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1、 6.1 多 高 層 鋼 結 構 的 主 要 震 害 特 征強度高、延性好、重量輕、抗震性能好 鋼結構特性：總體來說，在同等場地、烈度條件下，鋼結構房屋的震害較鋼筋混凝土結構房屋的震害要小 震 害 舉 例 及 比 較 1985年墨西哥城地震中鋼結構和鋼筋混凝土結構的破壞情況 建 造 年 份 鋼 結 構 鋼 筋 混 凝 土 結 構倒 塌 嚴 重破 壞 倒 塌 嚴 重破 壞1957年 以 前 7 1 27 1619571976年 3 1 51 231976年 以 后 0 0 4 6 多高層鋼結構在地震中的破壞形式有三種 節(jié)點連接破壞；構件破壞；結構倒塌 一 、 節(jié) 點 連 接 破 壞1.支撐連接破

2、壞 圖 圓鋼支撐連接的破壞 圖 角鋼支撐連接的破壞 2.梁柱連接破壞 圖 美國Northridge地震 日本阪神地震 1978年 日 本 宮 城 縣 遠 海 地 震 （ 里 氏 7.4級 ） 1978年日本宮城縣遠海地震鋼結構建筑破壞類型統(tǒng)計 結 構 數(shù) 量 破 壞 類 型 破 壞 等 級 * 統(tǒng) 計 總 數(shù) 百 分 比 (%)過 度 彎 曲 柱 2 2 11 7.4梁 1梁 、 柱 局 部 屈 曲 2 1 1 2 連 接 破 壞 支 撐 連 接 6 13 25 63 119 80.4梁 柱 連 接 2 1柱 腳 連 接 4 2 1其 它 連 接 1 1基 礎 失 效 不 均 勻 沉 降 2

3、4 12 18 12.2總 計 8 23 34 83 148 100支撐連接更易遭受地震破壞 級 ： 支 撐 連 接 出 現(xiàn) 裂 紋 ， 但 沒 有 不 可 恢 復 的 屈 曲 變 形 級 ： 出 現(xiàn) 小 于 1/30 層 高 的 永 久 層 間 變 形 級 ： 出 現(xiàn) 大 于 1/30 層 高 的 永 久 層 間 變 形 級 ： 倒 塌 或 無 法 繼 續(xù) 使 用 震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，梁柱連接的破壞大多數(shù)發(fā)生在梁的下翼緣處，而上翼緣的破壞要少得多 可能的原因： 1.樓板與梁共同變形導致下翼緣應力增大 2.下翼緣在腹板位置焊接的中斷是一個顯著的焊縫缺陷的來源 震后觀察到的在梁柱焊縫連接處的失效模式

4、1.美國Northridge地震 2.日本阪神地震 模 式 1 翼 緣 斷 裂模 式 2， 3 熱 影 響 區(qū) 斷 裂模 式 4 橫 膈 板 斷 裂 梁柱剛性連接裂縫或斷裂破壞的原因（4點）： 1. 焊縫缺陷2. 三軸應力這些缺陷將成為裂縫開展直至斷裂的起源 梁柱連接的焊縫變形由于受到梁和柱約束，施焊后焊縫殘存三軸拉應力，使材料變脆 如 裂 紋 、 欠 焊 、 夾 渣 和 氣 孔 等 3. 構造缺陷 出于焊接工藝的要求，梁翼緣與柱連接處設有襯板，實際工程中襯板在焊接后就留在結構上，這樣襯板與柱翼緣之間就形成一條“人工”裂縫，成為連接裂縫發(fā)展的起源。 4. 焊縫金屬沖擊韌性 低的沖擊韌性使得連接

5、很易產(chǎn)生脆性破壞，成為引發(fā)節(jié)點破壞的重要因素 圖 “人工”裂縫 二 、 構 件 破 壞多高層建筑鋼結構構件破壞的主要形式有 1. 支撐壓屈 支撐在地震中所受的壓力超過其屈曲臨界力時，即壓屈破壞 梁或柱在地震作用下反復受彎，在彎矩最大截面處附近由于過度彎曲可能發(fā)生翼緣局部失穩(wěn)破壞 2.梁柱局部失穩(wěn) 支 撐 壓 曲 梁 柱 局 部 失 穩(wěn) 母材的斷裂 支撐處的斷裂 7根鋼柱在與支撐連接處斷裂， 37根鋼柱在拼接焊縫處斷裂 位于阪神地震區(qū)蘆屋市海濱城的52棟高層鋼結構住其 中 13根 鋼 柱 為 母 材 斷 裂 ，3. 柱水平裂縫或斷裂破壞 1995年日本阪神地震 宅 ， 有 57根 鋼 柱 發(fā) 生

6、 斷 裂 ， 建 造年 份 嚴 重 破 壞 或倒 塌 中 等破 壞 輕 微破 壞 完 好1971年 以前 5 0 2 01971-1982年 0 0 3 51982年 以后 0 0 1 71995年日本阪神地震中Chou Ward地震鋼結構房屋震害情況 鋼結構房屋在地震中嚴重破壞或倒塌與結構抗震設計水平 關系很大1971年，日本鋼結構設計規(guī)范修訂； 1982年，日本建筑標準法實施 返 回 目 錄三 、 結 構 倒 塌 結構倒塌是地震中結構破壞最嚴重的形式 鋼結構建筑盡管抗震性能好，但在地震中也有倒塌事例發(fā)生。 6.2 多 高 層 鋼 結 構 的 選 型 與 結 構 布 置一 、 結 構 選 型

