多层钢结构抗震设计.ppt

第8章多层钢结构抗震设计教学提示：多层钢结构的结构体系主要有框架体系、框架-支撑(抗震墙板)体系等，它们的区别在于抗侧力结构的形式不同。同混凝土结构相比，钢结构具有优越的强度和韧性，抗震能力较强。但也必须重视焊接、连接、冷加工等工艺技术以及腐蚀环境对钢结构房屋抗震性能影响。多层钢结构的抗震计算采用两阶段设计法，第一阶段设计时，其地震作用效应采用弹性方法计算，根据不同情况，可采用底部剪力法、振型分解反应谱法以及时程分析法；第二阶段的抗震验算应采用时程分析法对结构进行弹塑性时程分析，其结构计算模型可以采用杆系模型、剪切型层模型、剪弯型模型或剪弯协同工作模型。教学要求：本章要求学生了解多层钢结构的结构体系、钢结构房屋抗震规定、抗震计算要点及构造措施。(a)X型支撑1(b)X型支撑2(c)人字形支撑(d)V形支撑图8.1中心支撑类型采用偏心支撑的主要目的是改变支撑斜杆与梁(消能梁段)的先后屈服顺序，即在罕遇地震时，消能梁段在支撑失稳之前就进入弹塑性阶段以利用非弹性变形进行消能，从而保护支撑斜杆不屈曲或屈曲在后。因此，偏心支撑与中心支撑相比具有较大的延性，它是适宜用于高烈度地区的一种新型支撑体系。3.框架-抗震墙板体系框架-抗震墙板体系是以钢框架为主体，并配置一定数量的抗震墙板。由于抗震墙板可以根据需要布置在任何位置上，布置灵活。另外抗震墙板可以分开布置，两片以上抗震墙并联体较宽，从而可减小抗侧力体系等效高宽比，提高结构的抗推和抗倾覆能力。抗震墙板主要有以下三种类型。(1)钢抗震墙板。钢抗震墙板一般需采用厚钢板，其上下两边缘和左右两边缘可分别与框架梁和框架柱连接，一般采用高强度螺栓连接。钢板抗震墙板承担沿框架梁、柱周边的地震作用，不承担框架梁上的竖向荷载。非抗震设防及按6度抗震设防的建筑，采用钢板抗震墙可不设置加劲肋。按7度及7度以上抗震设防的建筑，宜采用带纵向和横向加劲肋的钢板抗震墙，且加劲肋宜两面设置。钢框架-支撑体系可分为中心支撑类型和偏心支撑类型。中心支撑结构使用中心支撑构件，增加了结构抗侧移刚度，可更有效的利用构件的强度，提高抗震能力，适合于建造更高的房屋结构，在强烈地震作用下，支撑结构率先进入屈服，可以保护或者延缓主体结构的破坏，这种结构具有多道抗震防线。中心支撑框架结构构件简单，实际工程应用较多。但是由于支撑构件刚度大，受力较大，容易发生整体或者局部失稳，导致结构总体刚度和强度降低较快，不利于结构抗震能力的发挥，必须注意其构造设计。带有偏心支撑的框架-支撑结构，具备中心支撑体系侧向刚度大、具有多道抗震防线的优点，还适当减少了支撑构件的轴向力，进而减小了支撑失稳的可能性。由于支撑点位置偏离框架接点，便于在横梁内设计用于消耗地震能量的消能梁段。强震发生时，耗能梁段率先屈服，消耗大量地震能量，保护主体结构，形成了新的抗震防线，使得结构整体抗震性能，特别是结构延性大大加强。这种结构体系适合于在高烈度地区建造高层建筑。8.2.1钢结构房屋结构类型的选择及所使用的结构尺度中心支撑框架宜采用交叉支撑、人字支撑、斜杆支撑，不宜采用K形支撑，因为后者对柱子易形成抗剪集中现象。支撑的轴线应交汇于梁柱构件轴线的焦点，确有困难时偏离中心不应超过支撑杆件的宽度，并计入由此产生的附加弯矩。偏心支撑框架的每根支撑至少有一根与框架梁相连接，消能梁段应设计成具有饱满滞回能力的塑性铰消能机构。图8.6高层建筑钢结构的地震影响系数式中：——地震影响系数；——地震影响系数最大值；T——结构自振周期；Tg——场地特征周期。——分别为第i、j层重力荷载代表值；抗震计算中重力荷载代表值为恒载和活载组合值之和，但雪荷载取标准值的50%，楼面活荷按《建筑结构荷载规范》规定的标准值第六组合值系数取值，一般民用建筑应取0.5，书库、档案库建筑应取0.8；——分别为第i、j层楼盖距底部固定端的高度；——第i层的水平地震作用标准值；——顶部附加地震作用系数；——顶部附加水平地震作用；——结构的基本自振周期；在初步计算时，可按下列经验公式估算：(8-8)对于重量及刚度分布比较均匀的结构，可用下式近似计算：(8-9)根据各振型的水平地震作用标准值Fji，即可按下式计算水平地震作用响应(弯矩、剪力、轴力和变形)：(8-12)式中：S——水平地震作用效应；Sj——j振型水平地震作用产生的效应，可只取前2个～3个振型；当基本自振周期大于1.5s时或房屋高宽比大于5时，振型个数可适当增加。在复杂体型或不能按平面结构假定进行计算时，应按空间协同工作或空间结构计算空间振型。对于筒体结构，可将其按位移相等原则转化为连续的竖向悬臂筒体，采用有限条法对其进行计算。在预估杆截面时，内力和位移的分析可采用近似方法。在水平载荷作用下，框架结构可采用D值法进行简化计算；框架-支撑(抗震墙)可简化为平面抗侧力体