489米超高层建筑抗倒塌分析案例研究

超高层建筑的抗倒塌设计是其安全设计中的重要一环,保障超高层建筑的抗倒塌性能对于保护人民生命财产安全具有重要意义。现阶段系统考虑超高层建筑抗地震倒塌和抗连续倒塌研究的工程案例还比较有限。该文对一489 m超高层结构的抗地震倒塌能力、抗爆能力和关键竖向构件拆除后的抗连续倒塌能力进行了分析,结果表明:该超高层结构在所选取的8组地震动记录下的抗倒塌安全储备系数为3.59,抗地震倒塌性能良好;在爆炸距离为5 m的情况下箱包炸弹的TNT当量达到约3.2 t时可以造成结构倒塌,在爆炸距离为10 m的情况下,面包车炸弹的TNT当量达到约10.0 t时可以造成结构倒塌;在巨柱、塔冠钢柱、次级钢框架吊柱和承重柱等关键竖向构件中的一根构件被拆除后,结构备用传递路径能够发挥作用,整体结构抗连续倒塌性能良好;在拆除两根底部巨柱的情况下结构未发生倒塌,而在拆除三根底部巨柱的情况下,若拆除的巨柱不是建筑相邻角四根巨柱的三根,则结构依然可以不发生倒塌,反之则发生倒塌。该文分析方法和结果可以为类似超高层建筑的防倒塌设计提供参考和借鉴。

社区地震安全韧性评估系统及应用示范

韧性是指系统在受到外界扰动时抵抗、调整、恢复和适应的能力。北京历史上多次发生重大地震灾害,地震风险非常严峻。提升地震安全(Safety)韧性(Resilience)是北京市防灾减灾工作的重点之一。目前虽然对地震韧性问题已有诸多研究,但是尚缺少可以实操的区域地震韧性评价方法和工具。在北京市地震局的支持下,清华大学团队提出了可操作的社区韧性定量评价方法,并以一个典型社区为研究对象,开展了地震安全韧性评估工作,并开发了相应的系统平台。研究内容主要包括:社区韧性评估体系;建筑系统韧性评估;交通系统韧性评估;生命线系统韧性评估;非实体系统韧性评估;并在此基础上开发了韧性评估系统应用示范软件平台。评估结果表明:该社区整体韧性水平有待提升。其中:交通系统满足需求的能力较其他系统高;建筑系统韧性水平不足,但在不同地震强度下满足需求的能力较为稳定;生命线系统在地震强度较低时韧性水平较高,地震强度较高时韧性水平较低,满足需求的能力与地震强度密切相关。针对上述结果,研究针对建筑系统提出了若干韧性提升措施并进行了讨论。该研究定量评估了包含多个子系统的典型社区地震安全韧性水平,成果可以作为示范为未来北京市范围内的推广应用提供参考。

改变框架-核心筒结构剪力调整策略对其抗震性能影响的研究

框架-核心筒体系是超高层结构的常用结构体系之一。我国规范对框架-核心筒结构设计时的框架剪力做了相关的调整规定,但其在超高层结构中的适用性有待进一步研究。该文对比了中美规范的相关规定,并以一实际超高层建筑为例,改变其剪力调整策略得到新设计方案。并建立新、旧两方案的精细有限元模型,进行了大震弹塑性分析和特大震抗倒塌能力分析。分析结果表明:改变剪力调整策略的新模型设计难度降低,抗大震性能与满足中国规范的原模型相当,且其抗特大震倒塌能力更优。研究结果可以为超高层框架-核心筒结构的设计提供参考。

新冠肺炎疫情临时医院排风的环境影响快速模拟方法

2019年末爆发的新型冠状病毒肺炎疫情对现有医疗系统造成了巨大压力,各地开始建设新型冠状病毒肺炎的集中治疗临时医院。临时医院排风口排出的气体可能对临时医院新风口或者周围环境造成污染。由于临时医院的设计和建造周期只有6 d^10 d,因此排风环境影响分析一般需要在几小时内完成。基于上述背景,该研究提出了一个临时医院排风环境影响的快速模拟方法。该方法以开源流体力学计算软件FDS为基础,实现了临时医院建筑的快速建模、基于云计算平台的分布式计算、以及有害空气流动的监测和可视化,为临时医院设计阶段的快速分析提供了专门工具。并以武汉雷神山医院为案例,说明了该方法在此次肺炎疫情防疫工作中的应用价值。

