本文授权转载自公众号DS结构工作室
作者：王立军
泉州的一个房子倒了，引起了大家议论纷纷。从结构工程师的角度看，在大老K平均值接近2、失效概率1/1000的情况下，一个真实的结构居然倒了，足尺结构试验也做不到啊。所以，本文的目的不在于得出楼倒塌的真正原因，因为资料有限，涉及的一些问题要后续由有关部门综合确定。但这并不妨碍出于结构工程师的本能对该事件进行分析研究。与对事件分析的准确性相比，本文侧重点在于分析结构受力过程的逻辑性及解释的合理性，正所谓只有知道“房子是怎样倒下的”，才能知道“房子如何站起来”。
钢结构的破坏一般源于结构失稳。失稳的意思是材料没有达到屈服强度而破坏，弹性失稳和弹塑性失稳都叫失稳。
这个楼的倒塌也是源于失稳。有一个视频，记录了楼的倒塌过程——楼是瞬间自前向后往“一侧”倒掉的，典型的结构失稳，图1为楼倒塌后的状态。为什么是稳定破坏而不是强度破坏呢？关键是这个“瞬间”。古人云：失稳如失恋，发生在瞬间。那强度破坏是什么呢？强度破坏如恋爱，时间有长有短，但需要火候。看，古人就是智慧！
那房子为什么会失稳呢？这就要汇集一下目前的背景材料，虽然不完全准确。该建筑原为四层钢结构，双向钢框架。纵向（长方向）六跨，横向（短方向）2跨。后来经过18年的改造，加了3层，增加了酒店功能，砌了隔墙，上部14米跨加了柱子改为两跨。一个重要的信息：房子是在当期的一次新改造过程中倒塌的。改什么呢？一层有人退租，改造准备重新装修出租。还有一个信息是承重墙破坏了。框架结构有承重墙吗？没有！那是什么墙呢？隔墙。因为以前底层有六家单位，之间一定有隔墙分隔，而且是横隔墙。改造，如果两家并一家，打掉一排横隔墙。三家并两家，打掉两排横隔墙…，没必要往下推，因为不可能并成一家。
综合起来分析，结果是一句话，横隔墙打掉，房子失稳。那你说横隔墙不是承重墙，打掉它有什么关系？它的确不承重，打掉它与直接承重没关系。但它目前对柱起到支承的作用，相当于“挡土墙”。打掉它，柱子失去了侧限，无侧移框架变成有侧移框架，引起结构失稳。
图2
为说明两种失稳的差别，以一个最简单的单层排架为例，见图2。无侧移（图2b）时，柱子计算长度，临界力为
当然这是图2的情况。倒塌的楼要复杂一些，因为上面的隔墙还在，柱子整体抗弯刚度不会变化这么大，但也一定有不小的变化，有资料时可以算清楚。
你会说，隔墙是后砌的，非承重，当初不是为柱提供支承用的。的确是这样。但无心插柳的隔墙的确起到了对柱子形成侧限的作用，将有侧移框架变成无侧移框架。据此，我们首先分析了失稳原因。
这是个好问题，牵扯面很多，包括设计是否合理或正确等问题，我们暂且不谈，因为这不是我们这篇文章所关注的。这个设计缺陷固然很多，如窄翼缘HN形工字钢柱截面，纵向（长方形）刚度弱得很，纵向框架梁与柱弱轴铰接，楼面砼板与钢梁无栓钉，这些都是设计不足，但不是倒塌直接原因，因为每一条的不足都不足以使结构倒塌失稳。比如最后面这个栓钉，没地震时栓钉不起作用，当然你会说有栓钉结构倒塌时会拉一下楼板，但这是果不是因。
原四层钢框架的确是一个有侧移框架。从使用功能看，起先只是盖了一个空旷的楼用于出租，荷载不大。以前面讲的结构安全度可以勉强度日。18年四层改7层，荷载加了近一倍，首先把安全度吃掉了。但幸运的是，歪打正着，隔墙虽然不是承重墙，但变成了“挡土墙”，挡住了结构横向的侧移，将有侧移失稳的结构变成无侧移失稳的结构，大大提高了稳定承载力。再后来，就是现在，一装修，老板借专家的一句“非承重墙，可砸”（肖大师语），将结构恢复到原始的有侧移状态，这时的翻倍荷载，结构终于倒下了。
再次声明，以上只为演习结构之用，与事故结果无关，如有雷同，纯属巧合，如若不同，纯属虚构。
如果你要说，为什么纵轴这么弱，为什么不沿纵轴失稳？其实看了前面的推演，回答这个问题并不难，篇幅问题，就留给大家琢磨了。
这里说的中国古建为木框架、砖填充墙，就是所谓地震时“墙倒屋不塌”的那种。木结构梁柱为榫卯连接，榫卯失效前为半刚接，失效后为铰接。木柱放在柱脚石上，靠摩擦力铰接，滑动后铰接变成滑动连接。所以单纯的木结构大变形时是一个机构，那它靠什么保持稳定呢，关键是墙体。
平时墙是木柱的侧向支承，使之为无侧移框架，榫卯半刚接抗弯，柱底不滑动铰接，这就是一个无侧移的门式构架呀。加上木多为一层结构，自重轻，所以这种结构形式能延续千年而不衰，不信，你看看北京的老四合院建筑。地震时，墙体作为第一道防线承载并耗能。地震不大，墙在房子在；地震大，两种情况，一种是墙倒强震过，木框架可以承受后面减弱的地震力而不倒，刚架木结构仍成立。另一种是墙倒后，后续地震仍大，木结构不堪重负，刚架变机构，倒了。所以古代木结构虽然能抗震，但也并非完全不倒，这是由这种体系决定的，所以为什么要发展，为什么要科学，为什么要科学发展，就是这个道理。
最后，给大家看几张照片，是我去年参观重庆的一个古寺看到的（图3-5）。当木结构屋盖较重时，将柱子稍微倾斜一个角度，利用其水平分力抵抗类似地震力等较大的水平力。古人不喜欢斜柱，所以中国古建筑没有支撑，应县木塔是个特例，因为它太高了，不打撑呆不住，但也是打的暗撑，外面看不到。我仔细看了下，图3-5照片中柱的倾斜不是后天形成的，而是建造时有意为之。大家如果不信，以后看古建时，也可以留意一下古人的这一点睛之笔。
好了，祝大家“抗疫学艺”，并敬请牢记，“稳定压倒一切，不止是房子”。
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