韓國光州連續(xù)倒塌高層建筑的結(jié)構(gòu)體系和倒塌模式分析

1月11日下午，韓國光州一在建高層建筑發(fā)生連續(xù)倒塌事故，引起廣泛關(guān)注（參見：突發(fā)：韓國光州在建高層建筑發(fā)生連續(xù)倒塌）。由于我們課題組一直從事工程結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌領(lǐng)域的研究，所以對此類問題尤其關(guān)注，故對本事故進行了進一步的跟蹤分析。由于事故剛剛發(fā)生，事故原因還在調(diào)查中，還有很多信息尚不完善，本文僅是我們根據(jù)現(xiàn)階段可獲取的數(shù)據(jù)的分析和思考，一定有很多謬誤之處，請各位專家批評指正。

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事故高層建筑結(jié)構(gòu)體系

隨著更多事故信息的發(fā)布，可以初步判定該結(jié)構(gòu)主要是“墻板結(jié)構(gòu)體系”（圖1）。即由混凝土的墻體和樓板構(gòu)成，沒有框架梁、框架柱。這類結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點是施工非常便利，不需要處理復(fù)雜的梁-板-柱節(jié)點問題。

圖1（圖片來源：koreaherald.com）

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事故建筑的倒塌區(qū)域

與我們此前分析一致，該建筑發(fā)生了大范圍的樓板倒塌。幾乎整整一側(cè)的樓板都垮下來了（圖2-4）。豎向垮塌直至結(jié)構(gòu)加強層處終止（高層建筑為了建筑和功能需求，每隔一定樓層需要設(shè)定一個加強層。加強層在結(jié)構(gòu)上可以通過布置更多的構(gòu)件來提升整體結(jié)構(gòu)的剛度，同時在功能上可以用作建筑的設(shè)備樓層或者火災(zāi)的避難樓層等）。

圖2（圖片來源：yna.co.kr）

圖3（圖片來源：heraldm.com）

圖4（圖片來源：tellerreport.com）

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事故建筑倒塌機制分析

由該高層建筑的結(jié)構(gòu)形式和倒塌模式可以看出，該事故建筑的可能倒塌機制為：

(1) 由于某種原因，頂部樓層發(fā)生了初始破壞導(dǎo)致樓板墜落。由于目前還不了解本工程的具體事故原因，還不能下結(jié)論。國內(nèi)外類似工程事故的原因有：由于氣溫太低等原因造成混凝土強度不足；趕工期樓板模板拆除時間過早；吊裝中的構(gòu)件等重物掉落砸到樓板等；

(2) 頂部樓板墜落，砸在下部已經(jīng)施工完成的樓板上；

(3) 下部樓板被砸壞，進一步砸在后續(xù)樓板上，形成一個“千層餅”式的連續(xù)倒塌破壞（圖5）；

(4) 部分豎向墻體伴隨樓板倒塌而破壞，由于存在T型、L型拐角墻體或外部支架（圖1），部分外墻幸存。

圖5
（工程地震災(zāi)變模擬：從高層建筑到城市區(qū)域 (第2版), 科學(xué)出版社, 2020. 2.6.2節(jié)插圖）

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結(jié)構(gòu)防倒塌措施建議

從上述分析可以看出，由于該結(jié)構(gòu)體系缺乏框架梁、框架柱等骨架體系，所以一旦結(jié)構(gòu)發(fā)生局部破壞后，缺乏“骨架”構(gòu)件提供內(nèi)力重分布能力，很容易發(fā)生初始破壞。而倒塌過程中，由于沒有適當(dāng)?shù)臉?gòu)件來吸納倒塌構(gòu)件的動力沖擊，進而出現(xiàn)了這樣的“千層餅”式連續(xù)倒塌破壞模式。好在有加強層，否則可能這個結(jié)構(gòu)就會從頂部一直倒塌到底部。

最后再說一遍，由于事故剛剛發(fā)生，事故原因還在調(diào)查中，還有很多信息尚不完善，本文僅是我們根據(jù)現(xiàn)階段可獲取的數(shù)據(jù)的分析和思考，一定有很多謬誤之處，請各位專家批評指正。