抗震结构设计第六章 多层和高层钢结构房屋的抗震设计
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钢框架结构构造简单、传力明确，侧移刚度沿高度分布 均匀，结构延性好，但抗侧力刚度差。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体系和偏心支撑体系。
地震作用下中心支撑的变形
偏心支撑框架的消能机制
中心支撑结构使用中心支撑构件，增加了结构抗侧移刚度， 可更有效地利用构件的强度，提高抗震能力，适合于建造更高 的房屋结构。
钢结构民用房屋适用的最大高宽比
烈度
6、7
Fra Baidu bibliotek
8
9
最大高宽比
6.5
6.0
5.5
注：计算高宽比的高度应从室外地面算起。
对不超过12层的钢结构房屋可采用框架结构、框架-支 撑结构或其他结构类型；超12层的钢结构房屋，8度、9度时， 宜采用偏心支撑、带竖缝钢筋混凝土抗震墙板、内藏钢支撑 钢筋混凝土墙板或其他消能支撑及筒体结构。
3.框架-抗震墙板体系
框架-抗震墙板体系是以钢框架为主体，并配置一定数 量的抗震墙板。由于抗震墙板可以根据需要布置在任何位置 上，布置灵活。另外抗震墙板可以分开布置，两片以上抗震 墙并联体较宽，从而可减小抗侧力体系等效高宽比，提高结 构的抗推和抗倾覆能力。抗震墙板主要有以下三种类型：
(1)钢抗震墙板
在强烈地震作用下，支撑结构率先进入屈服，可以保护或 者延缓主体结构的破坏，这种结构具有多道抗震防线。
中心支撑框架结构构件简单，实际工程应用较多。但是由 于支撑构件刚度大，受力较大，容易发生整体或者局部失稳， 导致结构总体刚度和强度降低较快，不利于结构抗震能力的发 挥，必须注意其构造设计。
带有偏心支撑的框架-支撑结构，具备中心支撑体系侧向 刚度大、具有多道抗震防线的优点，还适当减少了支撑构件的 轴向力，进而减小了支撑失稳的可能性。
(2)内藏钢板支撑抗震墙板
(3)带竖缝混凝土抗震墙板
内藏钢板剪力墙与框架连接
带竖缝剪力墙与框架连接
4.筒体体系
根据筒体的布置、组成、数量的不同，筒体结构体系可 分为框架筒、桁架筒、筒中筒以及束筒等。
5.巨型框架体系
一般高层钢结构梁、柱、支撑为一个楼层和一个开间内 的构件，如果将梁、柱、支撑的概念扩展到数个楼层和数个 开间，则可构成巨型框架结构。其由柱距较大的立体桁架柱 及立体桁架梁构成。立体桁架梁应沿纵横向布置，并形成一 个空间桁架层，在两层空间桁架层之间设置次框架结构，以 承担空间桁架层之间的各层楼面荷载，并将其通过此框架结 构的柱子传递给立体桁架梁及立体桁架柱。这种体系能在建 筑中提供特大空间，具有很大的刚度和强度。
2.构件破坏 (1)支撑压屈
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现象，进而引 发低周疲劳和断裂破坏。
(3)钢柱脆性断裂
3.结构倒塌 规则对称的结构体系对抗震将十分有利。
二、钢结构房屋的抗震性能
二、钢结构房屋的结构选型
钢结构房屋适用的最大高度(m)
结构类型
6、7度 8度
9度
框架
110
90
50
框架-支撑(抗震墙板)
220
200
140
筒体(框筒、筒中筒、衍架筒、束筒)和巨型框架 300
260
180
注：1.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)； 2.超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。
第六章 多层和高层钢结构房屋的抗震设计
第一节 多高层钢结构建筑主要震害现象及其分析
一、多高层钢结构的主要震害特征 在同等场地、同等条件下，钢结构房屋的震害较钢筋混
凝土结构房屋的震害要小。 1.节点连接破坏 (1)框架梁柱节点破坏
(2)支撑连接破坏 支撑是框架-支撑结构中最主要的抗侧力部分，一旦地
震发生它将首当其冲承受水平地震作用，如果某层的支撑发 生破坏，将使该层成为薄弱楼层，造成严重后果。
三、结构的平、立面布置
1.平面布置
多高层钢结构的平面布置宜符合下列要求：
(1)建筑平面宜简单规则，并使结构各层的抗侧力刚度 中心与质量中心接近或重合，同时各层刚心和质心接近在同 一竖直线上；建筑的开间、进深宜统一。
