建筑结构抗震设计.doc

建筑结构抗震设计课程论文论文题目： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 2014年 月 日钢结构抗震设计的探究 摘要:以保证生命安全为单一设防目标的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防水准，尽管可预期做到大震时主体结构不倒塌以保证生命安全，但仍可能导致中小地震作用下结构丧失正常使用功能而造成巨大的财产损失。本文分析了钢结构建筑抗震研究现状，提出了钢结构抗震设计要求，探讨了钢结构建筑抗震措施。 关键词: 钢结构： 抗震： 设计1钢结构抗震结构体系在钢结构建筑中常见的结构体系有框架一偏心支撑结构、框架一中心支撑结构和框架结构灯等。纯框架钢结构具体延性好，抗震性能好的特点，但是由于它的抗侧刚度比较差，不适宜于层数太高的建筑当中。框架-中心支撑结构的抗侧刚度大，适用层数较多的钢结构建筑，但是由于支撑构件的滞回性能较差，耗散的地震能量比较有限，其抗震性能不如纯框架。框架-偏心支撑结构可以通过偏心连梁的剪切屈服，耗散地震德能量，同时又可以保证支撑不丧失其整体稳定，它的抗震性能优于框架一中心支撑结构。可以采用能与钢框架抗侧刚度相匹配的带竖缝剪力墙以及内藏钢板剪力墙代替支撑，可以构成框架一抗震墙板结构，它的抗震性能优于框架-中心支撑的结构。当建筑刚度更高的时候，可以采用沿建筑周边设置密柱深梁框架构成的框筒钢结构。框筒结构具体抗侧刚度大，并具有较好的抗震性能1。2钢结构破坏部位钢结构的震害主要有节结构的整体倒塌、构件的破坏和点连接的破坏等三种形式。2.1节点连接的破坏2.1.1框架梁柱节点区的破坏原因对节点破坏原因的分析：1)裂缝主要出现在节点下翼缘，是因为钢结构梁上翼缘有楼板加强，并且上翼缘焊缝无腹板妨碍施焊；2)梁端焊缝通过孔边缘会出现应力集中，引发裂缝；3)梁翼缘端部全熔透坡口焊的衬板边缘形成人工缝，缝隙在竖向力作用下扩大。2.1.2支撑连接的破坏采用螺栓连接的支撑破坏形式，包括支撑杆件螺孔间剪切滑移的破坏、节点板端部剪切滑移的破坏、以及支撑截面削弱处断裂。支撑是框架一支撑结构当中最重要的抗侧力部分，一旦发生地震的时候，它将首先承受水平地震作用，如某层的支撑发生破坏，将使这个楼层成为薄弱层，造成严重后果。2.2构件的破坏2.2.1支撑杆件的整体失稳、局部失稳和断裂破坏当支撑构件的组成板件宽厚比较大时，往往伴随着整体失稳出现板件的局部失稳现象，进而引发低周疲劳和断裂破坏，这在以往的震害中并不少见。2.2.2钢柱脆性断裂在1995年阪神地震当中，位于芦屋市海滨城高层住宅小区，小区当中的2l栋巨型钢框架结构的住宅楼共有57根钢柱发生了断裂现象，所有箱形截面柱的断裂都发生在14层以下的楼层里，并且都是脆性受拉断裂，断口呈水平的形状。2.3结构的倒塌破坏1985年墨西哥发生的大地震中，墨西哥市的某个综合大楼的3个22层的钢结构塔楼之一发生倒塌，其余2栋钢结构塔楼也发生了严重破坏，其中1栋已经接近倒塌。这3栋塔楼的结构体系都是框架-支撑结构。有关分析证明，塔楼发生倒塌或者严重破坏的主要原因，是因为纵横向垂直支撑偏位设置，从而导致刚度中心和质量重心相距太大，所以在地震中产生了较大的扭转效应，致使钢柱的承载力小于作用力大于，引发了3栋相同的塔楼发生了严重破坏甚至倒塌。由此可见，规则对称的结构体系对抗震是十分有利的。3钢结构抗震设计的要求3.1选择对建筑抗震有利的场地和地基场地影响了钢结结构的地震反应，钢结构地震反应大小决定了钢结构的震害。因此在抗震设计的时候应选择坚硬的中硬土场地，当实在无法避开不利的或者危险的场地的时候，应采取补救措施。3.2选择合理的结构总体布置1)建筑形状力求规则形状较简单建筑物由于受力性能明确，遭受地震时破坏很轻。在抗震设计时要求建筑形状规则，结构要求对称，来减小质量中心和刚度中心的偏离；2)强度以及刚度应连续变化抗震结构的刚度、承载力在楼层平面内应均匀，沿结构坚向应连续并且均匀。3.3选择合理的抗震结构体系1)具有明确的计算简图以及合理的地震作用传递途径；2)结构应该具有多道抗震防线(1)结构应有良好“坚韧性”。就是必备的强度，刚度良好的变形和耗能能力2 3。(2)抗震体系应有最大可能数量的内部以及外部富余度，能在结构适当部位有意识地建立起有利的屈服区以使结构既能吸收和耗散大量地震能量，万一破坏易于修复。 4结构选型 算时要充分估计薄弱侧的较大位移及构件的内力和变形；建筑外形对称但抗侧力结构不对称，可用抗震缝把结构分隔成简单规则的单元。（3）尽可能满足建筑竖向均匀性均匀性问题存在于建筑的竖向布置中，无论是几何图形还是楼层刚度变化。其规则匀称应该是立面设计中优先考虑的。布置不均匀的结果产生了刚度、强度的突变。引起竖向的应力集中或变形集中，以致在中小型地震中损坏，在大震时倒塌。但是，要使结构做到完全均匀性，在实际设计中也有一定的困难。均匀性问题表现如下：其一，竖向收进问题。竖向收进是常见的建筑处理方式，结构上产生的问题是在凹角处应力集中。由于房屋的不同部分共振动特征不同，所以在收进处的横隔（楼盖或屋面板）产生应力突变。为此，在抗震设计时，可考虑几种处理方法：限制收进尺寸；当设置防震缝有利时，可设缝把复杂的体型划分成若干简单、规则的独立单元，分割后的建筑体型应是均衡的。不致过分细高；不设缝时应进行较细致的空间动力分析。对刚度突变的构件采取加强措施。其二，柔性层框架。建筑上往往因底层需要开敞或任意层需要大的空间。使结构处上下不连续状况。产生竖向刚度突变。特别是柔性底层建筑，在历次大地震中，震害都很普遍，甚至完全倒塌。分析研究表明，这类构件的应力和变形集中是非常严重的，所以在抗震设计时应力求避免，底层应尽可能配置具有相当强韧性的构件以承受大的侧移。其三，同一层间的柱子刚度不同。建筑上由于空间需要或由于艺术构思，使得同一层间柱子的刚度差异较大，通常在刚性较大的柱子上产生较大的内力。为此设计时宜从抗震的角度去重新安排结构系统，以使刚度尽量均衡。其四，抗震墙的不连续。由于建筑上的需要，可能出现上下不连续的抗震墙，这就产生了不均匀性，为此在设计上应考虑限制上下层的刚度变化以及抗震墙的连续性。结语钢结构抗震设计始终贯穿于钢结构设计中的各个阶段，它是钢结构建筑抗设计重要组成部分。我们在钢结构建筑体系的设计中要充分了解钢结构住宅的破坏机制以及和破坏过程，灵活运用钢结构抗震设计准则，合理地确定和解决结构设计中的