钢结构房屋抗震设计讲义

ChapterEIGHT钢结构房屋抗震设计概述

本章所介绍的钢结构房屋，仅指结构体系的主要承重构件都是钢结构构件的房屋，或称全钢结构房屋。由于钢材韧性好、强度与重量比高，一般来说，钢结构房屋的抗震性能优于用其他传统建筑材料建造的房屋。但是如果钢结构房屋在结构设计、材料选用、施工制作和维护上出现问题，在地震中同样会造成破坏。钢结构房屋震害

在过去发生的大地震中，观察到的钢结构房屋控害现象大体可以分为：杆件破坏节点破坏结构整体破坏非结构构件破坏1.钢结构杆件破坏这是采用张紧圆钢的屋面交叉水平支撑，在反复拉压作用下，支撑发生了失稳，图中可以观察到杆件的弯曲。这是1995年日本兵库县南部大地震中在高层钢结构住宅中发生的破坏：梁、柱、支撑的节点近旁，箱形截面柱子断裂，H形支撑的端部则发生局部失稳。图中可以观察到绗架下弦杆的破断。2.节点破坏梁与柱于相连的焊缝发生断裂柱子加劲肋板在节点处的断裂圆管绗架节点板弯折屈曲钢结构整体彻底坍塌的实例较少。图示结构的层间变形，是因为支撑结构破坏后，框架因产生塑性铰而形成机构造成的体系破坏。3.非结构构件件破坏钢结构本身身因其有较较大的承载载能力和变变形能力，，因此在大大地震中并并未发生破破坏，但连连接在结构构构件上的的墙板、楼楼面板、屋屋面板或者者窗、门等等非结构构构件可能遭遭受破坏。。非结构构件件的破坏，，原因之一一是这些构构件本身强度不不够，或者是其其变形追随性性较差，也可能是是由于连接失效所致。如果房屋非非常重要，，不允许发发生任何破破坏，可以以使结构在在预期的地地震作用了了保持在性性范围内。。但是对大多多数的房屋屋结构的抗抗震设计而而言，因受受到经济条条件、使用用条件等的的限制，这这种要求未未必合理。。充分利用钢钢结构构件件及其体系系良好的塑塑性性能，，使得房屋屋建筑在罕罕遇地震作作用下保持持结构整体体的稳定性性，避免倒倒塌，在现现时条件下下是可以接接受的一种种设计目标标。钢结构体系系的塑性性性能一个超静定的框架结构若承受单向作用的水平分布荷载，即使若干梁已经达到其承载上限，只要结构整体还有足够多的赘余度，结构整体还能稳定承载（图8.4）。框架结构的的延性系数数可以和杆杆件的延性性系数一样样的方法来来定义：应应极限承载载力的侧向向位移和弹弹性侧向位位移限值之之比称为钢钢梁的延性性系数，建建筑钢结构构中杆件的的延性系数数一般可达达到2～5或者更大。。。显然杆件或或结构的延延性系数越越大，则在在超出弹性性范围后，，可以利用用的承载潜潜力就越大大。对大多数钢钢结构房屋屋建筑来说说，结构抗抗震设计的的重要任务务，是要求求在多遇地地震时，结结构（包括括其主要承承重杆件））能保持在在弹性范围围内或基本本保持在弹弹性范围；；在遭遇设计计预期的罕罕遇地震时时，结构整整体的受力力不超过其其极限承载载力，从而而保持结构构的稳定。。要达到这一一目标，就就需从体系系布置、杆杆件设计、、节点构造造等各方面面予以全盘盘考虑。适用于抗震震设防地区区的多高层层钢结构民民用建筑的的结构，有有：框架结构框架－支撑撑结构框架－抗震震墙板结构构框筒结构筒中筒结构构成束简结构构桁架筒结构构巨型结构。。高层钢结构构民用建筑筑的结构体体系钢结构体系系抗震设计计的布置要要求1．钢结构民民用建筑最最大高度的的限制不同类型的的结构体系系在不同设设防烈度的的最大建筑筑高度应符符合《抗震规范》的规定注：表中房屋屋高度指指室外地地面到主主要屋面面板板顶顶的高度度。平面面和竖向向不规则则或建造造于IV类场地的的钢结构构房屋，，适用的的最大高高度应适适当降低低。2.钢结构民民用建筑筑最大高高宽比的的限制因建筑可可能承受受各方向向的水平平地震作作用，故故高宽比比指房屋屋总高度度与平面面较小宽宽度之比比。房屋高宽宽比过大大，则结结构体系系较柔，，在地震震作用下下的侧移移较大。。《抗震规范范》规定钢结结构民用用建筑最最大高宽宽比不宜宜超过表表8.2的数值。。3．设置防防震缝的的规定钢结构房房屋宜避避免采用用不规则则建筑结结构方案案，不设设防震缝缝。需要要设防震震缝时，，参照对对应的钢钢筋混凝凝土框架架结构、、框架－－抗震墙墙结构，，将抗震震缝宽度度放大1.5倍。4．结构体体系的选选用和布布置钢结构布布置时，，要考虑虑多道防防线问题题，即对对于罕遇遇地震下下允许开开展塑性性和局部部损伤的的结构，，应考虑虑在大地地震造成成结构损损伤之后后，结构构仍能维维持系统统的整体体稳定性性、支承承其上的的重力荷荷载而不不倒塌。。在框架结结构中，，一般希希望梁端端发展塑塑性、形形成塑性性铰。因为在多高层框架体系中，若形成如左图所示的梁破坏机制，结构耗散的能量显然远远大于右图所示的柱端塑性铰破坏机制。后者仅在在结构的的某一薄薄弱层中中实现能能量耗散散。由于柱子子是支承承重力荷荷载使结结构免于于倒塌的的最重要要的构件件。因此此框架结结构中梁梁的抵抗抗机制就就是结构构的第一一道抗震震防线。。在框架中中心支撑撑结构中中，因为为支撑刚刚度大于于柱子的的侧向刚刚度，遭遭遇地震震时，首首先承受受较大的的水平剪剪力，支支撑失稳稳后，才才有较大大的水平平力转移移到钢柱柱上，所所以支撑撑就是框框架－中中心支撑撑结构的的第一道道抗震防防线。抗震设计计对杆件件的构造造要求1.柱子长细细比框架柱的长细比应符合表8.3的规定。表中数值适用于Q235钢，柱子采用其他牌号钢材时，应乘以。

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