C.Z.QU东北电力大学 建筑工程学院
College of Structure Engineering
NEIEP
复 习
Chapter Seven
多层砌体房屋抗震设计
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NEIEP
Chapter EIGHT
钢结构房屋抗震设计
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概述本章所介绍的钢结构房屋,仅指结构体系的主要承重构件都是钢结构构件的房屋,或称全钢结构房屋 。
由于钢材韧性好,强度与重量比高,一般来说,钢结构房屋的抗震性能优于用其他传统建筑材料建造的房屋 。
但是如果钢结构房屋在结构设计,材料选用,施工制作和维护上出现问题,在地震中同样会造成破坏 。
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钢结构房屋震害在过去发生的大地震中,观察到的钢结构房屋控害现象大体可以分为：
杆件破坏节点破坏结构整体破坏非结构构件破坏
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1,钢结构杆件破坏这是采用张紧圆钢的屋面交叉水平支撑,在反复拉压作用下,支撑发生了失稳,
图中可以观察到杆件的弯曲 。
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这是 1995
年日本兵库县南部大地震中在高层钢结构住宅中发生的破坏：梁,
柱,支撑的节点近旁,箱形截面柱子断裂,H形支撑的端部则发生局部失稳 。
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图中可以观察到绗架下弦杆的破断 。
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2,节点破坏梁与柱于相连的焊缝发生断裂
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柱子加劲肋板在节点处的断裂
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圆管绗架节点板弯折屈曲
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钢 结 构 整体彻底坍塌的实例较少 。
图 示 结 构的层间变形,
是因为支撑结构破坏后,框架因产生塑性铰而形成机构造成的体系破坏 。
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3,非结构构件破坏钢结构本身因其有较大的承载能力和变形能力,因此在大地震中并未发生破坏,
但连接在结构构件上的墙板,楼面板,屋面板或者窗,门等非结构构件可能遭受破坏 。
非结构构件的破坏,原因之一是这些构件 本身强度不够,或者是其 变形追随性较差,也可能是由于 连接失效 所致 。
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如果房屋非常重要,不允许发生任何破坏,可以使结构在预期的地震作用了保持在性范围内 。
但是对大多数的房屋结构的抗震设计而言,因受到经济条件,使用条件等的限制,这种要求未必合理 。
充分利用钢结构构件及其体系良好的塑性性能,使得房屋建筑在罕遇地震作用下保持结构整体的稳定性,避免倒塌,在现时条件下是可以接受的一种设计目标 。
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钢结构体系的塑性性能一个超静定的框架结构若承受单向作用的水平分布荷载,即使若干梁已经达到其承载上限,只要结构整体还有足够多的赘余度,结构整体还能稳定承载 （ 图
8.4） 。
iF
框架结构的延性系数可以和杆件的延性系数一样的方法来定义：应极限承载力的侧向位移和弹性侧向位移限值之比称为钢梁的延性系数,建筑钢结构中杆件的延性系数一般可达到 2～ 5或者更大 。 。
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显然杆件或结构的延性系数越大,
则在超出弹性范围后,可以利用的承载潜力就越大 。
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对大多数钢结构房屋建筑来说,结构抗震设计的重要任务,是要求在多遇地震时,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；
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 。
要达到这一目标,就需从体系布置,
杆件设计,节点构造等各方面予以全盘考虑 。
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适用于抗震设防地区的多高层钢结构民用建筑的结构,有：
框架结构框架－支撑结构框架－抗震墙板结构框筒结构筒中筒结构成束简结构桁架筒结构巨型结构 。
高层钢结构民用建筑的结构体系
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钢结构体系抗震设计的布置要求
1,钢结构民用建筑最大高度的限制不同类型的结构体系在不同设防烈度的最大建筑高度应符合,抗震规范,的规定注,表中房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度 。
