浅析钢结构的性能特点及抗震设计

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1、浅析钢结构的性能特点及抗震设计：钢结构在性能上较传统结构在施工和使用上存在其特点。尤其是钢结构在抗震领域相比传统的砖混结构存在很大的优势。在钢结构得到了广泛应用的背景下，应该加强对钢结构的抗震研究。本文浅析钢结构的性能特点及抗震设计。　　关键词：钢结构；性能特点；抗震设计　　　　在建筑结构中，钢结构具有抗震性能高、工业化生产程度高、施工周期短、节能环保、便于运输、施工速度快、延展性好等优点，特别是钢结构建筑所具有的延展性可以衰减地震波，减少地震对建筑的破坏性。因此钢结构在建筑业中得到了广泛的运用。本文浅析钢结构的性能特点及抗震设计。　　1钢结构建筑的

2、结构体系及性能特点　　1.1钢框架结构体系。纯钢框架结构体系是钢结构住宅的基本体系，受力明确，使用灵活，制作安装简单，施工速度较快，但为抵抗侧向力所需梁柱截面较大，一般可用于6层以下的多层建筑，且一般情况下，梁柱节点应采用刚接。　　1.2钢框架——支撑结构体系。当钢框架体系层数较多时，由于侧向作用力的增大，使得梁柱等构件尺寸也相对较大，失去其经济合理性。这时宜增设支撑，形成钢框架——支撑结构体系。支撑体系包括十字交叉支撑、单斜杆支撑、人字形或V形支撑。　　1.3钢框架——预制钢筋混凝土墙结构体系。该结构体系，一般预制钢筋混凝土墙体中均埋有钢板支撑，它

3、只有在支撑点处与钢框架相连，而且钢筋混凝土墙板与框架梁留有空隙，从受力上来说，它仍是一种支撑。这种体系受力性能良好，支撑构件相对较经济，且能与隔墙布置相结合。但现场安装比较困难，制作比较复杂。　　1.4钢框架——钢筋混凝土剪力墙结构体系。在钢框架结构中设置部分现浇钢筋混凝土剪力墙，即为钢框架——钢筋混凝土剪力墙结构体系。钢框架——钢筋混凝土剪力墙结构中，由于钢筋混凝土剪力墙刚度大，剪力墙是抗侧力的主体，整个结构的侧向刚度大大提高，钢框架则承担竖向荷载，同时也承担少部分水平力。这种结构形式都可用来建造较高的高层住宅，在我国已有很多工程采用。　　1.5钢

4、框架——钢筋混凝土核心筒结构体系。钢框架——钢筋混凝土核心筒结构体系的平面布置一般为电梯或卫生闻做成四周封闭的钢筋混凝土简体，形成主要的抗侧力结构，而外周的框架则采用钢框架。这种结构体系将钢材的强度高、重量轻、施工速度快和混凝土的抗压强度高、防火性能好、抗侧刚度大的特点有机的结合起来，主要用于高层钢结构住宅中。　　2钢结构的震害特点　　钢结构的震害主要有节结构的整体倒塌、构件的破坏和点连接的破坏等三种形式。　　2.1节点连接的破坏　　2.1.1框架梁柱节点区的破坏原因　　对节点破坏原因的分析：①裂缝主要出现在节点下翼缘，是因为钢结构梁上翼缘有楼板加强

5、，并且上翼缘焊缝无腹板妨碍施焊；②梁端焊缝通过孔边缘会出现应力集中，引发裂缝；③梁翼缘端部全熔透坡口焊的衬板边缘形成人工缝，缝隙在竖向力作用下扩大；④焊缝存在缺陷，特别是下翼缘梁端现场焊缝的中部，因为腹板妨碍焊接和检查，出现不连续；⑤焊缝金属的冲击韧性低。　　2.1.2支撑连接的破坏　　采用螺栓连接的支撑破坏形式，包括支撑杆件螺孔间剪切滑移的破坏、节点板端部剪切滑移的破坏、以及支撑截面削弱处断裂。支撑是框架一支撑结构当中最重要的抗侧力部分，一旦发生地震的时候，它将首先承受水平地震作用，如某层的支撑发生破坏，将使这个楼层成为薄弱层，造成严重后果。　　2

6、.2构件的破坏　　2.2.1支撑杆件的整体失稳、局部失稳和断裂破坏　　当支撑构件的组成板件宽厚比较大时，往往伴随着整体失稳出现板件的局部失稳现象，进而引发低周疲劳和断裂破坏，这在以往的震害中并不少见。试验研究表明，要防止板件在往复塑性应变作用下发生局部失稳，进而引发低周疲劳破坏，必须对支撑板件的宽厚比进行限制，且应比塑性设计的还要严格。　　2.2.2钢柱脆性断裂　　在阪神地震当中，位于芦屋市海滨城高层住宅小区，小区当中的2l栋巨型钢框架结构的住宅楼共有57根钢柱发生了断裂现象，所有箱形截面柱的断裂都发生在14层以下的楼层里，并且都是脆性受拉断裂，断口

7、呈水平的形状。　　我们分析认为:①有的钢柱断裂发生在拼接焊缝附近，这里可能正是焊接缺陷构成的薄弱部位；②钢柱暴露于室外，当时正值日本的严冬，钢材温度低于0摄氏度；③箱形截面柱的壁厚达50mm，厚板焊接时过热，使焊缝附近钢材延展性降低；④竖向地震及倾覆力矩在柱中产生较大的拉力。　　2.3结构的倒塌破坏　　在墨西哥发生的大地震中，墨西哥市的某个综合大楼的3个22层的钢结构塔楼之一发生倒塌，其余2栋钢结构塔楼也发生了严重破坏，其中1栋已经接近倒塌。这3栋塔楼的结构体系都是框架-支撑结构。有关分析证明，塔楼发生倒塌或者严重破坏的主要原因，是因为纵横向垂直支撑

8、偏位设置，从而导致刚度中心和质量重心相距太大，所以在地震中产生了较大的扭转效应，致使钢柱的承载力小于作用力大