下载文档原格式
第40卷增刊建筑结构2010年4月高层建筑结构抵抗竖向荷载的结构变形协调及鲁棒性分析陈孝堂（深圳市大正建设工程咨询有限公司，深圳518029）[摘要] 通过对高层建筑结构工程整体计算中竖向构件在竖向荷载作用下的内力分布变化的分析，揭示了竖向构件间结构变形协调的抗力机制，提出了完整建筑结构设计需经历结构变形协调分析、结构易损性分析及结构鲁棒性分析等三个层次的新思路，并建立了在竖向荷载作用下的结构变形协调模型、结构易损性模型及结构鲁棒性模型。
[关键词] 结构变形协调；易损性；易损性指标；鲁棒性；鲁棒性构件；结构鲁棒性模型；冗余度Analysis of high-rise building to resist structural deformation compatibility and robustness under vertical loadsChen Xiaotang(Shenzhen Da Zheng Construction Consulting Co.,Ltd., Shenzhen 518029, China) Abstract: Through the analysis of the changes of the internal forces of the vertical components under the vertical load in the high-rise building structural engineering model, the force transmission mechanism of the vertical deformation compatibility between the vertical components was revealed. Three levels of new analysis ideas in the whole design of building structures were proposed, which were the analysis of the structural deformation compatibility, the structural vulnerability and the structural robustness. Also structural models were built for the analysis of the structural deformation compatibility, the structural vulnerability and the structural robustness under vertical loads.Keywords: structural deformation compatibility; vulnerability; vulnerability index; robustness; robustness component;structural robustness model; redundancy0 前言现有高层建筑结构是依据规定的结构材料强度来抵抗预期的荷载作用进行设计建造的，刚竣工的结构物能满足当时设计规范的安全度要求。
建筑鲁棒性设计的理念与方法在建筑设计中，鲁棒性是一个非常重要的概念。
它是指建筑在面对各种不同的环境和意外情况时，能够保持稳定和安全的能力。
这个概念来自于工程学，但在建筑设计中也发挥了非常重要的作用。
对于建筑师来说，了解鲁棒性的原理和方法可以帮助他们创造出更加安全、耐用和可靠的建筑。
一、鲁棒性的定义和重要性鲁棒性是建筑设计中一个关键的概念，它是指建筑物在面对各种不同的环境和意外情况时，能够保持稳定和安全的能力。
这些环境和情况包括地震、风暴、洪水、恐怖袭击、火灾等。
一个具有良好鲁棒性的建筑物可以在面对这些情况时保持结构完整性、功能性和舒适性，从而避免造成人员伤亡和财产损失。
鲁棒性的重要性在于，它可以保障建筑物在任何情况下都能够起到它们应有的功能。
良好的鲁棒性设计可以确保建筑物的结构不受外界因素的干扰，从而保持其稳定性和安全性。
而建筑物的稳定性和安全性，则是建筑设计的最基本要求。
二、鲁棒性设计的原理和方法鲁棒性设计的核心原则是预先对各种灾难和突发情况进行充分的研究和分析，以便在设计阶段预测和避免可能出现的问题。
下面介绍一些常用的鲁棒性设计方法：1. 建筑物标准化设计标准化设计是一种重要的鲁棒性设计方法。
通过将建筑物组件进行标准化，可以使设计更加简单、可重复和易于维护。
这种方法有利于提高工作效率，降低设计成本，并减少由于设计问题引起的潜在危险。
标准化设计还有助于保障建筑结构的一致性和减少出现问题的可能性。
2. 结构设计建筑物的结构是影响其鲁棒性的重要因素。
