钢结构抗震设计讲解

200
140
260
180
表6-3 钢结构房屋适用的最大高宽比
设防烈度
6度、7度
8度
9度
最大高宽比
6.5
6.0
5.5
✓6.2.3 钢结构房屋结构类型的选择及所适用的结构尺寸
(a) 交叉支撑； (b) 单斜杆支撑； (c) 人字支撑； (d) K形支撑
对不超过12层的钢结构宜采用中心支撑，有条件时也可采用偏 心支撑等消能支撑；超过12层的钢结构，宜采用偏心支撑，但 在顶层可采用中心支撑。
6.2.5地下室
多、高层钢结构设置地下室对于提高上部结构抗震 稳定性、提高结构抗倾覆能力、增加结构下部整体性、 减小结构沉降起有利作用。
地下室及其基础作为上部结构连续的锚连部分，应 具有可靠的埋置深度和足够的承载力及刚度。因此， 《建筑抗震设计规范》规定，对于超过12层的钢结构应 设置地下室,其基础埋置深度，当采用天然地基时不宜小 于房屋高度的1/15；当采用桩基时，桩承台埋深不宜小 于房屋总高度的1/20。
支撑桁架沿竖向连续布置，可使层间刚度变化较均 匀。当设置地下室时，框架-支撑(抗震墙板)结构中竖向 连续布置的支撑(抗震墙板)应延伸至基础；框架柱应至 少延伸至地下一层。不可因建筑方面的要求而在地下室 移动支撑的位置。
6.2.6钢结构材料选择
1） 钢结构的钢材应符合下列规定： （1）钢材的抗拉强 度实测值与屈服强度实测值的比
Crack at the top of a column
No.42 Failure of welded part at the beam end
No.71 Local buckling of a single-column steel pier
Brittle failure of a column of a high-rise steel structure
结构抗震设计
Seismic Design of Structures
Leabharlann Baidu
第6章 多层和高层钢结构建筑抗震设计
教学目标与要求 1.了解钢结构建筑的震害特点及原因 。 2.掌握钢结构的抗震设计方法。 3.熟悉钢结构建筑的抗震构造措施。
巨型钢框架体系
导入案例
1985年9月的墨西哥大地震(里氏8.1级)中，在墨西 哥城的高烈度区内有102幢钢结构房屋，其中59幢 为1957年以后所建，1957年以后建造的钢结构房 屋倒塌或破坏严重的不多(表6-1)，与钢筋混凝土 结构比较而言，钢结构震害轻。为什么钢结构的房 钢震害轻？钢结构房屋是否还需要抗震设计?我们 可以通过本章的学习得到回答。
(a) D形偏心支撑；(b) K形偏心支；(c) V形偏心支撑；(d) 人字支撑
偏心支撑框架的设计原则是强柱、强支撑和弱消能梁段，即在 大震时消能梁段屈服形成塑性铰，且具有稳定的滞回性能，即 使消能梁段进入应变硬化阶段，支撑斜杆、柱和其余梁段仍保 持弹性。
✓6.2.4 多层和高层钢结构房屋中楼盖的形式
钢框架-支撑体系可分为中心支撑类型和偏心支撑类型。
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，还适当减小了支撑构件的 轴向力，进而减小了支撑失稳的可能性。
钢框架-抗震墙板结构，使用带竖缝剪力墙板或带水平缝剪 力墙板、内藏支撑混凝土墙板、钢抗震墙板等，提供需要 的侧向刚度。
6.1 震害特征及原因
表6-1 1985年墨西哥城地震中钢结构和钢筋混凝土结构的破坏情况
建造年份
1957年以前 1957~1976
年 1976年以后
钢结构 倒塌 严重破坏
7
1
3
1
0
0
钢筋混凝土结构 倒塌 严重破坏
27
16
51
23
4
6
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。
6.1.1钢结构房屋的震害
1结构倒塌
2 支撑构件破坏 Buckling of a bracing member of wide flange cross-section
No.45 Rupture of a bracing member at a gusset plate connection
3 节点破坏
➢我国《建筑抗震设计规范》建议钢结构的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。
➢对不超过12层的钢结构，尚可采用装配整体式钢筋混凝土楼板， 亦可采用装配式楼板或其它轻型楼盖；
➢对超过12层的钢结构，当楼盖不能形成一个刚性的水平隔板以 传递水平力时，须加设水平支撑，一般每二至三层加设一道。
6.2钢结构抗震概念设计
✓6.2.1 结构平、立面布置以及防震缝的设置 ✓6.2.2 钢结构房屋结构类型的选择及所适用的结构尺寸
表6-2 钢结构房屋适用的最大高度(m)
框架
结构类型
设防烈度
6度、7度
8度
9度
110
90
50
框架-支撑(抗震墙板)
220
筒体(框筒、筒中筒、桁架
筒、束筒)和巨型框架
300
6.1.2 钢结构房屋的抗震性能
钢框架结构构造简单、传力明确，侧移刚度沿高度分布均匀， 结构整体侧向变形为剪切型(多层)或弯剪型(高层)，抗侧移 能力主要取决于框架梁、柱的抗弯能力。
重力荷载及P-δ效应对结构的抗震能力和结构的延性有较大 影响，当层数较多时，控制结构性能的设计参数不再是构件 的抗弯能力，而是结构的抗侧移刚度和延性。因此，从经济 角度看，这种结构体系适合于建造20层以下的中低层房屋。
No.40 Fracture of a welded column joint (6-story steel building)
No.43 Failure at a beam-column connection
4 基础锚固破坏 Failure of column base
5 构件破坏
日本神户地震
值不应小于1.2；（2）钢材应有明显的屈服台阶，且伸长 率应大于20%；（3）钢材应有良好的可焊性和合格的冲击 韧性。 2） 钢结构的钢材宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构 钢及Q345等级B、C、D、E的低合金高强度结构钢；当有 可靠依据时，尚可采用其他钢种和钢号。 3） 采用焊接连接的钢结构，当钢板厚不小于40mm且承 受沿板厚方向的拉力时，受拉试件板厚方向截面收缩率， 不应小于国家标准《厚度方向性能钢板》GB50313关于 Z15级规定的容许