提高建筑结构抗地震倒塌能力设计方法探究

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1、提高建筑结构抗地震倒塌能力设计方法探摘要：社会抗震的防灾系统首要防线是工程结构抗震能力。地震灾害的主要原因是建筑物的倒塌。地震灾害的严重程度可通过对比建筑物的毁损程度来说明。建筑建构的抗地震倒塌能力是构成地震区防灾抗震能力不可或缺的部分。文中运用系统科学的理念，根据现有结构系统安全储备，分析建筑结构抗地震倒塌能力，讨论建筑结构抗震设计的相关问题及对策。基本安全、意外安全、整体安全等储备已被专家证实为建筑结构系统安全储备的重要组成部分。意外安全储备及整体安全储备很大程度上能够决定抗地震倒塌能力及结构整体抗震能力。整体稳定性、整体牢固性和鲁棒性是结构系统意

2、外安全储备的最主要来源。此文鉴于目前尚乏研究的结构系统的意外安全储备和整体安全储备等一系列问题作进一步探讨。关键词：建筑结构，结构抗震体系；鲁棒性；整体牢固性中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：一、引言抗震防灾的首要防线是基础设施及建筑物的抗震能力。地震灾害的主要原因是房屋等建筑物倒塌及破坏。加强地震灾区的抗震防灾能力最有效的措施是提高建筑物抗地震倒塌的能力。在地震中被轻而易举的摧毁的是不少常规房屋建筑。只有少数极其重要建筑才会进行精密的抗地震计算，整体结构中的抗震概念及抗震构造则运用在常规的房屋建筑。为使常规房屋建筑面临大型地震不倒塌，相关方

3、面有深入研究的必要性。本文运用系统科学的研究方法，首先树立了提高建筑结构整体性的抗震能力设计理念，接着结合汶川地震中典型的建筑遭受损害的实例，有针对性的根据建筑结构的抗地震倒塌能力，提出了一些建筑结构抗震设计中的改进方法。二、树立建筑结构抗地震倒塌能力的系统科学理念一个系统的整体性能决定该复杂系统的功能。系统方法所追求的目标是系统的整体性。建筑结构的系统涉及多个领域。一方面，整体结构的系统功能可决定部分构件功能，不论哪个构件要想在其所处的结构系统中获取应有功能，就不能脱离整体结构。另一方面，任何一个构件一旦脱离整体结构，对整体结构系统的功能发挥产生不小

4、影响。整体结构某些功能也会因缺少某个构件而丧失。地震具很强破坏性，结构系统中的部分构件都具有各自承载能力。构件破坏的条件是超过其自身承载力。部分构件也可能引发其余构件连续性破坏、造成倒塌，这种现象叫做易损性大的结构系统。在系统理论中，系统鲁棒性是局部构件和其它构件连续破坏不具有因果联系。在合理设计的结构系统中，各结构的构件之间是有关联的，结构系统的整体功能因局部构件缺失引发的损失可降至最低。整个结构系统不会仅由于局部构件的破坏而遭受巨大创伤。系统整体性能通过鲁棒性反映出来。结构专家围绕建筑结构展开讨论时，也用结构的整体牢固性及整体稳定性来表达。实际上，

5、结构系统整体性叙述角度多样，包括鲁棒性、整体牢固性、整体稳定性等。在系统方法之中，整体牢固性更符合工程标准的技术术语。为此，结构系统的鲁棒性、整体牢固性、整体稳定性的定义，必须从科学角度出发，使其更加精准。鲁棒性描述的是整个结构系统因受局部破坏造成损伤的程度。发生在结构系统中的某些意外、偶然事件能引起局部破坏。整体稳定性更倾向于描述结构系统的损伤过程。广义的稳定性可从结构状态的突变角度来说。结构状态突变中最常提及的一种是压杆分叉的失稳问题。结构系统因受地震灾害影响，会发生稳定、不稳定的变化。完整状态下的结构系统，因局部破坏引起的破损程度越来越严重，最后

6、倒塌了。结构系统倒塌的是一种突变的过程，一般人都很难有所察觉、预测。为预测结构系统的受力状态和性能，结构系统的全部结构构件的变形及承载能力要充分发挥出来。因此，结构系统受损破坏的过程最好是渐进式，多个稳定的工作阶段是破坏过程的组成部分，并且每一个工作阶段都有适宜的损伤机制。要确保在建筑物内部的人员安全撤出，必须让结构系统获得充分时间来应对建筑物开始破坏到最后倒塌的变化。这种渐进式的破坏过程有一个好处，如果地震在破坏过程中突然停止，整个结构系统不会在短时间内持续变化，其破坏过程也随之停止。渐进式破坏模式中包含一种稳定有序的“强柱弱梁”的破坏机制。框架结构

7、最终演变成“强柱弱梁”的破坏机制，这种破坏机制比层屈服机制的抗倒塌能力强。从第一个梁饺出现，直至所有梁端的塑性饺出现，需要很长一段时间才能形成屈服破坏机构。即使由框架结构转化成“强柱弱梁”的破坏机制，结果同样是倒塌，但时间跨度明显拉长。三、结构系统的安全储备在某种条件下，建筑结构整体性在整个结构系统安全中显得至关重要。地震强烈作用之时部分构件损坏，是构件与构件之间产生的强烈非线性的前提。结构系统整体性在局部构件遭轻微损伤、构件与构件之间作用不明显时难以体现其价值。只要各结构构件在一般性荷载作用下，不超过自己的承载能力，建筑结构系统能始终维持成一个整体。

8、增强结构系统的鲁棒性、整体牢固性、整体稳定性，对于深入结构整体的研究具有重要意义。如图1所示，