钢结构房屋震害与设计对策

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1、钢结构房屋震害与设计对策（中国建筑科学研究院抗震所杨沈编著）蔡卫2009年12月18日一、钢结构房屋的震害与启示1.梁柱节点破坏2.梁、柱、支撑等构件破坏3.节点域破坏4.柱脚锚栓破坏5.多层钢结构底层或中间某层整层的坍塌6.非结构构件破坏二、多、高层钢结构房屋结构布置三、多、高层钢结构房屋计算要点四、框架结构抗震构造措施五、框架--支撑结构抗震构造措施一、钢结构房屋的震害与启示钢结构抗震性能优异钢结构自从其诞生之日起就被认为具有卓越的抗震性能，它在历次的地震中也经受了考验，较少发生破坏现象。1995年日本阪神地震，绝大部分钢结构房屋没有破坏，左

2、图是在极震区(日本烈度Ⅶ度，相当于我国Ⅹ度)中，按日本新规范设计的高层或超高层建筑安然无恙，玻璃都没坏一块。日本阪神地震，某住宅小区高层钢结构住宅楼基本完好汶川地震九州某体育馆空间结构完好，成为抗震救灾避难场所汶川地震大部分工业厂房门式刚架轻钢结构完好汶川地震某体育馆(Ⅶ度)，轻钢格构式拱架玻璃钢瓦屋面。体育馆完好，用作灾民的避难场所但是在1994年美国北岭大地震和1995年日本阪神大地震中，钢结构出现了大量的局部破坏，甚至在日本阪神地震中发生了钢结构建筑整个中间楼层被震塌的现象。根据钢结构在地震中的破坏特征，将结构的破坏形式分为以下几类：1.梁

3、柱节点破坏2.梁、柱、支撑等构件破坏3.节点域破坏4.柱脚锚栓破坏5.多层钢结构底层或中间某层整层的坍塌6.非结构构件破坏1.梁柱节点破坏国外梁柱节点构造主要形式:梁柱节点构造主要差别梁柱节点构造主要差别??1)美国习惯采用工字形柱，日本主要采用箱形柱。2)美国在梁翼缘对应位置的柱加劲肋厚度按传递设计内力的需要确定，一般为梁翼缘厚度之半,并认为节点域弱一点，有利于调整地震内力；而日本取梁翼缘厚度加一个等级，认为在这里多用一点钢材是值得的。3)两国梁端腹板焊缝通过孔形状不同，它与焊接是否方便以及受力性能有一定关系。4)美国对梁腹板与连接板的连接的抗

4、剪用焊缝加强，日本规定腹板螺栓不少于2～3列，用增加螺栓数量来加强；以上构造差异特别是前三项，与破坏情况有明显关系。北岭地震节点破坏形式北岭地震节点破坏模式特点：下翼缘焊缝根部裂缝多向柱段范围扩展阪神地震节点破坏形式阪神地震节点破坏模式特点：裂缝从扇形角部向梁段内发展阪神地震典型破坏形式:下翼缘焊缝与柱翼缘完全脱离下翼缘焊缝与柱翼缘完全脱离是这次地震最多的节点破坏形式阪神地震典型破坏形式:下翼缘的裂缝扩展到柱翼缘中阪神地震典型破坏形式:裂纹扩展至柱或梁腹板内裂纹扩展至柱腹板内裂纹扩展至梁腹板内阪神地震典型破坏形式:柱焊缝断裂阪神地震典型破坏形式:

5、梁焊缝断裂阪神地震典型破坏形式:梁螺栓破坏节点破坏原因1)焊缝金属冲击韧性低。2)焊缝存在缺陷，特别是下翼缘梁端现场焊缝中部，因腹板妨碍焊接和检查，出现不连续。3)梁翼缘端部全熔透坡口焊的衬板边缘形成人工缝，在弯矩作用下扩大。4)梁端焊缝通过孔边缘出现应力集中，引发裂缝，向平材扩展。5)裂缝主要出现在下翼缘，是因为梁上翼缘有楼板加强，且上翼缘焊缝无腹板妨碍施焊。焊接衬板边缘缺陷梁上翼缘和楼板共同工作节点检查修复费用昂贵钢框架梁柱节点遭受广泛和严重的破坏。美国在调查的1000多幢中破坏100多幢。破坏的特点是梁下翼缘裂缝占80％～95％，上翼缘裂缝

6、15％～20％；裂缝起源于焊缝的占90％～99％，起源于母材的只占1％～10％；不少裂缝向柱子扩展，严重的将柱裂穿，有的向梁扩展，有的沿连接螺栓线扩展。虽然没有人身伤亡，但检查修复费用昂贵。检查费用不需挪动石棉时为每个节点800～1000美元、需挪动石棉时为每个节点1000～2000美元、对于有石膏抹灰和吊顶的高级住宅为每个节点2000～5000美元。修复费用更大。2.梁、柱、支撑等构件破坏框架柱主要破坏形式1)翼缘屈曲2)拼接处裂缝3)翼缘层状撕裂4)脆性断裂日本阪神地震某钢结构住宅小区，有53根立柱全部脆断(锈蚀发生在断裂后),为柱拉弯断裂。

7、日本阪神地震某钢结构柱的断裂通向斜撑框架梁主要破坏形式1)翼缘屈曲2)腹板屈曲3)腹板裂缝4)截面扭转屈曲汶川地震某轻钢门式刚架梁腹板屈曲斜撑主要破坏形式1)受拉断裂2)受压屈曲3)节点板拉断4)节点板压屈日本阪神地震某钢结构斜撑在节点处受拉断裂、受压屈曲斜撑在节点处受拉断裂斜撑受压屈曲汶川地震某厂房柱间支撑屈曲汶川地震某厂房柱间支撑屈曲汶川地震某厂房柱间支撑受压屈曲汶川地震某厂房柱间支撑节点板破坏汶川地震某厂房屋架支撑严重破坏汶川地震某成品库车间屋架支撑严重破坏汶川地震某门式刚架轻钢厂房屋盖交叉系杆破坏汶川地震某餐厅轻钢门式刚架柱间交叉系杆花篮

8、螺丝破坏汶川地震某水疗中心两跨螺栓球节点网架低跨网架基本完好(上左、上右)，高跨外檐支座处斜杆破坏(下右)。汶川地震某综艺楼外檐下弦杆断