基于动力弹塑性时程分析和实测地面运动的地震破坏力速报系统

地震后准确快速地评估建筑物的破坏情况对抗震救灾有着重要意义。本文基于动力弹塑性时程分析和实测地面运动记录,提出了一套近实时的地震破坏力分析评价方法并开发了相应的系统。该方法通过地震台站获取发震地区实测地面运动记录,将实测地面运动记录输入到典型单体建筑的有限元模型和发震区域典型的建筑群模型中,对其进行动力弹塑性时程分析,根据分析结果评价该次地震对典型单体建筑和目标区域建筑的破坏情况。本文所提出的方法在多次地震中得到应用,主要结论如下:(1)本文建议的方法基于实测地面运动记录,能较好地解决地震输入的不确定性问题;(2)该方法基于动力弹塑性时程分析,可以充分考虑地震动的幅值、频谱和持时特征以及不同建筑物的刚度、强度和变形特征;(3)本文建议的方法对典型单体建筑物和目标区域进行分析,可以评价地震对典型建筑物和目标区域建筑群的破坏能力;(4)本文所建议的近实时地震破坏力评价方法及相应的地震破坏力速报系统,在地震发生后短时间内给出地震破坏力评估结果,为科学制定抗震救灾决策和普及公众防灾减灾知识提供了有力手段。

2017.08.08四川九寨沟7.0级地震震中附近地面运动破坏力分析

2017年8月8日,北京时间21时19分46秒,四川省北部阿坝州九寨沟县发生7.0级地震(震中北纬33.20度,东经103.82度)。本文对该地震中震中附近强地震动记录——九寨百河强震台(51JZB)记录进行了频谱分析,并将此地震动记录输入中国典型6层钢筋混凝土框架和两栋典型超高层结构(上海中心大厦和中国尊大厦)的有限元模型,进行了非线性动力时程分析和损伤分析;输入阿坝地区典型村镇和典型农村进行了区域建筑震损分析。分析结果表明:此次四川九寨沟地震对框剪结构、6层及6层以上框架结构和中国典型超高层结构的破坏力较小,对阿坝地区非设防结构、低矮短周期结构破坏力较大。

建筑结构防地震倒塌性能设计

定量评价结构的防地震倒塌性能对于降低地震下人员伤亡和经济损失具有非常重大的意义。国际上,美国等已将结构防地震倒塌性能定量评价纳入到相应的设计指南中。为此,中勘协《建筑结构抗震性能化设计标准》亦将引入防地震倒塌设计,这对提升我国工程建设的地震安全性能具有非常重要的意义。首先从分析方法、倒塌判别准则、倒塌风险评价方法三方面简要介绍了《建筑结构抗震性能化设计标准》中防地震倒塌性能设计的相关规定。进而通过两个典型案例,即中美规范设计结果对比、单重和双重结构体系对比,详细介绍了防倒塌性能设计方法在工程建设中的实际应用。

火神山医院病房有害气体的高空排放设计和分析

前言2019年末新型冠状病毒引起的肺炎疫情严重。据统计,截至2020年2月17日,累计确诊病例已达70641例,现存疑似病例有7264例,死亡病例已达1772例。大量病人的就医需求对现有医疗系统造成了巨大压力。2003年非典时期,为了解决大量非典病人的收治问题,约4000名工人用7个昼夜建成了位于北京市昌平区小汤山疗养院北部的非典定点病房。

基于“风险源+承灾体+减灾体”的城市安全表征“库-网-流-谱-法”理论框架

我国的城市安全面临自然灾害、事故灾难等多种重大挑战。针对城市安全现阶段的实际需求与重要难题,该研究引入“减灾体”和“减灾力”的概念,以风险源、承灾体和减灾体为三大基本要素,依托数字孪生、机器学习、知识图谱等新技术,建立了基于“风险源+承灾体+减灾体”的城市安全表征“库-网-流-谱-法”理论框架,并对该框架中每个环节涉及的研究内容与关键问题进行了详细阐述。所提出的理论有望更加合理地表征城市的管理能力在城市安全中的作用,助力实现城市安全性态的动态表征以及相关决策的智能学习与优化。

