钢结构风荷载设计.pdfVIP

风载评价一体化分析钢框架柱损失的不成比例倒塌

关键词：风荷载横向荷载强度(robustness)不成比例的崩溃备用路径的方法损坏的

钢框架柱流失(columnloss)

摘要：通常情况下，钢结构设计主要取决于所规定的风荷载水平。钢结构作为一种质量轻的

韧性系统，细微差别的风荷载对其也会产生强烈的影响。基于这一事实，风荷载被用于钢结

构的结构析中。过去几十年中，对钢结构的不对称的倒塌分析成为热点，主要因为越来越多

的破坏都是这种形式的。在产生的人们已普遍接受的准则和分析方法中，最具主导作用的是

美国国防部及其设定的设施标准。美国国防部以及其他的标准中都建议将柱流失作为建模场

景，柱流失是结构系统保持稳定所必须承受的。然而，迄今为止所有的准则谈及的都只是重

力荷载下的柱流失而未考虑风荷载下的柱流失现象。本文介绍了不同风荷载水平下的钢结构

动态历史时间不对称的崩溃分析。通过对5种不同尺寸的抗弯框架的参数分析展开讨论。

1.前言

过去几十年不对称或者延性破坏作为一种结构破坏的形式越来越普遍，其出现在很多重大的

事故当中。例如1968年发生在罗南点的一座22层建筑的失稳倒塌以及2001年纽约世界贸

易中心的坍塌（美国土木工程师协会，2009）。不对称倒塌的主要的特点是不能类推出来的

一触发事件所带来后果的严重程度。常常，这会限制对结构构件的选择甚至对于社会、经济、

环境以及别的其他领域也会产生影响。

迄今为止，所有的钢结构设计都是依据规范、准则进行，而这些规范仅仅考虑了常规荷载对

于结构的作用，这也是为什么对于结构在不对称倒塌中的承载力计算的研究变得枯燥乏味。

因为其和非正常荷载条件下及其突发事件息息相关。这些突发事件迄今为止研究者们定义为

气体爆炸、恐怖袭击、飞行事故、不可预料的火灾、强风等等。（国家技术与标准研究所，

2007；Deodatis,1997;PapadopoulosandDeodatis,2006;Baker等，2008年;ellingwood等，2007

年；Ellingwood和Leyendecker，1978年;ellingwood和Dusenberry，2005年;Izzuddin等

2007年;starossek，2009年;Gerasimidis等，2008年，2009年;Dubina等，2010年。frangopol

和柯利，1987;克瓦希涅夫斯基，2010年；弗利等，2007;KimandKim，2009;Gerasimidis

和Baniotopoulos,2011;Gerasimidis,2011）。这类突发事件相关的不确定性显然很重要，这

使得相关的加载模拟很难进行。更难的是，规范中所描述的正常荷载之间的组合，其谈及的

非正常荷载也很模糊。所以至今研究者也仅仅描述出概率极限状态设计。

在这个方向，关于研究可以导致不对称坍塌的相对异常事件的荷载组合有一个非常全面的文

件，由Ellingwood发表。其中描述了符合国家级标准的可能的设计策略，比较了ASCE7（ASCE

7,2007），欧洲规范1(EN欧洲规范1,2006)以及加拿大国家建筑规范（加拿大国家研究协会，

1995）。上述所有的规范都在荷载组合中都提及恒载、活荷载以及雪、风荷载，并且应用到

了设计中的不对称倒塌分析。在同一文件中，特别强调了结构作为一个系统的作用而并非仅

仅是构件的设计。

近日，美国国防部统一设施标准[统一设施标准（UFC），2009]可能是迄今为止不对称倒塌分

析研究中最具指导性的文件（与美国总务管理局）。其引进了直接的备用荷载路径分析法在

设计不成比例倒塌的建筑物中，其备用路径法主要有三种分析方法组成：静态线性法，非线

性静态法和线性动态分析方法。尽管三种方法有着本质上的区别，但是所有的分析对于荷载

组合的定义不尽相同，主要有恒荷载，活荷载及雪荷载。设计中不考虑风荷载，仅仅在分析

中作为结构缺陷合并影响的一个很小的侧向荷载。然而，对于钢结构，风荷载是主要的设计

参数，因为其质量轻，韧性结构以及横向荷载会对其产生强烈影响（（Stathopoulos和

Baniotopoulos，2007;GlanvilleandKwok，1995年;DasNirmal和詹姆斯·麦克唐纳，1990

年;PetrovAlbert，1998;Ballio和Mazzolani，1