平面和竖向不规则或建造于 IV类场地的钢结构房屋,适用的最大高度应适当降低 。
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2,钢结构民用建筑最大高宽比的限制因建筑可能承受各方向的水平地震作用,故高宽比指房屋总高度与平面较小宽度之比 。
房屋高宽比过大,则结构体系较柔,
在地震作用下的侧移较大 。
,抗震规范,规定钢结构民用建筑最大高宽比不宜超过表 8.2的数值 。
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3,设置防震缝的规定钢结构房屋宜避免采用不规则建筑结构方案,不设防震缝 。 需要设防震缝时,参照对应的钢筋混凝土框架结构,框架－抗震墙结构,将抗震缝宽度放大 1.5倍 。
4,结构体系的选用和布置钢结构布置时,要考虑多道防线问题
,即对于罕遇地震下允许开展塑性和局部损伤的结构,应考虑在大地震造成结构损伤之后,结构仍能维持系统的整体稳定性
,支承其上的重力荷载而不倒塌 。
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在框架结构中,一般希望梁端发展塑性,
形成塑性铰 。
因为在多高层框架体系中,若形成如左图所示的梁破坏机制,结构耗散的能量显然远远大于右图所示的柱端塑性铰破坏机制 。
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后者仅在结构的某一薄弱层中实现能量耗散。
由于柱子是支承重力荷载使结构免于倒塌的最重要的构件。因此框架结构中梁的抵抗机制就是结构的第一道抗震防线。
在框架中心支撑结构中，因为支撑刚度大于柱子的侧向刚度，遭遇地震时，首先承受较大的水平剪力，支撑失稳后，才有较大的水平力转移到钢柱上，所以支撑就是框架－中心支撑结构的第一道抗震防线。
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抗震设计对杆件的构造要求
1,柱子长细比
235 ayf
框架柱的长细比应符合表 8.3的规定 。
表中数值适用于 Q235钢,柱子采用其他牌号钢材时,应乘以 。235 ayf ayf －钢材屈服强度
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2,梁柱中板件宽厚比
（ 1） 不超过 12层框架的梁,柱板件宽厚比应符合表 8.4的要求 。
表中数值适用于 Q235钢,梁柱杆件采用其他牌号钢材时,应乘以 235
ayf
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（ 2） 超过 12层框架的梁,柱板件宽厚比应符合表 8.5的要求 。
表中数值适用于 Q235钢,梁柱杆件采用其他牌号钢材时,应乘以 235
ayf
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概述本章所介绍的钢结构房屋,仅指结构体系的主要承重构件都是钢结构构件的房屋,或称全钢结构房屋 。
由于钢材韧性好,强度与重量比高,一般来说,钢结构房屋的抗震性能优于用其他传统建筑材料建造的房屋 。
但是如果钢结构房屋在结构设计,材料选用,施工制作和维护上出现问题,在地震中同样会造成破坏 。
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钢结构房屋震害在过去发生的大地震中,观察到的钢结构房屋控害现象大体可以分为：
杆件破坏节点破坏结构整体破坏非结构构件破坏
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1,钢结构杆件破坏这是采用张紧圆钢的屋面交叉水平支撑,在反复拉压作用下,支撑发生了失稳,
图中可以观察到杆件的弯曲 。
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这是 1995
年日本兵库县南部大地震中在高层钢结构住宅中发生的破坏：梁,
柱,支撑的节点近旁,箱形截面柱子断裂,H形支撑的端部则发生局部失稳 。
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图中可以观察到绗架下弦杆的破断 。
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2,节点破坏梁与柱于相连的焊缝发生断裂
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柱子加劲肋板在节点处的断裂
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圆管绗架节点板弯折屈曲
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钢 结 构 整体彻底坍塌的实例较少 。
图 示 结 构的层间变形,
是因为支撑结构破坏后,框架因产生塑性铰而形成机构造成的体系破坏 。
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3,非结构构件破坏钢结构本身因其有较大的承载能力和变形能力,因此在大地震中并未发生破坏,
但连接在结构构件上的墙板,楼面板,屋面板或者窗,门等非结构构件可能遭受破坏 。
非结构构件的破坏,原因之一是这些构件 本身强度不够,或者是其 变形追随性较差,也可能是由于 连接失效 所致 。