7、 在結構選型上，多層和高層鋼結構無嚴格界限 將 超 過 12層 的 建 筑 歸 為 高 層 鋼 結 構 建 筑為區(qū)分結構的重要性對結構抗震構造措施的要求不同我 國 建 筑 抗 震 設 計 規(guī) 范 （ GB500112001） 規(guī) 定 ：將 不 超 過 12層 的 建 筑 歸 為 多 層 鋼 結 構 建 筑 有抗震要求的多高層建筑鋼結構可采用以下結構體系： 1. 純框架結構 延性好，但抗側力剛度較差 2. 框架中心支撐結構體系 通過支撐提高框架的剛度，但支撐受壓會屈曲，支撐屈曲將導致原結構承載力降低 3. 框架偏心支撐結構體系 可通過偏心梁段剪切屈服限制支撐受壓屈曲，使結構具有穩(wěn)定的承載能力和良

8、好的耗能性能，抗側力剛度介于 純框架和中心支撐框架之間 4. 框筒結構體系 （2）框架結構的梁柱節(jié)點宜采用剛接 （ 1） 實 際 上 是 密 柱 框 架 結 構（ 3） 由 于 梁 跨 小 ， 剛 度 大 ， 使 周 圈 柱 近 似 構 成 一 個 整 體 受 彎 的 薄 壁 筒 體（ 4） 具 有 較 大 的 抗 側 剛 度 和 承 載 力因 而 框 筒 結 構 多 用 于 高 層 建 筑 各種鋼結構體系建筑的適用高度 結 構 體 系 設 防 烈 度6、 7 8 9框 架 110 90 50框 架 支 撐 （ 剪 力 墻 板 ） 220 200 140筒 體 （ 框 筒 、 筒 中 筒 、

9、束 筒 ） 和巨 型 框 架 300 260 180適用的鋼結構房屋最大高度（m） 各種鋼結構體系建筑的適用高寬比 適用的鋼結構房屋最大高寬比 烈 度 6、 7 8 9最 大 高 寬 比 6.5 6.0 5.5 二 、 結 構 平 面 布 置多高層鋼結構的平面布置應盡量滿足下列要求： 1.建筑平面宜簡單規(guī)則，并使結構各層的抗側力剛度中心 與質(zhì)量中心接近或重合，同時各層剛心與質(zhì)心接近在同 一豎直線上 L，l，l，B的限值 L/B L/Bmax l/b l/ Bmax B/ Bmax 5 4 1.5 1 0.5 2. 建筑的開間、進深宜統(tǒng)一，其常用平面的尺寸關系應 符合下表和圖的要求 3. 宜避免

10、結構平面不規(guī)則布置如在平面布置上具有下列情況之一者，為平面不規(guī)則結構：1) 任意層的偏心率大于0.15 應計算結構扭轉影響 e偏 心 距 xy 偏心率可按下列公式計算：所計算樓層在x和y方向的偏心率: exyx re 結構x方向的彈性半徑 eyxy re xTex KKr 結構y方向的彈性半徑 yTey KKr xe ye、分別為x和y方向樓層 質(zhì)心到結構剛心的距離 xK yK、分別為所計算樓層各 抗側力構件在x和y方向 的側向剛度之和 其 中 ：其 中 ： 2) 結構平面形狀有凹角3) 樓面不連續(xù)或剛度突變4) 抗水平力構件既不平行于又不對稱于抗側力體系的 兩個互相垂直的主軸 應在凹角出采用

11、加強措施 應采用相應的計算模型 應計算結構扭轉影響 凹 角 的 伸 出 部 分 在 一 個 方 向 的 長 度 ， 超 過 該 方 向 建 筑 總 尺 寸 的 25% 包 括 開 洞 面 積 超 過 該 層 樓 面 面 積 的 50% 4. 高層建筑鋼結構不宜設置防震縫，但薄弱部位應注意采取措施提高抗震能力。 如結構平面不規(guī)則，可設置防震縫，將平面不規(guī)則的結構，分解為幾個結構平面較規(guī)則的部分。 三 、 結 構 豎 向 布 置 多高層鋼結構的 豎向布置 應盡量滿足下列要求： 1. 樓層剛度大于其相鄰上層剛度的70%，且連續(xù)三層總的剛度降低不超過50% 2. 相鄰樓層質(zhì)量之比不超過1.5 （屋頂層

12、除外） 3. 立面收進尺寸的比例L1/L0.75 圖 立面收進 4. 任意樓層抗側力構件的總受剪承載力大于其相鄰上層的80% 5. 框架支撐結構中，支撐（或剪力墻板）宜豎向連續(xù)布置， 除底部樓層和外伸剛臂所在樓層外，支撐的形式和布置在 豎向宜一致 四 、 結 構 布 置 的 其 他 要 求 1. 高層鋼結構宜設置地下室 在 框 架 -支 撐 （ 剪 力 墻 板 ） 體 系 中 ， 豎 向 連 續(xù) 布 置 的 支 撐 （ 剪 力 墻 板 ） 應 延 伸 至 基 礎 ； 設 置 地 下 室 時 ， 框 架 柱 應 至 少 延 伸 到 地 下 一 層 2. 8、9度時，宜采用 偏心支撐、帶縫鋼筋混凝

