ChapterEIGHT鋼結構房屋抗震設計概述

本章所介紹的鋼結構房屋，僅指結構體系的主要承重構件都是鋼結構構件的房屋，或稱全鋼結構房屋。由于鋼材韌性好、強度與重量比高，一般來說，鋼結構房屋的抗震性能優(yōu)于用其他傳統(tǒng)建筑材料建造的房屋。但是如果鋼結構房屋在結構設計、材料選用、施工制作和維護上出現(xiàn)問題，在地震中同樣會造成破壞。鋼結構房屋震害

在過去發(fā)生的大地震中，觀察到的鋼結構房屋控害現(xiàn)象大體可以分為：桿件破壞節(jié)點破壞結構整體破壞非結構構件破壞1.鋼結構桿件破壞這是采用張緊圓鋼的屋面交叉水平支撐，在反復拉壓作用下，支撐發(fā)生了失穩(wěn)，圖中可以觀察到桿件的彎曲。這是1995年日本兵庫縣南部大地震中在高層鋼結構住宅中發(fā)生的破壞：梁、柱、支撐的節(jié)點近旁，箱形截面柱子斷裂，H形支撐的端部則發(fā)生局部失穩(wěn)。圖中可以觀察到絎架下弦桿的破斷。2.節(jié)點破壞梁與柱于相連的焊縫發(fā)生斷裂柱子加勁肋板在節(jié)點處的斷裂圓管絎架節(jié)點板彎折屈曲鋼結構整體徹底坍塌的實例較少。圖示結構的層間變形，是因為支撐結構破壞后，框架因產(chǎn)生塑性鉸而形成機構造成的體系破壞。3.非結構構構件破壞壞鋼結構本本身因其其有較大大的承載載能力和和變形能能力，因因此在大大地震中中并未發(fā)發(fā)生破壞壞，但連連接在結結構構件件上的墻墻板、樓樓面板、、屋面板板或者窗窗、門等等非結構構構件可可能遭受受破壞。。非結構構構件的破破壞，原原因之一一是這些些構件本身強度度不夠，或者是是其變形追隨隨性較差差，也可能能是由于于連接失效效所致。如果房屋屋非常重重要，不不允許發(fā)發(fā)生任何何破壞，，可以使使結構在在預期的的地震作作用了保保持在性性范圍內(nèi)內(nèi)。但是對大大多數(shù)的的房屋結結構的抗抗震設計計而言，，因受到到經(jīng)濟條條件、使使用條件件等的限限制，這這種要求求未必合合理。充分利用用鋼結構構構件及及其體系系良好的的塑性性性能，使使得房屋屋建筑在在罕遇地地震作用用下保持持結構整整體的穩(wěn)穩(wěn)定性，，避免倒倒塌，在在現(xiàn)時條條件下是是可以接接受的一一種設計計目標。。鋼結構體體系的塑塑性性能能一個超靜定的框架結構若承受單向作用的水平分布荷載，即使若干梁已經(jīng)達到其承載上限，只要結構整體還有足夠多的贅余度，結構整體還能穩(wěn)定承載（圖8.4）?？蚣芙Y構構的延性性系數(shù)可可以和桿桿件的延延性系數(shù)數(shù)一樣的的方法來來定義：：應極限限承載力力的側向向位移和和彈性側側向位移移限值之之比稱為為鋼梁的的延性系系數(shù)，建建筑鋼結結構中桿桿件的延延性系數(shù)數(shù)一般可可達到2～5或者更大大。。顯然桿件件或結構構的延性性系數(shù)越越大，則則在超出出彈性范范圍后，，可以利利用的承承載潛力力就越大大。對大多數(shù)數(shù)鋼結構構房屋建建筑來說說，結構構抗震設設計的重重要任務務，是要要求在多多遇地震震時，結結構（包包括其主主要承重重桿件））能保持持在彈性性范圍內(nèi)內(nèi)或基本本保持在在彈性范范圍；在遭遇設設計預期期的罕遇遇地震時時，結構構整體的的受力不不超過其其極限承承載力，，從而保保持結構構的穩(wěn)定定。要達到這這一目標標，就需需從體系系布置、、桿件設設計、節(jié)節(jié)點構造造等各方方面予以以全盤考考慮。適用于抗抗震設防防地區(qū)的的多高層層鋼結構構民用建建筑的結結構，有有：框架結構構框架－支支撐結構構框架－抗抗震墻板板結構框筒結構構筒中筒結結構成束簡結結構桁架筒結結構巨型結構構。高層鋼結結構民用用建筑的的結構體體系鋼結構體體系抗震震設計的的布置要要求1．鋼結構構民用建建筑最大大高度的的限制不同類型型的結構構體系在在不同設設防烈度度的最大大建筑高高度應符符合《抗震規(guī)范范》的規(guī)定注：表中房屋屋高度指指室外地地面到主主要屋面面板板頂頂?shù)母叨榷?。平面面和豎向向不規(guī)則則或建造造于IV類場地的的鋼結構構房屋，，適用的的最大高高度應適適當降低低。2.鋼結構民民用建筑筑最大高高寬比的的限制因建筑可可能承受受各方向向的水平平地震作作用，故故高寬比比指房屋屋總高度度與平面面較小寬寬度之比比。房屋高寬寬比過大大，則結結構體系系較柔，，在地震震作用下下的側移移較大。?！犊拐鹨?guī)范范》規(guī)定鋼結結構民用用建筑最最大高寬寬比不宜宜超過表表8.2的數(shù)值。。3．設置防防震縫的的規(guī)定鋼結構房房屋宜避避免采用用不規(guī)則則建筑結結構方案案，不設設防震縫縫。需要要設防震震縫時，，參照對對應的鋼鋼筋混凝凝土框架架結構、、框架－－抗震墻墻結構，，將抗震震縫寬度度放大1.5倍。4．結構體系的的選用和布置置鋼結構布置時時，要考慮多多道防線問題題，即對于罕罕遇地震下允允許開展塑性性和局部損傷傷的結構，應應考慮在大地地震造成結構構損傷之后，，結構仍能維維持系統(tǒng)的整整體穩(wěn)定性、、支承其上的的重力荷載而而不倒塌。在框架結構構中，一般般希望梁端端發(fā)展塑性性、形成塑塑性鉸。因為在多高層框架體系中，若形成如左圖所示的梁破壞機制，結構耗散的能量顯然遠遠大于右圖所示的柱端塑性鉸破壞機制。后者僅在結結構的某一一薄弱層中中實現(xiàn)能量量耗散。由于柱子是是支承重力力荷載使結結構免于倒倒塌的最重重要的構件件。因此框框架結構中中梁的抵抗抗機制就是是結構的第第一道抗震震防線。在框架中心心支撐結構構中，因為為支撐剛度度大于柱子子的側向剛剛度，遭遇遇地震時，，首先承受受較大的水水平剪力，，支撐失穩(wěn)穩(wěn)后，才有有較大的水水平力轉移移到鋼柱上上，所以支支撐就是框框架－中心心支撐結構構的第一道道抗震防線線?？拐鹪O計對對桿件的構構造要求1.柱子長細比比框架柱的長細比應符合表8.3的規(guī)定。表中數(shù)值適用于Q235鋼，柱子采用其他牌號鋼材時，應乘以。