[发明专利]一种既有构建筑物抗倒塌能力的数值评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构抗倒塌设计技术领域，具体地说是一种既有构建筑物抗倒塌能力的数值评估方法。

背景技术

结构的安全性问题是结构设计的首要问题，而建筑物的倒塌破坏一直是造成人员伤亡和设备损毁的主要根源。随着城市现代化程度的加深，高层办公楼、地标建筑越来越多，其安全程度及抗倒塌能力也备受重视。相比新建房屋，已经投入使用的既有建筑一旦发生倒塌，将会造成更严重的生命财产损失，尤其是一些老居民楼。如2014年4月4日，奉化有一居民楼近一个半单元发生“粉碎性”坍塌，造成7人被埋，其中1人抢救无效死亡。同年5月4日，上海虹口一老式居民楼发生倒塌，造成9人被埋，2人死亡。而上世纪90年代，我国房地产业兴起，一大批类似的居民楼投入建设。20年后，在地震、沉降、自然侵蚀等一系列作用下，有相当一部分居民楼已出现多处墙体开裂、砖块压断、立柱钢筋压弯等现象。此类既有建筑人居密度大，结构损伤程度高，其抗倒塌能力与安全程度的评估尤其重要。

目前，使用的《建筑结构可靠度设计统一标准》、《工程结构可靠度设计统一标准》等规范都有对于结构抵抗特定偶然作用的能力设计原理，但都缺乏相应设计规范的具体规定。由于结构的倒塌往往伴随结构的大变形、大位移、碰撞等强非线性问题，采用数值模拟和结构设计软件的分析方法可靠度较低，对既有构建筑物抗倒塌能力的设计无法提供充分、可靠的参数。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种既有构建筑物抗倒塌能力的数值评估方法，采用数值模型模拟既有构建筑物在倒塌过程中的大变形、大位移及相互碰撞，对重要构件破坏引起连续倒塌提供直观动态的数值模拟，为鉴定加固后实际功效提供数值依据和关键部位及薄弱部位的安全性评估，在保证分析精度的基础上，大幅度节省了分析时间及人力，分析过程简单，工作效率高，尤其对重要构件破坏引起连续倒塌的预判给出了倒塌所需的时间和范围，为人员疏散的时限提供了依据和参考。

本发明的目的是这样实现的：一种既有构建筑物抗倒塌能力的数值评估方法，其特点是该数值评估方法包括结构信息的采集、薄弱和关键部位的确定，具体抗倒塌能力的分析和安全性评估按下述步骤进行： 

（1）、既有构建筑的结构信息采集

确定既有构建筑的结构形式、结构体系、结构布置、材料类型和损伤情况。

（2）、薄弱和关键部位的判断确定

根据结构体系和结构布置确定一处或多处关键部位；采用有限单元法对既有构建筑物进行整体结构分析，以设计规范判断一处或多处结构薄弱部位。

（3）、数值模型的建立    

建立由简化部分、精细化部分、单元特性、材料特性和失效准则设置的数值模型；所述精细化部分为显式有限元软件中的实体单元或纤维单元对某处结构最薄弱部位或关键部位进行的建模；所述简化部分为显式有限元软件中的梁、壳单元对结构其余部分进行的建模，且简化部分以共用节点的方式与精细化部分耦合连接；所述单元特性为可进行大变形、大位移计算的显式单元对结构形式、精细化部分和简化部分的定义；所述材料特性为显式有限元软件的非线性材料特性，并根据损伤评定结果对各构件材料特性进行折减；所述失效准则由结构材料的性质设定。 

（4）、抗倒塌能力分析和安全性评估

将数值模型按设计规范加载正常使用荷载、偶发荷载和灾难荷载并进行求解；若计算得到结构发生倒塌，则说明既有构建筑物的抗倒塌能力已不能满足规范要求，然后通过分析结构的倒塌范围和倒塌时间，判断该关键部位或薄弱部位的破坏将会导致连续性的倒塌发生，对既有构建筑物的抗倒塌能力进行抗倒塌能力分析和安全性评估；重复上述（2）~（4）步骤，对其余多处关键部位或薄弱部位逐一进行抗倒塌能力的分析和安全性评估。

所述偶发荷载为炸药、燃气?、粉尘、压力容器引起的爆炸荷载或运动物体引起的撞击荷载。

所述灾难荷载为地震、台风、爆炸或火灾荷载。 

本发明与现有技术相比具有模拟结果更接近实际情况，判断重要构件的损伤是否会导致连续性的倒塌发生的精准度高，大幅度节省了分析时间及人力，分析过程简单，工作效率高，尤其对重要构件破坏引起连续倒塌的预判给出了倒塌所需的时间和范围，为人员疏散的时限提供了有利的依据和参考。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

参阅附图1，本发明按下述步骤进行抗倒塌能力的分析和评估： 

（1）、既有构建筑的结构信息采集