输入有较大差别且偏于不安全,因此,建议采用双向或三向地震动输入,以更加符合实际情况。双向或三向输入时,地震加速度峰值可按水平主方向:水平次方向:竖向=1:0.85:0.65进行调整。

5.4 地震倒塌判别

5.4  地震倒塌判别

5.4.1  本条规定了地震影响下建筑结构不发生倒塌的弹塑性层间位移限值,本条规定与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的规定一致。采用弹塑性时程分析法进行建筑结构抗地震倒塌计算时,结构对选用的全部地震加速度时程曲线的弹塑性层间位移反应均满足本条规定时,方可认为结构不发生倒塌。

5.4.2  本条规定了地震影响下建筑结构发生倒塌的判别标准。第1款采用弹塑性层间位移角作为判别参数,其判别准则见第5.4.1条。第2款针对钢筋混凝土房屋建筑结构,采用压弯破坏的竖向构件(柱和剪力墙)的损坏等级作为判别参数。其中,“关键构件”是指该构件失效可能引起结构倒塌或危及生命安全的严重破坏;“普通竖向构件”是指“关键构件”之外的竖向构件。现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010将混凝土结构的抗震性能水准划分为5个水准,第5水准为钢筋混凝土结构在罕遇地震作用下不发生倒塌的最低要求:关键构件中度损坏(即本规范的损坏等级4级),部分普通竖向构件和耗能构件比较严重损坏(即本规范的5级)。对于可能引起结构发生倒塌的关键构件或部分普通竖向构件的损坏等级,本规范规定为6级,即构件严重损坏。构件损坏等级的判别标准,见本规范第5.4.4条的规定。对于一幢实际建筑结构,关键构件的数量远少于普通竖向构件,也可能没有关键构件。哪些是关键构件,最好通过弹塑性计算确定,而不是通过直观判断确定。本条第3款针对房屋建筑钢结构。钢结构倒塌往往由于钢柱底部失稳引起。本条第4款采用地震后结构的稳定性作为判别参数。地震加速度时程曲线输入结束后,结构进入自由振动,若结构水平位移呈增大趋势,表明结构丧失稳定,不满足抗倒塌要求。

5.4.3  倒塌易损性分析法采用结构倒塌概率判别房屋建筑是否发生地震倒塌。表5.4.3规定的可接受最大地震倒塌概率是通过震害分析及大量计算得到的。

5.4.4  根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的规定,钢筋混凝土结构构件应符合强剪弱弯的设计要求,因此,本条仅规定了压弯破坏的钢筋混凝土结构构件(柱和墙)损坏等级判别标准。现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010将混凝土结构构件的地震损坏程度分为无损坏、轻微损坏、轻度损坏、中度损坏、比较严重损坏5个等级,为适应抗地震倒塌计算,本规程增加了损坏等级6级“严重损坏”,规定了6个损坏等级的判别标准。

采用混凝土压应变和钢筋拉应变判别构件的损坏等级、特别是6级时,多大范围内的混凝土和钢筋达到表5.4.4-1规定的数值,目前尚缺乏深入的研究,因此,本条未对此做出规定。作为参考,建议:对于钢筋混凝土柱,柱端塑性铰高度范围内的混凝土压应变大于极限压应变,或塑性铰高度范围内的钢筋拉应变大于12倍钢筋屈服应变时,柱的损坏等级达到6级,塑性铰高度可取柱截面的高度;对于剪力墙,20%墙底截面的混凝土压应变大于极限压应变,或墙底截面边缘构件的全部竖向钢筋拉应变大于12倍钢筋屈服应变时,墙的损坏等级达到6级,墙底截面是指剪力墙各楼层的底截面。

采用基于构件的模型进行钢筋混凝土结构抗地震倒塌计算时,可采用构件反弯点位置的转角作为参数,判别钢筋混凝土结构构件的损坏等级。根据抗震等级和轴压比,按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010规定的箍筋加密区最小配箍特征值配置箍筋的压弯破坏的钢筋混凝土柱,其θy、θIO等取值,可参考本规范第5.2.8条的条文说明。

