钢结构防震减震

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钢结构的震害形式及防震性能分析摘要：文章中论述了有关于钢结构防震减震的现状，在时下世界各地地震高发的时候，更加有必要增加钢结构的防震性。关键词：地震灾害，震害特征，防震技术构造我国地处环太平洋地震带和地中海喜马拉雅地震带上，地震活动频繁；中国的地震主要是板内地震，具有震源浅、频度高、强度大、分布广的特征；屮国人口众多，建筑物抗震性能差，因而成灾率较高。根据本世纪以来有仪器记录资料的统计，我国地震占全球大陆地震的33%O我国平均每年发生30次5级以上地震，6次6级以上强震，1次7级以上大震。我国不仅地震频次高，而且地震强度极大。根据日本地震学家阿部胜征的研究,本世纪全球发生的面波震级大于等于8.5级以上的特别巨大地震一共有3次，即1920年中国宁夏海原&6级、1950年中国西藏察隅8.6级和1960年智利南方省&5级地震。可见中国的地震不但在世界上最多，而且最大。加之我国地震分布广泛（除浙江和贵州）两省之外，其余各省均有6级以上强震发牛），震源很浅（一般只有10—20km）,因而构成了我国地震活动频度高、强度大、分布广、震源浅的特征。另一方面，我国作为发展屮国家，人口稠密、建筑物抗震能力低。因此，我国的地震灾害可谓全球之最。本世纪以来，全球因地震而死亡的人数为110万人，其中我国就占55万人之多，为全球的一半。因此，粗略地说，我国的国土面积占全球的1/14,人口占1/4,地震占1/3,地震灾害占1/2。这就使得钢结构的抗震性尤为的重要。一、钢结构的震害特征日本阪神地震和美国北岭地震造成许多钢框架严重破坏，震后国都进行了大量调查研究，以弄清破坏原因和提出改进措施。调查研究发现，钢结构的主要破坏形式有节点破坏、构件破坏、整体坍塌等。 1、节点破坏主要有两种节点连接破坏，一种是支撑连接破坏，另一种是梁柱连接破坏，从1978年日本宫城县远海地震（里氏7.4级）所造成的钢结构建筑破坏情况看，支撑连接更易遭受地震破坏。1994年美国Northridge地震和1995年日本阪神地震造成了很多梁柱刚性连接破坏，震害查发现，梁柱连接的破坏大多数发生在梁的下翼缘处，而上翼缘的破坏要少得多。这可能有两种原因：1楼板与梁共同变形导致下翼缘应力增大；2）下翼缘在腹板位置焊接的中断是一个显著的焊缝缺陷的来源。梁柱刚性连接裂缝或断裂破坏的原因有:1）焊缝缺陷,如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等。2）三轴应力影响。分析表明，梁柱连接的焊缝变形由于受到梁和柱约束，施焊后焊缝残存三轴拉应力，使材料变脆。3）构造缺陷。岀于焊接工艺的要求，梁翼缘与柱连接处设有垫板，实际工程中垫板在焊接后就留在结构上，这样垫板与柱翼缘之间就形成一条“人工”裂缝，成为连接裂缝发展的起源。2、构件破坏由于钢结构具有强度高、抗震性能好、结构自重小的优点，所以目前钢结构主要应用于多层建筑、高层建筑、超高层建筑的框架结构，这里说明下多高层建筑的构件破 坏的主要形式:1）支撑压屈。在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破坏3）柱水平裂缝或断裂破坏。1995年日本阪神地震中,位于阪神地震区芦屋浜的52栋高层钢结构住宅，有57根钢柱发生水平裂缝破坏。分析原因认为，竖向地震使柱中出现动拉力，由于应变速率高，使材料变脆，加上截面弯矩和剪力的影响，造成柱水平断裂。这个是结构破坏中最严重的破坏，不过有的可以人为的预防，例如下大雪的时候，要及时的铲雪，尤其是钢结构的大棚。二、钢结构的抗震构造技术在钢结构防火技术要求规范中，有如下几种技术可使钢结构在本身抗震的基础上保持更好的性能。1、纯框架结构1）纯框架宜设计成强柱弱梁型2）工字形截面柱和箱形截面柱的节点域验算3）在柱与梁连接处，柱应设置与上下翼缘位置对应的加劲肋。 4）梁与柱连接的抗弯承载力，不得小于梁的塑性弯矩和节点域屈服时的梁端弯矩的较小值。5）为防止梁端与柱的连接处发生脆性破坏，可利用“强节点弱杆件”的抗震设计概念，将梁端附近截面局部削弱。试验证明，基于上述思想的梁端狗骨式设计具有优越的抗震性能，可将框架的屈服控制在削弱的梁端截面处。2、中心支撑框架1）抗震设防的中心支撑框架宜采用十字交叉斜杆、单斜杆人字形斜杆或V形斜杆体系，不得采用K形斜杆体系。当采用只能受拉的单斜杆体系时，应同时设不同倾斜方向的两组单斜杆，且每层中不同方向单斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不得大于10%。2）人字形和V形支撑斜杆受压屈曲后，使横梁产生较大变形，并使体系的抗剪能力发生较大退化。有鉴于此，在计算地震作用下人字形支撑和V形支撑的斜杆内力时其地震作用标准值应乘以增大系数1.5,以提高斜杆的承载力。3）支撑杆件长细比，对于多层钢结构，当按6度或7度抗震设防时不应大于150;按8度或9度抗震设防时不应大于120;对于高层钢结构，当按6度或7度抗震设防时不应大于120;按8度抗震设防时不应大于90;按9度抗震设防时，不应大于60。fy以N/mm2为单位。4）支撑斜杆宜采用双轴对称截面。当采用单轴对称截面 时（例如双角钢组合T形截面），应采取防止绕对称轴屈曲的构造措施。3、偏心支撑框架1）偏心支撑框架的抗震设计应保证罕遇地震下结构的屈服发生在偏心梁段上，因而要求框架柱的承载力和支撑的承载力高于偏心梁段的承载力。偏心梁段的屈服形式有两种,一种是剪切屈服型，另一种是弯曲屈服型。试验和分析表明，剪切屈服型偏心梁段支撑框架的刚度和承载力较大，延性和耗能性能较好，抗震设计时，偏心梁段宜设计成剪切屈服型。2）为保证在塑性变形过程中偏心梁段的腹板不发生局部屈曲，应按下列规定在梁腹板两侧设置廣应勿劲肋:①梁在与偏心支撑连接处应设加劲肋。②在距消能梁段端部bf处，应设加劲肋。bf为消能梁段翼缘宽度。③偏心消能中部应设加劲肋，加劲肋间距应根据消能梁段长度确定。三、结束语随着人们对钢结构建筑抗震要求的不断提高，如何进一步完善和充实现有钢结构抗震、防震，合理确定建筑的结构安全度、改进钢结构的构造设计方法、科学经济地保障钢结构建筑的安全就成为每一个建筑科研人员和建筑设计人 员必须具备的条件。编制人: