关于大跨建筑结构，你知道多少？

大跨建筑结构

大跨建筑结构是一个富有生命力的结构领域。

近30 年来，各种类型的大跨建筑结构在美、日、欧、澳等国家发展很快。建筑物的跨度和规模越来越大，采用了许多新材料和新技术，创造了丰富的空间结构形式。许多宏伟而富有特色的大跨建筑结构已成为当地的象征性标志和著名人文景观。从今天来看，大跨建筑结构已成为一个国家建筑科技发展水平的重要标志之一。

20 世纪80 年代以后，我国各种类型的大跨建筑结构进入协调的发展阶段，出现了越来越多的创新设计，形势相当喜人。同时，2008 北京奥运会、2011 深圳世界大学生运动会、2014 南京青奥会等国际赛事的举办，全国交通枢纽的建设与升级，进一步促进了大跨建筑结构的建设，如北京奥运会主体育场“鸟巢”、国家大剧院、深圳宝安国际机场、武汉火车站、北戴河火车站等，这些闻名于世的标志性大跨建筑结构代表了新时期我国建筑领域取得的新成就。自2013 年提出“一带一路”倡仪以来，沿线基建投资已达数万亿。我国相继制定了一系列重大城市和交通基础设施、能源和资源基础设施等的建设规划。未来20～30 年仍是我国大规模基础设施建设的高峰期，也为大跨建筑结构的发展及应用带来巨大的机遇。

然而，在施工或使用过程中由于荷载或环境改变，遭受地震、风灾、暴雪等自然灾害所导致的大跨建筑结构倒塌事故却时有所闻，像巴黎戴高乐机场候机楼屋盖倒塌、德国巴特赖兴哈尔溜冰场屋盖倒塌、广东奥林匹克中心羽毛球综合馆膜结构坍塌等。这些大跨建筑结构的倒塌破坏造成了不可估量的人员伤亡和财产损失，严重影响了生命财产安全乃至社会稳定。2016 年7 月28 日，习近平总书记在唐山抗震救灾和新唐山建设40 年之际调研考察时指出：努力实现从减少灾害损失向减轻灾害风险转变，全面提升全社会抵御自然灾害的综合防范能力。因此，在保证建筑主体结构本身的安全可靠的同时，需保证建筑结构中非结构构件不损坏和不中断工作，以使灾后人员损伤和财产损失降至最低，已成为结构工程领域研究的热点与难点。

结构倒塌原因分析

从国内外的一些大跨建筑结构倒塌实例来看，大跨建筑主要是在使用、施工、维修拆除中发生倒塌。

使用期

在使用期诱发大跨建筑结构发生倒塌的原因可分为两类：第一类是由于撞击、爆炸、火灾、人为破坏、使用不当、结构构件腐蚀老化、结构设计不当，造成部分承重构件失效，阻碍传力途径导致结构倒塌；第二类是由于自然灾害（地震、强风、暴雨、暴雪等）作用下结构进入非弹性大变形，构件失稳，传力途径失效引起结构倒塌。

地震灾害是人类面临的最严重的自然灾害，我国是世界上遭受地震危害较重的国家之一。20 世纪破坏性严重的20 多次地震中，共死亡100 余万人，其中发生在我国就有2 次，且死亡人数达45 万。2008 年5 月的四川汶川地震达到了里氏8.0 级，给人民的生命和财产都造成了巨大的损害。如何确保工程结构，尤其是可能成为避难场所的大跨度结构在地震作用下安全可靠地运行，最大限度地避免人员伤亡，减轻地震灾害带来的经济损失，且设计又不过于保守，成为工程界极其关注的问题。

大风（强风）是指近地面层风力达8 级（平均风速17.2m/s）或以上的风。大风会毁坏地面设施和建筑物，影响航海、海上施工和捕捞等作业，危害极大，是一种灾害性天气。大风是快速流动的空气，我国气象观测业务中规定瞬时风速达到或超过8 级时（17m/s）称为大风；而在天气业务规范中则规定平均风速大于等于6 级（10.8m/s）时为大风。自然灾害是人类依赖的自然界中所发生的异常现象，它具有自然和社会两重属性，是人类过去、现在、将来所面对的最严峻的挑战之一。当大风给人类社会带来危害时，即构成大风灾害。它通常是一种突发性的灾害，往往很短时间内就会对人类的生产、生活造成较大伤害。

