鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震與設(shè)防

1、會計學(xué)1鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震與設(shè)防鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震與設(shè)防第1頁/共57頁第2頁/共57頁建造年份建造年份鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)倒塌倒塌嚴重破壞嚴重破壞倒塌倒塌嚴重破壞嚴重破壞1957年以前年以前7127161957一一1976年年3151231976年以后年以后00461985年墨西哥城地震中鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞情況 第3頁/共57頁支撐連接破壞第4頁/共57頁梁柱剛性連接的典型震害現(xiàn)象 1994年美國Northridge地震和1995年日本阪神地震造成了很多梁柱剛性連接破壞，震害查發(fā)現(xiàn)，梁柱連接的破壞大多數(shù)發(fā)生在梁的下翼緣處，而上翼緣的破壞要少得多。這可能有兩種原因:1樓板

2、與梁共同變形導(dǎo)致下翼緣應(yīng)力增大；2)下翼緣在腹板位置焊接的中斷是一個顯著的焊縫缺陷的來源。第5頁/共57頁梁柱焊接連接處的失效模式梁柱剛性連接裂縫或斷裂破壞的原因有: 1)焊縫缺陷，如裂紋、欠焊、夾渣和氣孔等。 2)三軸應(yīng)力影響。分析表明，梁柱連接的焊縫變形由于受到梁和柱約束，施焊后焊縫殘存三軸拉應(yīng)力，使材料變脆。 3)構(gòu)造缺陷。出于焊接工藝的要求，梁翼緣與柱連接處設(shè)有墊板，實際工程中墊板在焊接后就留在結(jié)構(gòu)上，這樣墊板與柱翼緣之間就形成一條“人工”裂縫，成為連接裂縫發(fā)展的起源。 “人工”裂縫第6頁/共57頁支撐的壓屈 柱的局部失穩(wěn)第7頁/共57頁 1985年墨西哥大地震中有10幢鋼結(jié)構(gòu)房屋倒塌

3、，在1995年日本阪神地震中，也有鋼結(jié)構(gòu)房屋倒塌發(fā)生。 1985年日本阪神地震中某地區(qū)鋼結(jié)構(gòu)房屋震害情況建造年份建造年份嚴重破壞或嚴重破壞或倒塌倒塌中等破壞中等破壞輕微破壞輕微破壞完好完好1971年以前年以前50201971一一1982年年00351982年以后年以后0017第8頁/共57頁柱的水平斷裂鋼柱(箱形截面500mm x 500mm)地震脆斷實例 (圖下中間所示為硬幣，以示斷縫大小)第9頁/共57頁第10頁/共57頁純框架結(jié)構(gòu)延性好，抗側(cè)力剛度較差 （）框架體系框架體系是沿房屋縱橫方向由多榀平面框架構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力主要決定于梁柱構(gòu)件和節(jié)點的強度與延性，故節(jié)點常采用剛性

4、連接節(jié)點?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系的梁柱節(jié)點宜采用剛接。 第11頁/共57頁（ 2 ）框架支撐體系框架支撐體系是在框架體系中沿結(jié)構(gòu)的縱、橫兩個方向均勻布置一定數(shù)量的支撐所形成的結(jié)構(gòu)體系。支撐體系的布置由建筑要求及結(jié)構(gòu)功能來確定。.中心支撐中心支撐是指斜桿、橫梁及柱匯交于一點的支撐體系，或兩根斜桿與橫桿匯交于一點，也可與柱子匯交于一點，但匯交時均無偏心距。中心支撐的類型( a ) X 形支撐；( b )單斜支撐；( c )人字形支撐；( d ) K 形支撐；( e ) V 形支撐第12頁/共57頁. 偏心支撐偏心支撐是指支撐斜桿的兩端，至少有一端與梁相交（不在柱節(jié)點處），另一端可在梁與柱交點處連接，或偏離另

5、一根支撐斜桿一段長度與梁連接，并在支撐斜桿桿端與柱子之間構(gòu)成一耗能梁段，或在兩根支撐與桿之間構(gòu)成一耗能梁段的支撐。（a）門架式 1；（b）門架式 2 ；（c）單斜桿式；（d）人字形式；（e）V 字形式第13頁/共57頁第14頁/共57頁第15頁/共57頁（5）巨型框架體系巨型框架體系是由柱距較大的立體桁架梁柱及立體桁架梁構(gòu)成。( a ）桁架型； ( b ）斜格型； ( c ）框筒型第16頁/共57頁結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系設(shè)防烈度設(shè)防烈度6、789框架框架1109050框架一支撐框架一支撐(剪力墻板剪力墻板)220200140筒體筒體(框筒、筒中筒、框筒、筒中筒、束筒束筒)和巨型框架和巨型框架3002

6、60180鋼結(jié)構(gòu)房屋適用的最大高寬比 烈度烈度6、789最大高寬比最大高寬比7.57.05.5第17頁/共57頁第18頁/共57頁第19頁/共57頁立面收進 第20頁/共57頁第21頁/共57頁第22頁/共57頁第23頁/共57頁第24頁/共57頁第25頁/共57頁第26頁/共57頁第27頁/共57頁第28頁/共57頁第29頁/共57頁第30頁/共57頁第31頁/共57頁 進行多高層鋼結(jié)構(gòu)罕遇地震反應(yīng)分析時，考慮到此時樓板與梁的連接可能遭到破壞，則不應(yīng)考慮樓板與梁的共同工作。 樓板的有效寬度be按下式計算： be=b0+b1+b2 式中： b0鋼梁上翼緣寬度; b1、b2梁外側(cè)和內(nèi)側(cè)的翼緣計算