(2)为避免地震作用下发生强烈的扭转振动或水平地震 力在建筑平面上的不均匀分布，建筑平面的尺寸关系应符合 下表和下图。当钢框筒结构采用矩形平面时，其长宽比不宜 大于1.5：1，不能满足此项要求时，宜采用多束筒结构。
我国建筑抗震设计规范对钢结构的抗震措施，一般以12 层为界区分。有抗震要求的多高层钢结构的体系主要有框架 体系、框架-支撑(抗震墙板)体系、筒体体系(框筒、筒中筒、 桁架筒、束筒等)或巨型框架体系。
1.框架体系
2.框架-支撑体系 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体系。 (1)中心支撑
中心支撑是指斜杆与横梁及柱汇交于一点，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。
中心支撑是常用的支撑类型之一，因具有较大的侧向刚 度，对减小结构的水平位移和改善结构的内力分布是有效的， 但在往复的水平地震作用下，会产生下列后果：
①支撑斜杆重复压曲后，其抗压承载力急剧降低； ②支撑的两侧柱子产生压缩变形和拉伸变形时，由于支 撑的端节点实际构造做法并非铰接，引发支撑产生很大的内 力和应力； ③斜杆从受压的压曲状 态变为受拉伸状态，将对结构 产生冲击作用力，使支撑及其节点和相邻的结构产生很大的 附加应力。
(2)偏心支撑
偏心支撑是指支撑斜杆的两端，至少有一端与梁相交 (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，并在支撑斜杆杆端与 柱子之间构成一消能梁段，或在两根支撑斜杆之间构成一 消能梁段的支撑。
偏心支撑改变支撑斜杆与梁(消能梁段)的先后屈服顺 序，罕遇地震时，消能梁段在支撑失稳之前就进入弹塑性 阶段以利用非弹性变形进行消能，从而保护支撑斜杆不屈 曲或屈曲在后。因此，偏心支撑与中心支撑相比具有较大 的延性，它适用于高烈度地区。
由于支撑点位置偏离框架接点，便于在横梁内设计用于 消耗地震能量的消能梁段。强震发生时，消能梁段率先屈服， 消耗大量地震能量，保护支撑斜杆不屈曲或屈曲在后，形成了 新的抗震防线，使得结构整体抗震性能，特别是结构延性大大 加强。
这种结构体系适合于在高烈度地区建造高层建筑。
第二节 抗震设计的一般规定
一、多高层钢结构的体系与结构布置
钢框架-支撑体系可分为中心支撑体系和偏心支撑体系。
地震作用下中心支撑的变形
偏心支撑框架的消能机制
中心支撑结构使用中心支撑构件，增加了结构抗侧移刚度， 可更有效地利用构件的强度，提高抗震能力，适合于建造更高 的房屋结构。
钢结构民用房屋适用的最大高宽比
烈度
6、7
Fra Baidu bibliotek
8
9
最大高宽比
6.5
6.0
5.5
注：计算高宽比的高度应从室外地面算起。
对不超过12层的钢结构房屋可采用框架结构、框架-支 撑结构或其他结构类型；超12层的钢结构房屋，8度、9度时， 宜采用偏心支撑、带竖缝钢筋混凝土抗震墙板、内藏钢支撑 钢筋混凝土墙板或其他消能支撑及筒体结构。
3.框架-抗震墙板体系
框架-抗震墙板体系是以钢框架为主体，并配置一定数 量的抗震墙板。由于抗震墙板可以根据需要布置在任何位置 上，布置灵活。另外抗震墙板可以分开布置，两片以上抗震 墙并联体较宽，从而可减小抗侧力体系等效高宽比，提高结 构的抗推和抗倾覆能力。抗震墙板主要有以下三种类型：
(1)钢抗震墙板
在强烈地震作用下，支撑结构率先进入屈服，可以保护或 者延缓主体结构的破坏，这种结构具有多道抗震防线。
中心支撑框架结构构件简单，实际工程应用较多。但是由 于支撑构件刚度大，受力较大，容易发生整体或者局部失稳， 导致结构总体刚度和强度降低较快，不利于结构抗震能力的发 挥，必须注意其构造设计。
带有偏心支撑的框架-支撑结构，具备中心支撑体系侧向 刚度大、具有多道抗震防线的优点，还适当减少了支撑构件的 轴向力，进而减小了支撑失稳的可能性。
(2)内藏钢板支撑抗震墙板
(3)带竖缝混凝土抗震墙板
内藏钢板剪力墙与框架连接
带竖缝剪力墙与框架连接
4.筒体体系
根据筒体的布置、组成、数量的不同，筒体结构体系可 分为框架筒、桁架筒、筒中筒以及束筒等。
5.巨型框架体系
