1、 教學目標與要求教學目標與要求1.了解鋼結構建筑的震害特點及原因了解鋼結構建筑的震害特點及原因 。2.掌握鋼結構的抗震設計方法。掌握鋼結構的抗震設計方法。 3.熟悉鋼結構建筑的抗震構造措施。熟悉鋼結構建筑的抗震構造措施。 巨型鋼框架體系巨型鋼框架體系 導入案例導入案例1985年9月的墨西哥大地震(里氏8.1級)中，在墨西哥城的高烈度區內有102幢鋼結構房屋，其中59幢為1957年以后所建，1957年以后建造的鋼結構房屋倒塌或破壞嚴重的不多(表6-1)，與鋼筋混凝土結構比較而言，鋼結構震害輕。為什么鋼結構的房鋼震害輕？鋼結構房屋是否還需要抗震設計?我們可以通過本章的學習得到回答。 6.1 6.1

2、 震害特征及原因震害特征及原因表表6-1 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建造年份鋼結構鋼結構鋼筋混凝土結構鋼筋混凝土結構倒塌倒塌嚴重破壞嚴重破壞倒塌倒塌嚴重破壞嚴重破壞1957年以前年以前71271619571976年年3151231976年以后年以后0046總體來說，在同等場地、烈度條件下，鋼結構房屋的震害較總體來說，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鋼筋混凝土結構房屋的震害要小小。 6.1.16.1.1鋼結構房屋的震害鋼結構房屋的震害 1結構倒塌結構倒塌 2 支撐構件破壞支撐

3、構件破壞 3 節點破壞節點破壞 4 基礎錨固破壞基礎錨固破壞 5 構件破壞構件破壞 日本神戶地震日本神戶地震No.71 Local buckling of a single-column steel pier鋼框架鋼框架結構構造簡單、傳力明確，側移剛度沿高度分布均勻，結構構造簡單、傳力明確，側移剛度沿高度分布均勻，結構整體側向變形為剪切型結構整體側向變形為剪切型(多層多層)或彎剪型或彎剪型(高層高層)，抗側移，抗側移能力主要取決于框架梁、柱的抗彎能力。能力主要取決于框架梁、柱的抗彎能力。 重力荷載及重力荷載及P-效應對結構的抗震能力和結構的延性有較大效應對結構的抗震能力和結構的延性有較大影響，

4、當層數較多時，控制結構性能的設計參數不再是構件影響，當層數較多時，控制結構性能的設計參數不再是構件的抗彎能力，而是結構的抗側移剛度和延性。因此，從經濟的抗彎能力，而是結構的抗側移剛度和延性。因此，從經濟角度看，角度看，這種結構體系適合于建造這種結構體系適合于建造20層以下的中低層房屋。層以下的中低層房屋。 鋼框架鋼框架-支撐體系可分為支撐體系可分為中心支撐類型和偏心支撐類型中心支撐類型和偏心支撐類型。 6.1.2 鋼結構房屋的抗震性能鋼結構房屋的抗震性能帶有偏心支撐的框架帶有偏心支撐的框架-支撐結構，具備中心支撐體系側向剛支撐結構，具備中心支撐體系側向剛度大、具有多道抗震防線的優點，還適當減小

5、了支撐構件的度大、具有多道抗震防線的優點，還適當減小了支撐構件的軸向力，進而減小了支撐失穩的可能性。軸向力，進而減小了支撐失穩的可能性。 鋼框架鋼框架-抗震墻板結構，使用帶豎縫剪力墻板或帶水平縫剪抗震墻板結構，使用帶豎縫剪力墻板或帶水平縫剪力墻板、內藏支撐混凝土墻板、鋼抗震墻板等，提供需要力墻板、內藏支撐混凝土墻板、鋼抗震墻板等，提供需要的側向剛度。的側向剛度。 6.2鋼結構抗震概念設計鋼結構抗震概念設計 6.2.1 結構平、立面布置以及防震縫的設置結構平、立面布置以及防震縫的設置 6.2.2 鋼結構房屋結構類型的選擇及所適用的結構尺寸鋼結構房屋結構類型的選擇及所適用的結構尺寸 表表6-2 鋼

6、結構房屋適用的最大高度鋼結構房屋適用的最大高度(m) 設設 防防 烈烈 度度6度、度、7度度8度度9度度最大高寬比最大高寬比6.56.05.5表表6-3 鋼結構房屋適用的最大高寬比鋼結構房屋適用的最大高寬比結構類型結構類型設設 防防 烈烈 度度6度、度、7度度8度度9度度框架框架 9050框架框架-支撐支撐(抗震墻板抗震墻板) 200140筒體筒體(框筒、筒中筒、桁架框筒、筒中筒、桁架筒、束筒筒、束筒)和巨型框架和巨型框架 260180對不超過對不超過12層的鋼結構宜采用中心支撐，有條件時也可采用偏層的鋼結構宜采用中心支撐，有條件時也可采用偏心支撐等消能支撐；超過心支撐等消能支撐；超過12層的

7、鋼結構，宜采用偏心支撐，但層的鋼結構，宜采用偏心支撐，但在頂層可采用中心支撐。在頂層可采用中心支撐。 (a) 交叉支撐；交叉支撐； (b) 單斜桿支撐；單斜桿支撐； (c) 人字支撐；人字支撐； (d) K形支撐形支撐 6.2.3 鋼結構房屋結構類型的選擇及所適用的結構尺寸鋼結構房屋結構類型的選擇及所適用的結構尺寸 (a) D形偏心支撐；形偏心支撐；(b) K形偏心支；形偏心支；(c) V形偏心支撐；形偏心支撐；(d) 人字支撐人字支撐 偏心支撐框架的設計原則是偏心支撐框架的設計原則是強柱、強支撐和弱消能梁段強柱、強支撐和弱消能梁段，即在，即在大震時消能梁段屈服形成塑性鉸，且具有穩定的滯回性能