5.5 钢筋混凝土结构抗地震倒塌措施

5.5  钢筋混凝土结构抗地震倒塌措施

5.5.1  现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010规定,除顶层及出屋面小建筑外,局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%时,为竖向不规则。楼层收进可能导致楼层侧向刚度及层间受剪承载力减小。地震震害表明,楼层的侧向刚度及层间受剪承载力上层小、下层大,且相差过多,也会发生严重震害。据此,本条规定,楼层的侧向刚度及层间受剪承载力不宜小于相邻下一层的侧向刚度及层间受剪承载力较多。楼层的侧向刚度及层间受剪承载力可按现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3的规定计算。

5.5.2  震害及相关分析表明,框架结构的楼梯与主体结构整浇时,楼梯构件对其周边的柱、梁影响较大,往往使与楼梯相连的框架柱成为薄弱构件,在地震中破坏时,导致楼梯不能发挥疏散功能。

5.5.3  研究表明,二、三、四级的框架结构的抗震能力低于一级框架结构的抗震能力,宜适当提高二、三、四级框架结构底层柱的承载能力和弹塑性变形能力。框架结构底层柱箍筋加密区范围包括:底层柱上端,底层柱刚性地面上、下各500mm,底层柱柱根以上1/3柱净高,二级框架角柱的全高。

5.5.4  设置少量剪力墙或少量钢支撑的钢筋混凝土框架结构,可称为少墙框架结构或少支撑框架结构。钢筋混凝土框架结构的刚度小、抗震防线单一,通过设置剪力墙或钢支撑,提高结构的抗侧刚度和楼层受剪承载力,控制结构的侧向变形,使结构具有多道抗震防线,从而提高结构的抗地震倒塌能力。

5.5.5  设置少量剪力墙或普通钢支撑后,结构刚度增大,有可能增大地震作用,从而增大构件内力;也有可能由于剪力墙或普通钢支撑参与受力,框架构件的内力比没有剪力墙或没有普通钢支撑时的内力小。为了保证结构安全,取无剪力墙和有剪力墙、无支撑和有支撑的内力设计值的包络值。当采用防屈曲钢支撑时,支撑无论在弹性还是在弹塑性阶段均能与框架协同工作,故框架构件截面组合的内力设计值可按有支撑的结构确定。

5.5.6、5.5.7  条文规定了少墙框架结构的设计概念以及少墙框架结构中剪力墙的设计要求。

5.5.8  本条规定了少支撑框架结构的设计概念及支撑的设计要求。设置少量支撑的目的是提高结构的抗地震倒塌能力,因此,支撑数量宜适当。通过限制支撑对弹性侧向刚度的影响与地震倾覆力矩的分担控制支撑的数量。交叉支撑滞回性能稳定,但塑形变形能力较小,宜采用人字形或V字形或二者结合的跨层支撑。条件容许的情况下,可在支撑两端点布置竖向钢柱,平衡支撑对梁产生的竖向剪力,钢柱截面面积超过3倍支撑截面面积时,可以有效地降低支撑轴力对梁的影响。

5.6 砌体结构抗地震倒塌措施

5.6  砌体结构抗地震倒塌措施

5.6.3  墙体的受剪承载力除以承载力抗震调整系数γRE,得到墙体的抗震受剪承载力。

5.6.4  砖砌体房屋设置钢筋混凝土构造柱,是抗地震倒塌的有效措施。

5.6.5  砖砌体房屋设置圈梁,与构造柱一起,有效地提高了结构的整体稳固性,提高了结构的抗地震倒塌能力。

6 房屋建筑抗火灾倒塌设计

6.1 一般规定

6  房屋建筑抗火灾倒塌设计

6.1  一般规定

6.1.1  本条规定了需要进行抗火灾倒塌设计的建筑结构类型。由于火灾是引起建筑结构倒塌的主要因素之一,因此,对于重要性高的建筑,结构倒塌引起的后果较为严重,应进行抗火灾倒塌设计;当建筑的火灾风险较大时,火灾有可能引起建筑结构的倒塌,这时也应进行建筑结构的抗火灾倒塌设计;人员密集的公共建筑结构一旦倒塌,造成的后果较为严重,应进行建筑结构的抗火灾倒塌设计。