在设计阶段，建筑师需要考虑建筑物的受力特点、结构设计和质量控制等方面，才能确保建筑物的稳定性和质量。
此外，建筑的材料、现场施工和建筑安装等方面也需要得到重视，以确保结构的坚固和可靠性。
3. 突发事件的预防和管控建筑师还需要在设计中考虑突发事件的预防和管控问题。
对于可能出现的灾难和突发情况，建筑师需要采取各种措施以承受来自外界的影响，比如地震加强、抗风能力等。
第38卷第6期建 筑 结 构2008年6月论结构抗震的鲁棒性3叶列平1,2, 程光煜1,2, 陆新征1,2, 冯 鹏1,2(1清华大学土木工程系;2结构工程与振动教育部重点实验室,北京100084)[摘要] 介绍了结构鲁棒性的概念及提高结构鲁棒性对避免结构在罕遇地震下垮塌的重要意义。
分别从抗震结构体系、结构承载力与延性、结构破坏模式以及赘余构件等几方面讨论了提高结构抗震鲁棒性的措施,给出了相应的设计建议。
[关键词] 结构抗震;鲁棒性;结构体系;整体性;破坏模式;结构承载力;结构延性;赘余构件I ntroduction of robustness for seismic structures Y e Lieping1,2,Cheng G uangyu1,2,Lu X inzheng1,2,Feng Peng1,2(1Civil Engineering C ollege ;2K ey Lab of S tructural Engineering and Vibration of China Education Ministry ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China )Abstract :The concept of robustness of structures and its importance for preventing collapse against strong earthquake are firstly introduced.Then the in fluence aspects to the robustness of seismic structures ,including structural systems ,failure m odes ,strength and ductility of structure ,and redundancy elements ,are discussed.The approaches to increase the robustness of seismic structures are suggested.K eyw ords :seismic structure ;robustness ;structure system ;integrity ;failure m ode ;strength ;ductility ;redundancy elements3长江学者和创新团队发展计划资助。
桥梁结构的鲁棒性
汤国栋;王竹;廖光明;陈兵;吴洪朗
【期刊名称】《预应力技术》
【年(卷),期】2011(000)001
【摘要】桥梁鲁棒性（robustness），即意外作用下结构整体的稳固性。
其研究以避免垮塌为目标。
桥梁抗震与灾害修复、拉索骤断毁桥等，均将涉及结构鲁棒性问题。
在概述桥梁鲁棒性之后，讨论了实现桥梁鲁棒性的途径：如冗余技术、多路传力、提高延性等，以及基于鲁棒性理论的示例分析。
【总页数】4页(P10-13)
【作者】汤国栋;王竹;廖光明;陈兵;吴洪朗
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.“钢-超高性能混凝土轻型组合桥梁结构及桥梁结构新体系”讲座报道 [J], 刘祥兴;
2.非线性右互质鲁棒性及观测-控制器结构系统的稳定鲁棒性 [J], 朱芳来
3.W-态的纠缠鲁棒性和广义纠缠鲁棒性 [J], 王晓霞;曹怀信;查嫽
4.桥梁结构安全的保护神-桥梁结构安全监测系统（连载四） [J], 陈伟民;章鹏;刘纲;雷小华;;;;
5.桥梁结构安全的保护神-桥梁结构安全监测系统（连载一） [J], 陈伟民;章鹏;刘纲;雷小华;
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
