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 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
提纲
结构鲁棒性的概念和意义 结构破坏的定义 结构体系与鲁棒性 结构破坏模式与鲁棒性 结构的承载力和延性与鲁棒性 赘余构件与鲁棒性 结语
结构体系与鲁棒性
明确结构体系中不同构件的作用 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。ຫໍສະໝຸດ 键构件 一般构件 次要构件 赘余构件
棒性也越高。
结构体系与鲁棒性
尽量形成超静定结构 当然，如果超静定次数都是集中于结构次要构件
部分，这种冗余度增加对提高结构鲁棒性的作用 不大 如框支结构，即使上部结构的冗余度再大，也不 会提高结构的鲁棒性，因为此时结构的鲁棒性集 中于局部型关键构件的框支部分 因此，只有对具有整体型关键构件的结构增加冗 余度，才具有提高结构鲁棒性的意义
结构体系与鲁棒性
增强结构的整体牢固性
唐山地震，1976年7月28日，死亡242,769人
结构体系与鲁棒性
增强结构的整体牢固性
推力—位移滞回曲线
180 水平推力(kN)
160
140
120
100
80
60
40
20
顶点位移(mm)
0
-2 -2 -1 -1 -1 -1 -1 -8 -6 -4 --220 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
• 这意味着在达到结构最大承载力以前，那些达 到承载力构件的延性对结构的鲁棒性具有重要 意义。——不丧失整体结构的冗余度
结构破坏的定义
以结构的最大承载力定义
Lateral Force at Frame Top (kN)
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
50
100
150
Lateral Displacement at Frame Top (mm)
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多，鲁
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
◆ 鲁棒性 Robustness
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
Lateral Force at Frame Top (kN)
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
50
100
150
Lateral Displacement at Frame Top (mm)
结构破坏的定义
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（材料强度降低、截面损伤、P－D效 应），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。
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
结构体系与鲁棒性
C100
结构体系与鲁棒性
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
美国世贸大厦产生连续垮塌的原因之一，就是楼盖结构与 框筒结构的连接薄弱。
◆ 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。
工程结构的鲁棒性
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
这是我国工程结构教育、结构工程师训练、设计 水平和能力不足的一个重要原因，也是导致某些 工程结构安全性不够的重要原因
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
结构破坏的定义
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，而是在保持一定承载力的情况下 可以继续经受一定的变形，直至达到极限变形 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
结构破坏的定义
以结构的极限变形定义
北京电视中心
日本横滨地标
结构体系与鲁棒性
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
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
S
基本承载力 Su 安全储备
Sk
极限承载力状态
SU
DU
Y
极限变形能力状态
K
设计目标状意态外事件
安全储备
D
Dk
Du
鲁棒性与安全性的区别
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
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。
体结构的鲁棒性取决于结构中（首先破坏的） 关键构件的鲁棒性 要提高这类结构的鲁棒性，必需提高关键构件 的鲁棒性，或增加关键构件的安全储备
结构破坏的定义
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，但整体结构的刚度会有所降低，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。
Durability
鲁棒性— 意外情况下的安全性
Robustness
◆ 鲁棒性 Robustness
Robustness的中文含义是：强壮的、健全的、 费力的、坚固的、耐用的
鲁棒性：鲁智深的棒子 鲁棒性：粗鲁的棍棒 鲁棒性就是整体结构的健壮性
◆ 鲁棒性 Robustness
鲁棒性，结构的整体性 鲁棒性，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） Jitendra A等（2003）对结构易损性的解释是，
结构体系与鲁棒性
增强结构的整体牢固性
显然，整体现浇混凝土结构，由于其整体性好，因而具有 较好的抗震鲁棒性。
而相对于钢结构，尽管钢构件本身具有较好的延性，但如 果过多的采用螺栓连接，其整体性反而较差。
即使是焊接，由于焊接区域材料的强度有可能低于钢构件 本身的强度，可能导致连接部位先于构件破坏，使得在罕 遇地震下结构的整体性丧失。
提纲
结构鲁棒性的概念和意义 结构破坏的定义 结构体系与鲁棒性 结构破坏模式与鲁棒性 结构的承载力和延性与鲁棒性 赘余构件与鲁棒性 结语