建筑抗震与设防---钢结构建筑资料.pptx
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1、第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学7.1 多高层钢结构的主要震害特征7.1.0 概述7.1.1 节点连接破坏7.1.2 构件破坏7.1.3 结构倒塌第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学概述 钢结构强度高、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。例如,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,在1985年9月的墨西哥大地震(里氏8.1级)中,1957年以后建造的钢结构房屋倒塌或严重破坏的不多(见表6-1),而钢筋混凝土结构房屋的破坏
2、就要严重得多。第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学建造年份建造年份钢结构钢结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构倒塌倒塌严重破坏严重破坏倒塌倒塌严重破坏严重破坏1957年以前年以前7127161957一一1976年年3151231976年以后年以后00461985年墨西哥城地震中钢结构和钢筋混凝土结构的破坏情况 第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学7.1.1 节点连接破坏 主要有两种节点连接破坏,一种是支撑连接破坏,另一种是梁柱连接破坏,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(表6-2),支撑连接更易遭受
3、地震破坏。支撑连接破坏第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学梁柱刚性连接的典型震害现象 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。第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学梁柱焊接连接处的失效模式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
4、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。“人工”裂缝第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学7.1.2 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。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
5、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。支撑的压屈 柱的局部失稳第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学7.1.3 结构倒塌结构倒塌是地震中结构破坏最严重的形式。1985年墨西哥大地震中有10幢钢结构房屋倒塌,在1995年日本阪神地震中,也有钢结构房屋倒塌发生。1985年日本阪神地震中某地区钢结构房屋震害情况建造年份建造年份严重破坏或严重破坏或倒塌倒塌中等破坏中等破坏轻微破坏轻微破坏完好完好1971年以前年以前50201971一一
6、1982年年00351982年以后年以后0017第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学柱的水平断裂钢柱(箱形截面500mm x 500mm)地震脆断实例(图下中间所示为硬币,以示断缝大小)第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学7.2.1 结构选型7.2.2 结构平面布置7.2.3 结构竖向布置7.2.4 结构布置的其他要求7.2 多高层钢结构的选型与结构布置第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学 我国建筑抗震设计规范(GB50011-2001)将超过12层的建筑归为高层钢结构建筑,将不超过12层的建筑归为多层钢
7、结构建筑。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、桁架筒、束筒等)或巨型框架体系。纯框架结构延性好,抗侧力刚度较差 7.2.1 结构选型()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点。框架结构体系的梁柱节点宜采用刚接。第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学(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。支撑体系的布置由建筑要求及结构功能来确定。.中心支撑中心支撑是指
8、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,也可与柱子汇交于一点,但汇交时均无偏心距。中心支撑的类型(a)X 形支撑;(b)单斜支撑;(c)人字形支撑;(d)K 形支撑;(e)V 形支撑第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学.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耗能梁段,或在两根支撑与杆之间构成一耗能梁段的支撑。(a)门架式 1;(b)门架式 2;(c)单斜杆式;(d)人字形式;(e)V 字形式第七章 多高层建筑钢
9、结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学(3)框架剪力墙板体系框架剪力墙板体系是以钢框架为主体,并配置一定数量的剪力墙板。剪力墙板主要类型:钢板剪力墙板;内藏钢板支撑剪力墙墙板;带竖缝钢筋混凝土剪力墙板。内藏钢板支撑剪力墙板 带竖缝剪力墙板第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学(4)筒体体系框筒实际上是密柱框架结构,由于梁跨小、刚度大,使周圈柱近似构成一个整体受弯的薄壁筒体,具有较大的抗侧刚度和承载力,因而框筒结构多用于高层建筑。筒体结构体系可分为框架筒、桁架筒、筒中筒及束筒等体系。如右图:(a)框架筒;(b)桁架筒;(c)筒中筒;(d)束筒第七章 多高层建筑
10、钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学(5)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体桁架梁构成。(a)桁架型;(b)斜格型;(c)框筒型第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学钢结构房屋适用的最大高度(m)结构体系结构体系设防烈度设防烈度6、789框架框架1109050框架一支撑框架一支撑(剪力墙板剪力墙板)220200140筒体筒体(框筒、筒中筒、框筒、筒中筒、束筒束筒)和巨型框架和巨型框架300260180钢结构房屋适用的最大高宽比 烈度烈度6、789最大高宽比最大高宽比7.57.05.5第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计
11、辽宁工程技术大学7.2.2 结构平面布置 多高层钢结构的平面布置应尽量满足下列要求: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,同时各层刚心与质心接近在同一竖直线上。2)建筑的开间、进深宜统一,其常用平面的尺寸关系应符合表6-6和图6-12的要求。当钢框筒结构采用矩形平面时,其长宽比不应大于1.5:1;不能满足此项要求时,宜采用多束筒结构。第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学 3)高层建筑钢结构不宜设置防震缝,但薄弱部位应注意采取措施提高抗震能力。如必须设置伸缩缝,则应同时满足防震缝的要求。4)宜避免结构平面不规则布置。如在平面布置上
12、具有下列清况之一者,为平面不规则结构:任意层的偏心率大于0.15。结构平面形状有凹角,凹角的伸出部分在一个方向的长度,超过该方向建筑总尺寸的25%。楼面不连续或刚度突变,包括开洞面积超过该层楼面面积的50%。抗水平力构件既不平行于又不对称于抗侧力体系的两个互相垂直的主轴。第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学7.2.3 结构竖向布置多高层钢结构的竖向布置应尽量满足下列要求:1)楼层刚度大于其相邻上层刚度的70%,且连续三层总的刚度降低不超过50%。2)相邻楼层质量之比不超过1.5(屋顶层除外)。3)立面收进尺寸的比例Ll/L0.7。4)任意楼层抗侧力构件的总受剪承载
13、力大于其相邻上层的80%。5)框架一支撑结构中,支撑(或剪力墙板)宜竖向连续布置,除底部楼层和外伸刚臂所在楼层外,支撑的形式和布置在竖向宜一致。立面收进 第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学7.2.4 结构布置的其他要求1)高层钢结构宜设置地下室。在框架一支撑(剪力墙板)体系中,竖向连续布置的支撑(剪力墙板)应延伸至基础。设置地下室时,框架柱应至少延伸到地下一层。2)8、9度时,宜采用偏心支撑、带缝钢筋混凝土剪力墙板、内藏钢板支撑和其他消能支撑。3)采用偏心支撑框架时,顶层可为中心支撑。4)楼板宜采用压型钢板(或预应力混凝土薄板)加现浇混凝土叠合层组成的楼板。楼板
14、与钢梁应采用栓钉或其他元件连接。当楼板有较大或较多的开孔时,可增设水平钢支撑以加强楼板的水平刚度。5)人字形和V字形支撑要求,防止楼板下陷和隆起。第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学7.3 多高层钢结构的抗震计算要求7.3.1 计算模型7.3.2 地震作用7.3.3 计算有关要求第七章 多高层建筑钢结构抗震设计 建筑结构抗震设计辽宁工程技术大学7.3.1 计算模型 确定多高层钢结构抗震计算模型时,应注意:1)进行多高层钢结构地震作用下的内力与位移分析时,一般可假定楼板在自身平面内为绝对刚性。对整体性较差、开孔面积大、有较长的外伸段的楼板,宜采用楼板平面内的实际刚度
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