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1、补充 建筑钢结构抗震设计1.常见钢结构的主要震害特征2.常见钢结构的抗震设计概述武汉世纪家园住宅工程武汉世纪家园钢结构钢结构住宅工程 钢结构住宅产业化趋势明显。广州西塔上海环球金融中心旧上海标志1907年游乐设施钢结构法国马赛市著名的钢结构雕塑“希望之泉希望之泉”1、主要震害特征钢结构特点：强度高、延性好、重量轻、抗震性能好。多高层钢结构在震害中的破坏形式有三种：1）节点连接破坏；2）构件破坏；3）结构倒塌破坏（1）节点连接破坏主要有两种：一种是支撑连接破坏；一种是梁柱连接破坏。（2）构件破坏主要形式：支撑压曲；梁柱局部失稳；柱水平裂缝或断裂破坏（脆性破坏）。（3）结构倒塌 与抗震设计水平有很
2、大关系。1985年墨西哥大地震中10栋钢结构房屋倒塌，1995年日本阪神地震中，也有钢结构房屋倒塌。2高层钢结构房屋抗震设计2.1 2.1 高层钢结构的体系与布置高层钢结构的体系与布置.高层钢结构的体系高层钢结构的体系高层钢结构的结构体系主要有框架体系、框架一高层钢结构的结构体系主要有框架体系、框架一支撑（剪力墙板）体系、筒体体系（框筒、筒中筒、支撑（剪力墙板）体系、筒体体系（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒等）或巨型框架体系。桁架筒、束筒等）或巨型框架体系。（）框架体系（）框架体系框架体系是沿房屋纵横方向由多榀平面框架构成框架体系是沿房屋纵横方向由多榀平面框架构成的结构。这类结构的抗侧力能力主要决
3、定于梁柱构的结构。这类结构的抗侧力能力主要决定于梁柱构件和节点的强度与延性，故节点常采用刚性连接节件和节点的强度与延性，故节点常采用刚性连接节点。点。(2(2）框架支撑体系）框架支撑体系框架支撑体系是在框架体系中沿结构的纵、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横两个方向均匀布置一定数量的支撑所形成的结构体系。体系。支撑体系的布置由建筑要求及结构功能来确定。支撑体系的布置由建筑要求及结构功能来确定。支撑类型支撑类型支撑类型的选择与是否抗震有关，也与建筑的层支撑类型的选择与是否抗震有关，也与建筑的层高、柱距以及建筑使用要求有关，高、柱距以及建筑使用要求
4、有关，.中心支撑中心支撑中心支撑是指斜杆、横梁及柱汇交于一点的支中心支撑是指斜杆、横梁及柱汇交于一点的支撑体系，或两根斜杆与横杆汇交于一点，也可与柱撑体系，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。子汇交于一点，但汇交时均无偏心距。如右图：如右图：中心支撑的类型（支撑框架）中心支撑的类型（支撑框架）(a)X(a)X 形支撑；形支撑；(b(b）单斜支撑；）单斜支撑；(c(c）人字形支撑；）人字形支撑；(d)K(d)K 形支撑；形支撑；(e)V(e)V 形支撑形支撑.偏心支撑偏心支撑偏心支撑是指支撑斜杆的两端，至少有一端与梁偏心支撑是指支撑斜杆的两端，至少有一端与梁相交
5、（不在柱节点处），另一端可在梁与柱交点处相交（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，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耗能梁段，或并在支撑斜杆杆端与柱子之间构成一耗能梁段，或在两根支撑与杆之间构成一耗能梁段的支撑。在两根支撑与杆之间构成一耗能梁段的支撑。偏心支撑类型（偏心支撑框架）：（偏心支撑类型（偏心支撑框架）：（a a）门架式）门架式 1 1；（；（b b）门架）门架式式 2 2；（；（c c）单斜杆式；（）单斜杆式；（d d）人字形式；（）人字形式；（e e）V V 字形式字形式(3(3）框架剪力墙板体
6、系）框架剪力墙板体系框架剪力墙板体系是以钢框架为主体，并配置框架剪力墙板体系是以钢框架为主体，并配置一定数量的剪力墙板。一定数量的剪力墙板。剪力墙板主要类型：剪力墙板主要类型：钢板剪力墙板钢板剪力墙板 内藏钢板支撑剪力墙墙板内藏钢板支撑剪力墙墙板 带竖缝钢筋混凝土剪力墙板带竖缝钢筋混凝土剪力墙板内藏钢板剪力墙板与框架的连接内藏钢板剪力墙板与框架的连接 带竖缝剪力墙板与框架的连接带竖缝剪力墙板与框架的连接(4(4）筒体体系）筒体体系筒体结构体系可分为框架筒、桁架筒、筒中筒及筒体结构体系可分为框架筒、桁架筒、筒中筒及束筒等体系。束筒等体系。如右图：如右图：(a(a）框架筒；）框架筒；(b(b）桁架
7、筒；）桁架筒；(c(c）筒中筒；）筒中筒；(d(d）束筒）束筒(5(5）巨型框架体系）巨型框架体系巨型框架体系是由柱距较大的立体桁架梁柱及立巨型框架体系是由柱距较大的立体桁架梁柱及立体桁架梁构成。体桁架梁构成。巨型框架结构型式巨型框架结构型式(a(a）桁架型；）桁架型；(b (b）斜格型；）斜格型；(c (c）框筒型）框筒型.高层钢结构的布置原则高层钢结构的布置原则(1(1）高层钢结构适用的最大高度）高层钢结构适用的最大高度房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）括局部突出屋顶部分）;根据结构类型、烈度不同，则最大高度亦不
