建筑物因不明原因局部失效造成后果的设计及分类

附录 A 的标题为：不明原因局部失效后果的建筑物设计。附录 A 给出了使建筑物坚固的结构设计的附加规则和方法（以下小标题直接取自标准附录 A）。

A.3 按后果等级对建筑物进行分类

按事故后果严重程度对建筑类型进行分类：

第 1 类：4 层或以下的单户住宅；农业建筑；人们很少进入的建筑，只要该建筑的任何部分与人们进入的另一建筑或区域之间的距离不超过该建筑高度的 1.5 倍。

2a类：5层独栋住宅；酒店、公寓等住宅建筑，不超过4层的办公楼；不超过3层的工业建筑；不超过3层且每层建筑面积不超过1000平方米的超市；单层教学楼；不超过2层且向公众开放的所有建筑，每层建筑面积不超过2000平方米。

2b类：4层以上15层以下的酒店、公寓及其他住宅和办公建筑；2层以上15层以下的教育建筑；4层以上15层以下的零售场所；不超过3层的医院；所有有公共通道的建筑，每层建筑面积在2000平方米以上5000平方米以下；不超过6层的停车场。

第 3 级：所有超过第 2a 级和第 2b 级面积和楼层数的建筑；所有允许大量公众进入的建筑；可容纳 5,000 名以上观众的体育场；含有危险物质/工艺的建筑。

A.4 推荐策略

采用以下策略将可使建筑物达到可接受的坚固性水平：

a) 后果一级建筑：

只需进行常规设计，无需进一步考虑无法解释的意外影响。

b) 后果级别 2a 的建筑物：

除常规设计外，还需设置A.5.1节框架结构和A.5.2节承重墙结构所建议的有效水平锚固系统。楼面梁是锚固系统的主要组成部分。

c) 后果等级为 2b 的建筑物：

除常规设计外，1）所有柱子和墙体均应设置A.5.1和A.5.2定义的框架和承重墙结构的水平拉结体系，并满足A.6节中竖向构件的抗拉强度要求（以便将荷载向上传递，并引导上部梁参与荷载重新分配）；2）在名义上拆除一根柱子或一段承重墙后，建筑仍保持稳定，任何局部损坏不超过一定限度（相邻上下层楼面面积的15%，不超过100 m2，如图1所示）；如果损坏超过规定的限度，则应将该构件设计为“关键构件”，并核实其能承受额外的意外荷载。

图 1 局部损伤的限制

d) 后果等级为3级的建筑应按照评估指南进行特殊风险评估，并按照评估报告的要求进行抵御事故的设计。

A.5 水平拉杆要求

A.5.1 框架结构

1) 应牢固地连接到每个楼层和屋顶周围的柱子和墙体构件上，并在内部以两个直角连接。梁应连续，并尽可能沿着楼层边缘和柱子和墙体的轴线。至少 30% 的连接应位于柱子和墙体的网格线附近，参见图 2 中的示例。

2) 除梁外，还可采用型钢、混凝土板中的钢筋或钢/混凝土组合板中的钢筋网、波形钢板等附加水平锚固装置，并与钢梁进行可靠的连接。

3) 每根连续钢梁或水平拉杆，包括端部连接件，应能承受下列设计拉力T：

内部连接 ​​T = 0.8(D + ψL)sB ≥ 75 kN (1a)

边缘连接 T = 0.4(D + ψL)sB ≥ 75 kN (1b)

式中：s为相邻拉杆间距；B为拉梁跨度；D、L分别为均布恒载、均布活载；ψ为事故设计工况活载系数。

1—跨度 6 米的梁作为内部拉杆；2—所有梁均设计为拉杆；3—外围拉杆；4—锚固在柱上的拉杆；5—边柱。

图2 水平连接示例

A.5.2 承重墙结构

1）2a类建筑：

此类建筑的坚固性主要通过承重墙将功能区域分隔开来。楼板应锚固在承重墙上​​。英国国家附录要求的锚固与 2b 级建筑相同。

2）2b类建筑：

每块楼板均应设置连续的水平拉杆系统，这些水平拉杆系统应分布在楼板的两个正交方向上，周边的拉杆应设置在距楼板外缘1.2m宽度范围内，如图3所示。

1—均匀分布的楼板锚固件和集中锚固在柱上；2—连续分布的边缘纵向锚固件；3—楼板边缘锚固件（沿所有边分布）；4—与山墙平行的拉杆锚固件（宽 1.2 m）；5—拉杆锚固件在拐角处应连续；6—拐角处的拉杆锚固件通过锚固在柱上实现；7—内部纵向锚固件。

