来源:Frontiers of Structural and Civil Engineering 发布时间:2021/9/22 14:52:16
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FSCE | 前沿热点:美国佛罗里达公寓大楼倒塌的初步分析和讨论

论文标题:A preliminary analysis and discussion of the condominium building collapse in surfside, Florida, US, June 24, 2021(美国佛罗里达公寓大楼倒塌的初步分析和讨论)

期刊:Frontiers of Structural and Civil Engineering

作者:Xinzheng LU , Hong GUAN , Hailin SUN , Yi LI , Zhe ZHENG , Yifan FEI , Zhi YANG , Lingxiao ZUO

发表时间:15 Sep 2021

DOI:10.1007/s11709-021-0766-0

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A Preliminary Analysis and Discussion of the Condominium Building Collapse in Surfside, Florida, US, June 24, 2021

美国佛罗里达公寓大楼倒塌的初步分析和讨论

Xinzheng LU, Hong GUAN, Hailin SUN, Yi LI, Zhe ZHENG, Yifan FEI, Zhi YANG, Lingxiao ZUO. A preliminary analysis and discussion of the condominium building collapse in surfside, Florida, US, June 24, 2021. Front. Struct. Civ. Eng., https://doi.org/10.1007/s11709-021-0766-0.

文章亮点/Highlights

2021年6月24日,在美国佛罗里达州一栋于1981年竣工的12层板柱结构住宅楼(倒塌部分局部13层)突然发生局部连续倒塌(图1),目前事故造成至少98人死亡。

本研究根据现行建筑设计规范,对倒塌建筑的整体性能和关键构件进行了定量分析。还使用有限元方法研究了典型板柱节点在大变形下的冲剪行为和冲剪后破坏机制。此外,使用物理引擎模拟并可视化了结构倒塌过程。得出以下主要结论:

(1) 倒塌结构关键节点(图2)的冲剪强度(表1)和柱的轴向抗压强度(表2)较低,基本不能满足现行设计规范的要求。倒塌结构采用柱-剪力墙体系,但是剪力墙数量不足。沿两个平面方向建造的剪力墙的比例差异很大(图3)。这些特征降低了建筑物的完整性和鲁棒性。

(2) 关键板柱节点有限元分析发现,由于钢筋构造不佳,节点在大变形阶段强度有限(图4-6)。整体结构缺乏内力重分配的能力,易发生大规模连续倒塌。

(3) 可视化倒塌模拟表明,结构中部倒塌后,东侧剪力墙的强度不足以阻止倒塌传播。另一方面,西侧的剪力墙要坚固得多,因此免于发生连续倒塌(图7-8)。

综上所述,倒塌结构的安全冗余度、鲁棒性和抗连续倒塌水平较低,若因不可预见的原因发生局部破坏,势必造成严重后果。本文的研究工作可为即将进行的大楼倒塌原因的详细取证分析和讨论提供参考基础。

图1. Surfside公寓大楼倒塌废墟

图2. 建筑标准层平面图

表1. 板柱节点L-8的抗冲剪承载力复核

表2. L-8柱的轴向强度校核

图3. 倒塌顺序和剪力墙布置(阴影部分)

图4. 板柱节点半跨模型钢筋布置: (a) 原型节点J1; (b) 中国规范设计节点J2

图5. 不同节点力-位移曲线对比

图6. 冲剪破坏模拟后的破坏模式分析: (a) J1混凝土开裂; (b) J1 钢筋变形; (c) J2混凝土开裂; (d) J2钢筋变形

图7. 模拟和实际坍塌过程的比较

图8. 模拟与实际倒塌废墟对比

作者信息/Authors

Xinzheng LU (1,), Hong GUAN (2), Hailin SUN (3), Yi LI (4), Zhe ZHENG (1), Yifan FEI (1), Zhi YANG (2,4), Lingxiao ZUO (3)

1. Key Laboratory of Civil Engineering Safety and Durability of Ministry of Education, Tsinghua University, Beijing 100084, China

2. School of Engineering and Built Environment, Griffith University Gold Coast Campus, Queensland 4222, Australia

3. China Architecture Design & Research Group Co., Ltd, Beijing 100044, China

4. Beijing Key Laboratory of Earthquake Engineering and Structural Retrofit, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China

 luxz@tsinghua.edu.cn

摘要/Abstract

On June 24, 2021, a 40-year-old reinforced concrete flat plate structure building in Miami suffered a sudden partial collapse. This study analyzed the overall performance and key components of the collapsed building based on the building design codes (ACI-318 and GB 50010). Punching shear and post-punching performances of typical slab-column joints are also studied through the refined finite element analysis. The collapse process was simulated and visualized using a physics engine. By way of these analyses, weak design points of the collapsed building are highlighted. The differences between the reinforcement detailing of the collapsed building and the requirements of the current Chinese code are discussed, together with a comparison of the punching shear and post-punching performances. The simulated collapse procedure and debris distribution are compared with the actual collapse scenes.

关键词/Keywords

progressive collapse, flat plate, simulation, punching

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