13、土剪力墻板、 內(nèi)藏鋼板支撐、外伸臂框架或其它消能支撐 3. 采用偏心支撐框架時，頂層可為中心支撐 4. 樓板宜采用壓型鋼板（或預應力混凝土薄板）加現(xiàn)澆 混凝土疊合層組成的樓板；樓板與鋼梁應采用栓釘或其它元件連接（如右圖）當樓板有較大或較多的開孔時，可增設水平鋼支撐以加強樓板的水平剛度。 圖 樓板與鋼梁的連接 返 回 目 錄 6.3 多 高 層 鋼 結 構 的 抗 震 概 念 設 計完整的建筑結構抗震設計包括三個方面的內(nèi)容與要求：1.概念設計2.抗震計算 在總體上把握抗震設計的主要原則，彌補由于地震作用及結構地震反應的復雜性而造成抗震計算不準確的不足 3.構造措施為建筑抗震設計提供定量保證 為保

14、證抗震概念與抗震計算的有效提供保障 上述三個方面的內(nèi)容是一個不可割裂的整體，忽略任何一部分，都可能使抗震設計失效 多高層鋼結構抗震設計在總體概念上需把握的主要原則： 保證結構的完整性，提高結構延性，設置多道結構防線 一 、 優(yōu) 先 采 用 延 性 好 的 結 構 方 案剛接框架、偏心支撐框架、框筒結構：延性較好 在地震區(qū)應優(yōu)先采用鉸接框架 ：施工方便 在地震區(qū)也可采用在具體選擇結構形式時應注意： 1. 多層鋼結構可采用全剛接框架及部分剛接框架 不允許采用全鉸接框架及全鉸接框架加支撐的結構形式。 當采用部分剛架框架時，結構外圍周邊框架應采用剛接框架 中 心 支 撐 框 架 ： 剛 度 大 、 承

15、 載 力 高 2. 高 層 鋼 結 構 應 采 用 全 剛 接 框 架當結構剛度不夠時，可采用中心支撐框架、鋼框架混凝土芯筒或鋼框筒結構形式；但在高烈度區(qū)（8度和9度區(qū)），宜采用偏心支撐框架和鋼框筒結構 二 、 多 道 結 構 防 線 要 求 鋼框架支撐結構 鋼支撐部分的剛度大 剛度大部分可能承擔整體結構絕大部分地震作用力 鋼框架混凝土芯筒（剪力墻）結構 混凝土芯筒（剪力墻）部分的剛度大 為發(fā)揮鋼框架部分延性好的作用，承擔起第二道結構抗震防線的責任，要求鋼框架的抗震承載力不能太小但鋼支撐或混凝土芯筒（剪力墻）的延性較差min 結構底部總地震剪力的25 ；框架部分地震剪力最大值1.8倍框架部分按

16、計算得到的地震剪力應乘以調(diào)整系數(shù)達到不小于 三 、 強 節(jié) 點 弱 構 件 要 求 要求結構所有節(jié)點的極限承載力大于構件在相應節(jié)點的極限承載力 保證節(jié)點不先于構件破壞，防止構件不能充分發(fā)揮作用 對于多高層鋼結構的所有節(jié)點連接： 應按地震組合內(nèi)力進行彈性設計驗算且 應 進 行 “ 強 節(jié) 點 弱 構 件 ” 原 則 下 的 極 限 承 載 力 驗 算 1. 梁與柱的連接要求 梁與柱連接的極限受彎、受剪承載力，應符合下列要求： pu MM 2.1 021.3( )pu hMV Vl ywwu fthV 58.0且（1）梁上下翼緣全熔透坡口焊縫的極限受彎承載力： pM 梁（梁貫通時為柱）的全塑性受彎

17、承載力 （2）梁腹板連接的極限受剪承載力: 0V 豎向荷載作用下梁端剪力設計值 nl 梁的凈跨（梁貫通時取該樓層柱的凈高） wh wt、 梁腹板的高度和厚度 yf 鋼材屈服強度 2. 支撐連接要求 螺栓連接和節(jié)點板連接在支撐軸線方向的極限承載力： 1.2ubr yN AfA 支撐截面的毛面積 yf 支撐鋼材的屈服強度 3. 梁、柱構件的拼接要求構件拼接的極限受剪承載力： yww fth58.0V u wh wt、 拼接構件截面腹板的高度和厚度 構件拼接的極限受彎承載力: 無軸力時 pu MM 2.1有軸力時 pcu MM 2.1 pM 無軸力時構件截面塑性彎矩 pcM 有軸力時構件截面塑性彎矩

18、 螺栓連接板的極限承壓強度 4、連接極限承載力的計算焊縫連接的極限承載力可按下列公式計算 對接焊縫受拉 uwfu fAN 角焊縫受剪 uwfu fAV 58.0 wfA 焊縫的有效受力面積 uf 構件母材的抗拉強度最小值 高強度螺栓連接的極限受剪承載力，應取下列二式計算的較小者 bubefbvu fAnN 58.0 bcubcu ftdN bvuN bcuN、 分別為一個高強度螺栓的極限受剪承載力和對應的板件極限承壓力 fn 螺栓連接的剪切面數(shù)量 beA 螺栓螺紋處的有效截面面積 buf 螺栓鋼材的抗拉強度最小值 d 螺栓桿直徑 t 同一受力方向的鋼板厚度之和 bcuf 四 、 強 柱 弱 梁