结构抗震鲁棒性分析方法研究包超;杜永峰;刘勇;徐天妮;王国福【期刊名称】《地震工程学报》【年(卷),期】2015(037)003【摘要】结合侧向增量连续倒塌过程中框架结构受力特征来研究结构抗震鲁棒性,提出其定量计算方法,通过对钢筋混凝土框架结构有限元模型的对比分析进行验证.研究表明:结构鲁棒性强弱是一个相对概念,虽然无法设计和建造出绝对鲁棒的结构,但可以通过定量分析结构鲁棒性进行建筑选型和结构布置方案优化;降低重要构件的易损性系数能够增强结构抗震鲁棒性,合理增加构件数量,同时加强其相互联系的有效性并保证备用荷载路径的可靠性,能够提高整体结构的鲁棒性;在同样荷载作用下,随着所承担荷载的不同,框架柱易损性系数按照大小排序依次为中柱、边柱和角柱,而由于备用荷载路径分布和传递荷载的机制不同,框架柱重要性按照大小排序则依次为角柱、边柱和中柱,对易损性系数和重要性系数均较大的构件设置可靠保护或增加荷载传递路径都能够提高整体结构抗连续倒塌的鲁棒性;提高结构冗余度,增强构件相互联系,可以降低结构中初始失效所造成的不利影响.【总页数】7页(P660-666)【作者】包超;杜永峰;刘勇;徐天妮;王国福【作者单位】兰州理工大学防震减灾研究所,甘肃兰州730050;兰州理工大学防震减灾研究所,甘肃兰州730050;兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学防震减灾研究所,甘肃兰州730050;兰州理工大学防震减灾研究所,甘肃兰州730050;兰州理工大学防震减灾研究所,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TU375;TU31【相关文献】1.国内外高桩码头抗震性能和设计方法研究进展Ⅲ:斜桩和桩-上部结构连接的抗震性能 [J], 高树飞;贡金鑫;冯云芬2.带加强层高层建筑结构抗震性能及基于性能的抗震设计方法研究 [J], 黄炳生3.结构抗震鲁棒性分析方法研究 [J], 包超;杜永峰;刘勇;徐天妮;王国福;4.预应力现浇桥梁加固结构抗震性能检测方法研究 [J], 马国辉5.交错桁架钢框架结构抗震设计方法研究 [J], 周绪红;周志彬;周期石;黄伟;杨梦圆因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
结构在地震作用下鲁棒性分析摘要：介绍了地震对建筑结构的影响；结构鲁棒性的概念及其对于抗震结构的意义；加强结构鲁棒性几种措施及方法。
关键词：地震波；结构破坏；结构抗震；结构鲁棒性；关键构件；结构整体牢固性；超静定次数；多重抗震防护。
1.地震对建筑结构的影响地震（earthquake）又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成振动，期间会产生地震波的一种自然现象。
根据震级、震源深度、距震源的远近、地面状况和地层构造等因素将地震分为不同的烈度。
震级越大震源越浅、烈度也越大。
地震时，最基本的现象是地面的连续振动，主要特征是明显的晃动，因此地震造成的灾害首先是破坏房屋和建筑物。
地震力对建筑结构的破坏主要是由于地震波引起地面强烈的震动，从而造成地面的建筑结构的崩塌。
地震以纵波、横波及面波传播，在地壳中，纵波的传播速度约为每秒6千米，是一种推进波，它是这三种形式中最先到达震中的波形，会引起地面的上下震动，但是破坏性不强。
横波是剪切波，在地壳中的传播速度约为每秒4千米，是三种地震波中第二个到达震中的，会引起地面前后、左右摆动，破坏性相对于纵波而言较强。
面波是一种混合波，综合了纵波与横波的形式，在地壳中的传播速度约为每秒3千米，具有较大的波长和振幅，是造成建筑结构破坏的主要原因。
建筑物本身是具有一定刚度的，能抵抗外力作用引起的各种变形。
但当其遇到地震力时，抵抗变形的能力就会大大减弱。
地震力对建筑结构造成破坏的工作机理是：地震波引起地面震动，震动传给建筑物，然后引起房屋建筑物的振动。
建筑结构的设计中，力学一般考虑静力作用，很少考虑动力作用的影响，当建筑结构遭遇地震力时，由于地震力属于动力作用，未考虑或者很少考虑于结构的力学作用中，因此建筑结构变得不堪一击。
地震导致的结构破坏主要有：承重墙交叉斜裂缝；楼梯塔楼、烟囱顶部折断或倒塌；建筑物顶层塌落；建筑物底层完全破坏；底层框架柱破坏；柱子出现较；剪力墙连梁出现交叉斜裂缝破坏；框架柱边柱混凝土破坏；楼梯水平断裂和梯梁断裂；框架结构填充墙上不斜砖位置框架柱破坏；底层有门面房的建筑出现扭转破坏等等。
简论结构抗震的鲁棒性叶列平1,2，程光煜1,2，陆新征1,2，冯鹏1,2（1．清华大学土木工程系，北京，100084；2．结构工程与振动教育部重点实验室，北京，100084）建筑结构/Building Structures, 2008, 38(6): 11-15.摘要：本文首先介绍了结构鲁棒性的概念，及其提高结构鲁棒性对避免结构在罕遇地震下垮塌的重要意义。
然后，分别从抗震结构体系、结构承载力与延性、结构破坏模式，以及赘余构件等几方面讨论了提高结构抗震鲁棒性的措施。
