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1、第6章 多层和高层钢结构建筑抗震设计,教学目标与要求 1.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。 3.熟悉钢结构建筑的抗震构造措施。,巨型钢框架体系,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 震害特征及原因,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,总
2、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。,6.1.1钢结构房屋的震害,1结构倒塌,2 支撑构件破坏,Buckling of a bracing member of wide flange cross-section,No.45 Rupture of a bracing member at a gusset plate connection,3 节点破坏,No.40 Fracture of a welded column joint (6-story steel building),No.43 Failure at a beam-column connec
3、tion,4 基础锚固破坏,Failure of column base,5 构件破坏,日本神户地震,Crack at the top of a column,No.42 Failure of welded part at the beam end,No.71 Local buckling of a single-column steel pier,Brittle failure of a column of a high-rise steel structure,钢框架结构构造简单、传力明确，侧移刚度沿高度分布均匀，结构整体侧向变形为剪切型(多层)或弯剪型(高层)，抗侧移能力主要取决于框架梁
4、、柱的抗弯能力。,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，从经济角度看，这种结构体系适合于建造20层以下的中低层房屋。,钢框架-支撑体系可分为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,带有偏心支撑的框架-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，还适当减小了支撑构件的轴向力，进而减小了支撑失稳的可能性。,钢框架-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，提供需要的侧向刚度。,6.2钢结构抗震概念设计,
5、6.2.1 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,表6-2 钢结构房屋适用的最大高度(m),表6-3 钢结构房屋适用的最大高宽比,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心支撑等消能支撑；超过12层的钢结构，宜采用偏心支撑，但在顶层可采用中心支撑。,(a) 交叉支撑； (b) 单斜杆支撑； (c) 人字支撑； (d) K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,(a) D形偏心支撑；(b) K形偏心支；(c) V形偏心支撑；(d) 人字支撑,偏心支撑框架的设计原则是强柱、强支撑和弱消能梁段，即在大震时消能
6、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、柱和其余梁段仍保持弹性。,6.2.4 多层和高层钢结构房屋中楼盖的形式,我国建筑抗震设计规范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。,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，亦可采用装配式楼板或其它轻型楼盖；,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
7、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，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
8、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，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,6.3.1 结构计算模型的技术要点,1.阻尼比的取值,2.构件、支撑、连接的模型,3.对楼盖作用的考虑,4.质量模型,6. 3.2 结构抗震设计要点,1.承载力抗震调整系数,2.地震作用效应的调整,3.结构在地震作用下的变形验算,4.承载力和稳定性验算,6.4钢结构抗震构造措施,表6-5 超过12层的框架柱的长细比限值,表6-6 不超过12层框架的梁柱板件宽厚比限值,表6-7 超过12层框架的梁柱板件宽厚比限值,图6-9 框架梁与柱的现场连接,图6-10 骨形连接,图6-11 偏心支撑构造,本章小结,钢结构的震害特点,钢结构的多道防线及支撑设置,钢结构的抗震构造措施,
