汶川地震与钢结构在地震区的应用-李国强

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1、从汶川地震灾害看钢结构在地震区的应用李国强同济大学汶川地震中房屋建筑的破坏砌体结构钢筋混凝土结构砖木结构四川汶川地震震后的映秀镇航拍秀水镇民兴中学砌体结构砌体结构土门镇中学漩口中学某教学楼钢筋混凝土框架都江堰某公共建筑框架结构局部垮塌南坝镇-强梁弱柱导致柱顶产生塑性铰钢筋混凝土框架砖木结构土门镇麓棠村小学砖木结构绵竹供星镇一农居都江堰九洲体育馆震害很轻，主要发生在维护结构江油体育馆（屋顶）钢结构震害统计抗震性能按以下顺序依次强：砖木结构砌体结构钢筋混凝土结构钢结构钢结构抗震的优越性钢结构重量轻钢结构延性好钢结构滞回特性好钢结构重量轻强度：钢材强度：Q235－Q420混凝

2、土强度：C20－C60钢材强度约是混凝土强度的8倍。密度：钢材密度：7850kg/m3混凝土密度：2450kg/m3钢材密度约是混凝土密度的3.2倍。钢结构重量轻截面特性：钢构件混凝土构件钢构件截面利用率高于混凝土构件钢结构自重=（1/2~3/5）混凝土结构自重钢结构地震作用相对小钢结构重量轻钢结构延性好应力应变伸长率≥20％混凝土应力应变关系抗压强度对应应变：0.2%钢结构延性好利用结构延性抵抗地震作用，钢结构的承载力可减小。钢结构延性好Pe弹性承载力要求Py弹塑性承载力要求（a）梁＊几种钢构件的滞回曲线钢结构滞回特性好＊几种典型的钢筋混凝土构件的滞回曲线结构地震输入能

3、量的消耗结构滞回性能越好，结构地震反应越小。哈哈钢结构滞回特性好钢结构震害小总体来说，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1985年墨西哥城8.1级地震中不同建筑的破坏情况建造年份钢结构钢筋混凝土结构倒塌严重破坏倒塌严重破坏1957年以前7127161957~1976年3151231976年以后0046钢结构在地震区的应用日本台湾地区日本结构形式比例位于震中央的台中县雾峰乡光复国中教室倒塌毁坏台湾集集大地震1999年9月21日中寮国小(SRC)台湾在集集地震后采用钢结构建造了许多学校乾峰国小（钢结构）乾峰国小-完工后钢结构在地震中的破坏梁

4、柱节点连接破坏支撑破坏一、梁柱连接破坏图美国Northridge地震日本阪神地震地震下刚性连接节点脆性破坏返回二、支撑破坏支撑压屈新型抗震钢结构半刚性连接钢结构屈曲约束支撑与屈曲约束组合墙组合节点半刚性连接钢结构均布荷载作用下不同端部约束梁的内力与组合梁承载力三层两跨框架的经济性比较组合节点的试验模型试验装置图P连接弯矩－转角关系曲线θa>0.06rad规范要求：0.04rad节点延性破坏普通支撑的缺点：由于支撑受压屈曲，支撑的滞回耗能性能较差支撑屈曲支撑滞回曲线屈曲约束支撑屈曲约束支撑屈曲约束支撑构件组成示意图通过外加套筒，约束支撑不发生屈曲。屈曲约束支撑的优点屈曲约束

5、支撑与普通支撑滞回曲线的对比滞回耗能性能优越小震下像普通支撑工作，大震下像耗能构件工作1995年神户地震后，屈曲约束支撑结构在日本被大量使用。1994年北岭地震后，美国也开始接受这种结构。目前日本已有400余栋建筑、台湾地区已在各种建筑采用了约1万根屈曲约束支撑。国内外应用情况新日铁开发的屈曲约束支撑应用实例（a）立面（b）连接节点国内外应用情况目前存在的问题1、产品标准问题国内尚无屈曲约束支撑产品标准。2、产品国产化问题目前在国内外工程中应用的屈曲约束支撑主要为境外厂家产品。TJI型屈曲约束支撑的设计与构造TJI型屈曲约束支撑的技术特点1、组成形式套筒与芯板之间无填充材

6、料。2、芯板用材芯板用材可以选用国产低碳钢Q235/Q195和国产低屈服点钢（fy≤225N/mm2）。加载制度加载制度TJI型屈曲约束支撑试验采用位移控制，依次以1/300、1/200、1/150、1/100、1/80支撑长度（L）的变形往复加载，每个变形幅值循环加载3次。TJI型屈曲约束支撑性能试验与国外屈曲约束支撑综合对比1、性能相当2、价格便宜1/2以上3、供货周期缩短约一半日本新日铁支撑TJI型(Q195)支撑上海世博中心TJI型屈曲约束支撑的应用屈曲约束钢板墙研究钢板试件组合板高宽比2:1组合板高宽比3:1组合板高宽比4:1纯钢板高宽比3:1钢板开椭圆孔，混凝

7、土板和钢板可以产生相对位移，避免在大位移时混凝土碎裂，保证对钢板的屈曲约束作用试验架带混凝土板的钢板剪力墙试验框架和反力架刚加载就有屈曲最终屈曲情况纯钢板墙试验捏拢现象严重照片试验前混凝土板试验结束后混凝土板没有捏拢现象弯曲杆的宽厚比b/t高宽比l/b钢板开缝钢板组合墙开缝钢板组合墙b/t=37.5l/b=3b/t=45l/b=3我国抗震规范对采用钢结构不利重视小震阶段设计轻视结构体系延性要求地震烈度的随机性我国现行建筑抗震设计规范（2001）采用“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计原则“小震不坏”—进行构件承载力与结构变形