钢结构设计论文

《钢结构》论文

多层钢结构房屋抗震设计

队长：蒋振中 20120725

队员：朱跃 20120711

李国伟 20120716

班级：试1205班 2014 年9月22日

多层钢结构房屋抗震设计

1、摘要

随着我国建筑业和钢材的发展，多层钢结构房屋也越来越多，近几年来我国地震频发，做好钢结构的抗震设计变得越来越重要。对于多层钢结构房屋而言抗震设计是其设计的关键一环，本文对钢结构的破坏形式和预防进行归纳总结，希望能为以后类似的多层钢结构房屋设计提供参考。

关键字：多层；钢结构；抗震；结构体系；破坏形式

2、前言

钢结构有很多优点，便于运输，抗震性能高，施工周期短，延展性好，施工速度快等，而且与传统的混凝土结构相比，钢结构的强度、韧性高，节能环保，特别啊钢结构具有良好的延展性可以减弱地震波，减少地震时地震波的影响，因此在工业化生产中钢结构广泛应用与多层房屋建筑中。但是，如果多层钢结构房屋在材料选用、设计以及施工维护和制作上稍有不妥，就难以发挥钢结构自身所具有的优越性，在地震作用下就难以减轻地震对房屋的破坏性。如今，钢结构已经普遍应用于各种类型的民用建筑、工业建筑中，如果不合理应用钢结构，会造成建筑物结构局部破坏甚至整体倒塌等更严重的后果。

3、破坏形式

3.1、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。出于焊接工艺的要求，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。

3.2、钢结构的构件破坏

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。

3.3、钢结构的整体坍塌

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。

4、钢结构的抗震构造技术设计

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。

4.1、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。

4.2、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。

5、偏心支撑框架

5.1、偏心支撑框架

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。

5.2、偏心梁段的腹板加劲肋

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横向加劲肋

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。

6、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。

参考文献

【1】《多高层建筑抗震、防震设计规范》

【2】《要高度重视建筑物抗震能力》中国钢结构专家陈绍番教授