第七章 多層及高層鋼結構房屋抗震設計

1、7高層(o cn)及多層鋼結構房屋的抗震設計 本章要點(yodin) 掌握：多層鋼結構房屋的抗震計算；高 層鋼結構的抗震計算。 理解：鋼構件的抗震設計與構造措施；鋼 節(jié)點及連接的抗震計算與構造措施 了解：鋼結構的震害及破壞特點；多層鋼 結構房屋的抗震構造措施。高層鋼 結構的體系與布置；1共十七頁7.概述(i sh)1.鋼結構的特點：（）各向同性的均質材料，強度易于保證，結構的可靠性大；（）輕質高強，使結構所受地震作用減??；（）良好的延性性能，使結構具有較大的變形能力，保證結構的抗震(kngzhn)安全性；若設計與制造不當，可能發(fā)生構件的失穩(wěn)和材料的脆性破壞。.鋼結構的破壞形式（）框架節(jié)點區(qū)的梁

2、柱焊接連接破壞；（）豎向支撐的整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)；（）柱腳焊縫破壞及錨栓失效；（）鋼柱脆斷；（）支撐及其連接的破壞；（）梁柱節(jié)點的破壞。2共十七頁.高層(o cn)鋼結構房屋抗震設計7.2.1 高層鋼結構的體系與布置.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、框架一支撐（剪力墻板）體系、筒體體系（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒等）或巨型框架體系。（）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(jié)點的強度與延性，故節(jié)點常采用剛性連接節(jié)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(shù)量的支撐所形成(

3、xngchng)的結構體系。支撐體系的布置由建筑要求及結構功能來確定。3共十七頁.高層鋼結構房屋(fngw)抗震設計支撐(zh chng)類型支撐類型的選擇與是否抗震有關，也與建筑的層高、柱距以及建筑使用要求有關，.中心支撐中心支撐是指斜桿、橫梁及柱匯交于一點的支撐體系，或兩根斜桿與橫桿匯交于一點，也可與柱子匯交于一點，但匯交時均無偏心距。如右圖：中心支撐的類型（支撐框架）( a ) X 形支撐；( b ）單斜支撐；( c ）人字形支撐；( d ) K 形支撐；( e ) V 形支撐4共十七頁.高層鋼結構房屋抗震(kngzhn)設計. 偏心支撐偏心支撐是指支撐斜桿的兩端，至少有一端與梁相交（不

4、在柱節(jié)點處），另一端可在梁與柱交點處連接(linji)，或偏離另一根支撐斜桿一段長度與梁連接(linji)，并在支撐斜桿桿端與柱子之間構成一耗能梁段，或在兩根支撐與桿之間構成一耗能梁段的支撐。偏心支撐類型（偏心支撐框架）（a）門架式 1；（b）門架式 2 ；（c）單斜桿式；（d）人字形式；（e）V 字形式5共十七頁.高層(o cn)鋼結構房屋抗震設計( 3）框架(kun ji)剪力墻板體系框架剪力墻板體系是以鋼框架為主體，并配置一定數(shù)量的剪力墻板。剪力墻板主要類型： 鋼板剪力墻板 內藏鋼板支撐剪力墻墻板 帶豎縫鋼筋混凝土剪力墻板內藏鋼板剪力墻板與框架的連接帶豎縫剪力墻板與框架的連接6共十七頁.

5、高層鋼結構房屋抗震(kngzhn)設計( 4）筒體體系筒體結構體系可分為框架(kun ji)筒、桁架筒、筒中筒及束筒等體系。如右圖：( a ）框架筒；( b ）桁架筒；( c ）筒中筒；( d ）束筒7共十七頁.高層鋼結構房屋(fngw)抗震設計( 5）巨型框架體系巨型框架體系是由柱距較大的立體(lt)桁架梁柱及立體(lt)桁架梁構成。巨型框架結構型式( a ）桁架型； ( b ）斜格型； ( c ）框筒型8共十七頁.高層鋼結構房屋(fngw)抗震設計.高層鋼結構的布置原則( 1 ）高層鋼結構適用的最大高度(god)房屋高度指室外地面到主要屋面板板頂?shù)母叨龋ú话ň植客怀鑫蓓敳糠郑?;根據(jù)結構

6、類型、烈度不同，則最大高度亦不同。鋼結構房屋適用的最大高度（m）結構類型烈度、7度8度9度框架1109050鋼框架支撐（抗震墻板）220200140筒體（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒）和巨型框架3002601809共十七頁.高層(o cn)鋼結構房屋抗震設計( 2 ）高層鋼結構的高寬比限值結構的高寬比對結構的整體(zhngt)穩(wěn)定性和人在建筑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。鋼結構房屋的最大高寬比( 3 ）高層鋼結構的布置要求高層鋼結構的布置除應符合建筑概念設計的有關要求外，尚應符合下列規(guī)定： 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

