多层和高层钢结构房屋的抗震设计

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1、第六章多层和高层钢结构房屋的抗震设计第一节多高层钢结构建筑主要震害现象及其分析一、多高层钢结构的主要震害特征在同等场地、同等条件下，钢结构房屋的震害较钢筋混凝土结构房屋的震害要小。1.节点连接破坏(1)框架梁柱节点破坏(2)支撑连接破坏支撑是框架-支撑结构中最主要的抗侧力部分，一旦地震发生它将首当其冲承受水平地震作用，如果某层的支撑发生破坏，将使该层成为薄弱楼层，造成严重后果。2.构件破坏(1)支撑压屈地震时支撑所受的压力超过其屈曲临界力时，即发生压屈破坏。(2)梁柱局部失稳梁或柱在地震作用下反复受弯，在弯矩最大截面处附近由于过度弯曲可能发生翼缘局部失稳现象，进而引发低

2、周疲劳和断裂破坏。(3)钢柱脆性断裂3.结构倒塌规则对称的结构体系对抗震将十分有利。二、钢结构房屋的抗震性能钢框架结构构造简单、传力明确，侧移刚度沿高度分布均匀，结构延性好，但抗侧力刚度差。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体系和偏心支撑体系。地震作用下中心支撑的变形偏心支撑框架的消能机制中心支撑结构使用中心支撑构件，增加了结构抗侧移刚度，可更有效地利用构件的强度，提高抗震能力，适合于建造更高的房屋结构。在强烈地震作用下，支撑结构率先进入屈服，可以保护或者延缓主体结构的破坏，这种结构具有多道抗震防线。中心支撑框架结构构件简单，实

3、际工程应用较多。但是由于支撑构件刚度大，受力较大，容易发生整体或者局部失稳，导致结构总体刚度和强度降低较快，不利于结构抗震能力的发挥，必须注意其构造设计。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，还适当减少了支撑构件的轴向力，进而减小了支撑失稳的可能性。由于支撑点位置偏离框架接点，便于在横梁内设计用于消耗地震能量的消能梁段。强震发生时，消能梁段率先屈服，消耗大量地震能量，保护支撑斜杆不屈曲或屈曲在后，形成了新的抗震防线，使得结构整体抗震性能，特别是结构延性大大加强。这种结构体系适合于在高烈度地区建造高层建筑。第二节抗震设计的一般规

4、定一、多高层钢结构的体系与结构布置我国建筑抗震设计规范对钢结构的抗震措施，一般以12层为界区分。有抗震要求的多高层钢结构的体系主要有框架体系、框架-支撑(抗震墙板)体系、筒体体系(框筒、筒中筒、桁架筒、束筒等)或巨型框架体系。1.框架体系2.框架-支撑体系框架-支撑体系是在框架体系中沿结构的纵、横两个方向均匀布置一定数量的支撑所形成的结构体系。(1)中心支撑中心支撑是指斜杆与横梁及柱汇交于一点，或两根斜杆与横杆汇交于一点，也可与柱子汇交于一点，但汇交时均无偏心距。中心支撑是常用的支撑类型之一，因具有较大的侧向刚度，对减小结构的水平位移和改善结构的内力分布是有效的，但在往

5、复的水平地震作用下，会产生下列后果：①支撑斜杆重复压曲后，其抗压承载力急剧降低；②支撑的两侧柱子产生压缩变形和拉伸变形时，由于支撑的端节点实际构造做法并非铰接，引发支撑产生很大的内力和应力；③斜杆从受压的压曲状态变为受拉伸状态，将对结构产生冲击作用力，使支撑及其节点和相邻的结构产生很大的附加应力。(2)偏心支撑偏心支撑是指支撑斜杆的两端，至少有一端与梁相交(不在柱节点处)，另一端可在梁与柱交点处连接，或偏离另一根支撑斜杆一段长度与梁连接，并在支撑斜杆杆端与柱子之间构成一消能梁段，或在两根支撑斜杆之间构成一消能梁段的支撑。偏心支撑改变支撑斜杆与梁(消能梁段)的先后屈服顺序

6、，罕遇地震时，消能梁段在支撑失稳之前就进入弹塑性阶段以利用非弹性变形进行消能，从而保护支撑斜杆不屈曲或屈曲在后。因此，偏心支撑与中心支撑相比具有较大的延性，它适用于高烈度地区。3.框架-抗震墙板体系框架-抗震墙板体系是以钢框架为主体，并配置一定数量的抗震墙板。由于抗震墙板可以根据需要布置在任何位置上，布置灵活。另外抗震墙板可以分开布置，两片以上抗震墙并联体较宽，从而可减小抗侧力体系等效高宽比，提高结构的抗推和抗倾覆能力。抗震墙板主要有以下三种类型：(1)钢抗震墙板(2)内藏钢板支撑抗震墙板(3)带竖缝混凝土抗震墙板内藏钢板剪力墙与框架连接带竖缝剪力墙与框架连接4.筒体体

7、系根据筒体的布置、组成、数量的不同，筒体结构体系可分为框架筒、桁架筒、筒中筒以及束筒等。5.巨型框架体系一般高层钢结构梁、柱、支撑为一个楼层和一个开间内的构件，如果将梁、柱、支撑的概念扩展到数个楼层和数个开间，则可构成巨型框架结构。其由柱距较大的立体桁架柱及立体桁架梁构成。立体桁架梁应沿纵横向布置，并形成一个空间桁架层，在两层空间桁架层之间设置次框架结构，以承担空间桁架层之间的各层楼面荷载，并将其通过此框架结构的柱子传递给立体桁架梁及立体桁架柱。这种体系能在建筑中提供特大空间，具有很大的刚度和强度。二、钢结构房屋的结构选型钢结构房屋适用的