1、7 7 钢结构抗震设计钢结构抗震设计7.1 7.1 震害现象及其分析震害现象及其分析*7.2 7.2 钢结构的抗震概念设计钢结构的抗震概念设计*7.3 7.3 多层和高层钢结构房屋的抗震设计多层和高层钢结构房屋的抗震设计7.4 7.4 多层钢结构厂房的抗震设计多层钢结构厂房的抗震设计7.5 7.5 网架结构抗震设计网架结构抗震设计7.1 震害现象及其分析多高层钢结构在地震中的破坏形式有三种：多高层钢结构在地震中的破坏形式有三种：1)1)节点连接破坏；节点连接破坏；2)2)构件破坏；构件破坏；3)3)结构倒塌。结构倒塌。 1、节点破坏、节点破坏圆钢支撑连接的破坏圆钢支撑连接的破坏 2、构件破坏、
2、构件破坏支撑的压曲支撑的压曲 柱的局部失稳柱的局部失稳 钢柱地震脆断实例钢柱地震脆断实例（图下中间所示为硬币，以示断缝大小）（图下中间所示为硬币，以示断缝大小） 3、结构倒塌、结构倒塌 7.3 多层和高层钢结构房屋的抗震设计多层和高层钢结构房屋的抗震设计7.3.1 钢结构房屋的结构类型钢结构房屋的结构类型1、 框架体系(节点刚接)2、 框架-支撑体系(c)(d)(e)(a)(b)eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee中心支撑体系中心支撑体系偏心支撑体系延性更好偏心支撑体系延性更好易压曲易压曲首先屈服首先屈服3、 框架框架-抗震墙板体系抗震墙板体系带竖缝的钢筋混凝土抗震墙板带竖缝的钢筋
3、混凝土抗震墙板4、 筒体体系(a)(b)(d)(c)筒体体系筒体体系 密柱深梁外筒密柱深梁外筒内框架内框架-梁梁柱铰接柱铰接外框筒上增设交叉支撑外框筒上增设交叉支撑-受剪受剪剪力滞后剪力滞后5、 巨型框架体系(a)(b)(c)巨型框架结构型式巨型框架结构型式(a)桁架型；桁架型；(b)斜格型；斜格型；(c)框筒型框筒型7.3.2 多高层钢结构的布置原则多高层钢结构的布置原则 结构平面布置：简单、规则、对称；结构平面布置：简单、规则、对称；结构竖向布置：规则、质量与刚度沿竖向分布均匀连续；结构竖向布置：规则、质量与刚度沿竖向分布均匀连续；钢结构的楼盖：钢结构的楼盖：1 1 宜采用压型钢板现浇钢筋
4、混凝土组合楼板或钢筋混凝土楼板，并应与钢宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或钢筋混凝土楼板，并应与钢梁有可靠连接。梁有可靠连接。2 2 对对6 6、7 7度时不超过度时不超过50m50m的钢结构，尚可采用装配整体式钢筋混凝土楼板，的钢结构，尚可采用装配整体式钢筋混凝土楼板，也可采用装配式楼板或其他轻型楼盖；但应将楼板预埋件与钢梁焊接，或也可采用装配式楼板或其他轻型楼盖；但应将楼板预埋件与钢梁焊接，或采取其他保证楼盖整体性的措施。采取其他保证楼盖整体性的措施。3 3 对转换层楼盖或楼板有大洞口等情况，必要时可设置水平支撑。对转换层楼盖或楼板有大洞口等情况，必要时可设置水平支撑。7.3.3 地震
5、作用计算1 1、计算模型、计算模型 一般可假定楼板在自身平面内为绝对刚性。对整体性较差、开一般可假定楼板在自身平面内为绝对刚性。对整体性较差、开孔面积大、有较长的外伸段的楼板，宜采用楼板平面内的实际孔面积大、有较长的外伸段的楼板，宜采用楼板平面内的实际刚度进行计算。刚度进行计算。 多高层钢结构的抗震计算可采用平面抗侧力结构的空间协同计算多高层钢结构的抗震计算可采用平面抗侧力结构的空间协同计算 模型。模型。 2 2、阻尼比的取值、阻尼比的取值钢结构抗震计算的阻尼比宜符合下列规定：钢结构抗震计算的阻尼比宜符合下列规定：1 1 多遇地震下的计算，高度不大于多遇地震下的计算，高度不大于50m50m时可
6、取时可取0.040.04；高度大于；高度大于50m50m且小于且小于200m200m时，可取时，可取0.030.03；高度不小于；高度不小于200m200m时，宜取时，宜取0.020.02。2 2 当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的5050时，其阻尼比可比本条时，其阻尼比可比本条1 1款相应增加款相应增加0.0050.005。3 3 在罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取在罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取0.050.05。3 3、地震作用的计算方法、地震作用的计算方法在低于在低于1212层高层钢结构初步估算中