8、，即大震時消能梁段屈服形成塑性鉸，且具有穩定的滯回性能，即使消能梁段進入應變硬化階段，支撐斜桿、柱和其余梁段仍保使消能梁段進入應變硬化階段，支撐斜桿、柱和其余梁段仍保持彈性。持彈性。 6.2.4 多層和高層鋼結構房屋中樓蓋的形式多層和高層鋼結構房屋中樓蓋的形式 我國我國建筑抗震設計規范建筑抗震設計規范建議鋼結構的樓蓋宜采用壓型鋼板建議鋼結構的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?，F澆鋼筋混凝土組合樓板或非組合樓板。 對不超過對不超過12層的鋼結構，尚可采用裝配整體式鋼筋混凝土樓板，層的鋼結構，尚可采用裝配整體式鋼筋混凝土樓板，亦可采用裝配式樓板或其它輕型樓蓋；亦可采用裝配式樓板

9、或其它輕型樓蓋； 對超過對超過12層的鋼結構，當樓蓋不能形成一個剛性的水平隔板以層的鋼結構，當樓蓋不能形成一個剛性的水平隔板以傳遞水平力時，須加設水平支撐，一般每二至三層加設一道。傳遞水平力時，須加設水平支撐，一般每二至三層加設一道。 6.2.5地下室地下室 多、高層鋼結構設置地下室對于提高上部結構抗震穩定性、提高結構抗傾覆能力、增加結構下部整體性、減小結構沉降起有利作用。 地下室及其基礎作為上部結構連續的錨連部分，應具有可靠的埋置深度和足夠的承載力及剛度。因此，建筑抗震設計規范規定，對于超過12層的鋼結構應設置地下室,其基礎埋置深度，當采用天然地基時不宜小于房屋高度的1/15；當采用樁基時，

10、樁承臺埋深不宜小于房屋總高度的1/20。 支撐桁架沿豎向連續布置，可使層間剛度變化較均勻。當設置地下室時，框架-支撐(抗震墻板)結構中豎向連續布置的支撐(抗震墻板)應延伸至基礎；框架柱應至少延伸至地下一層。不可因建筑方面的要求而在地下室移動支撐的位置。6.2.6鋼結構材料選擇1） 鋼結構的鋼材應符合下列規定： （1）鋼材的抗拉強 度實測值與屈服強度實測值的比值不應小于1.2；（2）鋼材應有明顯的屈服臺階，且伸長率應大于20%；（3）鋼材應有良好的可焊性和合格的沖擊韌性。2） 鋼結構的鋼材宜采用Q235等級B、C、D的碳素結構 鋼及Q345等級B、C、D、E的低合金高強度結構鋼；當有可靠依據時，

11、尚可采用其他鋼種和鋼號。3） 采用焊接連接的鋼結構，當鋼板厚不小于40mm且承受沿板厚方向的拉力時，受拉試件板厚方向截面收縮率，不應小于國家標準厚度方向性能鋼板GB50313關于Z15級規定的容許 6.3鋼結構抗震計算鋼結構抗震計算 6.3.1 結構計算模型的技術要點結構計算模型的技術要點 1.阻尼比的取值阻尼比的取值 2.構件、支撐、連接的模型構件、支撐、連接的模型 3.對樓蓋作用的考慮對樓蓋作用的考慮 4.質量模型質量模型 6. 3.2 結構抗震設計要點結構抗震設計要點 1.承載力抗震調整系數承載力抗震調整系數 RERS/鋼結構構件鋼結構構件柱，梁柱，梁0.75支撐支撐0.80節點板件，連

12、接螺栓節點板件，連接螺栓0.85連接焊縫連接焊縫0.902.地震作用效應的調整地震作用效應的調整 3.結構在地震作用下的變形驗算結構在地震作用下的變形驗算 4.承載力和穩定性驗算承載力和穩定性驗算 6.4鋼結構抗震構造措施鋼結構抗震構造措施 表表6-5 超過超過12層的框架柱的長細比限值層的框架柱的長細比限值 烈度烈度6度度7度度8度度9度度長細比長細比120806060板件名稱板件名稱7度度8度度9度度柱柱工字形截面翼緣外伸部分工字形截面翼緣外伸部分箱形截面壁板箱形截面壁板工字形截面腹板工字形截面腹板134052123648113644梁梁工字形截面和箱形截面翼緣工字形截面和箱形截面翼緣外伸

13、部分外伸部分箱形截翼緣在腹板間的部分箱形截翼緣在腹板間的部分1136 1132930 表表6-6 不超過不超過12層框架的梁柱板件寬厚比限值層框架的梁柱板件寬厚比限值 板件名稱板件名稱6度度7度度8度度9度度柱柱工字形截面翼緣外伸部分工字形截面翼緣外伸部分工字形截面腹板工字形截面腹板箱形截面壁板箱形截面壁板13433911433710433394333梁梁工字形截面和箱形截面翼緣外伸工字形截面和箱形截面翼緣外伸部分部分箱形截面翼緣在腹板間的部分箱形截面翼緣在腹板間的部分1136 1032930930 表表6-7 超過超過12層框架的梁柱板件寬厚比限值層框架的梁柱板件寬厚比限值 635r=1015r=3510AB詳圖A詳圖Br=20356h6長度等于翼緣總寬度10圖圖6-9 框架梁與柱的現場連接框