19、 要 求 塑性鉸分布圖 強柱弱梁型框架屈服時產(chǎn)生塑性變形而耗能的構件比強梁弱柱型框架多 在同樣的結構頂點位移條件下，強柱弱梁型框架的最大層間變形比強梁弱柱型框架小 強柱弱梁型框架的抗震性能較強梁弱柱型框架優(yōu)越 （ a） 強 柱 弱 梁 型 框 架 （ b） 強 梁 弱 柱 型 框 架 n n n n 為保證鋼框架為強柱弱梁型，框架的任一梁柱節(jié)點處需滿足下列要求： ybpbcycpc fWANfW / pcW pbW、 分別為柱和梁的塑性截面模量 N 柱軸向壓力設計值； cA 柱截面面積 ycf ybf、 分別為柱和梁的鋼材屈服強度 強柱系數(shù)， 超過6度的鋼框架，6度IV類場地和7度時可取1.0

20、，8度時可取1.05，9度時可取1.15 當柱所在樓層的受剪承載力比上一層的受剪承載力高出25%，或柱軸向力設計值與柱全截面面積和鋼材抗拉強度設計值乘積的比值不超過0.4，或作為軸心受壓構件在2倍地震力下穩(wěn)定性得到保證時無需滿足上式的強柱弱梁要求的情況： 2. 位于消能梁段同一跨的框架梁內(nèi)力設計值， 應取消能梁段達到受剪承載力時框架梁內(nèi)力與增大系數(shù)的乘積3. 框架柱的內(nèi)力設計值，應取消能梁段達到受剪承載力時柱內(nèi)力與 增大系數(shù)的乘積 其 值 在 8度 以 下 時 不 應 小 于 1.5， 9度 時 不 應 小 于 1.6 其 值 在 8度 及 以 下 時 不 應 小 于 1.5， 9度 時 不

21、應 小 于 1.6 對多遇地震作用下偏心支撐框架構件的組合內(nèi)力設計值應進行調(diào)整，調(diào)整要求如下： 1. 支撐斜桿的軸力設計值，應取與支撐斜桿相連接的消能梁段達到 受剪承載力時支撐斜桿軸力與增大系數(shù)的乘積其 值 在 8度 以 下 時 不 應 小 于 1.4， 9度 時 不 應 小 于 1.5五 、 偏 心 支 撐 框 架 弱 消 能 梁 段 要 求 六 、 其 他 抗 震 特 殊 要 求1. 節(jié)點域的屈服承載力要求 鋼框架梁柱節(jié)點域具有很好的滯回耗能性能，地震下讓其屈服對結構抗震有利 圖 試件 圖 滯回曲線 、對于工字形截面柱和箱形截面柱的節(jié)點域應按下列公式驗算 90)( cbw hht REvp

22、bb fVMM )34()( 21 bh ch 分別為梁腹板高度和柱腹板高度wt 柱在節(jié)點域的腹板厚度 1bM 2bM、 分別為節(jié)點域兩側梁的彎矩設計值 pV 節(jié)點域的體積 RE 節(jié)點域承載力抗震調(diào)整系數(shù)，可采用0.85 地震作用2. 支撐斜桿的抗震承載力 中心支撐框架的支撐斜桿 反復的軸力作用支撐 受拉受壓支撐斜桿的抗震應按 受壓構件 進行設計 抗 壓 承 載 力 要 小 于 抗 拉 承 載 力 試驗發(fā)現(xiàn)，支撐在反復軸力作用下有下列現(xiàn)象： 1. 支撐首次受壓屈曲后，第二次屈曲荷載明顯下降，且以后每次的 屈曲荷載還逐漸下降，但下降幅度趨于收斂 2. 支撐受壓屈曲后的抗壓承載力的下降幅與 支撐長

23、細比 有關： 支撐長細比越大，下降幅度越大，支撐長細比越小，下降幅度越小 支撐承載力抗震調(diào)整系數(shù)， 中心支撐框架支撐斜桿抗震承載力驗算： REbr fAN / n 35.01 1其 中 ， Ef yn / 受循環(huán)荷載時的強度降低系數(shù)： 支撐斜桿的正則化長細比： brA 支撐斜桿的截面面積； 軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)； E 支撐斜桿材料的彈性模量； RE 0.8RE 3. 人字形和V形支撐框架設計要求 支撐斜桿受壓屈服后產(chǎn)生的特殊問題： 人字形支撐在受壓斜桿屈曲V形支撐在受壓斜桿屈曲 樓板下陷樓板上隆措 施 ：橫梁設計除應考慮設計內(nèi)力外， 還應按中間無支座的簡支梁驗算樓面荷載作用下的承載力 考慮彈

24、塑性階段梁端出現(xiàn)塑性鉸橫梁支撐處可考慮支撐受壓屈曲提供的一定的與樓面荷載方向相反的反力作用， 該反力可取為受壓支撐屈曲壓力豎向分量的30% 人字形和V形支撐抗震設計時： 斜桿地震內(nèi)力應乘增大系數(shù)1.5，以減小樓板下陷或上隆現(xiàn)象的發(fā)生 返 回 目 錄 6.4 多 高 層 鋼 結 構 的 抗 震 計 算 要 求一 、 計 算 模 型 確定多高層鋼結構抗震計算模型時，應注意：1. 進行多高層鋼結構地震作用下的內(nèi)力與位移分析時，一般可假定樓板 在自身平面內(nèi)為絕對剛性。 對整體性較差、開孔面積大、有較長的外伸段的樓板，宜采用樓板平面內(nèi)的實際剛度進行計算 2. 進行多高層鋼結構多遇地震作用下的反應分析時，

