中国工程建设标准化协会近日批准了《建筑结构抗倒塌设计规范CECS392》的修订工作,起止年限为2018.12-2020.12。
第一版的《建筑结构抗倒塌设计规范》编制工作于2010年启动,于2014年颁布,规范内容包括建筑结构的抗连续倒塌设计、抗地震倒塌设计、抗火灾倒塌设计、建造阶段及加固、改造阶段防倒塌设计等内容。
由于《建筑结构抗倒塌设计规范》是国内首部专门针对建筑防倒塌问题编制的规范,在编制过程中,一方面感到规范编制的意义非常重大,特别是2008年汶川地震大量建筑结构的倒塌破坏强烈体现出本规范编制的迫切需求;另一方面又感觉到很多研究工作还开展得不够深入,不足以支持规范的编制。所以虽然编制工作历经四年,但是还是有很多研究成果和工程界的需求的未能在规范中得到体现。因此,应广大工程界和科研界的需求,中国建筑学会抗震防灾分会启动了本规范的修订工作,希望能充分体现近年来建筑结构抗倒塌领域的科学研究和工程实践方面的进展。
回想当初第一版《建筑结构抗倒塌设计规范》的编制过程,以及近年来科研和工程建设的发展,我们大概梳理了一下,包括但是不限于以下内容迫切需要完善:
(1) 建筑抗连续倒塌方面
(a) 明确连续倒塌的定义和判别准则。从概念上来说,连续倒塌是局部关键构件破坏引起的整体结构不成比例的大范围倒塌。到底几个构件破坏算是“局部破坏”?而多大范围的倒塌算是“不成比例的大范围倒塌”?这个问题国内外都还在不断探索。
(b) 丰富结构体系。现有条文主要针对钢和混凝土框架结构体系,对其他材料(木结构、组合结构、砌体结构等)和体系(剪力墙结构、空间结构等)的结构,特别是近年来大量兴建的预制装配混凝土结构、多次发生连续倒塌事故的板柱结构等,其防连续倒塌的设计条文还非常有限,不能很好满足工程的需求。
(c) 改进现有条文的内容。即便是现行规范中规定的条文,近期很多试验结果也表明其公式和参数取值还有很多不完善之处,迫切需要修改。
(d) 考虑“灾害相关型”连续倒塌问题。现行的连续倒塌设计条文是“灾害无关的”。也就是只考虑构件突然失效后结构的后续破坏过程,而不考虑构件失效的原因。而近年来很多研究都表明,由于撞击、爆炸、超载、施工失误等引起的初始破坏对后续连续倒塌过程会产生不可忽略的影响,有必要考虑“灾害相关型”连续倒塌问题。
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(2) 建筑抗地震倒塌方面
建筑抗地震倒塌实际上是工程需求上最迫切,但也是有待开展的工作最多的方面:
(a) 罕遇地震、极罕遇地震的定义及其可接受倒塌率的问题。近年来第五代区划图的版布,以及多部新标准的编制,使得极罕遇地震的抗震工作得到有力发展。虽然我们《抗规》要求做到“大震不倒”,但是从统计学上说,实际上倒塌风险肯定是存在的,只是一个概率大小的问题。《建筑结构抗倒塌设计规范》给了一个可接受的倒塌率,这个取值是否合适?有待进一步深入探讨。美国ASCE 7规范从2010年开始就提出了“基于一致倒塌率”的抗震设防思路,我国这方面的需求也很强烈,下面该如何开展工作?
(b) 结构地震倒塌的分析方法和判别准则的问题。什么算是“结构达到倒塌状态”?结构地震弹塑性分析的建模、流程和判别准则等都存在一系列问题要加以明确规定。
(c) 不同类型构件的性能模型。美国有ASCE 41作为构件性能模型的依据,而我国目前还没有,弹塑性分析算出来构件处于何种性能状态?
(d) 不同类型结构抗地震倒塌的合理设计方法问题。混凝土结构、砌体结构、钢结构等,如何提出合理的方法,在不显著增加造价的情况下有效提升其抗倒塌能力(比如采用单层配筋填充墙、翼柱等)。现行结构体系多道防线设置的合理性和必要性问题。是否可以有其他替代选择方案(如单重抗侧力体系)等。近年来大量推广的预制装配结构、减隔震结构的抗地震倒塌设计问题等。
(e) 既有建筑抗地震倒塌加固设计方法问题。大量存在倒塌风险的建筑是既有老旧建筑,如何提出合适的加固设计方法,取得经济、安全双赢,这个问题近年来已经开展了很多成功工程实践,应该给予必要的支持。
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(3) 建筑抗火灾倒塌问题
上一版建筑抗火灾倒塌设计,虽然给出了简化构件法、不考虑火灾作用过程的拆除构件法和考虑火灾作用过程的受火全过程分析法,但是很多条文、参数取值可操作性还比较差。近年来在构件温度场计算,高温下构件承载力和变形计算等领域已经取得了很多很好的研究成果,希望能在规范中有所反映。
此外,近年来钢结构、木结构、组合结构等结构体系发展迅速,其耐火问题相对混凝土结构而言更加突出,科研上已有很多很好成果,工程上也有现实需求,应该有所反映。
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(4) 建造、加固、改造阶段防倒塌设计
大量倒塌事故是发生在建造、加固、改造阶段,而且随着我国土木工程的发展,加固、改造阶段工程量迅速增加,如何可靠保障其防倒塌安全性,目前规范规定的条文还过于简单。
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(5) 爆炸、冲击等作用下的防倒塌设计
近年来随着我国反恐形势的变化,国际周边形势的发展,以及煤气和工业危化品事故的增多,爆炸、冲击的意外灾害引起的建筑物倒塌风险日益增加。上一版规范编制之初曾经对这些问题有过很好的考虑,只是由于种种原因,最后未能充分加以体现,近年来相关领域研究和工程应用已有长足进步,理应加以考虑。
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