RC框架结构地震倒塌风险近似评价方法的精度对比

增量动力分析方法（IDA）是目前评价RC框架结构抗地震倒塌能力最精确的方法，但是计算量大、耗时长，在工程实际中难于应用。现阶段已经提出了多种简化评价方法，可显著提高工作效率，便于工程人员应用，但是对其精度缺乏合理评价。本文介绍了三种常用的简化评估方法，基于静力推覆分析和塑性需求曲线方法；基于静力推覆分析并利用抗倒塌储备系数（CMR）与位移安全储备系数关系方法；基于抗倒塌能力谱法，用这三种方法计算了6个RC框架结构在罕遇地震下的CMR和倒塌率，并与其IDA计算结果进行对比，分析了三种简化评估方法的精度。结果表明三种简化计算方法中基于静力推覆分析和塑性需求曲线方法精度最高，基于静力推覆分析并利用抗倒塌储备系数（CMR）与位移安全储备系数关系方法和基于抗倒塌能力谱法计算更简单快捷。

基于城市抗震弹塑性分析的我国主要城市建筑地震风险评估

全国尺度的城市建筑地震风险评估对城市防震减灾工作有着重要意义。本文根据全国人口普查和城市统计年鉴等给出的宏观指标建立城市建筑数据库,通过GEAR1方法(Global earthquake activity rate model 1)和第五代中国地震动参数区划图给出具体场地的地面运动强度,通过地面坡度与剪切波速的对应关系确定的场地类别来考虑地震动输入,采用城市抗震弹塑性分析方法建立建筑分析模型,通过地震经济损失风险指标和建筑严重破坏和倒塌风险作为风险评价指标,给出中国大陆主要城市建筑地震风险分布图。结果分析表明,本文方法可以基于可公开获取的数据预测全国不同城市的建筑震害风险;根据第五代地震动参数区划图给出的地面强度,地震经济损失高风险区主要是设防加速度0.3g以上地区;考虑城市人口、GDP因素后,中、东部城市因人口和财富密度较高,建筑地震风险增加明显;不同地震动选波对经济损失风险影响较小,而对倒塌风险影响较大。本文分析方法可以为城市建筑地震风险分析提供相关参考。

城市密集建筑区新型地震次生灾害研究进展

随着经济和城镇化的发展,我国出现了大量的城市密集建筑群,包含了大量的密级高层建筑、人口和财物,是城市防震减灾工作的重要对象和新挑战。随着地震工程研究和应用的迅速发展,建筑倒塌等传统震害逐渐减少,而坠物、地震次生火灾等新型地震灾害愈发突出。这些新型灾害破坏性大,缺少有效的减灾对策。基于此,面向地震次生坠物、地震次生火灾、震后电梯人员受困、地震场地-城市效应问题等四类典型新型地震次生灾害,总结了当前关于新型地震次生灾害的初步研究成果并展望未来研究方向,以期为地震新型灾害研究提供参考。

地震作用设计参数调整对框架结构抗震设计及安全性的影响

汶川、芦山等大地震震害经验表明:地震中建筑遭受的实际烈度经常远高于规范规定的设防烈度,这导致建筑结构在地震中受到非常严重的破坏。虽然随着规范的改进和新的设防区划图的提出,我国建筑抗震的安全水准在不断提升,但是很多专家仍认为目前建筑结构的抗震安全储备偏低。因此,确定合理的地震作用对保证建筑结构的抗震安全性有重要意义。该文以基于2010版《建筑抗震设计规范》设计的一系列钢筋混凝土框架结构为研究对象,通过调整地震动力放大系数、地震作用和荷载分项系数等参数的取值,对框架进行重设计,并对框架结构进行倒塌分析,研究地震作用设计参数调整对框架结构的设计控制指标、地震力、材料用量和抗震安全性造成的影响。研究结果表明:调整措施将使底层柱轴压比增大约8%;楼板和框架梁的钢筋用量提高约6%;对初始破坏始于底层的倒塌模式,调整措施能明显提高结构的抗震安全性,但随着设防烈度提高,地震下抗倒塌能力的提高程度略有降低。