结构力学 第2版 素材 5-02 超静定结构—多余约束.docx

超静定结构—多余约束

在超高层结构的抗震设计中，为了实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计要求，对罕遇的高烈度地震作用下的结构，通常采用弹塑性设计方法。这样做，既可以保证在常规工况下结构的安全性，也能充分利用材料，保证建筑的经济性。例如，武汉市某超限高层住宅楼在进行剪力墙设计时，剪力墙的墙身截面厚度、混凝土等级同时满足轴压比要求和整体抗侧刚度需求，在满足结构侧向位移计算要求的前提下，尽量控制墙身的厚度，1层剪力墙350mm厚，2层~26层采用300mm厚，26层以上采用200mm剪力墙。

在进行弹塑性特别是静力弹塑性分析时，对于静定结构，当构件内力最大的截面出现塑性后，则认为结构破坏，这是因为静定结构中无多余约束。但对考虑材料弹塑性的超静定结构，当构件内力最大的截面进入破坏阶段后，该处会出现塑性铰，如果该处对应原结构的多余约束，则延性材料会出现屈服流动，产生持续发展的较大变形，此时塑性铰截面仍能承受和传递一定的弯矩（称为塑性铰的极限弯矩），故而结构仍能继续承载，当然此时整个结构的内力将重新分布。随着外部作用不断增强，结构中的塑性铰会越来越多，直到结构中必要约束破坏，此时超静定结构方才失效。因此，多余约束的存在使得超静定结构比静定结构的防护性更强，再加上多余约束能够让超静定结构的内力分布更均匀，超静定结构在现代工程中被广泛使用。

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