《Buildings》：Comparative Evaluation of Tie Force Requirements for Progressive Collapse Resistance in a Six-Story Reinforced Concrete Building Under Different National Code-Based Input Sets
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由于意外冲击、异常荷载工况以及突发的局部损伤事件可能导致极端或不可预见作用下结构构件的突然失效，连续倒塌已成为韧性结构设计中的关键问题。在此背景下，UFC 4-023-03提供了改善抗倒塌能力的设计方法，包括替代路径法（Alternate Path Metho
由于意外冲击、异常荷载工况以及突发的局部损伤事件可能导致极端或不可预见作用下结构构件的突然失效，连续倒塌已成为韧性结构设计中的关键问题。在此背景下，UFC 4-023-03提供了改善抗倒塌能力的设计方法，包括替代路径法（Alternate Path Method）、增强局部抗力法（Enhanced Local Resistance Method）和拉结力法（Tie Forces Method）。本研究聚焦于拉结力法，该方法基于机械连接，但在文献中相对研究不足。研究人员评估了一栋六层钢筋混凝土办公楼，根据UFC 4-023-03确定抗连续倒塌所需的拉结筋面积。考虑了十种国家建筑规范，办公室活荷载范围约为2.0至4.8 kN/m2。在本研究中，所选国家规范并非就其完整的连续倒塌规定进行比较，而是将UFC 4-023-03作为主要的拉结力法计算框架，而基于国家规范的活荷载值和钢筋性能作为输入参数。对外围、纵向、横向和竖向拉结筋进行了比较评估。减少百分比最大的出现在第一层的外围横向拉结筋，基于欧洲规范（Eurocode）的输入集所需的拉结筋面积比俄罗斯输入集低约21.7%。相反，加拿大规定控制底层的最高需求，而韩国规定控制上层的最高需求。总体而言，研究结果突显了国家活荷载规定和钢筋性能对拉结力需求的影响。
本研究旨在系统评估不同国家规范输入参数对基于UFC 4-023-03拉结力法（Tie Forces Method）计算所得拉结力需求及所需拉结筋面积的影响，以弥补该领域研究不足的现状，并为工程设计提供参考。研究背景方面，连续倒塌（progressive collapse）因意外冲击、异常荷载或局部损伤导致结构构件突然失效而成为韧性设计的关键问题。现有文献多集中于替代路径法（Alternate Path Method），而对拉结力法的研究较少，尤其缺乏跨国家规范的比较分析。UFC 4-023-03虽提供设计流程，但不同国家规范在活荷载值（live load）和钢筋屈服强度（yield strength）上的差异如何影响拉结力需求尚未明确。因此，研究人员选取一栋六层钢筋混凝土（reinforced concrete, RC）办公楼作为基准模型，采用UFC 4-023-03框架，将十国规范（美国、欧盟、土耳其、俄罗斯、韩国、埃及、加拿大、澳大利亚/新西兰、中国、印度）的办公室活荷载和钢筋屈服强度作为输入参数，系统比较外围、纵向、横向及竖向拉结筋的力需求与配筋面积。结论表明：加拿大规范基于较高底层活荷载产生最大底层拉结力需求，韩国规范因高楼层活荷载主导上层需求；欧洲规范输入集因较低活荷载与较高屈服强度导致最小配筋面积，其中第一层外围横向拉结筋面积较俄罗斯规范低21.7%；活荷载主要控制拉结力需求，而钢筋屈服强度决定需求转化为配筋面积时的效率。该研究对《Buildings》期刊的贡献在于为拉结力法的跨规范应用提供了量化依据，并指导工程师根据当地规范优化经济安全设计。
