高等钢筋混凝土结构-11.结构设计方法

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1、第十一章结构设计方法结构设计就是实现可靠性与经济性的最佳平衡目前我国土木工程结构教育和各种工程结构设计规范的主要内容，对结构安全性的计算都是着落于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。虽然结构构件的安全性与整体结构的安全性有一定的联系，但结构构件的安全性≠整体结构的安全性工程结构的鲁棒性所有结构构件安全性相同的结构，其整体结构的安全性不一定相同。一个结构工程师的设计水平，往往体现在他对整体结构安全性的把握。工程结构的鲁棒性就是研究整体结构安全性，使结构工程师在保证结构构件安全性的前提下，更多的关注

2、整体结构的安全性。耐久性—适用性—承载能力极限状态安全性—ïïïïïïïïîïïïïïïïïíì—结构的功能SafetyServiceabilityDurability正常使用极限状态鲁棒性—Robustness意外情况下的安全性结构鲁棒性的概念和意义鲁棒性Robustness鲁棒是Robust的音译，也就是健壮、坚固、耐用的意思。鲁棒性（robustness）就是系统的健壮性。它是在异常和危险情况下系统生存的关键。比如说，计算机软件在输入错误、磁盘故障、网络过载或有意攻击情况下，能否不死机、不崩溃，就是该软件的鲁棒性。所

3、谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持某些性能的特性。根据对性能的不同定义，可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性。以闭环系统的鲁棒性作为目标设计得到的固定控制器称为鲁棒控制器。鲁棒性，结构的整体性及结构的抗倒塌性易损性，结构容易受到伤害或损伤的程度鲁棒性的反意是易损性（Vulnerability）JitendraA等（2003）对结构易损性的解释是，局部很小的破坏导致很大的结构破坏显然一个整体性好的结构，也即结构的局部破坏不影响结构的整体安全性时，结构的易损性就小，鲁棒性就大相对于工程结构在正常情况下的安

4、全性、适用性和耐久性的性能，工程结构的鲁棒性是指整体结构抵御意外事件的能力事实上，结构的安全性往往是在意外事件情况下才能体现出来意外事件是指在工程结构使用阶段可能出现，但其量值、作用形式和作用位置难以估计的非正常荷载和作用（如极罕遇地震、飞机撞击、恐怖爆炸袭击、重大人为失误等）对于意外事件，在工程结构的设计阶段通常无法进行细致全面和深入的分析，并给予充分保证工程结构在意外事件发生时和发生后，应能保持整体稳定性，不应发生与其原因不相称的倒塌或连续破坏，造成重大的生命和财产损失鲁棒性与安全性既有联系，又有区别两者都是关心的工程

5、结构安全问题，但鲁棒性是以避免工程整体结构的终极垮塌为目标，是无法接受的安全性上限而安全性通常是以结构（构件）的最大承载力为目标，即按所谓的“承载力极限状态”来考虑的安全性。结构达到最大承载力（极限状态）并不意味着结构的垮塌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鲁棒性与安全性的关系鲁棒性与安全性既有联系，又有区别基本承载力安全储备意外事件安全储备安全性正常荷载和作用构件破坏构件最大承载力弹性计算承载力鲁棒性与安全性的区别鲁棒性意外荷载和作用结构破坏(结构体系)结构最大承载力构件连接弹塑

6、性计算变形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。结构的破坏模式可以分为整体型破坏模式和局部型破坏模式。具有整体破坏模式的结构有：强柱弱梁框架结构、剪力墙结构、筒体结构、束筒结构、巨型框架结构等；而

7、框支结构、积木式结构（砌体结构）则往往容易产生局部式破坏模式，也即结构局部的损坏即可能导致整体结构的严重破坏、并造成重大灾害。只有对于具有整体式破坏模式的结构，提高结构鲁棒性的措施才具有实际意义。结构破坏模式与鲁棒性具有整体型破坏模式的结构，其结构体系中构件的重要性层次明确，即具有整体型关键构件、一般构件、次要构件和赘余构件，次要构件和赘余构件的破坏，乃至从结构去除，都不会对整体结构的安全性有重大影响。从结构抵御意外事件角度来看，整体型破坏模式的结构可以使得更多的（次要或赘余）构件破坏，有利于耗散更多的能量。结构的鲁棒性高

8、，意味着结构有更高的安全储备通常人们所理解的结构的安全储备，是指结构的最大承载力与使用荷载的比值。实际上，延性大小也是结构安全储备的重要组成部分。从结构冗余度观点来看，脆性构件的破坏通常导致与该构件相关联的所有冗余度均丧失，而延性构件的破坏则不会导致与该构件相关联的所有冗余度同时丧失，即延性构件对于维持