7、 ;抗震設防烈度6、7度8度9度最大高寬比6.565.510共十七頁.高層鋼結構房屋抗震(kngzhn)設計 鋼結構房屋設置地下室時，框架支撐（抗震墻板）結構中豎向連續(xù)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； 8 、 9 度時，宜采用偏心支撐、帶豎縫鋼筋混凝土抗震墻板、內藏鋼板支撐或其他消能支撐； 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； 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(z chn)的加強層； 樓蓋宜采用壓型鋼板現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板或非組合樓板。11共十七頁.高層鋼結構房屋抗震(kngzhn)設計

8、7.2.2 高層鋼結構的抗震計算1.地震作用計算結構自振周期，在初步設計時，基本周期可按經(jīng)驗公式估算( sun)：式中 n 建筑物層數(shù)（不包括地下部分及屋頂小塔樓）。采用底部剪力法計算水平地震作用。.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(jù)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。12共十七頁.高層(o cn)鋼結構房屋抗震設計.構件的內力組合與設計原則(yunz)( l ）內力組合在抗震設計

9、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(qū)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。.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，使其不超過一定的數(shù)值。13共十七頁.多層鋼結構廠房抗震(kngzhn)設計7.3.1 多層鋼結構房屋的結構體系與布置多層鋼結構房屋的結構體系多層鋼結構房屋一般多采用框架體系和框架支撐體系。.廠房的布置廠房的布置應符合下列要求： 多層鋼結構房

10、屋抗震設計時，應盡量使廠房的體型規(guī)則、均勻(jnyn)、對稱，剛度中心與質量中心盡量重合；廠房的豎向布置要避免質量與剛度沿高度突變，使廠房結構沿豎向變形協(xié)調且受力均勻(jnyn)。 平面形狀復雜、各部分構架高度差異大或樓層荷載相差懸殊時，應設防震縫或采取其他措施。 料斗等設備穿過樓層且支承在該樓層時，其運行裝料后的設備總重心宜接近樓層的支點處。同一設備穿過兩個以上樓層時，應選擇其中的一層作為支座；必要時可另選一層加設水平支承點。 設備自承重時，廠房樓層應與設備分開。14共十七頁.多層鋼結構廠房抗震(kngzhn)設計7 . 3 . 2 多層鋼結構廠房的抗震計算.地震作用與作用效應對多層鋼結構進

11、行抗震驗算時，一般只需考慮水平地震作用，并在結構的兩個主軸方向分別驗算，各方向的水平地震作用應全部由該方向的抗震構件承擔。水平地震作用可采用底部剪力法或振型分解應譜法進行計算。多層鋼結構房屋荷載效應組合按第 3 章的有關(yugun)規(guī)定進行。.多層鋼結構房屋的內力計算平面布置較規(guī)則的多層框架，其橫向框架的計算宜采用平面計算模型，當平面不規(guī)則且樓蓋為剛性樓蓋時，宜采用空間計算模型；廠房的縱向框架的計算，一般可按柱列法計算，當各柱列縱向剛度差別較大且樓蓋為剛性樓蓋時，宜采用空間整體計算模型。進行地震作用效應計算時，宜采用將質量集中于各樓層的層間計算模型，同時按不同圍護結構考慮其自振周期的折減系數(shù)

12、。15共十七頁.多層鋼結構廠房抗震(kngzhn)設計多層框架的橫向框架計算一般宜采用專門軟件的計算機方法，當對層數(shù)不多的框架采用手算方法時，其豎向荷載作用下的內力效應可用近似的分層法計算，水平荷載作用下的內力效應可采用半剛架法、改進反彎點法（值法）等近似方法計算。計算層間位移時，框架支撐結構可不計人梁柱節(jié)點域剪切變形的影響，但腹板厚度不宜小于梁、柱截面高度之和的 1 / 70 。.多層鋼結構廠房的抗震構造(guzo)措施.框架柱、支撐的長細比與構件的板件寬厚比.廠房樓層的水平支撐水平支撐的作用主要是傳遞水平地震作用和風荷載，控制柱的計算長度和保證結構構件安裝時的穩(wěn)定。. 廠房縱向柱間支撐廠房縱向柱間支撐能有效提高廠房的縱向抗震能力。.連接節(jié)點的要求16共十七頁內容摘要7高層及多層鋼結構房屋的抗震設計。（）豎向支撐的整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)。這類結構的抗側力能力主要決定于梁柱構件和節(jié)點的強度與延性，故節(jié)點常采用剛性連接節(jié)點。巨型框架體系(tx)是由柱距較大的立體桁架梁柱及立體桁架梁構成。房