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第Ⅰ篇 设计1

1 绪论3

1.1 高层钢结构房屋冗余度研究委员会3

1.2　世贸中心3

1.2.1 工程概况3

1.2.2　“911”事件3

1.2.3　世贸中心倒塌原因4

1.2.4　美国调查报告的结论4

1.2.5　纽约建筑署提出的对策5

1.3　冗余度5

1.4　结构承载能力和塑性变形能力的关系6

1.5　建筑结构的极限强度7

1.6 高冗余度钢结构倒塌控制设计指南8

1.6.1 概述8

1.6.2　指南信息的全球共享8

1.6.3　本《指南》的特点及其组成8

2　一般规定10

2.1　总体设计思想10

2.2　结构倒塌控制设计指南：术语10

3　结构倒塌控制设计指南（推荐版）14

3.1　设计方案14

3.1.1　建筑和结构设计方案14

3.1.2　抗火设计方案20

3.1.3　抗火方案：设备和灭火系统25

3.2　评估方法30

3.2.1 目标设定30

3.2.2　评估流程30

3.2.3　冗余度评估34

4 防止竖向荷载作用下结构连续性倒塌的对策39

4.1 高层钢结构柱失效后的性态分析39

4.1.1　结构冗余度作用的研究39

4.1.2　偶然荷载作用下构件失效后的高层钢结构的性态分析39

4.1.3　大跨度梁的极限承载力试分析47

4.1.4　钢结构的冗余度和特征50

4.2　框架结构体系和火灾区域对冗余度的影响50

4.2.1　热变形分析50

4.2.2　火灾区域的影响50

4.2.3　框架结构体系的影响53

4.3　构件截面尺寸和钢材种类对冗余度的影响56

4.3.1 目标56

4.3.2　受荷构件的抗火试验概述56

4.3.3　受荷构件的抗火试验：A组试件57

4.3.4　受荷构件的抗火试验：B组试件58

4.3.5　提高结构冗余度的措施59

5　大型空间结构冗余度的基本概念61

5.1 采用敏感性分析评估和确保空间结构冗余度的方法61

5.2　创建具有高冗余度的空间结构形式62

5.3　确保空间结构冗余度的若干措施总结62

6　提高结构冗余度的有效材料和方法63

6.1 用于新建建筑的材料和方法63

6.1.1　高性能钢材63

6.1.2 CFT结构69

6.1.3　防火保护措施71

6.2 已有建筑的材料和方法73

第Ⅱ篇 研究75

7　敏感性分析和结构冗余系数77

7.1　竖向承载性能的敏感性分析77

7.1.1　冗余度和关键构件77

7.1.2　敏感性分析77

7.1.3　平面框架结构的敏感性分析79

7.1.4　空间框架结构的敏感性分析83

7.1.5　结论85

7.2 大型空间结构冗余度的基础研究87

7.2.1 引言87

7.2.2　Pandey的敏感性分析方法87

7.2.3　敏感性分析方法88

7.2.4　数值分析示例89

7.2.5　结论90

8　钢框架结构在构件失效情况下的性能分析91

8.1 Bazant和Zhou倒塌机制的简单分析法91

8.2　竖向承载能力的冗余度及其防止连续性倒塌的可能性91

8.2.1 坠落构件的冲击导致单一楼层倒塌的条件91

8.2.2 AIJ规定的柱子容许抗压承载力计算公式和屈曲后稳定承载力计算公式91

8.2.3　屈曲大变形后构件稳定承载力的试验研究95

8.2.4 防止结构出现连续性倒塌的可能性98

8.3　高层结构局部倒塌后的承载能力计算99

8.3.1 目标99

8.3.2 日本高层钢结构的特点99

8.3.3　常规设计的高层结构遭受局部破坏时的计算概况101

8.3.4　试分析1：模型A在柱失效情况下的试分析101

8.3.5 试分析2：模型B在柱失效情况下的试分析115

8.3.6　试分析3：大跨度主梁的极限承载力134

8.4　高层结构柱失效状态下的性能分析及简单倒塌判别法140

8.4.1　研究示例1：基准模型分析140

8.4.2　研究示例2：顶部加强桁架的作用146

8.4.3 研究示例3：NIKKEN SEKKEI模型151

9　火灾下钢框架性能的研究153

9.1　火灾下钢框架的稳定性153

9.1.1 引言153

9.1.2　框架柱的屈曲温度153

9.1.3　柱子高温屈曲后的框架反应155

9.1.4　包括失稳过程的框架温度变形分析158

9.1.5　高温下钢框架结构稳定性的概要159

9.1.6　结论163

9.2　火灾下高层结构反应分析与倒塌评估简易方法163

9.2.1　第一阶段研究：基本分析163

9.2.2　第二阶段研究：帽型结构对荷载重分布的作用184

9.2.3　第三阶段研究：防火分隔的作用201

9.2.4　评估框架倒塌的简易方法205

9.3 大截面与耐火钢材对提高火灾下高层钢结构建筑冗余度的作用207

9.3.1 引言207

9.3.2 系列A试验208

9.3.3 系列B试验213

9.4　钢框架的抗火能力217

9.4.1 前言217

9.4.2 火灾升温217

9.4.3　防火层和钢框架温度218

9.4.4　钢框架的抗火承载力220

9.4.5　结论与建议224

附录225

附录A　钢材的应力-应变关系225

附录B 自由曲面的弹塑性屈曲特征226

B.1　构件的总长度基本相同的情况，其中弦杆的整体稳定计算长度是均匀的226

B.2　初始屈曲时的内力状况230

附录C　典型框架的失稳运动232

参考文献233