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浅谈钢结构抗震优点
作者:zy  发布时间:2014-9-5  浏览次数:1203  

前几日有微信朋友咨询钢有没有分析钢结构抗震的文章,不好意思今天才发布,若其他微信朋友有想看的什么文章也可以直接回复本公众号,小编会为大家一一解决,如有不周之处还请谅解!


四川汶川8级地震已造成41353人遇难,32666人失踪,274683人受伤。这次地震伤亡惨重,损失巨大,给我们今后改进建筑抗震设防敲响了警钟。历次地震人员伤亡总数的95%以上是由房屋倒塌造成的,仅有不足5%的人员伤亡是直接由地震及地震引发的水灾、山体滑坡等导致的。而反观日本地震日本东北部海域发生里氏9.0级大地震并引发海啸,造成了重大人员伤亡和财产损失。日本的伤亡人数主要是大海啸引起的,因房屋倒塌而死亡的人数很少。这就使得钢结构的抗震性尤为的重要。

一、 钢结构的震害特征

发现钢结构之间的震害特征,有助于钢结构更好的防震,在钢结构的破坏处发现特点,然后防范与它,就可以在碰到重大自然灾害的情况(例如地震,以及地震引起的一系列灾害)减少人员的伤亡。目前已经了解的震害特征列举如下:


(一)、钢结构的节点破坏

主要有两种节点连接破坏,一种是支撑连接破坏,另一种是梁柱连接破坏,从1978年日本宫城县远海地震(里氏7.4级)所造成的钢结构建筑破坏情况看,支撑连接更易遭受地震破坏。

1994年美国Northridge地震和1995年日本阪神地震造成了很多梁柱刚性连接破坏,震害查发现,梁柱连接的破坏大多数发生在梁的下翼缘处,而上翼缘的破坏要少得多。这可能有两种原因:1楼板与梁共同变形导致下翼缘应力增大;2)下翼缘在腹板位置焊接的中断是一个显著的焊缝缺陷的来源。

梁柱刚性连接裂缝或断裂破坏的原因有:1)焊缝缺陷,如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等。2)三轴应力影响。分析表明,梁柱连接的焊缝变形由于受到梁和柱约束,施焊后焊缝残存三轴拉应力,使材料变脆。3)构造缺陷。出于焊接工艺的要求,梁翼缘与柱连接处设有垫板,实际工程中垫板在焊接后就留在结构上,这样垫板与柱翼缘之间就形成一条“人工”裂缝,成为连接裂缝发展的起源。


(二)、钢结构的构件破坏

由于钢结构具有强度高、抗震性能好、结构自重小的优点,所以目前钢结构主要应用于多层建筑、高层建筑、超高层建筑的框架结构,这里说明下多高层建筑的构件破坏的主要形式:

1)支撑压屈。在地震时支撑所受的压力超过其屈曲临界力时,即发生压屈破坏。

2)梁柱局部失稳。梁或柱在地震作用下反复受弯,在弯矩最大截面处附近由于过度弯曲可能发生翼缘局部失稳破坏

3)柱水平裂缝或断裂破坏。1995年日本阪神地震中,位于阪神地震区芦屋浜的52栋高层钢结构住宅,有57根钢柱发生水平裂缝破坏。分析原因认为,竖向地震使柱中出现动拉力,由于应变速率高,使材料变脆,加上截面弯矩和剪力的影响,造成柱水平断裂。


(三)、钢结构的整体坍塌

这个是结构破坏中最严重的破坏,不过有的可以人为的预防,例如下大雪的时候,要及时的铲雪,尤其是钢结构的大棚。


二、 钢结构的抗震构造技术设计

在钢结构防火技术要求规范中,有如下几种技术可使钢结构在本身抗震的基础上保持更好的性能。


(一)、纯框架结构

1)纯框架宜设计成强柱弱梁型

2)工字形截面柱和箱形截面柱的节点域验算

3)在柱与梁连接处,柱应设置与上下翼缘位置对应的加劲肋。

4)梁与柱连接的抗弯承载力,不得小于梁的塑性弯矩和节点域屈服时的梁端弯矩的较小值。

5)为防止梁端与柱的连接处发生脆性破坏,可利用“强节点弱杆件”的抗震设计概念,将梁端附近截面局部削弱。试验证明,基于上述思想的梁端狗骨式设计具有优越的抗震性能,可将框架的屈服控制在削弱的梁端截面处。


