第七章 多層及高層鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)

1、7高層(o cn)及多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計(jì) 本章要點(diǎn)(yodin) 掌握：多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算；高 層鋼結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算。 理解：鋼構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)與構(gòu)造措施；鋼 節(jié)點(diǎn)及連接的抗震計(jì)算與構(gòu)造措施 了解：鋼結(jié)構(gòu)的震害及破壞特點(diǎn)；多層鋼 結(jié)構(gòu)房屋的抗震構(gòu)造措施。高層鋼 結(jié)構(gòu)的體系與布置；1共十七頁7.概述(i sh)1.鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：（）各向同性的均質(zhì)材料，強(qiáng)度易于保證，結(jié)構(gòu)的可靠性大；（）輕質(zhì)高強(qiáng)，使結(jié)構(gòu)所受地震作用減??；（）良好的延性性能，使結(jié)構(gòu)具有較大的變形能力，保證結(jié)構(gòu)的抗震(kngzhn)安全性；若設(shè)計(jì)與制造不當(dāng)，可能發(fā)生構(gòu)件的失穩(wěn)和材料的脆性破壞。.鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式（）框架節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的破壞。2共十七頁.高層(o cn)鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)7.2.1 高層鋼結(jié)構(gòu)的體系與布置.高層鋼結(jié)構(gòu)的體系高層鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)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(gòu)成的結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力主要決定于梁柱構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度與延性，故節(jié)點(diǎn)常采用剛性連接節(jié)點(diǎn)。( 2 ）框架支撐體系框架支撐體系是在框架體系中沿結(jié)構(gòu)的縱、橫兩個(gè)方向均勻布置一定數(shù)量的支撐所形成(

3、xngchng)的結(jié)構(gòu)體系。支撐體系的布置由建筑要求及結(jié)構(gòu)功能來確定。3共十七頁.高層鋼結(jié)構(gòu)房屋(fngw)抗震設(shè)計(jì)支撐(zh chng)類型支撐類型的選擇與是否抗震有關(guān)，也與建筑的層高、柱距以及建筑使用要求有關(guān)，.中心支撐中心支撐是指斜桿、橫梁及柱匯交于一點(diǎn)的支撐體系，或兩根斜桿與橫桿匯交于一點(diǎn)，也可與柱子匯交于一點(diǎn)，但匯交時(shí)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(jié)構(gòu)房屋抗震(kngzhn)設(shè)計(jì). 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(diǎn)處），另一端可在梁與柱交點(diǎn)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(gòu)成一耗能梁段，或在兩根支撐與桿之間構(gòu)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(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)( 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(nèi)藏鋼板支撐剪力墻墻板 帶豎縫鋼筋混凝土剪力墻板內(nèi)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(jié)構(gòu)房屋抗震(kngzhn)設(shè)計(jì)( 4）筒體體系筒體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)房屋(fngw)抗震設(shè)計(jì)( 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(gòu)成。巨型框架結(jié)構(gòu)型式( a ）桁架型； ( b ）斜格型； ( c ）框筒型8共十七頁.高層鋼結(jié)構(gòu)房屋(fngw)抗震設(shè)計(jì).高層鋼結(jié)構(gòu)的布置原則( 1 ）高層鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

6、類型、烈度不同，則最大高度亦不同。鋼結(jié)構(gòu)房屋適用的最大高度（m）結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)( 2 ）高層鋼結(jié)構(gòu)的高寬比限值結(jié)構(gòu)的高寬比對結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)民用房屋適用的最大高寬比見下表。鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大高寬比( 3 ）高層鋼結(jié)構(gòu)的布置要求高層鋼結(jié)構(gòu)的布置除應(yīng)符合建筑概念設(shè)計(jì)的有關(guān)要求外，尚應(yīng)符合下列規(guī)定： 支撐框架在兩個(gè)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(shè)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(jié)構(gòu)房屋抗震(kngzhn)設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)置地下室時(shí)，框架支撐（抗震墻板）結(jié)構(gòu)中豎向連續(xù)布置的支撐（抗震墻板）應(yīng)延伸至基礎(chǔ)，框架柱應(yīng)至少延伸至地下一層； 8 、 9 度時(shí)，宜采用偏心支撐、帶豎縫鋼筋混凝土抗震墻板、內(nèi)藏鋼板支撐或其他消能支撐； 超過 12 層的鋼結(jié)構(gòu)采用偏心支撐框架時(shí)，頂層可采用中心支撐； 超過 12 層的鋼框架筒體結(jié)構(gòu)，在必要時(shí)可設(shè)置由筒體外伸臂或外伸臂和周邊析架組成(z chn)的加強(qiáng)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(jié)構(gòu)房屋抗震(kngzhn)設(shè)計(jì)