一般高层钢结构梁、柱、支撑为一个楼层和一个开间内 的构件，如果将梁、柱、支撑的概念扩展到数个楼层和数个 开间，则可构成巨型框架结构。其由柱距较大的立体桁架柱 及立体桁架梁构成。立体桁架梁应沿纵横向布置，并形成一 个空间桁架层，在两层空间桁架层之间设置次框架结构，以 承担空间桁架层之间的各层楼面荷载，并将其通过此框架结 构的柱子传递给立体桁架梁及立体桁架柱。这种体系能在建 筑中提供特大空间，具有很大的刚度和强度。
2.构件破坏 (1)支撑压屈
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现象，进而引 发低周疲劳和断裂破坏。
(3)钢柱脆性断裂
3.结构倒塌 规则对称的结构体系对抗震将十分有利。
二、钢结构房屋的抗震性能
二、钢结构房屋的结构选型
钢结构房屋适用的最大高度(m)
结构类型
6、7度 8度
9度
框架
110
90
50
框架-支撑(抗震墙板)
220
200
140
筒体(框筒、筒中筒、衍架筒、束筒)和巨型框架 300
260
180
注：1.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)； 2.超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。
第六章 多层和高层钢结构房屋的抗震设计
第一节 多高层钢结构建筑主要震害现象及其分析
一、多高层钢结构的主要震害特征 在同等场地、同等条件下，钢结构房屋的震害较钢筋混
凝土结构房屋的震害要小。 1.节点连接破坏 (1)框架梁柱节点破坏
(2)支撑连接破坏 支撑是框架-支撑结构中最主要的抗侧力部分，一旦地
震发生它将首当其冲承受水平地震作用，如果某层的支撑发 生破坏，将使该层成为薄弱楼层，造成严重后果。
三、结构的平、立面布置
1.平面布置
多高层钢结构的平面布置宜符合下列要求：
(1)建筑平面宜简单规则，并使结构各层的抗侧力刚度 中心与质量中心接近或重合，同时各层刚心和质心接近在同 一竖直线上；建筑的开间、进深宜统一。
(2)为避免地震作用下发生强烈的扭转振动或水平地震 力在建筑平面上的不均匀分布，建筑平面的尺寸关系应符合 下表和下图。当钢框筒结构采用矩形平面时，其长宽比不宜 大于1.5：1，不能满足此项要求时，宜采用多束筒结构。
我国建筑抗震设计规范对钢结构的抗震措施，一般以12 层为界区分。有抗震要求的多高层钢结构的体系主要有框架 体系、框架-支撑(抗震墙板)体系、筒体体系(框筒、筒中筒、 桁架筒、束筒等)或巨型框架体系。
1.框架体系
2.框架-支撑体系 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体系。 (1)中心支撑
中心支撑是指斜杆与横梁及柱汇交于一点，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。
中心支撑是常用的支撑类型之一，因具有较大的侧向刚 度，对减小结构的水平位移和改善结构的内力分布是有效的， 但在往复的水平地震作用下，会产生下列后果：
①支撑斜杆重复压曲后，其抗压承载力急剧降低； ②支撑的两侧柱子产生压缩变形和拉伸变形时，由于支 撑的端节点实际构造做法并非铰接，引发支撑产生很大的内 力和应力； ③斜杆从受压的压曲状 态变为受拉伸状态，将对结构 产生冲击作用力，使支撑及其节点和相邻的结构产生很大的 附加应力。
(2)偏心支撑
偏心支撑是指支撑斜杆的两端，至少有一端与梁相交 (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，并在支撑斜杆杆端与 柱子之间构成一消能梁段，或在两根支撑斜杆之间构成一 消能梁段的支撑。
偏心支撑改变支撑斜杆与梁(消能梁段)的先后屈服顺 序，罕遇地震时，消能梁段在支撑失稳之前就进入弹塑性 阶段以利用非弹性变形进行消能，从而保护支撑斜杆不屈 曲或屈曲在后。因此，偏心支撑与中心支撑相比具有较大 的延性，它适用于高烈度地区。
由于支撑点位置偏离框架接点，便于在横梁内设计用于 消耗地震能量的消能梁段。强震发生时，消能梁段率先屈服， 消耗大量地震能量，保护支撑斜杆不屈曲或屈曲在后，形成了 新的抗震防线，使得结构整体抗震性能，特别是结构延性大大 加强。
这种结构体系适合于在高烈度地区建造高层建筑。
第二节 抗震设计的一般规定
一、多高层钢结构的体系与结构布置