7、寬度，各取梁跨度L的1/6和翼緣板厚度 t的6倍中的較小值。此外，b1高不應(yīng)超過翼板實際外伸寬度s1；b2不應(yīng)超過相鄰梁板托間凈距s0的1/2。第32頁/共57頁3)多高層鋼結(jié)構(gòu)的抗震計算可采用平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的空間協(xié)同計算模型。當結(jié)構(gòu)布置規(guī)則、質(zhì)量及剛度沿高度分布均勻、且不計扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時，可采用平面結(jié)構(gòu)計算模型;當結(jié)構(gòu)平面或立面不規(guī)則、體型復(fù)雜，無法劃分平面抗側(cè)力單元的結(jié)構(gòu)，以及為筒體結(jié)構(gòu)時，應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計算模型。第33頁/共57頁6)應(yīng)計入梁柱節(jié)點域剪切變形對多高層建筑鋼結(jié)構(gòu)位移的影響?？蓪⒘褐?jié)點域當作一個單獨的單元進行結(jié)構(gòu)分析，也可按下列規(guī)定作近似計算. 節(jié)點域剪切變形 第34頁/共57

8、頁第35頁/共57頁PVh1 . 0式中：多遇地震作用下樓層層間位移; h樓層層高; P計算樓層以上全部豎向荷載之和; V一計算樓層以上全部多遇水平地震作用之和。此時該樓層的位移和所有構(gòu)件的內(nèi)力均應(yīng)乘以下式放大系數(shù)VhP11第36頁/共57頁REbrfANn35. 011Efyn第37頁/共57頁第38頁/共57頁1)純框架宜設(shè)計成強柱弱梁型2)工字形截面柱和箱形截面柱的節(jié)點域驗算3)為保證框架梁柱在罕遇地震下有較大的塑性變形能力，高層鋼結(jié)構(gòu)和多層鋼結(jié)構(gòu)框架梁柱板件寬厚比分別不應(yīng)超過表6-8和表6-9規(guī)定的限值 第39頁/共57頁高層(超過12層)鋼結(jié)構(gòu)框架梁柱板件寬厚比限值板件板件6度度7度

9、度8度度9度度柱柱工字形柱翼緣外伸部分工字形柱翼緣外伸部分1311109工字形柱腹板工字形柱腹板43434343箱形柱壁板箱形柱壁板39373533梁梁工字形梁和箱形梁翼緣外工字形梁和箱形梁翼緣外伸部分伸部分111099箱形梁翼緣在兩腹板間部箱形梁翼緣在兩腹板間部分分36323030工字形梁和箱形梁腹板工字形梁和箱形梁腹板85-120N/Af85-120N/Af85-120N/Af85-120N/Af第40頁/共57頁板件板件7度度8度度9度度柱柱工字形柱翼緣外伸部分工字形柱翼緣外伸部分131211槽形柱兩腹板間翼緣槽形柱兩腹板間翼緣403636箱形柱腹板箱形柱腹板585248梁梁工字形梁翼緣

10、外伸部分工字形梁翼緣外伸部分11109槽形梁兩腹板間翼緣槽形梁兩腹板間翼緣363230箱形梁腹箱形梁腹板板NbAf 0.3785-12080-11072-100NbAf 0. 37403935第41頁/共57頁第42頁/共57頁8)為防止梁端與柱的連接處發(fā)生脆性破壞，可利用“強節(jié)點弱桿件”的抗震設(shè)計概念，將梁端附近截面局部削弱。試驗證明，基于上述思想的梁端狗骨式設(shè)計具有優(yōu)越的抗震性能，可將框架的屈服控制在削弱的梁端截面處。 狗骨式設(shè)計采用梁端加蓋板和加腋，或梁柱采用全焊方式來加強連接的強度; 第43頁/共57頁中心支撐類型第44頁/共57頁第45頁/共57頁耗能中心支撐體系塑性耗能 摩擦耗能第

11、46頁/共57頁ppVMa6 . 1wypthfV058. 0yppfWM式中： tw偏心梁段腹板厚度;Wp偏心梁段塑性抵抗矩 Vp偏心梁段塑性受剪承載力; Mp偏心梁段塑性受彎承載力; H0偏心梁段腹板計算高度 。第47頁/共57頁第48頁/共57頁第49頁/共57頁本章小結(jié)：1.多高層鋼結(jié)構(gòu)的主要震害特征2.多高層鋼結(jié)構(gòu)的選型與結(jié)構(gòu)布置 純框架、框架體系、框架一支撐（剪力墻板）體系、筒體體系（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒等）、巨型框架體系3.多高層鋼結(jié)構(gòu)的抗震計算要求4.多高層鋼結(jié)構(gòu)杭震構(gòu)造要求 純框架結(jié)構(gòu)、中心支撐框架、偏心支撐框架第50頁/共57頁梁柱焊接連接處的失效模式梁柱剛性連接裂縫或斷裂破壞的原因有: 1)焊縫缺陷，如裂紋、欠焊、夾渣和氣孔等。 2)三軸應(yīng)力影響。分析表明，梁柱連接的焊縫變形由于受到梁和柱約束，施焊后焊縫殘存三軸拉應(yīng)力，使材料變脆。 3)構(gòu)造缺陷。出于焊接工藝的要求，梁翼緣與柱連接處設(shè)有墊板，實際工程中墊板在焊接后就留在結(jié)構(gòu)上，這樣墊板與柱翼緣之間就形成一條“人工”裂縫，成為連接裂縫發(fā)展的起源。 “人工”裂縫第51頁/共57頁第52頁/共57頁第53頁/共57頁第54頁/共57頁第55頁/共57頁1)純框架宜設(shè)計成強柱弱梁型2)工字形截面柱和箱形截面柱的節(jié)點域驗