6.1.2  房屋建筑应首先满足现行国家标准的防火设计规定,以保障发生火灾时建筑中的人员有足够的撤离时间。对于需要进行抗火灾倒塌设计的房屋建筑,可按本章规定进行设计,火灾下可以允许范围较小的结构局部倒塌,不允许整体倒塌。

6.1.3  由于建筑物内可燃物的分布和数量比较复杂,而且建筑结构火灾下的危险性与结构形式有关,目前尚难以提供火灾作用大小的具体标准,主要根据建筑物重要性采取适当的抗火灾倒塌计算与判别。简化构件法不考虑结构火灾下的内力重分布,验算火灾工况下构件荷载效应组合是否小于或等于构件火灾下的承载能力。拆除构件法是通过移除或削弱受局部火灾影响的构件,设计剩余结构使其避免局部破坏后内力重分布引起的后续破坏。受火全过程分析法是考虑火灾作用的全过程,进行结构的高温和荷载的耦合计算,获得结构在火灾作用下的变形和破坏情况。简化构件法为构件的计算与判别。拆除构件法和受火全过程分析法为整体结构计算与判别,是较为精确的方法,适合重要性高的建筑。重要性为一级的建筑抗倒塌的能力要求更高,应采用受火全过程分析法。

6.1.4  本条给出了防火灾引起的结构倒塌的一些具体措施。火灾作用与建筑中火灾荷载有关,火灾荷载越大,作用越大,燃烧时间越长,升温越高。设置火灾自动报警和自动喷水灭火系统设施可以减小火灾发生的概率。根据火灾作用设计相关构件和连接的耐火极限及防火保护措施,可以有效地提高构件和连接的抗火灾倒塌能力。

6.2 抗火灾倒塌计算参数

6.2  抗火灾倒塌计算参数

6.2.1  火灾温度场、火灾持续时间和火灾作用范围是确定建筑火灾的主要参数。火灾温度场确定后,需根据试验或传热计算确定火灾下结构构件的温度场分布。火灾情况下,建筑结构的荷载总体不变,结构构件的抗力随火灾温度升高逐渐降低,当结构构件的抗力小于荷载效应时,构件失效,结构破坏或可能倒塌。

6.2.2  确定火灾温度场是确定建筑室内或室外的温度-时间关系曲线。确定建筑火灾温度场一般有经验模型、区域模型、场模型等方法,利用这些模型确定建筑火灾温度场需要火灾作用、建筑空间大小及通风情况。为了使用方便,有些规范对建筑火灾进行简化,给出了简化模型。具体应用时,可根据实际情况综合确定。

6.2.3  对于重要性为二级的建筑,其耐火时间可采用现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016-2014耐火极限的规定;对于重要性为一级的建筑,采用标准升温曲线时,其耐火时间宜适当增大,故本条规定可增大50%。另外,当进行受火全过程分析时,由于建筑重要性高,可根据建筑实际火灾作用大小及分布、可燃物的特性等因素,并考虑一定的可靠度后,采用可靠的火灾模拟软件或其他可靠方法确定建筑火灾。

