关于对无梁楼盖地库坍塌问题的思索-贤集网

来自 : www.xianjichina.com/news/detai 发布时间：2021-03-24

近年来我国地下室无梁楼盖系统连续倒塌事故多次发生，引发了工程界的广泛关注。无梁楼盖结构体系的板柱节点易发生脆性冲剪破坏，进而导致整体结构的连续倒塌。由于水平构件没有梁，无梁楼盖结构系统的抗侧刚度低，承受水平力作用的能力较差。而应用于地下结构时，楼盖系统基本不承受水平荷载，此时使用无梁楼盖安全度较高且具有明显的经济优势，因而近年来在地下室工程中广泛推广。

地下停车库
典型无梁楼盖案例
和框架结构的梁柱节点相比，无梁楼盖结构系统的板柱节点延性和抗力储备较低，特别是节点冲剪破坏具有脆性破坏特征，易触发结构系统的连续倒塌。
2.1韩国Sampoong百货大楼（1995年倒塌）
1995年韩国Sampoong百货大楼是无梁楼盖系统连续倒塌后果最严重的案例，共导致502人死亡937人受伤。
Sampoong百货大楼未倒塌之前结构平面及实景图
事故原因：主要是在建造期间临时对设计图纸进行了大幅变更，包括:1）5层由原先设计的溜冰场改为餐厅，导致楼面重量增加了3倍，同时支撑4层、5层柱的直径却大幅减小；2）为给防火墙安装提供空间拆除了一些柱；3）有些柱和楼板之间尺寸太小甚至没有托板。
该建筑物的破坏过程如下:首先顶层楼板超载导致其中一个柱端节点发生冲剪破坏；然后楼面发生大变形并导致荷载重分布引发周边板柱节点的冲剪破坏；最后楼板产生大变形和更多柱相继失效导致了除两侧电梯间外整个结构系统的连续倒塌。
由此可见，节点脆性破坏使无梁楼盖结构连续倒塌易损性显著大于以延性破坏为主的框架结构。施工时应注意如下问题：板柱节点混凝土较厚，施工时如果不做特殊要求，很容易出现二次浇筑的情况，即楼板与柱帽不同时浇筑，有水平施工缝或叠合面，造成局部薄弱区。
2.2英国Piper’s Row停车场（1997年倒塌）
事故原因：由于建筑材料的质量低、采用连续性不足的升降板法施工建造，引起单个板柱节点冲剪破坏，继而引起后续8个周边板柱区域发生冲剪破坏，最终导致整个板面掉下，发生典型的无梁楼盖结构系统连续倒塌事故。
英国Piper’s Row停车场
2.3美国Skyline Plaza购物中心（1973年倒塌）
事故原因：在混凝土强度较低时，过早移除了支撑，导致23层的多个板柱节点发生初始冲剪破坏，进而使周围区域的节点过度承载，同时23层的建筑碎片掉落，导致22层超载，进而引发建筑物连续倒塌。

典型无梁楼盖
2.4瑞士Gretzenbach地下车库（2004年倒塌）
事故原因：由于火灾导致板柱节点发生冲剪破坏，随即破坏扩散，导致结构连续倒塌。另外，该建筑还存在实际荷载远大于设计荷载、板厚度偏小、配筋率偏高、板内没有配横向钢筋等问题，严重降低了结构的变形能力。
Gretzenbach地下车库
2.5佛山某地下车库（2014年倒塌）
2014年佛山某工程工地挖掘机在中心花园局部区域施工作业过程中，地下室发生倒塌。总倒塌面积约1200m2，其中部分结构塌落至地下室底板，部分区域塌陷至地下一层。
事故原因：从设计角度，覆土的高度要求为不超过1.6m，在实际施工过程中地下室顶板上的覆土平均高度达2.5m，最高处远大于设计限定的覆土高度，因此覆土的高度严重超出了设计范围。地下室顶板沿塔楼外围设置一道环形暗梁区域，从破坏的分布情况看，该暗梁区域将塔楼主体结构与坍塌区域隔离开。
2.6北京市某地下室（2014年以前坍塌）
事故原因：北京市某地下室无梁楼盖施工回填设计覆土厚度为1.4 m，但实际施工造成局部区域覆土厚度超过2.5 m，这部分区域（下图中的阴影部分）顶板沿柱帽边缘下沉100~220 mm，覆土1.4 m厚区域下挠30~40 mm，变形偏大。
2.7北京石景山区某地下车库（2017年坍塌）
2017年8月北京市石景山区某地下车库项目，现场施工人员在使用铲车进行地库顶板覆土施工时，该地库地下一层东北侧顶板发生垮塌。
事故调查主要结论：地下一层顶板部分板柱节点处抗冲剪承载力不满足设计规范要求，是该起质量问题发生的直接原因；间接原因为独立车库设计优化时对钢筋用量进行了限额设计。
事故造成的原因

国外连续倒塌事故的共性：
1）野蛮施工，管理混乱；2）过早拆模，强度不足；3）变更设计导致顶板严重超载。
我国系列地下车库连续倒塌事故的共性:
1）施工人员缺少最基本的结构承载力概念，野蛮施工，地面堆土超高导致顶板严重超载，导致实际荷载超设计承载力2~3倍；
2）无梁楼盖结构存在节点脆性冲剪破坏和结构系统传力路径单一等特点，往往一个节点区域的超载破坏即可引发大面积的结构倒塌，产生严重的后果；
3）设计的板柱节点抗冲剪承载力不满足设计规范要求。
相关设计研究要求
(1)防脱落验算
从目前的事故情况看，如果地下室多层都是无梁楼盖，其破坏往往是多层连续破坏。建议对此类地下室进行防脱落验算，增加穿柱钢筋数量。
(2)不平衡弯矩的影响
不平衡弯矩的存在使得节点附近区域剪应力分布不均匀，节点的抗冲剪承载力降低，更加容易发生偏心冲剪失效。从出现的倒塌事故看，佛山、济南等市的工程都是施工过程中出现的问题，比如施工车辆、堆土施工不均匀等。
(3)国内规范冲切公式变化
考虑混凝土材料强度等变化，以规范GB 50010-2002为基准，以中柱为例ꎬ对应的混凝土虑抗剪的强度折减系数见表1。从强度折减系数看，规范TJ 10-74、规范GBJ 10-89、规范GB 50010-2002中抗冲切的安全系数依次降低，板柱节点冲剪承载力储备降低。

建筑设计应当注意事项：
(1)不平衡弯矩引起的等效集中反力不能忽视，设计时需仔细核对。
(2)采取加强措施来防止无梁楼盖连续倒塌。
(3)进行大尺寸无梁楼盖柱帽冲剪试验。
(4)适当增加无梁楼盖抗冲剪承载力储备。
(5)在设计中提高结构连续性，考虑在结构局部破坏后改变荷载路径：比如剪力墙、框梁等。
地下室进行防脱落验算，增加穿柱钢筋数量，结构设计时应同时考虑防连续倒塌的构造措施。

来源：土木在线

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