由暴雨引发的灾害在各类灾害中所占比重较大，因此针对暴雨灾害风险所开展的评估与区划研究及试验工作日益受到相关科研工作者和政府部门的重视。暴雨灾害风险区划中的有关成果，既可以为地区经济发展规划、农业产业结构优化和土地资源综合利用提供参考，也是政府部门制定防灾减灾规划的依据。其目的是对暴雨灾害的易发性、危险性和易损性等方面做出评价，在此基础上对暴雨灾害的风险进行相应的分区。暴雨灾害风险区划的具体步骤：一是选取评价因子及其因子量化；二是确定权重；三是建立数学评价模型；四是借助地理信息系统GIS对暴雨灾害风险进行分区。

雪荷载是大跨建筑结构设计中不容忽视的荷载。近年来由于全球气候的不断变化，极端天气频繁发生，五十年一遇甚至百年一遇的大雪天气时有出现，给人民生命财产安全带来了巨大的损失。国内外因大雪、暴雪导致大跨建筑结构倒塌的实例也很多。

施工期

在施工期，大跨建筑结构发生倒塌的原因如下。

（1）辅助支撑强度、稳定性不足。

由于结构构件强度没有达到设计要求，而辅助支撑提供的承载力不足导致结构发生倒塌。支撑系统出现倒塌的事故主要原因有：①支撑系统的钢管、扣件使用前未进行检测，存在使用不合格产品的情况；②支撑系统设计不合理；③施工现场搭设模板支撑系统时，未按专项方案及有关规范进行搭设操作随意性大；④模板支撑系统验收过于形式化，检查验收不负责任。

（2）不按工艺要求施工。

结构工程施工都应按照施工工艺和规范要求，编制施工计划，在施工过程中要严格按照施工计划进行施工。如果违反工艺要求强行施工，或按照错误的工序施工就会带来严重的后果。

（3）施工时所用结构材料强度达不到结构设计要求。

由于使用的结构材料强度达不到设计要求，当按照正常的施工工艺进行施工时，结构构件不能达到预期承载能力，极易在施工阶段发生结构倒塌。即使在施工阶段没有产生倒塌事故，在结构投入使用后也存在着很大的安全隐患。

（4）无正规的设计图纸，无符合资质的单位，无开工许可就进行施工。在施工期倒塌的案例中，这种三无的案例占多数。

维修（拆除）改造期

在维修（拆除）改造期，大跨建筑结构倒塌主要是由于自然老化、受环境侵蚀及其他外部作用的影响或建筑结构功能和用途的改变。原有的结构构件的承载力强度下降或不能满足新的功能要求。对原有结构强度鉴定后，需要对原有结构进行改造加固、加建或拆除。在结构的改造、加建或拆除过程中，由于对结构剩余强度鉴定不准确，采用的维修加固、加建或拆除方案不符合实际要求导致结构倒塌。

《大跨建筑结构倒塌破坏机理》开篇精要地对大跨建筑结构的发展及工程应用进行了概述。从工程实例出发，对国内外的大跨建筑结构倒塌实例进行汇总并剖析其原因，重点论述了大跨建筑结构的倒塌分析方法。后续章节围绕常见大跨建筑结构体系（网架结构、网壳结构、立体桁架结构等）开展增量倒塌分析和连续倒塌分析以揭示其破坏机理，并提出大跨建筑结构相关抗倒塌设计方法。最后对大跨建筑结构中常见非结构构件的抗震性能进行系统阐述。

本文摘编自韩庆华，芦燕，徐颖著《大跨建筑结构倒塌破坏机理》文前及第一章，内容有删减，题目为编者所加。

大跨建筑结构倒塌破坏机理

韩庆华，芦燕，徐颖著

北京：科学出版社 2017.06

ISBN 978-7-03-053518-4

责任编辑：任加林

电话：010-62139281

邮箱：renjl_1999@163.com

《大跨建筑结构倒塌破坏机理》总结了作者十多年来大跨建筑结构倒塌破坏机理相关研究成果。从工程实例出发，对国内外的大跨建筑结构倒塌实例进行汇总并剖析其原因，重点论述了大跨建筑结构的倒塌分析方法。围绕常见大跨建筑结构体系（网架结构、网壳结构、立体桁架结构等）开展增量倒塌分析和连续倒塌分析以阐明其破坏机理，提出相关的大跨建筑结构抗倒塌设计方法。最后对大跨建筑结构中常见非结构构件的抗震性能进行系统阐述。

（本文编辑：安 静）

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