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鑫瑞鴻鋼構知識多高層鋼結構房屋的抗震計算

來源:原創作者:鑫瑞鴻鋼構廠家網址:
文章附图

鋼結構的震害特點


鋼結構的特點


(1)各向同性的均質材料,質量易保證,結構的可靠性好;

(2)輕質高強,比強度高,可減小結構所受地震作用;

(3)良好的延性,使結構具有較大的變形能力,保證結構的抗震安全性;

(4)構件細、薄、長,宜發生失穩破壞;

(5)高溫下軟化,喪失承載能力,防火性能差。

(6)宜鏽蝕,耐久性差。

(7)若設計、施工不當,可能發生脆性破壞。


鋼結構的破壞形式


(1)框架節點區的梁柱焊接連接破壞;

(2)豎向支撐的整體失穩和局部失穩;

(3)柱腳焊縫破壞及錨栓失效;

(4)鋼柱脆斷;

(5)支撐及其連接的破壞;

(6)梁柱節點的破壞。

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高層鋼結構的選型與布置


高層鋼結構的體系


高層鋼結構的結構體系主要有框架體系、框架-支撐(剪力牆板)體系、筒體體系(框筒、筒中筒、桁架筒、束筒等)和巨型框架體系。

(1)框架體系

框架體系是沿房屋縱橫方向由多榀平面框架構成的結構。這類結構的抗側力能力主要決定于梁柱構件和節點的強度與延性,故節點常采用剛性連接節點。

(2)框架-支撐體系

框架-支撐體系是在框架體系中沿結構的縱、橫兩個方向均勻布置一定數量的支撐所形成的結構體系。

支撐體系的布置由建築要求及結構功能來確定。

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①支撐類型

支撐類型的選擇與是否抗震有關,也與建築的層高、柱距以及建築使用要求有關,

A.中心支撐


中心支撐是指斜杆、橫梁及柱彙交于一點的支撐體系,或兩根斜杆與橫杆彙交于一點,也可與柱子彙交于一點,但彙交時均無偏心距。


B.偏心支撐

偏心支撐是指支撐斜杆的兩端,至少有一端與梁相交(不在柱節點處),另一端可在梁與柱交點處連接,或偏離另一根支撐斜杆一段長度與梁連接,並在支撐斜杆杆端與柱子之間構成一耗能梁段,或在兩根支撐與杆之間構成一耗能梁段的支撐。


(3)框架-剪力牆板體系

框架-剪力牆板體系是以鋼框架爲主體,並配置一定數量的剪力牆板。

剪力牆板主要類型:

①鋼板剪力牆板

②內藏鋼板支撐剪力牆牆板

③帶豎縫鋼筋混凝土剪力牆板

(4)筒體體系

筒體結構體系可分爲框架筒、桁架筒、筒中筒及束筒等體系。

(5)巨型框架體系

巨型框架體系是由柱距較大的立體桁架梁柱及立體桁架梁構成。

高層鋼結構的布置原則


(1)高層鋼結構適用的最大高度

房屋高度指室外地面到主要屋面板板頂的高度(不包括局部突出屋頂部分);

根據結構類型、烈度不同,則最大高度亦不同。

(2)高層鋼結構的高寬比限值

結構的高寬比對結構的整體穩定性和人在建築中的舒適感等有重要影響,鋼結構民用房屋適用的最大高寬比見下表。

(3)鋼結構房屋的抗震等級

(4)高層鋼結構的布置要求

高層鋼結構的布置除應符合建築概念設計的有關要求外,尚應符合下列規定:

①支撐框架在兩個方向的布置均宜基本對稱,支撐框架之間樓蓋的長寬比不宜大于3;

②鋼結構房屋設置地下室時,框架-支撐(抗震牆板)結構中豎向連續布置的支撐(抗震牆板)應延伸至基礎,框架柱應至少延伸至地下一層;

③8、9度時,宜采用偏心支撐、帶豎縫鋼筋混凝土抗震牆板、內藏鋼板支撐或其他消能支撐;

④超過12層的鋼結構采用偏心支撐框架時,頂層可采用中心支撐;

⑤超過12層的鋼框架-筒體結構,在必要時可設置由筒體外伸臂或外伸臂和周邊析架組成的加強層;

⑥樓蓋宜采用壓型鋼板現澆鋼筋混凝土組合樓板或非組合樓板。

多高層鋼結構的抗震概念設計


優先采用延性好的方案


偏心支撐結構的延性好于中心支撐結構。


多道抗震防線的要求


框架——支撐結構和框架——剪力牆結構形成多道抗震防線。


強節點弱構件的要求


強節點有利于保證結構的完整性,應保證節點不先于構件破壞。

1)梁與柱的連接要求——焊縫承載力大于母材。

2)支撐連接要求——連接強度大于支撐強度。

3)梁柱構件拼接要求——焊縫承載力大于構件承載力。


強柱弱梁要求


節點處應滿足柱抗彎承載力大于梁抗彎承載力。

偏心支撐框架弱耗能梁段要求


設計原則:強柱、強支撐、弱耗能梁段。

靠耗能梁段的塑性變形消耗能量,保護結構。


多高層鋼結構的抗震計算要求


地震作用計算


結構自振周期計算:

可采用能量法或頂點位移法計算,考慮非結構構件對自振周期的影響,可采用0.9的修正系數對周期進行折減。

在初步設計時,基本周期也可按以下經驗公式估算:


式中n―建築物層數(不包括地下部分及屋頂小塔樓)。

滿足條件時,可采用底部剪力法計算水平地震作用。


設計反映譜的阻尼修正:

鋼結構在彈性階段(小震)的阻尼比約爲0.02,要注意反映譜平台高度會比一般混凝土結構(阻尼比一般爲0.05)提高,而下降段的下降指數和傾斜段的斜率也要做相應的的阻尼修正。


地震作用下內力與位移計算


1)多遇地震作用下

結構在第一階段多遇地震作用下的抗震設計中,其地震作用效應采取彈性方法計算:可根據不同情況,采用底部剪力法、振型分解反應譜法以及時程分析法等方法。

2)罕遇地震作用下

高層鋼結構第二階段的抗震驗算應采用時程分析法對結構進行彈塑性時程分析。分析時,塑性階段的阻尼比可取0.05,並應考慮重力二階效應(效應)對側移的影響。


構件的內力組合與設計原則


1)內力組合

在抗震設計中,一般高層鋼結構可不考慮風荷載及豎向地震的作用,對于高度大于60m的高層鋼結構須考慮風荷載的作用,在9度區尚須考慮豎向地震作用。

2)設計原則

框架梁、柱截面按彈性設計。同時,將框架設計成強柱弱梁體系。

3)抗震驗算:



側移控制


在小震下(彈性階段),過大的層間變形會造成非結構構件的破壞,而在大震下(彈塑性階段),過大的變形會造成結構的破壞或倒塌,因此,應限制結構的側移,使其不超過規範規定的數值。

多高層鋼結構抗震構造措施


鋼框架結構抗震構造要求


控制框架柱的長細比——(保證整體穩定性)

控制梁、柱板件寬厚比——(保證局部穩定性)

梁與柱的連接構造——保證節點連接可靠。

鋼框架—中心支撐框架結構抗震構造要求

中心支撐的長細比和寬厚比限制要求

中心支撐節點構造要求

鋼框架—偏心支撐框架結構抗震構造要求


中心支撐的長細比和寬厚比限制要求

耗能梁段的構造要求

耗能梁段與柱連接的構造要求

其它構造要求

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