25、可考慮 現(xiàn)澆混凝土樓板與鋼梁的共同作用。 在設計中應保證樓板與鋼梁間有可靠的連接措施，此時樓板可作為梁翼緣的一部分計算梁的彈性截面特性 進行多高層鋼結構罕遇地震反應分析時，考慮到此時樓板與梁的連接可能遭到破壞，則不應考慮樓板與梁的共同工作 3. 多高層鋼結構的抗震計算可采用： 平面抗側力結構的空間協(xié)同計算模型結構布置規(guī)則、質(zhì)量及剛度沿高度分布均勻、不計扭轉效應可采用平面結構計算模型結構平面或立面不規(guī)則、體型復雜，無法劃分平面抗側力單元的結構以及筒體結構 應采用空間結構計算模型4. 多高層鋼結構在地震作用下的內(nèi)力與位移計算，應考慮梁柱 的彎曲變形和剪切變形，尚應考慮柱的軸向變形 一般可不考慮梁的

26、軸向變形，但當梁同時作為腰桁架或桁架的弦桿時，則應考慮軸力的影響 6. 應計入梁柱節(jié)點域剪切變形（如圖）對多高層建筑鋼結構 位移的影響 可將梁柱節(jié)點域當作一個單獨的單元進行結構分析，也可按下列規(guī)定作近似計算：1）箱形截面柱框架可將節(jié)點域當作剛域，剛域的尺寸取節(jié)點域尺寸的一半2）工字形截面柱框架可不考慮節(jié)點域，梁柱長度按軸線間距離確定5. 柱間支撐兩端應為剛性連接，但可按兩端鉸接計算。偏心支撐 中的耗能梁段應取為單獨單元 二 、 地 震 作 用 阻 尼 比 取 值 ：多高層鋼結構的阻尼比較小， 按 反應譜法 計算時的取值：多遇地震下的地震作用 高層鋼結構的阻尼比可取為0.02 多層（不超過12層

27、）鋼結構的阻尼比可取為0.035 罕遇地震下的地震作用 考慮結構進入彈塑性，多高層鋼結構的阻尼比均可取為0.05 三 、 計 算 有 關 要 求進行多高層鋼結構抗震計算時，應注意滿足下列設計要求： 1、進行多遇地震下抗震設計時，框架-支撐（剪力墻板）結構體系中總框架 任意樓層所承擔的地震剪力，不得小于結構底部總剪力的25% 2、在水平地震作用下，如果樓層側移滿足下式，則應考慮P效應 PVh 1.0 多遇地震作用下樓層層間位移 h 樓層層高 P 計算樓層以上全部豎向荷載之和 V 計算樓層以上全部多遇水平地震作用之和 此時該樓層的位移和所有構件的內(nèi)力均應乘以下式放大系數(shù) VPh 1 1 3. 驗算

28、在多遇地震作用下整體基礎（筏形基礎或箱形基礎）對地基的作用時，可采用底部剪力法計算作用于地基的傾覆力矩，但宜取0.8的折減系數(shù) 4. 當在多遇地震作用下進行構件承載力驗算時，托柱梁及承托鋼筋混凝土抗震墻 的鋼框架柱的內(nèi)力應乘以不小于1.5的增大系數(shù)。 返 回 目 錄 6.5 多 高 層 鋼 結 構 抗 震 構 造 要 求一 、 純 框 架 結 構 抗 震 構 造 措 施1. 框架柱的長細比 在一定的軸力作用下，柱的彎矩轉角關系: 由于幾何非線性（P-效應）的影響，柱的彎曲變形能力與柱的軸壓比及柱的長細比有關柱的軸壓比越大 柱的變形能力與軸壓比的關系 彎曲變形能力越小 柱的變形能力與長細比的關系

29、 柱的長細比越大 彎曲變形能力越小 2. 梁、柱板件寬厚比 日本所做的一組梁柱試件，研究其在反復加載下的受力變形情況 b/t=8 b/t=11 b/t=16 隨著構件板件寬厚比的增大 構件反復受載的承載能力與耗能能力將降低 板件寬厚比越大，板件越易發(fā)生局部屈曲，從而影響后繼承載性能 原因：梁 柱 試 件 在 反 復 加 載 下 的 受 力 變 形 情 況 ： 框架柱的轉動變形能力要求比框架梁的的轉動變形能力要求低框架柱的板件寬厚比限值可比框架梁的板件寬厚比限值大寬厚比限值要求： 不超過12層框架的梁柱板件寬厚比限值 板 件 名 稱 6度 7度 8度 9度柱 工 字 形 截 面 翼 緣 外 伸

30、部 分工 字 型 截 面 腹 板箱 型 截 面 壁 板 134339 114337 104335 94333 梁 工 字 型 截 面 和箱 型 截 面 翼 緣 外 伸 部 分箱 型 截 面 翼 緣在 兩 腹 板 間 的 部 分工 字 型 截 面 和箱 型 截 面 腹 板 1136 1032 930 93072 100 /bN Af72 100 /bN AfAfN b /11080 AfN b /12085 超過12層框架的梁柱板件寬厚比限值 板 件 名 稱 6度 7度 8度 9度柱 工 字 形 截 面 翼 緣 外 伸 部 分工 字 型 截 面 腹 板箱 型 截 面 壁 板 134339 114