(二)、中心支撑框架

1)抗震设防的中心支撑框架宜采用十字交叉斜杆、单斜杆人字形斜杆或V形斜杆体系,不得采用K形斜杆体系。当采用只能受拉的单斜杆体系时,应同时设不同倾斜方向的两组单斜杆,且每层中不同方向单斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不得大于10%。

2)人字形和V形支撑斜杆受压屈曲后,使横梁产生较大变形,并使体系的抗剪能力发生较大退化。有鉴于此,在计算地震作用下人字形支撑和V形支撑的斜杆内力时其地震作用标准值应乘以增大系数1.5,以提高斜杆的承载力。

3)支撑杆件长细比,对于多层钢结构,当按6度或7度抗震设防时不应大于150;按8度或9度抗震设防时不应大于120;对于高层钢结构,当按6度或7度抗震设防时不应大于120;按8度抗震设防时不应大于90;按9度抗震设防时,不应大于60。fy以N/mm2为单位。

4)支撑斜杆宜采用双轴对称截面。当采用单轴对称截面时(例如双角钢组合T形截面),应采取防止绕对称轴屈曲的构造措施。


(三)、偏心支撑框架

1)偏心支撑框架的抗震设计应保证罕遇地震下结构的屈服发生在偏心梁段上,因而要求框架柱的承载力和支撑的承载力高于偏心梁段的承载力。偏心梁段的屈服形式有两种,一种是剪切屈服型,另一种是弯曲屈服型。试验和分析表明,剪切屈服型偏心梁段支撑框架的刚度和承载力较大,延性和耗能性能较好,抗震设计时,偏心梁段宜设计成剪切屈服型。

2)为保证在塑性变形过程中偏心梁段的腹板不发生局部屈曲,应按下列规定在梁腹板两侧设置横向加劲肋:

①梁在与偏心支撑连接处应设加劲肋。

②在距消能梁段端部bf处,应设加劲肋。bf为消能梁段翼缘宽度。

③偏心消能中部应设加劲肋,加劲肋间距应根据消能梁段长度确定。


钢结构行业通常分为轻型钢结构、高层钢结构、住宅钢结构、空间钢结构桥梁结构五大子类,钢结构在各项工程建设中的应用极为广泛,如钢桥、钢厂房、钢闸门、各种大型管道容器、高层建筑和塔轨机构等。



钢结构工程优点
  抗震性:低层别墅的屋面大都为坡屋面,因此屋面结构基本上采用的是由冷弯型钢构件做成的三角型屋架体系,轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后,形成了非常坚固的“板肋结构体系”,这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力,适用于抗震烈度为八度以上的地区。
  抗风性:型钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强。建筑物自重仅是砖混结构的五分之一,可抵抗每秒七十米的飓风,使生命财产能得到有效的保护。
  耐久性:轻钢结构住宅结构全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成,钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造,有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响,增加了轻钢构件的使用寿命。结构寿命可达一百年。
  保温性:采用的保温隔热材料以玻纤棉为主,具有良好的保温隔热效果。用以外墙的保温板,有效的避免墙体的“冷桥”现象,达到了更好的保温效果。
  隔音性:隔音效果是评估住宅的一个重要指标,轻钢体系安装的窗均采用中空玻璃,隔音效果好,隔音达四十分贝以上;由轻钢龙骨、保温材料石膏板组成的墙体,其隔音效果可高达六十分贝。
  健康性:干作业施工,减少废弃物对环境造成的污染,房屋钢结构材料可完全回收,其他配套材料也可大部分回收,符合当前环保意识;所有材料为绿色建材,满足生态环境要求,有利于健康。
  舒适性:轻钢墙体采用高效节能体系,具有呼吸功能,可调节室内空气干湿度;屋顶具有通风功能,可以使屋内部上空形成流动的空气间,保证屋顶内部的通风及散热需求。
  快捷:全部干作业施工,不受环境季节影响。

环保:材料可回收,真正做到绿色无污染。

节能:全部采用高效节能墙体,保温、隔热、隔音效果好,可达到50%的节能标准。



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