图3 楼板锚固

拉杆的抗拉承载力应按公式（2）确定：

内部结，

外围连接，T = Ft (2b)

Ft = 最小值(60, 20 + 4ns) （2c）

式中：ns为建筑层数；z为5倍净高与张拉方向跨度，可以是柱距或板跨度，m；D为均布荷载、L为均布活荷载，kN/m2；Ft为单位长度最小张拉力，kN/m。

2.中小跨度钢结构屋盖连接设计

国内团体标准T/CECS 392-2021《建筑结构抗倒塌设计标准》对非预期荷载作用下的抗倒塌设计有相关规定，但并未具体规定钢结构屋盖如何实现坚固性。可参考A5.2节2b类建筑的规定，并以图4为例说明该类结构的坚固性设计要求（图5）。

图4 钢结构屋面布置图

图5 钢结构屋面坚固性设计要求

1）当屋面为格栅时，支座应按水平抗剪承载力设计。水平力按格栅支座间距乘以60 kN/m计算。水平力作用于两个垂直方向，位于支座球节点中心。支座抗剪承载力计算时，应考虑偏心弯矩（锚杆产生的力）对抗剪承载力的影响。此外，还应具有不小于永久+主动组合下的支座压力的抗拉承载力。

2) 当采用钢梁或钢桁架屋盖时，两个互相垂直方向每个支撑的水平剪切承载力应按公式(1b)计算，且不应小于75kN；支撑的竖向拉力承载力应不小于永久+活接组合支撑的反力。

3) 直接支撑钢屋盖的下部结构应设置封闭的钢筋混凝土圈梁，圈梁内钢筋应能提供75kN的连续抗拉承载力(圈梁可为现有框架梁)。

4）网架、钢梁体系或钢桁架体系本身应具备一定的稳固性，除按常规设计外，螺栓承载力应大于网架拉杆承载力。钢梁与钢桁架之间的刚性拉杆及钢梁连接螺栓应能承受60kN/m乘以拉杆间距的水平承载力。山墙部分应与山墙圈梁连接锚固。对于T形桁架，应在端部设置纵向竖向支撑。

3 结论

本文介绍了欧洲关于“防止不对称倒塌”的设计规范，介绍了建筑分类、各类建筑应采取的构造措施及最小抗拉承载力要求。结合欧洲EN 1991-1-7标准及T/CECS 392-2021法规，为保证钢结构屋面的坚固性，对钢结构屋面的支撑提出了水平剪切承载力设计要求，对屋面本身的承载力提出了设计建议及构造建议。

参考

[1] Pearson C, Delatte N. Ronan 点公寓大楼倒塌及其对建筑规范的影响 [J]. 建筑设施性能杂志,2005, 19(2):172-177。

[2] 欧洲标准委员会.欧洲规范1:结构作用-第1-7部分:一般作用-偶然作用:EN 1991-1-7[S].布鲁塞尔:欧洲标准委员会,2006.

[3] 英国标准协会. 建筑钢结构使用第1部分: 设计轧制和焊接型钢实用规范:BS 5950-1∶2000[S]. 伦敦: 英国标准协会, 2001.

[4] 中国工程建设协会.建筑结构抗倒塌设计标准:T/CECS 392—2021[S].北京:中国计划出版社,2021。

来源

童根树. 中小跨度钢结构屋盖的稳健设计[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(3): 47-50.

先前的建议

2024,39(6)

2024,39(5)

2024,39(4)

2024,39(3)

2024,39(2)

2024,39(1)

2023,38(12)

2023,38(11)

2023,38(10)

2023,38(9)

2023,38(8)

2023,38(7)