31、337 104335 94333梁 工 字 型 截 面 和箱 型 截 面 翼 緣 外 伸 部 分箱 型 截 面 翼 緣在 兩 腹 板 間 的 部 分工 字 型 截 面 和箱 型 截 面 腹 板 1136 1032 930 93072 100 / bN Af72 100 /bN AfAfN b /11080 AfN b /12085 注：1. 表列數(shù)值適用于Q235，當材料為其他牌號鋼材時，應乘以 yf235 2. 表中Nb為梁的軸向力，A為梁的截面積，f 為梁的鋼材抗拉強度設計值 3. 梁與柱的連接構造 梁柱的連接構造，應符合下列要求： （1）梁與柱的連宜采用柱貫通型 （2）柱在兩個互相垂直的

32、方向都與梁剛接時，宜采用箱形截面； 當僅在一方向剛接時，宜采用工字型截面，并將柱腹板置 于剛接框架平面內(nèi) （3）梁翼緣與柱翼緣應采用全熔透坡口焊縫 （5）當梁翼緣的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的70%時， 梁腹板與柱的連接螺栓不得小于二列；當計算僅需一列時， 仍應布置二列，且此時螺栓總數(shù)不得小于計算值的1.5倍 （4）柱在梁翼緣對應位置應設置橫向加勁肋， 且加勁肋厚度不應小于梁翼緣厚度 為防止框架梁柱連接處發(fā)生脆性斷裂，可以采用如下措施： 1）嚴格控制焊接工藝操作，重要的部位由技術等級高的工人施焊，減少 梁柱連接中的焊接缺陷 2）8度乙類建筑和9度時，應檢驗梁翼緣處全焊透坡口焊縫V形切

33、口的沖擊 韌性，其沖擊韌性在20C時不低于27J 3）補充梁腹板與抗剪連接板之間的 焊縫 圖 梁腹板補焊 4）采用梁端加蓋板和加腋，或梁柱采用全焊接方式來加強連接的強度 圖 梁柱連接的加強 5）利用節(jié)點域的塑性變形能力，為此節(jié)點域可先設計成先于梁端屈服， 但仍需滿足有關公式的要求 6）利用“強節(jié)點弱桿件”的抗震概念，將梁端附近截面局部削弱 梁端狗骨式設計 具有優(yōu)越的抗震性能，可將框架的屈服控制在削弱的梁端截面處 上下翼緣兩側開4個圓形切口，切口與圓形平行并磨光設計制作時：a. 月牙形切削的切削面應刨光 b. 起點可距梁端約150mmc. 切削后梁翼緣最小截面積 不宜大于原截面積的90%應能承受

34、按彈性設計的多遇地震下的組合內(nèi)力150 為進一步提高梁端的變形延性，根據(jù)梁端附近的彎矩分布，對梁端截面削弱進行更細致的設計 使得梁在一個較長的區(qū)段（同步塑性區(qū)）能同步地進行塑性耗能 同 步 塑 性 設 計 ：建議梁的同步塑性區(qū)L 3的長度取為梁高的一半使梁的同步塑性區(qū)各截面的塑性抗彎承載力比彎矩設計值同等地低5%-10%在同步塑性區(qū)兩端各有一個L2L4100mm左右光滑 過渡區(qū)，過渡區(qū)離柱表面L150-100mm 以避開熱影響區(qū) 二 、 中 心 支 撐 框 架 抗 震 構 造 措 施 1. 受拉支撐的布置要求 地震作用方向是任意的，且為反復作用 中心支撐采用只能受拉的斜桿體系時兩組斜桿的截面面

35、積在水平方向的投影面積之差不得大于10% 應同時設置兩組不同傾斜方向的斜桿2. 受壓支撐桿件的要求 地震作用下，支撐桿件可能會經(jīng)歷反復的壓曲拉直作用 支撐桿件不宜采用焊接截面，應盡量采用軋制型鋼 若采用焊接H型截面作支撐構件時，在8、9度區(qū)，其翼緣與腹板的連接宜采用全焊透連接焊縫 為限值支撐壓曲造成的支撐板件的局部屈曲對支撐承載力及耗能能力的影響，對支撐板件的寬厚比需限值更嚴，應不大于下表規(guī)定的限值： 鋼結構中心支撐板件寬厚比限值 板 件 名 稱 不 超 過 12層 超 過 12層7度 8度 9度 6度 7度 8度 9度翼 緣 外 伸 部 分工 字 型 截 面 腹 板箱 型 截 面 腹 板 1

36、33331 113028 92725 92523 82321 82321 72119 圓 管 外 徑 與 壁 厚 比 42 40 40 38注：表列數(shù)值適用于Q235鋼，采用其他牌號鋼材應乘以 yf235 為使支撐桿件最低具有一定的耗能性能，中心支撐桿件的長細比不宜大于下表的限值： 鋼結構中心支撐板件長細比限值 類 型 6、 7度 8度 9度不 超 過 12層 按 壓 桿 設 計 150 120 120按 拉 桿 設 計 200 150 150超 過 12層 120 90 60 此外，當支撐為填板連接的雙肢組合構件時，肢件在填板間的長細比不應大于構件最大長細比的1/2，且不應大于40 注：表列

37、數(shù)值適用于Q235鋼，采用其他牌號鋼材應乘以 yf235 3. 支撐節(jié)點要求 當結構超過12層時，支撐宜采用H型鋼制作，兩端與框架可采用剛接構造 支撐與框架連接處 支撐桿端宜放大做成圓弧狀梁柱與支撐連接處應設置加勁肋 圖 H型鋼支撐連接節(jié)點示例 當結構不超過12層時，若支撐與框架采用節(jié)點板連接，支撐端部至節(jié)點板嵌固點在支撐桿件方向的距離，不應小于節(jié)點板厚度的2倍 圖 支撐端部節(jié)點板構造示意圖 試驗表明： 這個不大的間隙允許節(jié)點板在強震時有少許屈曲，能顯著減少支撐連接的破壞，有積極作用 4. 框架部分要求 中心支撐框架結構的框架部分的抗震構造措施要求可與純框架結構抗震構造措施要求一致 當房屋高度

