導(dǎo)讀：近日，哈爾濱市松北區(qū)利民學(xué)苑B棟有租戶在3樓裝修時砸掉了承重墻，導(dǎo)致大樓從下往上出現(xiàn)裂縫，樓內(nèi)200余戶居民被緊急撤離，臨時安置到酒店。從網(wǎng)傳視頻看，該房間中鋼筋混凝土的承重墻大面積被砸掉，只剩下鋼筋，房間中還留有鉤機、推土機等大型設(shè)備。據(jù)小區(qū)業(yè)主表示，當(dāng)晚這棟共31層高的大樓，就開裂到了15層，第二天下午裂到21層，導(dǎo)致樓房無法正常使用。 

涉事樓層裝修時砸掉的墻體

眾所周知，建筑物的承重墻等結(jié)構(gòu)不能擅自改動，否則會產(chǎn)生嚴重的安全問題。2020年，福建泉州造成29人死亡、50人受傷的重大塌樓事故，就是因為違規(guī)野蠻裝修所造成的。作為一名結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師，為了闡述鋼筋混凝土承重墻拆除后，對整體結(jié)構(gòu)的受力機理的影響。 筆者擬用SAP2000軟件對該行為進行仿真模擬分析 。希望能引發(fā)大家的共鳴，如有不當(dāng)，歡迎專家學(xué)者批評，共同進步。

一、仿真分析概述

對于倒塌仿真分析，工況步驟為：

初始重力工況→抗倒塌工況（需要采用非線性直接積分法！）

對于模型分析需要滿足以下的關(guān)鍵點： 

?建立考慮材料非線性的構(gòu)件-變形骨架關(guān)系；

?計入P-Δ效應(yīng)的影響；

?采用剩余結(jié)構(gòu)的阻尼（如Rayleigh阻尼）；

?時程分析時步長不宜大于0.005s。

且在實際工程應(yīng)用分析時，需要三維計算模型全面考慮。由于本文僅對該現(xiàn)象進行拋磚引玉的剖析，僅建立2D平面框剪模型進行分析，如下圖所示。

二、仿真機理

?整體拆除機理

對該行為的仿真通常采用構(gòu)件拆除法，和抗倒塌分析的步驟一致，將拆除失效的構(gòu)件，通過等效為該失效構(gòu)件所產(chǎn)生的力（M、V、N），并根據(jù)拆除方式，令失效構(gòu)件所產(chǎn)生的力變?yōu)?，如下圖所示。

?梁柱構(gòu)件機理

由于該分析涉及構(gòu)件彈塑性狀態(tài)的分析，需要對梁柱和墻體做彈塑性定義。

對于梁柱的彈塑性行為定義通常有以下方式：

各類方法均有優(yōu)缺點：

?對于塑性鉸/非線性彈簧的梁柱單元 不容易較準確的考慮壓彎作用 ；

?纖維截面梁柱單元雖然能考慮壓彎作用，但 無法考慮剪切作用 ；

?精細化實體有限元梁柱單元存在標(biāo)定難度大，計算量大的問題。

因此，針對梁和柱的受力特征，在常規(guī)的建筑結(jié)構(gòu)體系中，建議梁采用塑性鉸單元，柱采用纖維截面梁柱單位。

?墻板構(gòu)件機理

對于墻板的分析SAP2000提供了分層殼單元，分層殼單元可以分析任意板墻單元，但是缺點就是計算量相對較大。因此對于高寬比較大的墻體可采用墻鉸的形式進行彈塑性分析。

建議在拆除構(gòu)件附近的樓板采用分層殼單元，其他樓板采用彈性薄殼。

剪力墻視情況而已，不需要考慮節(jié)約算力時，建議全部采用分層殼單元。

三、仿真定義

模型建模與定義可根據(jù)上述進行建模，需建兩個模型，一個是拆除后的模型，一個是未拆除的模型。拆除后的模型主要是為了計算豎向周期，并定義模型的Rayleigh阻尼，未拆除的模型為了模擬整體拆除過程。

?拆除模型定義

對于拆除模型，為了求解豎向周期，定義自由度為 UZ、RY（如果是3D模型則為：UZ、RX、RY）。

求解得到結(jié)構(gòu)前三階豎向周期為：

?未拆除模型定義

對于未拆除模型需要模擬分析整體拆除過程的結(jié)果。需要預(yù)先定義好前置的重力工況，并接力倒塌分析工況。通過軟件查詢得到拆除的墻體編號為1號。

對于重力工況定義如下：

需要注意的是：

1、打開非線性

2、打開P-Δ效應(yīng)

3、定義準永久工況（如果有Live工況，應(yīng)增加且比例系數(shù)為0.5）

對于倒塌工況定義需要注意的要點：

1、接力重力工況

2、打開非線性和直接積分法

3、勾選P-Δ效應(yīng)

4、打開連續(xù)倒塌選項

5、顯示移除對象，此處移除的是1號墻體單元。

移除時間是在1s后開始移除，持時是移除的時間通常是拆除后結(jié)構(gòu)豎向周期的1/10甚至更小，此處持時為0.02s。

時間步長選擇10^(-4)s，數(shù)量3w步，確保整體過程能完全展示得到。

對于瑞利阻尼的定義如下：

對于瑞利阻尼的填寫，建議有兩種方式：

1、第一周期填寫豎向第一周期，第二周期填寫豎向第三周期；

2、第一周期填寫豎向第一周期，第二周期填寫1/10的豎向第一周期。

此處由于阻尼比建議為0.02~0.04，而非0.05，混凝土構(gòu)件拆除后，塑性鉸開展，非線性展開的阻尼應(yīng)在塑性鉸發(fā)展中產(chǎn)生。整體的阻尼比考慮過高，會高估系統(tǒng)阻尼比。

四、仿真結(jié)果展示

由下圖可以得到（10倍變形放大），當(dāng)1號墻體拆除時，對應(yīng)樓上將多處出現(xiàn)開裂，與實際現(xiàn)象一致。因此，在裝修過程中，在對結(jié)構(gòu)信息不了解的情況下，切勿對承重受力構(gòu)件進行暴力拆除，否則將來帶來不可預(yù)見的損失。

完

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