钢结构建筑抗震与设防

1、会计学1钢结构建筑抗震与设防钢结构建筑抗震与设防第1页/共57页第2页/共57页建造年份建造年份钢结构钢结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构倒塌倒塌严重破坏严重破坏倒塌倒塌严重破坏严重破坏1957年以前年以前7127161957一一1976年年3151231976年以后年以后00461985年墨西哥城地震中钢结构和钢筋混凝土结构的破坏情况 第3页/共57页支撑连接破坏第4页/共57页梁柱刚性连接的典型震害现象 1994年美国Northridge地震和1995年日本阪神地震造成了很多梁柱刚性连接破坏，震害查发现，梁柱连接的破坏大多数发生在梁的下翼缘处，而上翼缘的破坏要少得多。这可能有两种原因:1楼板

2、与梁共同变形导致下翼缘应力增大；2)下翼缘在腹板位置焊接的中断是一个显著的焊缝缺陷的来源。第5页/共57页梁柱焊接连接处的失效模式梁柱刚性连接裂缝或断裂破坏的原因有: 1)焊缝缺陷，如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等。 2)三轴应力影响。分析表明，梁柱连接的焊缝变形由于受到梁和柱约束，施焊后焊缝残存三轴拉应力，使材料变脆。 3)构造缺陷。出于焊接工艺的要求，梁翼缘与柱连接处设有垫板，实际工程中垫板在焊接后就留在结构上，这样垫板与柱翼缘之间就形成一条“人工”裂缝，成为连接裂缝发展的起源。 “人工”裂缝第6页/共57页支撑的压屈 柱的局部失稳第7页/共57页 1985年墨西哥大地震中有10幢钢结构房屋倒塌

3、，在1995年日本阪神地震中，也有钢结构房屋倒塌发生。 1985年日本阪神地震中某地区钢结构房屋震害情况建造年份建造年份严重破坏或严重破坏或倒塌倒塌中等破坏中等破坏轻微破坏轻微破坏完好完好1971年以前年以前50201971一一1982年年00351982年以后年以后0017第8页/共57页柱的水平断裂钢柱(箱形截面500mm x 500mm)地震脆断实例 (图下中间所示为硬币，以示断缝大小)第9页/共57页第10页/共57页纯框架结构延性好，抗侧力刚度较差 （）框架体系框架体系是沿房屋纵横方向由多榀平面框架构成的结构。这类结构的抗侧力能力主要决定于梁柱构件和节点的强度与延性，故节点常采用刚性

4、连接节点。框架结构体系的梁柱节点宜采用刚接。 第11页/共57页（ 2 ）框架支撑体系框架支撑体系是在框架体系中沿结构的纵、横两个方向均匀布置一定数量的支撑所形成的结构体系。支撑体系的布置由建筑要求及结构功能来确定。.中心支撑中心支撑是指斜杆、横梁及柱汇交于一点的支撑体系，或两根斜杆与横杆汇交于一点，也可与柱子汇交于一点，但汇交时均无偏心距。中心支撑的类型( a ) X 形支撑；( b )单斜支撑；( c )人字形支撑；( d ) K 形支撑；( e ) V 形支撑第12页/共57页. 偏心支撑偏心支撑是指支撑斜杆的两端，至少有一端与梁相交（不在柱节点处），另一端可在梁与柱交点处连接，或偏离另

5、一根支撑斜杆一段长度与梁连接，并在支撑斜杆杆端与柱子之间构成一耗能梁段，或在两根支撑与杆之间构成一耗能梁段的支撑。（a）门架式 1；（b）门架式 2 ；（c）单斜杆式；（d）人字形式；（e）V 字形式第13页/共57页第14页/共57页第15页/共57页（5）巨型框架体系巨型框架体系是由柱距较大的立体桁架梁柱及立体桁架梁构成。( a ）桁架型； ( b ）斜格型； ( c ）框筒型第16页/共57页结构体系结构体系设防烈度设防烈度6、789框架框架1109050框架一支撑框架一支撑(剪力墙板剪力墙板)220200140筒体筒体(框筒、筒中筒、框筒、筒中筒、束筒束筒)和巨型框架和巨型框架3002

6、60180钢结构房屋适用的最大高宽比 烈度烈度6、789最大高宽比最大高宽比7.57.05.5第17页/共57页第18页/共57页第19页/共57页立面收进 第20页/共57页第21页/共57页第22页/共57页第23页/共57页第24页/共57页第25页/共57页第26页/共57页第27页/共57页第28页/共57页第29页/共57页第30页/共57页第31页/共57页 进行多高层钢结构罕遇地震反应分析时，考虑到此时楼板与梁的连接可能遭到破坏，则不应考虑楼板与梁的共同工作。 楼板的有效宽度be按下式计算： be=b0+b1+b2 式中： b0钢梁上翼缘宽度; b1、b2梁外侧和内侧的翼缘计算

7、宽度，各取梁跨度L的1/6和翼缘板厚度 t的6倍中的较小值。此外，b1高不应超过翼板实际外伸宽度s1；b2不应超过相邻梁板托间净距s0的1/2。第32页/共57页3)多高层钢结构的抗震计算可采用平面抗侧力结构的空间协同计算模型。当结构布置规则、质量及刚度沿高度分布均匀、且不计扭转效应时，可采用平面结构计算模型;当结构平面或立面不规则、体型复杂，无法划分平面抗侧力单元的结构，以及为筒体结构时，应采用空间结构计算模型。第33页/共57页6)应计入梁柱节点域剪切变形对多高层建筑钢结构位移的影响。可将梁柱节点域当作一个单独的单元进行结构分析，也可按下列规定作近似计算. 节点域剪切变形 第34页/共57

8、页第35页/共57页PVh1 . 0式中：多遇地震作用下楼层层间位移; h楼层层高; P计算楼层以上全部竖向荷载之和; V一计算楼层以上全部多遇水平地震作用之和。此时该楼层的位移和所有构件的内力均应乘以下式放大系数VhP11第36页/共57页REbrfANn35. 011Efyn第37页/共57页第38页/共57页1)纯框架宜设计成强柱弱梁型2)工字形截面柱和箱形截面柱的节点域验算3)为保证框架梁柱在罕遇地震下有较大的塑性变形能力，高层钢结构和多层钢结构框架梁柱板件宽厚比分别不应超过表6-8和表6-9规定的限值 第39页/共57页高层(超过12层)钢结构框架梁柱板件宽厚比限值板件板件6度度7度

9、度8度度9度度柱柱工字形柱翼缘外伸部分工字形柱翼缘外伸部分1311109工字形柱腹板工字形柱腹板43434343箱形柱壁板箱形柱壁板39373533梁梁工字形梁和箱形梁翼缘外工字形梁和箱形梁翼缘外伸部分伸部分111099箱形梁翼缘在两腹板间部箱形梁翼缘在两腹板间部分分36323030工字形梁和箱形梁腹板工字形梁和箱形梁腹板85-120N/Af85-120N/Af85-120N/Af85-120N/Af第40页/共57页板件板件7度度8度度9度度柱柱工字形柱翼缘外伸部分工字形柱翼缘外伸部分131211槽形柱两腹板间翼缘槽形柱两腹板间翼缘403636箱形柱腹板箱形柱腹板585248梁梁工字形梁翼缘

10、外伸部分工字形梁翼缘外伸部分11109槽形梁两腹板间翼缘槽形梁两腹板间翼缘363230箱形梁腹箱形梁腹板板NbAf 0.3785-12080-11072-100NbAf 0. 37403935第41页/共57页第42页/共57页8)为防止梁端与柱的连接处发生脆性破坏，可利用“强节点弱杆件”的抗震设计概念，将梁端附近截面局部削弱。试验证明，基于上述思想的梁端狗骨式设计具有优越的抗震性能，可将框架的屈服控制在削弱的梁端截面处。 狗骨式设计采用梁端加盖板和加腋，或梁柱采用全焊方式来加强连接的强度; 第43页/共57页中心支撑类型第44页/共57页第45页/共57页耗能中心支撑体系塑性耗能 摩擦耗能第

11、46页/共57页ppVMa6 . 1wypthfV058. 0yppfWM式中： tw偏心梁段腹板厚度;Wp偏心梁段塑性抵抗矩 Vp偏心梁段塑性受剪承载力; Mp偏心梁段塑性受弯承载力; H0偏心梁段腹板计算高度 。第47页/共57页第48页/共57页第49页/共57页本章小结：1.多高层钢结构的主要震害特征2.多高层钢结构的选型与结构布置 纯框架、框架体系、框架一支撑（剪力墙板）体系、筒体体系（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒等）、巨型框架体系3.多高层钢结构的抗震计算要求4.多高层钢结构杭震构造要求 纯框架结构、中心支撑框架、偏心支撑框架第50页/共57页梁柱焊接连接处的失效模式梁柱刚性连接裂缝或断裂破坏的原因有: 1)焊缝缺陷，如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等。 2)三轴应力影响。分析表明，梁柱连接的焊缝变形由于受到梁和柱约束，施焊后焊缝残存三轴拉应力，使材料变脆。 3)构造缺陷。出于焊接工艺的要求，梁翼缘与柱连接处设有垫板，实际工程中垫板在焊接后就留在结构上，这样垫板与柱翼缘之间就形成一条“人工”裂缝，成为连接裂缝发展的起源。 “人工”裂缝第51页/共57页第52页/共57页第53页/共57页第54页/共57页第55页/共57页1)纯框架宜设计成强柱弱梁型2)工字形截面柱和箱形截面柱的节点域验