8、7.2.2 高層鋼結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算1.地震作用計(jì)算結(jié)構(gòu)自振周期，在初步設(shè)計(jì)時(shí)，基本周期可按經(jīng)驗(yàn)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(jì)算水平地震作用。.地震作用下內(nèi)力與位移計(jì)算( 1 ）多遇地震作用下結(jié)構(gòu)在第一階段多遇地震作用下的抗震設(shè)計(jì)中，其地震作用效應(yīng)采取彈性方法計(jì)算：可根據(jù)不同情況，采用底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法以及時(shí)程分析法等方法。( 2 ）罕遇地震作用下高層鋼結(jié)構(gòu)第二階段的抗震驗(yàn)算應(yīng)采用時(shí)程分析法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析。12共十七頁.高層(o cn)鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì).構(gòu)件的內(nèi)力組合與設(shè)計(jì)原則(yunz)( l ）內(nèi)力組合在抗震設(shè)計(jì)

9、中，一般高層鋼結(jié)構(gòu)可不考慮風(fēng)荷載及豎向地震的作用，對于高度大于60m的高層鋼結(jié)構(gòu)須考慮風(fēng)荷載的作用，在9度區(qū)尚須考慮豎向地震作用。( 2 ）設(shè)計(jì)原則框架梁、柱截面按彈性設(shè)計(jì)。同時(shí)，將框架設(shè)計(jì)成強(qiáng)柱弱梁體系。.側(cè)移控制在小震下（彈性階段），過大的層間變形會(huì)造成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，而在大震下（彈塑性階段），過大的變形會(huì)造成結(jié)構(gòu)的破壞或倒塌，因此，應(yīng)限制結(jié)構(gòu)的側(cè)移，使其不超過一定的數(shù)值。13共十七頁.多層鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震(kngzhn)設(shè)計(jì)7.3.1 多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)體系與布置多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)體系多層鋼結(jié)構(gòu)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(yīng)符合下列要求： 多層鋼結(jié)構(gòu)房

10、屋抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使廠房的體型規(guī)則、均勻(jnyn)、對稱，剛度中心與質(zhì)量中心盡量重合；廠房的豎向布置要避免質(zhì)量與剛度沿高度突變，使廠房結(jié)構(gòu)沿豎向變形協(xié)調(diào)且受力均勻(jnyn)。 平面形狀復(fù)雜、各部分構(gòu)架高度差異大或樓層荷載相差懸殊時(shí)，應(yīng)設(shè)防震縫或采取其他措施。 料斗等設(shè)備穿過樓層且支承在該樓層時(shí)，其運(yùn)行裝料后的設(shè)備總重心宜接近樓層的支點(diǎn)處。同一設(shè)備穿過兩個(gè)以上樓層時(shí)，應(yīng)選擇其中的一層作為支座；必要時(shí)可另選一層加設(shè)水平支承點(diǎn)。 設(shè)備自承重時(shí)，廠房樓層應(yīng)與設(shè)備分開。14共十七頁.多層鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震(kngzhn)設(shè)計(jì)7 . 3 . 2 多層鋼結(jié)構(gòu)廠房的抗震計(jì)算.地震作用與作用效應(yīng)對多層鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)

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

12、。15共十七頁.多層鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震(kngzhn)設(shè)計(jì)多層框架的橫向框架計(jì)算一般宜采用專門軟件的計(jì)算機(jī)方法，當(dāng)對層數(shù)不多的框架采用手算方法時(shí)，其豎向荷載作用下的內(nèi)力效應(yīng)可用近似的分層法計(jì)算，水平荷載作用下的內(nèi)力效應(yīng)可采用半剛架法、改進(jìn)反彎點(diǎn)法（值法）等近似方法計(jì)算。計(jì)算層間位移時(shí)，框架支撐結(jié)構(gòu)可不計(jì)人梁柱節(jié)點(diǎn)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(jié)構(gòu)廠房的抗震構(gòu)造(guzo)措施.框架柱、支撐的長細(xì)比與構(gòu)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(fēng)荷載，控制柱的計(jì)算長度和保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝時(shí)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(diǎn)的要求16共十七頁內(nèi)容摘要7高層及多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計(jì)。（）豎向支撐的整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)。這類結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力主要決定于梁柱構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度與延性，故節(jié)點(diǎn)常采用剛性連接節(jié)點(diǎn)。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(gòu)成。房