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如果房屋非常重要,不允许发生任何破坏,可以使结构在预期的地震作用了保持在性范围内 。
但是对大多数的房屋结构的抗震设计而言,因受到经济条件,使用条件等的限制,这种要求未必合理 。
充分利用钢结构构件及其体系良好的塑性性能,使得房屋建筑在罕遇地震作用下保持结构整体的稳定性,避免倒塌,在现时条件下是可以接受的一种设计目标 。
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钢结构体系的塑性性能一个超静定的框架结构若承受单向作用的水平分布荷载,即使若干梁已经达到其承载上限,只要结构整体还有足够多的赘余度,结构整体还能稳定承载 （ 图
8.4） 。
iF
框架结构的延性系数可以和杆件的延性系数一样的方法来定义：应极限承载力的侧向位移和弹性侧向位移限值之比称为钢梁的延性系数,建筑钢结构中杆件的延性系数一般可达到 2～ 5或者更大 。 。
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显然杆件或结构的延性系数越大,
则在超出弹性范围后,可以利用的承载潜力就越大 。
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对大多数钢结构房屋建筑来说,结构抗震设计的重要任务,是要求在多遇地震时,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；
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 。
要达到这一目标,就需从体系布置,
杆件设计,节点构造等各方面予以全盘考虑 。
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适用于抗震设防地区的多高层钢结构民用建筑的结构,有：
框架结构框架－支撑结构框架－抗震墙板结构框筒结构筒中筒结构成束简结构桁架筒结构巨型结构 。
高层钢结构民用建筑的结构体系
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钢结构体系抗震设计的布置要求
1,钢结构民用建筑最大高度的限制不同类型的结构体系在不同设防烈度的最大建筑高度应符合,抗震规范,的规定注,表中房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度 。
平面和竖向不规则或建造于 IV类场地的钢结构房屋,适用的最大高度应适当降低 。
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2,钢结构民用建筑最大高宽比的限制因建筑可能承受各方向的水平地震作用,故高宽比指房屋总高度与平面较小宽度之比 。
房屋高宽比过大,则结构体系较柔,
在地震作用下的侧移较大 。
,抗震规范,规定钢结构民用建筑最大高宽比不宜超过表 8.2的数值 。
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3,设置防震缝的规定钢结构房屋宜避免采用不规则建筑结构方案,不设防震缝 。 需要设防震缝时,参照对应的钢筋混凝土框架结构,框架－抗震墙结构,将抗震缝宽度放大 1.5倍 。
4,结构体系的选用和布置钢结构布置时,要考虑多道防线问题
,即对于罕遇地震下允许开展塑性和局部损伤的结构,应考虑在大地震造成结构损伤之后,结构仍能维持系统的整体稳定性
,支承其上的重力荷载而不倒塌 。
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在框架结构中,一般希望梁端发展塑性,
形成塑性铰 。
因为在多高层框架体系中,若形成如左图所示的梁破坏机制,结构耗散的能量显然远远大于右图所示的柱端塑性铰破坏机制 。
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后者仅在结构的某一薄弱层中实现能量耗散。
由于柱子是支承重力荷载使结构免于倒塌的最重要的构件。因此框架结构中梁的抵抗机制就是结构的第一道抗震防线。
在框架中心支撑结构中，因为支撑刚度大于柱子的侧向刚度，遭遇地震时，首先承受较大的水平剪力，支撑失稳后，才有较大的水平力转移到钢柱上，所以支撑就是框架－中心支撑结构的第一道抗震防线。
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抗震设计对杆件的构造要求
1,柱子长细比
235 ayf
框架柱的长细比应符合表 8.3的规定 。
表中数值适用于 Q235钢,柱子采用其他牌号钢材时,应乘以 。235 ayf ayf －钢材屈服强度
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2,梁柱中板件宽厚比
（ 1） 不超过 12层框架的梁,柱板件宽厚比应符合表 8.4的要求 。
表中数值适用于 Q235钢,梁柱杆件采用其他牌号钢材时,应乘以 235
ayf
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（ 2） 超过 12层框架的梁,柱板件宽厚比应符合表 8.5的要求 。
表中数值适用于 Q235钢,梁柱杆件采用其他牌号钢材时,应乘以 235
ayf
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