6.2.4  由于考虑火灾蔓延过程较为复杂,不作统一要求。采用拆除构件法时,15%和70m2等数值是根据美国标准UFC 4-023-03(2010版)确定的。

6.2.5  构件截面的温度场计算是在给定的火灾温度-时间关系条件下构件的传热计算,传热计算需要的参数可按附录F采用。

6.2.6  本条给出了确定火灾升温曲线的几种方法。实际火灾有降温阶段,火灾试验表明,降温时构件由于温度降低发生收缩,容易导致建筑破坏或者倒塌。因此,采用全过程分析法时,应考虑火灾降温对建筑结构的不利影响。另外,对于重要的建筑,还应进行火灾作用调查,根据实际的火灾作用确定火灾升温曲线。

6.2.7  火灾下建筑结构变形较大,材料弹性模量和应力-应变关系均随温度变化而变化,故采用有限元方法分析时应考虑材料非线性和几何非线性。

6.2.8  考虑到火灾是小概率事件,因此在进行荷载效应组合时,按偶然设计状况的作用效应进行组合,荷载效应的分项系数按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的相应规定选取即可。

6.2.9  受火构件的承载能力可通过非线性计算获得,非线性计算一般需要高温下材料强度、弹性模量及应力、应变等。另外,欧洲规范规定,钢筋混凝土构件及钢构件的承载能力计算时可不计热膨胀的影响。

6.2.10  本条参照欧洲规范《混凝土结构设计  总原则  结构防水设计》BS EN 1992-1-2:2004确定。

6.3 简化构件法

6.3  简化构件法

6.3.1  当火灾范围较小或相对独立时,火灾引起建筑整体倒塌的可能性较小,这时可采用简化构件法进行验算和判别。

6.4 拆除构件法

6.4  拆除构件法

6.4.1  本条规定了拆除构件法在火灾条件下的应用方法。

6.4.2  局部火灾条件下,受火构件材料特性取高温下的值,非受火构件的材料特性取常温下的值。

6.4.3  需要提高抗火安全储备的结构构件,一般为重要构件或关键构件,其火灾下失效可能引起结构局部倒塌或整体连续倒塌。

6.5 受火全过程分析法

6.5  受火全过程分析法

6.5.5  本条规定的受火构件失效准则根据现行国家标准《建筑构件耐火试验方法》GB/T 9978.1-2008确定,该标准是根据构件火灾试验确定的,实际应用时也可采用其他可靠的构件失效准则。第1款中,L为受弯构件净跨度(mm),d为受弯构件抗拉点与抗压点之间的距离(mm)。第2款中,H为柱高度。

6.6 提高抗火灾倒塌能力措施

6.6  提高抗火灾倒塌能力措施

6.6.2  本条给出了提高钢筋混凝土和砌体墙柱类构件耐火能力的措施。本条第1、2款是增大耐火极限的措施,第3款是延长构件丧失承载力时间的措施。对于钢筋混凝土结构构件,可采取增 大构件截面尺寸、增加混凝土保护层厚度等措施。

6.6.3  本条给出了提高钢柱这类构件耐火能力的措施。另外,钢-混凝土组合构件的耐火能力高于钢构件,宜采用。

7 房屋建筑结构建造阶段及加固、改造阶段防倒塌设计

7  房屋建筑结构建造阶段及加固、改造阶段防倒塌设计

7.1一般规定

7.1.1  本条规定了房屋建筑结构建造阶段及加固、改造阶段结构构件承载力的基本要求。

7.1.3  本条第1款是防火灾倒塌的技术措施,第2款为防爆炸倒塌的技术措施,可爆物包括可爆的气体、液体和粉尘等。

7.2结构建造施工阶段防倒塌设计

7.2.9  本条与现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068、《混凝土结构工程施工规范》GB 50666的规定一致。

7.2.10  如配置三层连续模板支撑,按照Grundy和Kabaila于1963年提出的简化分析方法,可按图2进行简化分析计算。

楼板承受的最大静荷载出现在浇筑第5层楼板时,第3层楼板承担的静荷载系数(2.03),此时第3层楼板上的支撑承担的静荷载系数(1.03),而支撑承受的最大静荷载出现在浇筑第3层楼板时的第1层支撑上(3.0),此时第1层楼地面承担楼板静荷载系数(3.0)。荷载系数是指某结构构件承担的荷载与楼板自重(包括模板支架)之比。

