高層鋼結構建築抗震設計探析

2023-02-07 15:45:06 字數 3476 閱讀 6852

目前,鋼結構普遍應用於各種型別的民用建築中,在高層及超高層建築中的應用則更為廣泛。同混凝土結構相比,鋼結構具有韌性好、強度與重量比高的優點,具有優越的抗震效能;但是,如果鋼結構房屋在結構設計、材料選用、施工製作和維護上出現問題。則其優良的鋼材特性將得不到充分的發揮,在**作用下同樣會造成結構的局面破壞或整體倒塌。

一、 高層建築發展概括80年代,是我國高層建築在設計計算及施工技術各方面迅速發展的階段。各大中城市普遍興建高度在100m左右或100m以上的以鋼筋為主的建築,建築層數和高度不斷增加,功能和型別越來越複雜,結構體系日趨多樣化。比較有代表性的高層建築有上海錦江飯店,它是一座現代化的高階賓館,總高153.

52m,全部採用框架一芯牆全鋼結構體系,深圳發展中心大廈43層高165.3m,加上天線的高度共185.3m,這是我國第一幢大型高層鋼結構建築。

進入90年代我國高層建築的設計與施工技術進入了新的階段。不僅結構體系及建築材料出現多樣化而且在高度上長幅很大有乙個飛躍。深圳於2023年6月封頂的地王大廈,81層高,385.

95m為鋼結構,它居目前世界建築的第四位。二、 高層鋼結構震害現象及其原因分析鋼結構被認為具有卓越的抗震效能,在歷次的**中,鋼結構房屋的震害要小於鋼筋混凝土結構房屋。很少發生整體破壞或倒塌現象。

儘管如此,由於焊接、連線、冷加工等工藝技術以及外部環境的影響,鋼材材料的優點將受到影響。特別是因設計、施工以及維護不當,就很可能造成結構的破壞。根據鋼結構在歷次**中的破壞形態,可能破壞形式分為以下幾類:

1、 結構倒塌結構倒塌是**中結構破壞最嚴重的形式。造成結構倒塌的主要原因是結構薄弱層的形成,而薄弱層的形成是由於結構樓層屈服強度係數和抗變4剛度沿高度分布不均勻造成的。這就要求在設計過程中應盡量避免上述不利因素的出現。

2、 節點破壞節點破壞是**中發生最多的一種破壞形式。剮性連線的結構構件一般採用鉚接或焊接形式連線。如果在節點的設計和施工中,構造及焊縫存在缺陷,節點區就可能出現應力集中、受力小均的現象,在**中很容易出現連線破壞。

梁柱節點可能出現的破壞現象主要表現為:鉚接斷裂,焊接部位位脫,加勁板斷型、屈曲,腹板斷裂、屈曲等。3、 構件破壞在以往所有**中,多高層建築鋼結構構件破壞的主要形式有支撐的破壞與失穩以及梁柱區域性破壞兩種。

(1)支撐的破壞與失穩。當**強度較大時,支撐承受反覆拉壓的軸向力作用,一旦壓力超出支撐的屈曲臨界力時,就會出現破壞或失穩。(2)梁柱區域性破壞。

對於框架柱,主要有翼緣屈曲、翼縫撕裂,甚至框架柱會出現水平裂縫或斷裂破壞。對於框架梁,主要有翼緣屈曲、腹板屈曲和開裂、扭轉屈曲等破壞形態。4、基礎錨固破壞鋼構件與基礎的錨固破壞主要表現為柱腳處的地腳螺栓脫開、混凝土破碎導致錨固失效、連線板斷裂等,這種破壞形式曾發生多起,根據對上述鋼結構房屋震害特徵的分析可知,儘管鋼結構抗震效能較好,但在歷次的**中,也會出現不同程度的震害。

究其原因,元素是和結構設計、結構構造、施工質量、材料質量、日常維護等有關,為了預防以上震害的出現,減輕震害帶來的損失,多高層鋼結構房屋抗震設計必須嚴格遵循有關規程進行。三、 抗震設計基本要求1、鋼結構房屋結構型別常見的鋼結構房屋的結構體系有框架結構、框架一支援結構、框架一抗震牆板結構、簡體結構以及巨型框架結構等。鋼結構房屋的抗震效能的優劣取決於結構的選型,進行實際工程設計時,需要綜合考慮多種因素進行方案的優化,在優化過程中確定其適宜的結構體系。

