钢结构抗震设计讲解课件

1、 教学目标与要求教学目标与要求1.了解钢结构建筑的震害特点及原因了解钢结构建筑的震害特点及原因 。2.掌握钢结构的抗震设计方法。掌握钢结构的抗震设计方法。 3.熟悉钢结构建筑的抗震构造措施。熟悉钢结构建筑的抗震构造措施。 巨型钢框架体系巨型钢框架体系 导入案例导入案例1985年9月的墨西哥大地震(里氏8.1级)中，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，1957年以后建造的钢结构房屋倒塌或破坏严重的不多(表6-1)，与钢筋混凝土结构比较而言，钢结构震害轻。为什么钢结构的房钢震害轻？钢结构房屋是否还需要抗震设计?我们可以通过本章的学习得到回答。 6.1 6.1

2、 震害特征及原因震害特征及原因表表6-1 1985年墨西哥城地震中钢结构和钢筋混凝土结构的破坏情况年墨西哥城地震中钢结构和钢筋混凝土结构的破坏情况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71271619571976年年3151231976年以后年以后0046总体来说，在同等场地、烈度条件下，钢结构房屋的震害较总体来说，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钢筋混凝土结构房屋的震害要小小。 6.1.16.1.1钢结构房屋的震害钢结构房屋的震害 1结构倒塌结构倒塌 2 支撑构件破坏支撑

3、构件破坏 3 节点破坏节点破坏 4 基础锚固破坏基础锚固破坏 5 构件破坏构件破坏 日本神户地震日本神户地震No.71 Local buckling of a single-column steel pier钢框架钢框架结构构造简单、传力明确，侧移刚度沿高度分布均匀，结构构造简单、传力明确，侧移刚度沿高度分布均匀，结构整体侧向变形为剪切型结构整体侧向变形为剪切型(多层多层)或弯剪型或弯剪型(高层高层)，抗侧移，抗侧移能力主要取决于框架梁、柱的抗弯能力。能力主要取决于框架梁、柱的抗弯能力。 重力荷载及重力荷载及P-效应对结构的抗震能力和结构的延性有较大效应对结构的抗震能力和结构的延性有较大影响，

4、当层数较多时，控制结构性能的设计参数不再是构件影响，当层数较多时，控制结构性能的设计参数不再是构件的抗弯能力，而是结构的抗侧移刚度和延性。因此，从经济的抗弯能力，而是结构的抗侧移刚度和延性。因此，从经济角度看，角度看，这种结构体系适合于建造这种结构体系适合于建造20层以下的中低层房屋。层以下的中低层房屋。 钢框架钢框架-支撑体系可分为支撑体系可分为中心支撑类型和偏心支撑类型中心支撑类型和偏心支撑类型。 6.1.2 钢结构房屋的抗震性能钢结构房屋的抗震性能带有偏心支撑的框架带有偏心支撑的框架-支撑结构，具备中心支撑体系侧向刚支撑结构，具备中心支撑体系侧向刚度大、具有多道抗震防线的优点，还适当减小

5、了支撑构件的度大、具有多道抗震防线的优点，还适当减小了支撑构件的轴向力，进而减小了支撑失稳的可能性。轴向力，进而减小了支撑失稳的可能性。 钢框架钢框架-抗震墙板结构，使用带竖缝剪力墙板或带水平缝剪抗震墙板结构，使用带竖缝剪力墙板或带水平缝剪力墙板、内藏支撑混凝土墙板、钢抗震墙板等，提供需要力墙板、内藏支撑混凝土墙板、钢抗震墙板等，提供需要的侧向刚度。的侧向刚度。 6.2钢结构抗震概念设计钢结构抗震概念设计 6.2.1 结构平、立面布置以及防震缝的设置结构平、立面布置以及防震缝的设置 6.2.2 钢结构房屋结构类型的选择及所适用的结构尺寸钢结构房屋结构类型的选择及所适用的结构尺寸 表表6-2 钢

6、结构房屋适用的最大高度钢结构房屋适用的最大高度(m) 设设 防防 烈烈 度度6度、度、7度度8度度9度度最大高宽比最大高宽比6.56.05.5表表6-3 钢结构房屋适用的最大高宽比钢结构房屋适用的最大高宽比结构类型结构类型设设 防防 烈烈 度度6度、度、7度度8度度9度度框架框架 9050框架框架-支撑支撑(抗震墙板抗震墙板) 200140筒体筒体(框筒、筒中筒、桁架框筒、筒中筒、桁架筒、束筒筒、束筒)和巨型框架和巨型框架 260180对不超过对不超过12层的钢结构宜采用中心支撑，有条件时也可采用偏层的钢结构宜采用中心支撑，有条件时也可采用偏心支撑等消能支撑；超过心支撑等消能支撑；超过12层的

7、钢结构，宜采用偏心支撑，但层的钢结构，宜采用偏心支撑，但在顶层可采用中心支撑。在顶层可采用中心支撑。 (a) 交叉支撑；交叉支撑； (b) 单斜杆支撑；单斜杆支撑； (c) 人字支撑；人字支撑； (d) K形支撑形支撑 6.2.3 钢结构房屋结构类型的选择及所适用的结构尺寸钢结构房屋结构类型的选择及所适用的结构尺寸 (a) D形偏心支撑；形偏心支撑；(b) K形偏心支；形偏心支；(c) V形偏心支撑；形偏心支撑；(d) 人字支撑人字支撑 偏心支撑框架的设计原则是偏心支撑框架的设计原则是强柱、强支撑和弱消能梁段强柱、强支撑和弱消能梁段，即在，即在大震时消能梁段屈服形成塑性铰，且具有稳定的滞回性能

