工程结构的鲁棒性教学教案.ppt

多重抗震结构体系 多重抗震结构体系就是具有两个以上的整体性关键构件的结构体系，当其中的一个整体性关键构件在罕遇地震下遭受一定程度的破坏，第二个整体性关键构件依然可以使得整个结构具备一定的抗震能力。 束筒结构、筒中筒结构、框架－剪力墙结构等都是具有多重抗震体系的结构。 结构体系与鲁棒性 ◆ 鲁棒性与冗余度 与结构鲁棒性相关的另一个概念是结构的冗余度 Redundancy 结构的冗余度，即结构的超静定次数。 但对结构鲁棒性来说，冗余度意味着具有备用传力路径，也即当意外事件造成结构中的某一构件或局部破坏而丧失其承载能力，其原有传力功能可转由结构其它未破坏部分传递，称为备用传力路径和备用传力能力。 冗余度大的结构，整体性好，备用传力路径多和备用传力能力大，其鲁棒性也高。 明确结构体系中不同构件的作用 除关键构件和次要构件外，其它结构构件属于一般构件。 一般构件的破坏对整体结构的承载力有一定影响，但不会导致整体结构的承载力产生急剧降低。 通常，一定数量的一般构件破坏后才会导致整体结构的严重破坏。 结构体系与鲁棒性 明确结构体系中不同构件的作用 正确区分结构中的关键构件、一般构件和次要构件是保证结构抗震设计具有足够鲁棒性的前提。 然而，目前我国各种结构设计规范，往往都是针对一般结构构件的设计计算（实际上是针对构件的截面承载力计算的），且所有结构构件的安全度基本都是相同，这种做法违背结构鲁棒性原则，因为目前计算出的可靠度并不能直接换算成结构的破坏概率，它与结构的整体倒塌更无可比性（陈瑞金、刘西拉，1989）。 结构体系与鲁棒性 明确结构体系中不同构件的作用 从结构的鲁棒性观点来看，构件的安全度与结构的安全度完全是两回事，这一点往往被我国结构设计人员所忽视，在我国各类结构设计规范中也强调得很少。 结构体系与鲁棒性 明确结构体系中不同构件的作用 基于结构鲁棒性原理，对于关键构件应增加其安全度，或者将关键构件设计成具有鲁棒性的构件 尽管这种区分和提高安全度要求的做法可能仅仅是概念性，然而这种原则规定对工程师在设计时是有重要提示的。 结构体系与鲁棒性 明确结构体系中不同构件的作用 基于结构鲁棒性原理，对于关键构件应增加其安全度，或者将关键构件设计成具有鲁棒性的构件。 《抗震规范》中对增加关键构件的安全度虽有所体现（如抗震等级、强柱弱梁、强连接弱构件的设计原则和方法、框支柱的承载力增大系数），但在结构总体抗震设计原则上没有针对不同结构体系来区分关键构件，并给出相应的更高要求的安全度。 尽管这种区分和提高安全度要求的做法可能仅仅是概念性，然而这种原则规定对工程师在设计时是有重要提示的。 结构体系与鲁棒性 明确结构体系中不同构件的作用 目前确定关键构件有一些理论和方法还不成熟。因此，凭借工程师对整体结构的理解和把握来区分关键构件可能更为实际。 砌体结构——墙体 排架结构——排架柱 框架结构——框架柱，已采用“强柱弱梁”方法进行考虑； 框架-剪力墙结构——剪力墙； 框架-核心筒结构——核心筒；特别是近年来出现的钢框 架-核心筒结构，核心筒的安全度应 比现行规范明显提高； 巨型框架结构——巨型框架柱； 筒中筒结构，内外筒同等重要； 束筒结构的所有筒体均同等重要。 结构体系与鲁棒性 北京电视中心 日本横滨地标 明确结构体系中不同构件的作用 对于关键构件，还可以采取合理的设计，使其成为具有鲁棒性的构件，使结构的鲁棒性得到提高 如分体柱、钢骨混凝土柱、钢管混凝土叠合柱、有边缘约束构件的剪力墙 结构体系与鲁棒性 结构体系与鲁棒性 结构体系与鲁棒性 结构体系与鲁棒性 结构体系与鲁棒性 结构体系与鲁棒性 C100 由于结构形式和破坏模式不同，关键构件还可分为整体型关键构件和局部型关键构件。 如剪力墙属于整体型关键构件，而框支柱属于局部型关键构件。 对于局部型关键构件应具有更高的安全度。 结构体系与鲁棒性 整体型关键构件破坏前，有许多与其关联的次要构件先行破坏 而局部型关键构件破坏时，结构中其它构件往往尚未破坏 典型的例子是新中央电视台大楼，由于其特殊的结构形式，结构中有很多构件都成为局部型关键构件 结构体系与鲁棒性 尽量形成超静定结构 结构的鲁棒性与结构的超静定次数密切相关。 超静定次数也即在结构鲁棒性研究所说的结构冗余度。 冗余度是结构备用传力路径的指标 结构的冗余度越大，结构备用传力路径越