7.3结构加固、改造施工阶段防倒塌设计

7.3.1  国内外一些坍塌事故分析表明,结构体系和构件布置是结构安全最重要的保证,也是最容易被忽视的项目。结构体系中,各种结构之间不匹配是典型的结构体系问题。下列结构体系可认为结构之间的形式不匹配:混凝土框架结构采用砌筑的条形基础,具有较大推力拱形屋面或楼面放置在抗侧力较差的柱或砌筑墙体上,重屋盖或楼盖放置在刚度或抗力较差的柱或墙体上,在同一结构单元中使用不同的结构形式,上部结构与基础的形式不匹配,基础的形式与地基情况不匹配。

7.3.2  对本条第1款结构类型,应注意跨度较大的楼面或构件设置的楼层情况。对第2款结构类型,应注意结构或构件平面外稳定;对第3、4款结构类型,应注意结构倾覆问题。

7.3.3  改造过程中结构不发生倒塌,则改造完成后的永久结构的安全性不会降低。

附录A 房屋建筑外围护结构抗爆炸倒塌设计

附录A  房屋建筑外围护结构抗爆炸倒塌设计

A.0.1  房屋建筑围护结构可分为透明和不透明两种类型:不透明围护结构包括墙、屋面、地板、顶棚等;透明围护结构包括窗户、天窗、阳台门、玻璃隔断等。按是否与室外空气直接接触,又可分为:外围护结构和内围护结构。在不特别加以指明的情况下,围护结构通常指外围护结构,包括外墙、屋面、窗户、阳台门、外门,以及不采暖楼梯间的隔墙和户门等。

附录B 静力弹塑性分析法

附录B  静力弹塑性分析法

B.0.1  静力弹塑性分析法不能考虑结构在地震作用下的动力响应,并不适用于所有的房屋建筑,本条规定了静力弹塑性分析法的适用范围。

B.0.2  本条规定的计算步骤为静力弹塑性分析法常用的计算步骤。

B.0.3  计算中水平力保持不变的分布形式可包括:均匀分布,倒三角形分布,与质量和基本振型向量乘积成正比分布,与弹性时程分析得到的水平地震作用分布一致,与振型分解反应谱法得到的水平地震作用分布一致等。

附录C 保有耐力法

附录C  保有耐力法

C.0.1  建筑结构在地震作用下具有明确、可控的屈服机制是实施保有耐力法的必要条件。作为一种抗地震倒塌计算与判别方法,本附录介绍的保有耐力法并不能保证建筑结构出现预期的整体型屈服机制,而应采取措施,保证结构具有整体型屈服机制。

C.0.3  对于延性较好的建筑结构体系,允许其在罕遇地震作用下产生一定程度的塑性变形,同时相应地降低其地震层剪力。地震层剪力的降低程度与结构的塑性变形能力(通常用延性系数μ表示)有关。其理论基础在于,当结构地震位移反应服从等位移准则时,C=1/μ;当结构地震位移反应服从等能量准则时,C=1(图3)。

图3延性设计法的理论基础

在本附录规定的保有耐力法中,罕遇地震作用下的地震层剪力Vun相对于弹性地震层剪力Vue的降低幅度,即结构影响系数C的取值,与我国现行协会标准《建筑工程抗震性态设计通则》CECS 160:2004相同。但二者在概念上有所差别。《建筑工程抗震性态设计通则》CECS 160:2004采用结构影响系数C对设防烈度弹性地震作用进行折减,即将设防烈度地震作用下的弹性地震剪力Vde折减为Vdn,并要求结构在折减后的水平地震作用下不发生显著屈服。与之相比,本附录规定的保有耐力法对罕遇地震作用下进行折减,并要求结构在折减后的水平地震作用下不发生过大的塑性变形,如4所示。