关键技术方法方面，研究人员采用UFC 4-023-03拉结力法作为统一计算框架，未使用各国家完整的连续倒塌规定，仅提取其办公室活荷载值（kN/m2）和钢筋屈服强度（MPa）作为输入参数。基准模型为六层RC框架结构，层高3 m，总高18 m，板厚12 cm，柱截面40×40 cm和60×40 cm，梁截面40×60 cm，混凝土抗压强度25 MPa，基底固结，不考虑地震与土-结构相互作用。拉结力计算包括外围横向/纵向拉结力（Equation 4）、内部横向/纵向拉结力（Equation 5）和竖向拉结力（Equation 6），通过荷载与抗力系数设计（load and resistance factor design, LRFD）将荷载效应转化为所需拉结力，再结合各国钢筋屈服强度换算为所需配筋面积。SAP2000（v16）仅用于生成结构模型并获取模态特性，不直接计算拉结力。
研究结果部分按拉结类型和楼层呈现如下：
- **活荷载与楼面荷载对比**：韩国KBC规定办公室活荷载最高（4.0 kN/m2），中国GB 50009和俄罗斯SP 20.13330最低（2.0 kN/m2）。加拿大NRCC对底层取4.8 kN/m2，上层2.4 kN/m2。计入围护荷载后，底层总楼面荷载加拿大最高（11.93 kN/m2），中间层和屋顶层韩国最高（11.53 kN/m2和10.86 kN/m2），中国和俄罗斯最低。这些差异直接源于各国活荷载规定。
- **外围拉结力与配筋面积**：横向（N-S方向）外围拉结力：底层加拿大最大（1312.28 kN），俄罗斯和中国最小（1287.08 kN）；中间层韩国最大（1305.08 kN），俄罗斯和中国最小；屋顶层韩国最大（1292.99 kN），美国最小（未给出具体值）。纵向（E-W方向）类似，但数值更高。所需配筋面积方面，俄罗斯输入集（钢筋A400）在所有楼层产生最大需求（如底层横向3520.23 mm2），欧盟（B500B）最小（2755.38 mm2），二者差异达21.7%。这是因为俄罗斯钢筋屈服强度较低，需更大面积抵抗相同力。
- **内部（横向/纵向）拉结力与配筋面积**：横向拉结力底层介于74–95 kN，加拿大最大，俄罗斯和中国最小；中间层和屋顶层韩国最大。纵向拉结力约为横向两倍。所需配筋面积底层欧盟最小（约340 mm2），加拿大最大（约501 mm2）。屋顶楼层需求普遍降低约7–15%。
- **竖向拉结力与配筋面积**：选取影响面积最大的柱A（18 m2），底层竖向拉结力加拿大最大（约195 kN），俄罗斯和中国最小（约170 kN）；中间层韩国最大；屋顶层韩国最大（175.97 kN），美国最小（148.61 kN）。所需配筋面积底层欧盟最小，加拿大最大（差异约148 mm2，小于一根16 mm钢筋面积）。实用上，底层加拿大需3根16 mm钢筋，欧盟仅需2根，差异为一根钢筋。
总结讨论部分：研究人员指出活荷载值主要决定拉结力需求，而钢筋屈服强度控制需求向配筋面积的转换效率。虽然各国输入集导致差异，但实际配筋常受制于标准直径，可能使得计算差异在工程中表现为一根钢筋的增减。研究局限性包括仅针对单一六层RC基准建筑、固接基底、非地震假设，结果不可泛化。未来需考虑土-结构相互作用、水平荷载、地震效应，并针对拉结力法开展更多实验与数值研究，以完善规范规定。
研究结论（翻译自原文“Conclusions and Recommendations”部分）如下：针对研究的六层钢筋混凝土基准建筑，基于UFC 4-023-03拉结力计算得出以下结论：所选国家规范未作为独立连续倒塌设计框架使用，而是将其办公室活荷载值和钢筋材料性能作为输入参数纳入统一的UFC框架。对于该基准建筑，加拿大输入集由于采用较高的底层活荷载值，主导了底层的拉结力需求；中间层和屋顶层则由韩国输入集产生最高需求。欧盟输入集在考虑案例中产生最低的所需拉结筋面积，其中第一层外围横向拉结筋面积比俄罗斯输入集低21.7%。屋顶层的拉结力需求及所需配筋面积普遍低于底层和中间层，因为屋顶层考虑较低的竖向荷载。活荷载值和钢筋屈服强度影响拉结力评估的不同阶段：活荷载变化通过均匀楼面荷载主要控制计算拉结力需求，而钢筋屈服强度则主导该需求向所需配筋面积的转换。因此，主导参数取决于所考虑的响应量。拉结力法可作为需要增强鲁棒性或高服务连续性的建筑的实用初步设计与评估工具，特别是在所选国家规范输入假设下评估结构连续性和所需拉结筋面积。本研究的范围限于单个六层钢筋混凝土基准建筑、固接基底、非地震假设及基于重力的UFC拉结力计算，因此结果需在基准假设框架内解释，不应推广至所有结构体系、场地条件或荷载场景。