关键词：结构抗震，鲁棒性，结构体系，整体性，破坏模式，结构承载力，结构延性，赘余构件Download PDF versionIntroduction of Robustness for Seismic StructuresYe Lieping, Cheng Guangyu, Lu Xinzheng, Feng PengAbstract:The concept of robustness of structures is firstly introduced in this paper. And importance with enough robustness for seismic structures in preventing collapse of the structures under strong intensity earthquake attack is discussed. Then the approaches to increase the robustness of seismic structures, including structural systems, strength and ductility of structure, failure modes and redundancy, are suggested.Keywords: seismic structure; robustness; structural systems; integrity; failure mode; strength; ductility; redundancy elements.1. 结构鲁棒性的概念和意义工程结构设计通常需要满足安全性、适用性和耐久性的要求，这些都是在正常使用荷载和作用情况下结构所应具备的功能。
而结构的鲁棒性（Robustness）是针对在意外荷载和作用情况下所应具备的一种功能，也即在意外荷载和作用情况下，结构不应产生与其原因不相称的垮塌，造成不可接受的重大人员伤亡和财产损失。
鲁棒性与安全性既有联系，又有区别。
首先，两者关心的都是工程结构安全问题，但结构的鲁棒性是以避免结构垮塌为目标的，可以认为是结构安全性的上限。
而目前通常所说的安全性是以结构的不超过最大承载力为目标的，即按所谓?quot;承载力极限状态"来考虑的安全性。
事实上，结构达到最大承载力（极限状态）并不意味着结构的垮塌。
另一方面，安全性是针对正常使用荷载和作用来考虑的，而鲁棒性是针对意外荷载和作用来考虑的，两者所考虑的荷载和作用的特征不同。
正常荷载与作用在设计阶段能够给予充分考虑和估计，并通过合理的结构设计，可以保证结构在正常荷载和作用情况下具有足够的安全度。
而意外荷载和作用，无论是其量值、作用形式、作用位置和方向，在设计阶段都难以估计，往往具有极大的随机性。
对于意外荷载与作用，结构可能难以避免会产生一定程度的破坏，但如果结构具有足够的鲁棒性，则可以避免产生严重破坏和倒塌。
由于意外荷载和作用难以估计，同时人们也不能无限制对结构的鲁棒性提出过高要求，因此鲁棒性的研究是指在结构满足正常安全度的前提下和经济许可范围内，根据可能遭遇的意外荷载和作用的类型、特征和等级，达到合理的鲁棒性目标。
当意外荷载和作用超过所预期的类型和等级时，如果结构产生垮塌，则称为与其原因相称的破坏，属于"天灾"范畴。
比如，在一个6度抗震设防区的建筑，如果采取合理措施（结构造价比6度设防抗震设计并没有显著增加），则可以在8度或9度地震下不产生垮塌（如唐山地震中一些采用构造柱和圈梁的砌体结构没有垮塌就是典型的例子），但若遭遇11度或以上的强烈地震导致结构垮塌，就无能为力了。
当然，鲁棒性好的结构，其正常使用性能也会更好一些。
如当采用赘余构件来增加结构的鲁棒性时，在正常使用情况下的结构刚度会更大一些，但这不能成为可以削弱主体结构构件，来取得某种经济上的收益，这种做法是违背鲁棒性原则的。
鲁棒性的研究是针对整体结构的。
理论上，结构的安全性也是针对整体结构的。
但目前各种结构设计规范对于结构安全性的具体计算，最终都是着落于具体的结构构件，这显然没有能够使得结构工程师更多的考虑整体结构的安全性，这是导致某些工程结构鲁棒性不够的重要原因，也是目前我国工程教育中所存在的一个重要缺失。
因此，研究结构的鲁棒性，首先要从整体结构的安全性着手，使得结构工程师在满足每个具体构件的安全性要求的前提下，更多的关注整体结构的安全性。
对于抗震结构来说，目前我国《建筑抗震设计规范GB50011－2001》规定了"小震不坏、中震可修、大震不倒"抗震设防目标。
虽然"大震不倒"的设防目标属于鲁棒性范畴，但是由于设防烈度的明确规定，所谓"大震"最多只能属于罕遇地震的下限，而并非"实际大震"。
由于地震具有极大的随机性，因此当遭遇比设防烈度大震更大的地震时，结构能否经受得住而不产生垮塌，就需要结构具有较高的鲁棒性。