38、不高于100m且框架部分承擔的地震作用不大于結構底部總地震剪力的25%時，8、9度的抗震構造措施可按框架結構降低一度的相應要求采用。 三 、 偏 心 支 撐 框 架 抗 震 構 造 措 施 1. 消能梁段的長度偏心支撐框架的抗震設計應保證罕遇地震下結構屈服發(fā)生消能梁段上消能梁的屈服形式有兩種 剪切屈服型彎曲屈服型抗震設計時，消能梁段宜設計成 剪切屈服型 這種消能梁段的偏心支撐框架的剛度和承載力較大，延性和耗能性能較好 凈長a滿足下列公式要求者為剪切屈服型消能梁段: 3.0/ AA w（1）當 時， ppVMa 6.1 3.0/ AA w（2）當 時， 1.15 0.5 1.6 ppMa V w

39、oyp fhfV 58.0其中 ypp fWM pV 消能梁段塑性受剪承載力 pM 消能梁段塑性受彎承載力 oh 消能梁段腹板高度 wt 消能梁段腹板厚度 pW 消能梁段截面塑性抵抗矩 A 消能梁段截面面積 wA 消能梁段腹板截面面積 如消能梁段與柱連接 AfN 16.0 應設計成 剪切屈服型 或在多遇地震作用下的組合軸力設計值 /wA A 2. 消能梁段的材料及板件寬厚比要求 偏心支撐框架主要依靠消能梁段的 塑性變形 消能地震能量，故對消能梁段的塑性變形能力要求較高 一般鋼材的塑性變形能力與其屈服強度成反比消能梁段所采用的鋼材的屈服強度不能太高，應不345MPa 為保障消能梁段具有穩(wěn)定的反復

40、受力的塑性變形能力：1）消能梁段腹板不得加焊貼板提高其承載力2）不得在腹板上開洞3）消能梁段及與消能梁段同一跨內(nèi)的非消能梁段，其板件的寬厚比 不應大于下表的限值 板 件 名 稱 寬 厚 比 限 值翼 緣 外 伸 部 分 8腹 板 當 時 當 時注：1. 表列數(shù)值適用于Q235鋼，當材料為其他鋼號時，應乘以 2. N為偏心支撐框架梁的軸力設計值；A為梁截面面積；f為鋼材抗拉強度設計值 yf235/14.0/ AfN 14.0/ AfN AfN /65.1190 AfN /3.233 3. 消能梁段加勁肋的設置 為保證塑性變形過程中消能梁段的腹板不發(fā)生局部屈曲， 按下列規(guī)定在梁腹板兩側設置加勁肋

41、： 1)在與偏心支撐連接處 應設加勁肋 fbfb2)在距消能梁段端部 處，應設加勁肋為消能梁段翼緣寬度bf c c bfa 3) 在消能梁段中部應設加勁肋，加勁肋間距c應根據(jù)消能梁段 長度a確定: pp VMa /6.1 最大間距為 5/30 ow ht pp VMa /6.2 最大間距為 5/52 ow ht 當a介于以上兩者之間最大間距用線性插值確定 b f c c b fa wf tb 5.0 4) 消能梁段加勁肋的 wt厚度不得小于 或10mm加勁肋應采用 角焊縫 與消能梁段腹板和翼緣焊接 yst fA加勁肋 的力4/yst fA與翼緣的焊縫應能承受大小為 的力stA yf 其中 加勁

42、肋的截面面積加勁肋屈服強度 與 消 能 梁 段 腹 板 的 焊 縫 應 能 承 受 大 小 為寬度不得小于 b f c c b fa 4. 支撐及框架部分要求 yf/235120偏心支撐框架的支撐桿件的長細比不應大于支撐桿件的板件寬厚比不應超過軸心受壓構件按彈性設計時的寬厚比限值 偏心支撐框架結構的框架部分的抗震構造措施要求可與純框架結構抗震構造要求一致 但當房屋高度不高于100m且框架部分承擔的地震作用不大于結構底部總地震剪力的25%時，8、9度時抗震構造措施可按框架結構降低一度的相應要求采用 返 回 目 錄 支撐連接破壞 返 回 框架梁柱剛性節(jié)點破壞 地震下剛性連接節(jié)點脆性破壞 返 回 裂

43、紋焊 縫 裂 紋 鋼 板 焊 縫 鋼 板根 部 未 焊 透 鋼 板焊 縫焊 縫 中 間 未 焊 透 鋼 板焊 縫 邊 緣 未 焊 透欠焊 熔 渣焊 縫 鋼 板夾渣 氣 孔焊 縫 鋼 板氣孔 返 回 三軸應力 返 回 返 回支 撐 屈 曲 返 回梁柱局部失穩(wěn) 單層廠房倒塌 Pino Suarez building in Mexico City 返 回 BB H H高 寬 比 = HB 返 回 a La/L25% 返 回 返 回地 面 地 下 室支 撐 預 制 混 凝 土 板 組 合 樓 板 構 造 圖 壓 型 鋼 板 組 合 樓 板 構 造 圖 返 回 （ a） 無 伸 臂 桁 架 (b)有 伸

