(207)--钢结构原理钢结构原理.pdf

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1、 钢结构特性：钢结构特性：总体来说，在同等场地、烈度条件下，总体来说，在同等场地、烈度条件下，钢结构房屋的震害钢结构房屋的震害较钢筋混凝土结构房屋的震害较钢筋混凝土结构房屋的震害要小要小 1 1、抗震性能良好抗震性能良好：由于钢材延性好，既能削弱地震反：由于钢材延性好，既能削弱地震反应，又使得钢结构具有抵抗强烈地震的变形能力；应，又使得钢结构具有抵抗强烈地震的变形能力；2 2、强度高、自重轻强度高、自重轻：可以显著减轻结构传至基础的竖：可以显著减轻结构传至基础的竖向荷载和地震作用；向荷载和地震作用；3 3、侧向刚度小侧向刚度小，在水平荷载作用下二阶效应不可忽视；，在水平荷载作用下二阶效应不可忽

2、视；由于地震时侧向位移较大，引起非结构性构件的破坏。由于地震时侧向位移较大，引起非结构性构件的破坏。例如，在墨西哥城的高烈度区内有例如，在墨西哥城的高烈度区内有102102幢钢结构房幢钢结构房屋屋，其中，其中5959幢为幢为19571957年以后所建年以后所建，在，在19851985年年9 9月的墨西月的墨西哥大地震哥大地震(里氏里氏8.18.1级级)中，中，19571957年以后建造的年以后建造的钢结构房钢结构房屋倒塌或严重破坏的不多屋倒塌或严重破坏的不多（见下表），而（见下表），而钢筋混凝土钢筋混凝土结构房屋的破坏就要严重得多。结构房屋的破坏就要严重得多。19851985年墨西哥城地震中钢

3、结构和钢筋混凝土结构的破坏情况年墨西哥城地震中钢结构和钢筋混凝土结构的破坏情况 建造年份建造年份 钢结构钢结构 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 倒塌倒塌 严重严重 破坏破坏 倒塌倒塌 严重严重 破坏破坏 19571957年以前年以前 7 7 1 1 2727 1616 1957195719761976年年 3 3 1 1 5151 2323 19761976年以后年以后 0 0 0 0 4 4 6 6 多高层钢结构在地震中的多高层钢结构在地震中的破坏形式主要有破坏形式主要有：节点连接破坏；构件破坏；结构倒塌；基础锚固破坏节点连接破坏；构件破坏；结构倒塌；基础锚固破坏 1 1、节点连接破坏节点连接

4、破坏 主要有两种节点连接破坏：主要有两种节点连接破坏：一种是一种是支撑连接破坏，支撑连接破坏，一种是一种是梁柱连接破坏。梁柱连接破坏。从从19781978年日本宫城县远海年日本宫城县远海地震地震(里氏里氏7.47.4级级)所造成所造成的钢结构建筑破坏情况看，的钢结构建筑破坏情况看，支撑连接更易遭受地震破支撑连接更易遭受地震破坏。坏。支撑节点的破坏支撑节点的破坏 梁柱连接破坏梁柱连接破坏 1 1）焊缝缺陷）焊缝缺陷 2 2）三轴应力）三轴应力 这些缺陷将成为裂缝开展直至断裂的起源这些缺陷将成为裂缝开展直至断裂的起源 梁柱连接的焊缝变形由于受到梁和柱约束，施焊后梁柱连接的焊缝变形由于受到梁和柱约束

5、，施焊后焊缝残存三轴拉应力，使材料变脆焊缝残存三轴拉应力，使材料变脆 如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等 3 3）构造缺陷）构造缺陷 出于焊接工艺的要求，梁翼缘与柱连接处设有衬板，实出于焊接工艺的要求，梁翼缘与柱连接处设有衬板，实际工程中衬板在焊接后就留在结构上，这样衬板与柱翼缘际工程中衬板在焊接后就留在结构上，这样衬板与柱翼缘之间就形成一条“之间就形成一条“人工人工”裂缝，成为连接裂缝发展的起源。”裂缝，成为连接裂缝发展的起源。梁下翼缘在梁下翼缘在腹板位置焊接的中断腹板位置焊接的中断是一个显著的焊缝缺陷是一个显著的焊缝缺陷 梁柱刚性连接裂缝或断裂破坏的原因：梁柱刚性连接裂缝

6、或断裂破坏的原因：2 2、构件破坏、构件破坏 多高层建筑钢结构构件破坏的主要形式有多高层建筑钢结构构件破坏的主要形式有:1 1）支撑压屈）支撑压屈 支撑在地震中所受的压力超过其屈曲临界力时，支撑在地震中所受的压力超过其屈曲临界力时，即压屈破坏即压屈破坏 2 2）梁柱局部破坏）梁柱局部破坏 梁或柱在地震作用下梁或柱在地震作用下反复受弯反复受弯，在弯矩最大截面处，在弯矩最大截面处附近由于过度弯曲可能发生附近由于过度弯曲可能发生翼缘局部失稳破坏翼缘局部失稳破坏 框架柱框架柱，主要有，主要有翼缘屈曲翼缘屈曲、翼缘撕裂翼缘撕裂，甚至出现，甚至出现水平水平裂缝或断裂破坏裂缝或断裂破坏 如如19951995

7、年日本阪神地震中，位于地震区的年日本阪神地震中，位于地震区的5757幢高层钢结构房屋中，有幢高层钢结构房屋中，有2121幢楼共计幢楼共计5757根钢柱发生水平裂缝破坏，其中根钢柱发生水平裂缝破坏，其中1313根钢柱为母材断裂，根钢柱为母材断裂，7 7根钢柱在与支撑连接处开裂，根钢柱在与支撑连接处开裂，3737根钢柱发生在拼接焊缝处根钢柱发生在拼接焊缝处 结构倒塌结构倒塌是地震中结构破坏是地震中结构破坏最严重最严重的形式的形式 原因：原因：结构抗侧刚度沿高度分布不均匀，形成了结构结构抗侧刚度沿高度分布不均匀，形成了结构薄弱层薄弱层 柱子破坏导致整体结构倒塌柱子破坏导致整体结构倒塌 3 3、结构倒塌、结构倒塌 4 4、基础锚固破坏、基础锚固破坏 原因：地震时原因：地震时柱柱可能产生相当大的可能产生相当大的拉力；拉力；地震中出现的地震中出现的竖向振动竖向振动 表现形式：地脚螺栓脱开、表现形式：地脚螺栓脱开、混凝土破碎导致锚固失效、连接板断裂混凝土破碎导致锚固失效、连接板断裂