7、，采用底部剪力法计层高层钢结构初步估算中，采用底部剪力法计算水平地震作用的计算公式算水平地震作用的计算公式 1EKeqFG11iiiEKnnjjiG HFFG H110.058nT10.1Tn11.7TnTu其中，T1可按下式之一估算：高于12层的用振型分解反应谱法。0.1VhP抗震规范规定：在水平地震作用下，如果楼层侧移满足下式，应考虑P-效应： hPV多遇地震作用下楼层层间位移；楼层层高；计算楼层以上全部竖向荷载之和；计算楼层以上全部多遇水平地震作用之和。 4 4、结构内力分析中的二阶效应、结构内力分析中的二阶效应P效应：重力荷载与侧向变形的乘积形成重力附加弯矩。效应：重力荷载与侧向变形的
8、乘积形成重力附加弯矩。进行二阶效应的弹性分析时，应按现行国家标准进行二阶效应的弹性分析时，应按现行国家标准钢结构设计规范钢结构设计规范GB 50017的有关的有关规定，在每层柱顶附加假想水平力。规定，在每层柱顶附加假想水平力。高钢规高钢规JGJ99-98JGJ99-98满足满足“强柱弱梁强柱弱梁”的抗震设计原则的抗震设计原则7.3.4 地震作用下内力和变形验算地震作用下内力和变形验算1 1、多遇地震作用下的弹性分析、多遇地震作用下的弹性分析内力和位移计算时，应考虑梁、柱弯曲变形和内力和位移计算时，应考虑梁、柱弯曲变形和柱的轴向变形。柱的轴向变形。宜考虑梁柱的剪切变形。还应考虑梁柱节点域的剪切变
9、形对宜考虑梁柱的剪切变形。还应考虑梁柱节点域的剪切变形对侧移的影响。侧移的影响。一般高层钢结构房屋可不考虑风荷载及竖向地震作用，高度一般高层钢结构房屋可不考虑风荷载及竖向地震作用，高度大于大于60m须考虑风荷载，须考虑风荷载，9度区尚须考虑地震作用。度区尚须考虑地震作用。2 2、罕遇地震作用下的弹塑性分析、罕遇地震作用下的弹塑性分析应采用时程分析法进行弹塑性时程分析，计算薄弱楼层的弹应采用时程分析法进行弹塑性时程分析，计算薄弱楼层的弹塑性变形。塑性变形。验算方法：验算方法：对规则结构，可采用弯剪层间模型或平面杆系模型，对规则结构，可采用弯剪层间模型或平面杆系模型，对不规则结构，应采用考虑扭转的
10、空间结构模型。对不规则结构，应采用考虑扭转的空间结构模型。3 3、侧移控制、侧移控制 在多遇地震下，钢结构的层间侧移标难值应不超过层在多遇地震下，钢结构的层间侧移标难值应不超过层高的高的1/2501/250。结构平面端部构件的最大侧移不得超过质心。结构平面端部构件的最大侧移不得超过质心侧移的侧移的1.31.3倍。倍。 在罕遇地震下，钢结构的层间侧移不应超过层高的在罕遇地震下，钢结构的层间侧移不应超过层高的1/501/50。同。同时结构层间侧移的时结构层间侧移的延性比延性比对于纯框架、偏心支撑框架、中心支对于纯框架、偏心支撑框架、中心支撑框架、有混凝土抗震墙的钢框架应分别大于撑框架、有混凝土抗震
11、墙的钢框架应分别大于3.53.5，3.03.0，2.52.5和和2.02.0。延性比：延性比： 延性比即为弹塑性位移增大系数。延性是指材料、构件、结延性比即为弹塑性位移增大系数。延性是指材料、构件、结构在初始强度没有明显退化的情况下的构在初始强度没有明显退化的情况下的非弹性变形非弹性变形能力。延能力。延性比主要分为三个层面，即截面的延性比、构件的延性比和性比主要分为三个层面，即截面的延性比、构件的延性比和结构的延性比。结构的延性比。结构的延性比结构的延性比通常是指达到极限时顶点位移与屈服时顶点位通常是指达到极限时顶点位移与屈服时顶点位移的比值。移的比值。可以通过绘制水平荷载可以通过绘制水平荷载
12、-顶层水平位移（顶层水平位移（P-DELTA）、水平荷）、水平荷载载-层间位移等曲线求出。层间位移等曲线求出。 7.4.5 钢结构构件及节点抗震承载力验算钢结构构件及节点抗震承载力验算7.4.5.1 框架柱抗震验算包括截面强度验算、平面内外的整体稳定性验算。截面强度 yxnxnxynyREMMNfAWW平面内整体稳定性 1(1 0.8/)mxxxxxExREMNfAWN N平面外整体稳定验算 1txxybxREMNfAW7.4.3.2 框架梁抗震验算框架梁抗震验算包括截面强度验算、整体稳定性验算。包括截面强度验算、整体稳定性验算。xxnxREMfW受弯承载力验算 vwREfVSIt抗剪承载力验
13、算 框架梁端部截面的抗剪承载力 vwnREfVA整体稳定性验算 xbxREMfW6.4.5 6.4.5 钢结构构件连接抗震承载力验算钢结构构件连接抗震承载力验算强连接，弱构件强连接，弱构件1.1.梁、柱连接的极限承载力验算梁、柱连接的极限承载力验算2.2.支撑与框架的连接及支撑拼接的极限承载力验算支撑与框架的连接及支撑拼接的极限承载力验算3.3.梁、柱构件拼接处的极限承载力验算梁、柱构件拼接处的极限承载力验算4.4.梁柱构件有轴力时的全截面受弯承载力计算梁柱构件有轴力时的全截面受弯承载力计算5.5.焊缝的极限承载力计算焊缝的极限承载力计算6.6.高强度螺栓连接的极限承载力计算高强度螺栓连接的极限承载力计算6.5 钢结构抗震构造措施钢结构抗震构造措施6.5.1 钢框架结构的构造措施钢框架结构的构造措施外包式柱脚外包式柱脚埋入式柱脚埋入式柱脚
