结构抗震设计 第6章 钢结构抗震设计

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1、第6章多层和高层钢结构建筑抗震设计教学目标与要求1.了解钢结构建筑的震害特点及原因。2.掌握钢结构的抗震设计方法。3.熟悉钢结构建筑的抗震构造措施。巨型钢框架体系导入案例1985年9月的墨西哥大地震(里氏8.1级)中，在墨西哥城的高烈度区内有102幢钢结构房屋，其中59幢为1957年以后所建，1957年以后建造的钢结构房屋倒塌或破坏严重的不多(表6-1)，与钢筋混凝土结构比较而言，钢结构震害轻。为什么钢结构的房钢震害轻？钢结构房屋是否还需要抗震设计?我们可以通过本章的学习得到回答。6.1震害特征及原因表6-119

2、85年墨西哥城地震中钢结构和钢筋混凝土结构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。6.1.1钢结构房屋的震害1结构倒塌2支撑构件破坏Bucklingofabracingmemberofwideflangecross-sectionNo.45Ruptureofabracingmemberatagussetplateconnection

3、3节点破坏No.40Fractureofaweldedcolumnjoint(6-storysteelbuilding)No.43Failureatabeam-columnconnection4基础锚固破坏Failureofcolumnbase5构件破坏日本神户地震CrackatthetopofacolumnNo.42FailureofweldedpartatthebeamendNo.71Localbucklingofasingle-columnsteelpierBrittlefailureofacolumn

4、ofahigh-risesteelstructure钢框架结构构造简单、传力明确，侧移刚度沿高度分布均匀，结构整体侧向变形为剪切型(多层)或弯剪型(高层)，抗侧移能力主要取决于框架梁、柱的抗弯能力。重力荷载及P-δ效应对结构的抗震能力和结构的延性有较大影响，当层数较多时，控制结构性能的设计参数不再是构件的抗弯能力，而是结构的抗侧移刚度和延性。因此，从经济角度看，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类型和偏心支撑类型。6.1.2钢结构房屋的抗震性能带有偏心支撑的框架-支撑结构

5、，具备中心支撑体系侧向刚度大、具有多道抗震防线的优点，还适当减小了支撑构件的轴向力，进而减小了支撑失稳的可能性。钢框架-抗震墙板结构，使用带竖缝剪力墙板或带水平缝剪力墙板、内藏支撑混凝土墙板、钢抗震墙板等，提供需要的侧向刚度。6.2钢结构抗震概念设计6.2.1结构平、立面布置以及防震缝的设置6.2.2钢结构房屋结构类型的选择及所适用的结构尺寸表6-2钢结构房屋适用的最大高度(m)设防烈度6度、7度8度9度最大高宽比6.56.05.5表6-3钢结构房屋适用的最大高宽比结构类型设防烈度6度、7度8度9度框架11090

6、50框架-支撑(抗震墙板)220200140筒体(框筒、筒中筒、桁架筒、束筒)和巨型框架300260180对不超过12层的钢结构宜采用中心支撑，有条件时也可采用偏心支撑等消能支撑；超过12层的钢结构，宜采用偏心支撑，但在顶层可采用中心支撑。(a)交叉支撑；(b)单斜杆支撑；(c)人字支撑；(d)K形支撑6.2.3钢结构房屋结构类型的选择及所适用的结构尺寸(a)D形偏心支撑；(b)K形偏心支；(c)V形偏心支撑；(d)人字支撑偏心支撑框架的设计原则是强柱、强支撑和弱消能梁段，即在大震时消能梁段屈服形成塑性铰，且具有

7、稳定的滞回性能，即使消能梁段进入应变硬化阶段，支撑斜杆、柱和其余梁段仍保持弹性。6.2.4多层和高层钢结构房屋中楼盖的形式我国《建筑抗震设计规范》建议钢结构的楼盖宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或非组合楼板。对不超过12层的钢结构，尚可采用装配整体式钢筋混凝土楼板，亦可采用装配式楼板或其它轻型楼盖；对超过12层的钢结构，当楼盖不能形成一个刚性的水平隔板以传递水平力时，须加设水平支撑，一般每二至三层加设一道。6.2.5地下室多、高层钢结构设置地下室对于提高上部结构抗震稳定性、提高结构抗倾覆能力、增加结构下部整体

8、性、减小结构沉降起有利作用。地下室及其基础作为上部结构连续的锚连部分，应具有可靠的埋置深度和足够的承载力及刚度。因此，《建筑抗震设计规范》规定，对于超过12层的钢结构应设置地下室,其基础埋置深度，当采用天然地基时不宜小于房屋高度的1/15；当采用桩基时，桩承台埋深不宜小于房屋总高度的1/20。支撑桁架沿竖向连续布置，可使层间刚度变化较均匀。当设置地下室时，框架-支撑(抗震