钢结构建筑抗震与设防.ppt

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1、第6章多高层建筑结构抗震设计§6.1多高层钢结构的主要震害特征§6.2多高层钢结构的选型与结构布置§6.4多高层钢结构的抗震计算要求§6.5多高层钢结构抗震构造要求6.1多高层钢结构的主要震害特征6.1.0概述6.1.1节点连接破坏6.1.2构件破坏6.1.3结构倒塌概述钢结构强度高、延性好、重量轻、抗震性能好。总体来说，在同等场地、烈度条件下，钢结构房屋的震害较钢筋混凝土结构房屋的震害要小。例如，在墨西哥城的高烈度区内有102幢钢结构房屋，其中59幢为1957年以后所建，在1985年9月的墨西哥大地震(里氏8.1级)中，1957年以后建造的

2、钢结构房屋倒塌或严重破坏的不多(见表6-1)，而钢筋混凝土结构房屋的破坏就要严重得多。建造年份钢结构钢筋混凝土结构倒塌严重破坏倒塌严重破坏1957年以前7127161957一1976年3151231976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6.1.1节点连接破坏主要有两种节点连接破坏，一种是支撑连接破坏，另一种是梁柱连接破坏，从1978年日本宫城县远海地震(里氏7.4级)所造成的钢结构建筑破坏情况看(表6-2)，支撑连接更易遭受地震破坏。支撑连接破坏梁柱刚性连接的典型震害现象1994年美国Northridge

3、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。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，

4、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6.1.2构件破坏多高层建筑钢结构构件破坏的主要形式有:1)支撑压屈。在地震时支撑所受的压力超过其屈曲临界力时，即发生压屈破坏。2)梁柱局部失稳。梁或柱在地震作用下反复受弯，在弯矩最大截面处附近由于过度弯曲可能发生翼缘局部失稳破坏3)柱水平裂缝或断裂破坏。1995年日本阪神地震中，位于阪神地震区芦屋浜的52栋高层钢结构住宅，有57根钢柱发生水平裂缝破坏。分析原因认为，竖向地震使柱中出现动拉力，由于应变速率高，使材料变脆，加上截面弯矩和剪力的影响，造成柱水平断裂。支

5、撑的压屈柱的局部失稳6.1.3结构倒塌结构倒塌是地震中结构破坏最严重的形式。1985年墨西哥大地震中有10幢钢结构房屋倒塌，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严重破坏或倒塌中等破坏轻微破坏完好1971年以前50201971一1982年00351982年以后0017柱的水平断裂钢柱(箱形截面500mmx500mm)地震脆断实例(图下中间所示为硬币，以示断缝大小)6.2.1结构选型6.2.2结构平面布置6.2.3结构竖向布置6.2.4结构布置的其他要求6.2多高层钢结构的选

6、型与结构布置我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)将超过12层的建筑归为高层钢结构建筑，将不超过12层的建筑归为多层钢结构建筑。高层钢结构的结构体系主要有框架体系、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）或巨型框架体系。纯框架结构延性好，抗侧力刚度较差6.2.1结构选型（１）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，故节点常采用刚性连接节点。框架结构体系的梁柱节点宜采用刚接。（2）框架－支撑体系框架－支撑体系是在框架体系中沿结构

7、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。Ａ.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Ｂ.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。

8、（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（3）框架－剪力墙板体系框架－剪力墙板体系是以钢框架为主体，并配置一定数量的剪力墙板。