钢结构房屋抗震设计1

母材的断裂
支撑处的断裂
2. 钢结构节点破坏 节点破坏形式 (1) 支撑连接破坏
圆钢支撑连接的破坏
(2) 梁柱连接破坏
钢支撑连接的破坏
美国Northridge地震
日本阪神地震
震害调查发现，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
可能的原因：
楼板与梁共同变形导致下翼缘应力增大 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
1. 钢结构构件破坏 多高层建筑钢结构构件破坏的主要形式有
(1) 支撑压屈
支撑在地震中所受的压力超过其屈曲临 界力时，即压屈破坏
(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
支撑压曲 梁柱局部失稳
(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市海滨 城的52栋高层钢结构住宅，有57根钢柱发生断裂，其中 13根钢柱为母材断裂，7根钢柱在与支撑连接处断裂， 37根钢柱在拼接焊缝处断裂。
F F
Fu
B
Fy A
O y
u
a) 钢梁的荷载－梁端位移
把钢梁对应极限承载力的侧向位移和弹性侧向位移限值
之比δu/δy称为钢梁的延性系数 。Fy为屈服承载力，Fu为极限 承载力，钢结构构件的延性系数一般可达2～5或者更大。
F i
Fn
Fi
F1
框架的水平荷载－顶点位移曲线
框架结构在单向水平分布荷载下，即使部分钢梁已经达到承载 能力上限，只要结构体系具有足够的冗余度，结构整体仍能继续承 载。框架结构的延性系数可以和杆件的延性系数一样采用类似的方 法来定义。
屋面板破坏
楼梯梯段的破坏 1
楼梯梯段的破坏 2
钢结构抗震设计的重要任务:
第一阶段：要求在遭遇多遇地震时，结构包括其主要承重 杆件能保持在弹性范围内，或基本保持在弹性范围；
第二阶段：在遭遇设计预期的罕遇地震时，结构整体的受 力不超过其极限承载力，从而保持结构的稳定。
方法：从体系布置、杆件设计、节点构造等各方面予以全 盘考虑。
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衬板，实际 工程中衬板在焊接后就留在结构上，这样衬板与柱翼缘之间就 形成一条“人工”裂缝，成为连接裂缝发展的起源。
(4) 焊缝金属冲击韧性
低的冲击韧性使 得连接很易产生脆性破 坏，成为引发节点破坏 的重要因素
第八章 钢结构房屋抗震设计
8.1 概述
钢结构房屋: 指结构体系的主要承重构件为钢结构构件的房 屋，也称全钢结构房屋。 钢结构特性：强度高、延性好、重量轻、抗震性能好 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 部分钢结构房屋(本章不讨论)
钢结构房屋震害现象大体可以分为杆件破坏、节点破坏、 结构整体破坏、和非结构构件破坏等4种类型。
震后观察到的在梁柱焊缝连接处的失效模式 (1)美国Northridge地震
(2)日本阪神地震
模式1—翼缘断裂 模式2，3 —热影响区断裂 模式4—横膈板断裂
梁柱刚性连接裂缝或断裂破坏的原因（4点）： (1) 焊缝缺陷 如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等 这些缺陷将成为裂缝开展直至断裂的起源 (2) 三轴应力
本节结束！
“人工”裂缝
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梁节点的破坏
柱节点的破坏
柱腹板的拉裂
柱脚的局部屈曲与拉坏
节点板的屈曲
节点板螺栓滑移
3. 钢结构整体破坏
柱间支撑的屈曲导致框架破坏
由柱脚破坏引起的倒塌
结构整体破坏是地震中结构破坏最严重的形式。钢结构建筑 尽管抗震性能好，但在地震中也有倒塌事例发生。
4. 钢结构的非结构构件破坏
屋面檩条的破坏