图4建筑结构在地震作用下的反应

结构影响系数C与结构楼层无关,即结构各个楼层应具有相近的塑性变形能力,且结构在罕遇地震作用下各楼层发生相近的塑性变形,亦即实现整体型屈服机制。

在对罕遇地震作用下的弹性地震剪力Vue进行调整时,借鉴日本沿用至今的“新抗震设计法”[参见《日本建筑基准法》(Build-ing Standard Law)及其实施令],引入考虑结构布置不规则性的地震剪力增大系数ξes

C.0.4  考虑结构不规则的地震剪力增大系数Fes,综合反映了结构各个楼层之间的刚度不规则和某一楼层抗侧刚度偏心对结构抗震性能的不利影响,并分别采用刚性率增大系数Fs和偏心率增大系数Fe反映其影响。二者分别为刚性率Rs和偏心率Re的连续函数。这两个系数虽然并没有直接考虑结构进入非线性后的地震反应特性,但通过在多遇地震动影响下考察结构布置的规则性,仍在一定程度上有助于避免形成不利的屈服机制。

本条规定的地震剪力增大系数ξes的计算方法采用《日本建筑基准法》及其实施令的相关规定。

C.0.5  多遇地震作用下结构的层间位移可采用基底剪力法或反应谱振型分解法计算。采用反应谱振型分解法时,不应将振型组合后得到的相邻楼层的最大位移反应相减得到层间位移,而应对各振型下的层间位移进行组合。

刚性率Rs=1表示结构各楼层的层间位移角相等,对于实际结构而言并不现实。在本规范第C.0.4条中,当刚性率Rs<0.6时即需要放大楼层的地震层剪力,但这并不意味着结构在竖向刚度均匀性方面有严重问题。竖向刚度分布比较规则的结构也容易在底部楼层出现Rs<0.6的情况。图5给出一组3层、6层和9层钢筋混凝土框架结构的各楼层的刚性率。结构各楼层的质量和侧向刚度均分别相同,采用基底剪力法计算结构的层间位移角,由此得到结构各层的刚性率。由图5可见,6层结构的下部2层和9层结构的下部4层的刚性率均小于0.6。这意味着需要适当放大这些楼层的地震层剪力。

图5不同层数的竖向刚度分布规则的框架结构各个楼层的刚性率

C.0.6  本条的公式均是在以质量中心为坐标原点的平面直角坐标系中得到的,如图6所示。在其他任意坐标系下也可以得到相同的结果,表达形式略有不同。

图6结构的质量中心与刚度中心

附录D 等效线性化方法

附录D  等效线性化方法

D.1适用范围

D.1.2  采用等效线性化方法对结构的规则性无特别要求,地震输入方向可根据计算需要确定,规则结构一般可按结构两个主轴方向分别计算,复杂结构除按结构两个主轴方向分别计算外,可再按结构其他方向计算。

D.2计算方法

D.2.1  合理选择预期损伤部位应以正确把握结构体系的整体受力变形特征为前提。一般来说,预期损伤构件一般为水平构件,损伤后对结构的竖向承载力影响不大,失效后不会引起结构大范围倒塌。

迭代计算时,可采用上一步计算得到的延性系数,按本条第3款的规定确定下一步计算所需的等效刚度ke和等效阻尼比ζe

D.2.2  有充分根据时,亦可采用其他模型估计预期损伤部位的等效阻尼比。但其数值不应大于按本规范式(D.2.2-2)与式(D.2.2-3)确定的等效阻尼比。

附录F 构件截面温度分布

附录F  构件截面温度分布

F.0.3  表F.0.3的数值取自现行协会标准《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200的规定。

附录H 高温下钢和混凝土的强度和弹性模量

附录H  高温下钢和混凝土的强度和弹性模量

本附录条文内容取自协会标准《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200:2006和EN 1994-1-2:2005 Eurocode 4 Part 1.2,Design of composite steel and concrete structures:Structural fire design。

好用的建筑标准规范查询手册