8、，即大震时消能梁段屈服形成塑性铰，且具有稳定的滞回性能，即使消能梁段进入应变硬化阶段，支撑斜杆、柱和其余梁段仍保使消能梁段进入应变硬化阶段，支撑斜杆、柱和其余梁段仍保持弹性。持弹性。 6.2.4 多层和高层钢结构房屋中楼盖的形式多层和高层钢结构房屋中楼盖的形式 我国我国建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范建议钢结构的楼盖宜采用压型钢板建议钢结构的楼盖宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或非组合楼板。现浇钢筋混凝土组合楼板或非组合楼板。 对不超过对不超过12层的钢结构，尚可采用装配整体式钢筋混凝土楼板，层的钢结构，尚可采用装配整体式钢筋混凝土楼板，亦可采用装配式楼板或其它轻型楼盖；亦可采用装配式楼板

9、或其它轻型楼盖； 对超过对超过12层的钢结构，当楼盖不能形成一个刚性的水平隔板以层的钢结构，当楼盖不能形成一个刚性的水平隔板以传递水平力时，须加设水平支撑，一般每二至三层加设一道。传递水平力时，须加设水平支撑，一般每二至三层加设一道。 6.2.5地下室地下室 多、高层钢结构设置地下室对于提高上部结构抗震稳定性、提高结构抗倾覆能力、增加结构下部整体性、减小结构沉降起有利作用。 地下室及其基础作为上部结构连续的锚连部分，应具有可靠的埋置深度和足够的承载力及刚度。因此，建筑抗震设计规范规定，对于超过12层的钢结构应设置地下室,其基础埋置深度，当采用天然地基时不宜小于房屋高度的1/15；当采用桩基时，

10、桩承台埋深不宜小于房屋总高度的1/20。 支撑桁架沿竖向连续布置，可使层间刚度变化较均匀。当设置地下室时，框架-支撑(抗震墙板)结构中竖向连续布置的支撑(抗震墙板)应延伸至基础；框架柱应至少延伸至地下一层。不可因建筑方面的要求而在地下室移动支撑的位置。6.2.6钢结构材料选择1） 钢结构的钢材应符合下列规定： （1）钢材的抗拉强 度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.2；（2）钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率应大于20%；（3）钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。2） 钢结构的钢材宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构 钢及Q345等级B、C、D、E的低合金高强度结构钢；当有可靠依据时，

11、尚可采用其他钢种和钢号。3） 采用焊接连接的钢结构，当钢板厚不小于40mm且承受沿板厚方向的拉力时，受拉试件板厚方向截面收缩率，不应小于国家标准厚度方向性能钢板GB50313关于Z15级规定的容许 6.3钢结构抗震计算钢结构抗震计算 6.3.1 结构计算模型的技术要点结构计算模型的技术要点 1.阻尼比的取值阻尼比的取值 2.构件、支撑、连接的模型构件、支撑、连接的模型 3.对楼盖作用的考虑对楼盖作用的考虑 4.质量模型质量模型 6. 3.2 结构抗震设计要点结构抗震设计要点 1.承载力抗震调整系数承载力抗震调整系数 RERS/钢结构构件钢结构构件柱，梁柱，梁0.75支撑支撑0.80节点板件，连

12、接螺栓节点板件，连接螺栓0.85连接焊缝连接焊缝0.902.地震作用效应的调整地震作用效应的调整 3.结构在地震作用下的变形验算结构在地震作用下的变形验算 4.承载力和稳定性验算承载力和稳定性验算 6.4钢结构抗震构造措施钢结构抗震构造措施 表表6-5 超过超过12层的框架柱的长细比限值层的框架柱的长细比限值 烈度烈度6度度7度度8度度9度度长细比长细比120806060板件名称板件名称7度度8度度9度度柱柱工字形截面翼缘外伸部分工字形截面翼缘外伸部分箱形截面壁板箱形截面壁板工字形截面腹板工字形截面腹板134052123648113644梁梁工字形截面和箱形截面翼缘工字形截面和箱形截面翼缘外伸

13、部分外伸部分箱形截翼缘在腹板间的部分箱形截翼缘在腹板间的部分1136 1132930 表表6-6 不超过不超过12层框架的梁柱板件宽厚比限值层框架的梁柱板件宽厚比限值 板件名称板件名称6度度7度度8度度9度度柱柱工字形截面翼缘外伸部分工字形截面翼缘外伸部分工字形截面腹板工字形截面腹板箱形截面壁板箱形截面壁板13433911433710433394333梁梁工字形截面和箱形截面翼缘外伸工字形截面和箱形截面翼缘外伸部分部分箱形截面翼缘在腹板间的部分箱形截面翼缘在腹板间的部分1136 1032930930 表表6-7 超过超过12层框架的梁柱板件宽厚比限值层框架的梁柱板件宽厚比限值 635r=1015r=3510AB详图A详图Br=20356h6长度等于翼缘总宽度10图图6-9 框架梁与柱的现场连接框