44、 臂 桁 架 有 無 伸 臂 桁 架 的 支 撐 框 架 結 構 側 移 變 形 對 比 伸臂及帶狀桁架結構 (a)無 伸 臂 桁 架 (b)有 伸 臂 桁 架 伸 臂 桁 架 結 構 的 工 作 原 理 返 回撐系核心 撐系核心 外柱伸臂桁架 單 (雙 )角 鋼 或 單 (雙 )槽 鋼 支 撐 連 接 節(jié) 點 示 例 H型 鋼 支 撐 連 接 節(jié) 點 示 例 (H型 鋼 腹 板 位 于 框 架 平 面 內(nèi) ) 返 回 (a) (b) (c) 梁 梁 的 拼 接 型 式 H柱 高 強 度 螺 栓 拼 接 圖 十 字 形 柱 的 拼 接 拼 頭 返 回 樓 板 支 撐 樓 板 下 陷支 撐 受

45、力 承 載 力30% 返 回 返 回 軸 線 間 距 離節(jié) 點 域 寬 度的 一 半 節(jié) 點 域 高 度的 一 半梁 柱帶 剛 域 梁 柱 返 回 效應 P 返 回 傾覆力矩 i iM P H P3 P2 P1H3 H2 H1M 返 回 托 柱 梁 混 凝 土 墻鋼 柱 返 回 柱 貫 通 型 梁 柱 連 接 梁 貫 通 型 梁 柱 連 接 返 回 柱 梁兩 垂 直 方 向 均 有 梁 返 回 僅 一 個 方 向 有 梁 梁柱 返 回 加 勁 肋 位 置 柱 梁 返 回 兩 列 螺 栓 返 回 受拉支撐布置P受 力 P受 力 返 回 返 回 M V V MV= 2ML L L 返 回 返 回框

46、 架 結 構 返 回世 界 上 第 一 個 多 層 鋼 結 構 建 筑 （ 1872年 建 于 巴 黎 ） 美 國 紐 約 世 貿(mào) 大 廈 返 回 此外， 樓板的有效寬度be按下式計算: 210 bbbbe 0b 鋼梁上翼緣寬度 1b 2b 1b2b 0S、 梁外側和內(nèi)側的翼緣計算寬度， 各取梁跨度l的1/6和翼緣板厚度t 的6倍中的較小值。 高不應超過翼板實際外伸寬度 ；不應超過相鄰梁板托間凈距 的1/2 1S 返 回 柱 側 移 時 梁 的 轉 動 變 形 返 回 (a) 由 柱 彎 曲 變 形 產(chǎn) 生 的 側 移 (b) 由 梁 彎 曲 變 形 產(chǎn) 生 的 側 移 1/2 1 V h/2

47、 1/2 h/2 V L 1 h1 V h/2 h/2 V L 2 L 3 L 4 圖 5.30 樓 層 段 側 移 混合結構混凝土芯筒鋼框架 返 回 二 、 結 構 平 面 布 置多高層鋼結構的平面布置應盡量滿足下列要求： 1.建筑平面宜簡單規(guī)則，并使結構各層的抗側力剛度中心 與質(zhì)量中心接近或重合，同時各層剛心與質(zhì)心接近在同 一豎直線上 3. 宜避免結構平面不規(guī)則布置如在平面布置上具有下列情況之一者，為平面不規(guī)則結構：1) 任意層的偏心率大于0.15 應計算結構扭轉影響 e偏 心 距 xy 、對于工字形截面柱和箱形截面柱的節(jié)點域應按下列公式驗算 90)( cbw hht REvpbb fVM

48、M )34()( 21 bh ch 分別為梁腹板高度和柱腹板高度wt 柱在節(jié)點域的腹板厚度 1bM 2bM、 分別為節(jié)點域兩側梁的彎矩設計值 pV 節(jié)點域的體積 RE 節(jié)點域承載力抗震調(diào)整系數(shù)，可采用0.85 b/t=8 b/t=11 b/t=16 隨著構件板件寬厚比的增大 構件反復受載的承載能力與耗能能力將降低 板件寬厚比越大，板件越易發(fā)生局部屈曲，從而影響后繼承載性能 原因：梁 柱 試 件 在 反 復 加 載 下 的 受 力 變 形 情 況 ： 當結構不超過12層時，若支撐與框架采用節(jié)點板連接，支撐端部至節(jié)點板嵌固點在支撐桿件方向的距離，不應小于節(jié)點板厚度的2倍 圖 支撐端部節(jié)點板構造示意

49、圖 試驗表明： 這個不大的間隙允許節(jié)點板在強震時有少許屈曲，能顯著減少支撐連接的破壞，有積極作用 三 、 偏 心 支 撐 框 架 抗 震 構 造 措 施 1. 消能梁段的長度偏心支撐框架的抗震設計應保證罕遇地震下結構屈服發(fā)生消能梁段上消能梁的屈服形式有兩種 剪切屈服型彎曲屈服型抗震設計時，消能梁段宜設計成 剪切屈服型 這種消能梁段的偏心支撐框架的剛度和承載力較大，延性和耗能性能較好 3) 在消能梁段中部應設加勁肋，加勁肋間距c應根據(jù)消能梁段 長度a確定: pp VMa /6.1 最大間距為 5/30 ow ht pp VMa /6.2 最大間距為 5/52 ow ht 當a介于以上兩者之間最大間距用線性插值確定 b f c c b fa 僅 一 個 方 向 有 梁 梁柱 返 回