这样的事例已在多次大地震中得到验证，如1976年中国的唐山大地震、1994年日本的阪神大地震、1999年中国台湾的大地震，以及最近巴基斯坦发生的大地震。
在这些大地震中，一些建筑完全垮塌，而一些建筑尽管产生一定程度的破坏，但没有倒塌。
这些建筑中有些是依据同一抗震标准进行设计的，但由于鲁棒性的差别，在地震中表现出截然不同的结果。
因此，只有在设计中充分考虑结构的鲁棒性，才能做到真正意义上的"大震不倒"。
否则，即使按照《规范》进行抗震设计，并按《规范》考虑了"大震"，也难以避免在遭遇大震时产生垮塌。
本文讨论抗震结构的鲁棒性所说的意外荷载，就是指可能超过设防烈度所规定的"大震"的强烈地震，也就是比"大震"更大的地震。
当然，本文关于抗震结构鲁棒性的讨论和提高结构鲁棒性的措施，对于避免结构在其它意外荷载和作用下的鲁棒性也具有参考意义。
关于结构鲁棒性的表达以及如何实现结构鲁棒性设计，目前还没有建立相应的普遍可以接受的理论和方法，主要还是依靠工程经验，尤其是依靠结构工程师对结构整体性能的把握和判断。
本文从结构鲁棒性的概念和原理出发，讨论和介绍增强抗震结构鲁棒性的措施。
2. 结构破坏的定义鲁棒性是研究结构在意外荷载和作用下产生灾害性后果的破坏，如垮塌、连续破坏、倾覆等。
因此，首先需要对结构破坏有一个明确的概念。
在以下讨论中，构件间的连接也作为结构中的一种特殊构件看待。
根据现有的资料，对于抗震结构的破坏定义有以下几种：(1) 以构件的破坏定义：结构中任一个构件的破坏即导致结构垮塌，如简支桥梁在地震中产生落桥；又如，阪神地震中长达500多米独柱支撑的高速公路桥梁因桥柱破坏而产生的整体倾覆。
对于建筑结构来说，框支结构属于这种破坏类型，即框支柱的破坏即意味着结构的垮塌。
显然，符合这种破坏定义的结构，其鲁棒性很小，也即整体结构的鲁棒性完全取决于结构中少数关键构件的鲁棒性。
要提高这类结构的鲁棒性，必需提高这些关键构件的鲁棒性，或这些关键构件应具有更高的安全储备。
(2) 以结构的最大承载力定义：对于超静定结构，一个构件达到最大承载力，并不意味着整体结构达到最大承载力。
如果先破坏的构件具有足够的延性，则整体结构的承载力在第一个构件破坏后仍然可以继续增加，但整体结构刚度有所降低，直至结构中有足够多的构件达到破坏，结构才达到最大承载力。
如果结构的最大承载力与首先破坏的关键构件的最大承载力同时达到（鲁棒性小），这种破坏属于上面第(1)种结构破坏的定义。
根据这一定义，显然达到结构最大承载力的时间与结构中首先破坏构件的时间相差越大，结构的鲁棒性就越高。
这需要在结构达到最大承载力以前破坏的构件具有足够的延性，在达到结构最大承载力以前，这些构件能够在保持其承载力不显著降低的情况下具有足够的变形能力。
这意味着构件的延性对提高结构鲁棒性具有重要意义。
(3) 以结构的极限变形定义：对于延性好的结构，在达到最大承载力后并不会立即垮塌，而是可以在保持一定承载力的情况下继续经受一定的变形，直至达到极限变形。
由于结构中的次要构件（特别是赘余构件）达到极限变形后破坏退出工作（认为从结构删去）不会对结构的承载力有很大影响，因此结构的极限变形是以结构中关键构件达到极限变形来确定的。
该破坏定义与上?quot;以结构最大承载力定义"相同，只是将"结构的最大承载力"换成"结构的极限变形"。
因为，结构的极限变形通常发生在结构的最大承载力之后，反映了结构破坏前的变形能力，代表结构实际破坏的极限状态。
(4) 以结构承载力降低到最大承载力的某一百分比定义：通常按降低15％考虑。
尽管极限变形反映结构实际破坏的极限状态，但超过最大承载力后，结构的承载力随变形的增加不断降低，如果这种承载力降低发生在结构竖向承重关键构件，则会因不能继续承担上部结构自身的重量而发生垮塌。
此时，采用该破坏定义更为合适。
(5) 以结构形成可变机构定义。
在以上破坏定义中，结构构件在地震往复作用下的承载力和变形能力的劣化也需要给予考虑。
3. 抗震结构体系与鲁棒性3.1. 明确结构体系中不同构件的作用从以上结构破坏定义的讨论可知，对于结构的鲁棒性来说，结构中的不同构件对于结构鲁棒性的贡献是不同。
所谓关键构件是指其破坏容易引起结构大范围的破坏或垮塌的构件。
英国工程师协会的一份关于高层建筑安全性的报告中指出，应加强对确认结构中关键构件的研究（Jitendra A，et al，2003）。
相对于关键构件，结构中的次要构件是指那些破坏后不会导致整个结构严重破坏的构件。
次要构件的破坏甚至不会使得结构达到最大承载力或极限变形，或不会导致结构的承载力有很大降低，或者也不会使得结构形成几何可变体系。
作为一种特殊的次要构件--赘余构件，将在后面专门讨论。
除关键构件和次要构件以外，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。