8、同。根据结构类型、烈度不同，则最大高度亦不同。钢结构房屋适用的最大高度（钢结构房屋适用的最大高度（m m）结构类型结构类型烈度烈度、7 7度度8 8度度9 9度度框架框架11011090905050钢框架支撑（抗震墙板）钢框架支撑（抗震墙板）220220200200140140筒体（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒）和巨型框架筒体（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒）和巨型框架300300260260180180(2(2）高层钢结构的高宽比限值）高层钢结构的高宽比限值结构的高宽比对结构的整体稳定性和人在建筑中结构的高宽比对结构的整体稳定性和人在建筑中的舒适感等有重要影响，钢结构民用房屋适用的最的舒适感等有重
9、要影响，钢结构民用房屋适用的最大高宽比见下表。大高宽比见下表。钢结构房屋的最大高宽比钢结构房屋的最大高宽比抗震设抗震设防烈度防烈度6 6、7 7度度8 8度度9 9度度最大高最大高宽比宽比6.56.56 65.55.5(3(3）高层钢结构的布置要求）高层钢结构的布置要求高层钢结构的布置除应符合建筑概念设计的高层钢结构的布置除应符合建筑概念设计的有关要求外，尚应符合下列规定有关要求外，尚应符合下列规定：支撑框架在两个方向的布置均宜基本对称，支支撑框架在两个方向的布置均宜基本对称，支撑框架之间楼盖的长宽比不宜大于撑框架之间楼盖的长宽比不宜大于 3;3;钢结构房屋设置地下室时，框架支撑（抗震钢结构房
10、屋设置地下室时，框架支撑（抗震墙板）结构中竖向连续布置的支撑（抗震墙板）墙板）结构中竖向连续布置的支撑（抗震墙板）应延伸至基础，框架柱应至少延伸至地下一层；应延伸至基础，框架柱应至少延伸至地下一层；8 8、9 9 度时，宜采用偏心支撑、带竖缝钢筋混凝土度时，宜采用偏心支撑、带竖缝钢筋混凝土抗震墙板、内藏钢板支撑或其他消能支撑；抗震墙板、内藏钢板支撑或其他消能支撑；超过超过 12 12 层的钢结构采用偏心支撑框架时，顶层可层的钢结构采用偏心支撑框架时，顶层可采用中心支撑；采用中心支撑；超过超过 12 12 层的钢框架筒体结构，在必要时可设置层的钢框架筒体结构，在必要时可设置由筒体外伸臂或外伸臂和
11、周边析架组成的加强层；由筒体外伸臂或外伸臂和周边析架组成的加强层；楼盖宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或非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。组合楼板。2.2 2.2 高层钢结构的抗震计算高层钢结构的抗震计算1.1.地震作用计算地震作用计算结构自振周期，在初步设计时，基本周期可按经结构自振周期，在初步设计时，基本周期可按经验公式估算：验公式估算：式中式中 n n 建筑物层数（不包括地下部分及屋顶小塔建筑物层数（不包括地下部分及屋顶小塔楼）。楼）。采用底部剪力法计算水平地震作用。钢结构的阻采用底部剪力法计算水平地震作用。钢结构的阻尼比较小，高层可取尼比较小，高层可取0.02
12、0.02，多层可取，多层可取0.0350.035。.地震作用下内力与位移计算地震作用下内力与位移计算(1(1）多遇地震作用下）多遇地震作用下结构在第一阶段多遇地震作用下的抗震设计结构在第一阶段多遇地震作用下的抗震设计中，其地震作用效应采取弹性方法计算：可根据中，其地震作用效应采取弹性方法计算：可根据不同情况，采用底部剪力法、振型分解反应谱法不同情况，采用底部剪力法、振型分解反应谱法以及时程分析法等方法。以及时程分析法等方法。(2(2）罕遇地震作用下）罕遇地震作用下高层钢结构第二阶段的抗震验算应采用时程高层钢结构第二阶段的抗震验算应采用时程分析法对结构进行弹塑性时程分析。分析法对结构进行弹塑性时
13、程分析。.构件的内力组合与设计原则构件的内力组合与设计原则(l(l）内力组合）内力组合在抗震设计中，一般高层钢结构可不考虑风荷载在抗震设计中，一般高层钢结构可不考虑风荷载及竖向地震的作用，对于高度大于及竖向地震的作用，对于高度大于60m60m的高层钢结的高层钢结构须考虑风荷载的作用，在构须考虑风荷载的作用，在9 9度区尚须考虑竖向地震度区尚须考虑竖向地震作用。作用。(2(2）设计原则）设计原则框架梁、柱截面按弹性设计。同时，将框架设计框架梁、柱截面按弹性设计。同时，将框架设计成强柱弱梁体系。成强柱弱梁体系。.侧移控制侧移控制在小震下（弹性阶段），过大的层间变形会造在小震下（弹性阶段），过大的层间变形会造成非结构构件的破坏，而在大震下（弹塑性阶段），成非结构构件的破坏，而在大震下（弹塑性阶段），过大的变形会造成结构的破坏或倒塌，因此，应限过大的变形会造成结构的破坏或倒塌，因此，应限制结构的侧移，使其不超过一定的数值。制结构的侧移，使其不超过一定的数值。