2、鋼結構房屋結構布置原則鋼結構房屋的結構體系和結構布置的選擇關係到結構的安全性、適用性和經濟性。和其他型別的建築結構一樣,多高層鋼結構房屋應盡量採用規則的建築方案。當結構體型複雜、平立面特別不規則時,可按實際需要在適當部位設定防震續,從而形成多個較規則的抗側力結構單元。

由於鋼結構可耐受的結構變形大於混凝土結構,一般來說,不宜設抗震縫,必須設定時,抗震縫寬應不小於相應鋼筋混凝土結構房屋的1.5倍。3、 鋼結構房屋適用的最大高度和高寬比根據結構總體高度和抗震設防烈度確定結構型別和最大適用高度。

結構的高寬比是影響結構整體穩定性和抗震效能的重要引數,它對結構剛度、側移和振動形式有直接影響。高度比指房屋總高度與平面較小寬度之比。高寬比值較大時,一方面使結構產生較大的水平位移及p—a效應,還由於傾覆力矩使柱產生很大的軸向力。

因此,需要對鋼結構房屋的最大高寬比制定限值,不宜大於合理的限值,超過時應進行專門研究,採取必要的抗震措施。四、 抗震設計的一般方法鋼材基本屬於各向同性的均質材料,且質輕高強、延性好,是一種很適合於建築抗震結構的材料,在**作用下,高層鋼結構房屋由於鋼材材質均勻,強度易於保證,所以結構的可靠性大;輕質高強的特點使得鋼結構房屋的自重輕,從而所受**作用減小;良好的延性使結構在很大的變形下仍不致倒塌,從而保證結構在**作用下的安全性。但是,鋼結構房屋如果設計和製造不當,在**作用下,可能發生構件的失穩和材料的脆性破壞或連線破壞,使鋼材的效能得不到充分發揮,造成災難性後果。

因此高層鋼結構房屋的抗震設計就顯得非常重要和必要。1、建築場地在選擇建築場地時,應根據工程需要,掌握**活動情況和工程地質的有關資料,對建築場地做出綜合評價。宜選擇對建築抗震有利的地段,如開闊平坦的堅硬場地土或密實均勻的幹硬場地土等地段,避開對建築抗震不利的地段,如軟弱場地土、易液化土、條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘,非岩質的陡坡、採空區、河岸和邊坡邊緣等地段。

2、地基和基礎為了避免建築物不均勻沉降而導致結構產生裂隙、甚至傾斜,使結構構件過早進入塑性區,同一結構單元不應設定在性質截然不同的地基土上,不宜部分採用天然地基,部分採用樁基;地基有軟弱粘性土、可液化土或嚴重不均勻土層時,應加強基礎的整體性和剛性。3、平面和立面布置為了避免**時建築發生扭轉和應力集中或塑性變形集中而形成薄弱環節,建築平面、立面布置宜規則、對稱,質量分布和剛度變化宜均勻。但不設定抗震縫時,應採用與實際情況相符合的計算模型,設定抗震縫時,應將建築物分割成規則的結構單元。

我國《抗震規範》對高層鋼結構房屋的最大適用高度和鋼結構房屋的最大高寬比都有規定:(1)、結構體系應具有明確的計算簡圖和合理的**作用傳遞途徑;應有多道抗震設防防線,避免因部分結構或構件失效而導致整個體系喪失抗震能力或喪失對重力的承載能力;應具備必要的承載能力,良好的變形能力和耗能能力;應具有合理的剛度分布和承載力分布,避免因區域性削弱或突變而形成薄弱部位,產生過大的應力集中或塑性變形集中,對可能出現的薄弱部位,應採取措施提高其承載能力。(2)、在抗震結構體系中,應使結構構件和連線部位具有良好的延性,避免脆性破壞,提高抗震結構的整體變形能力。

因此,鋼結構構件應合理控制尺寸,防止區域性失穩或整體失穩,如對梁翼緣和腹板的寬厚比和高厚比都作了明確規定。此外,還應加強各構件之間的連線,以保證結構的整體性,抗震支承系統應保證**作用時結構的穩定。(3)、對於女兒牆、圍護牆、雨篷、封牆等非結構構件,應使其與主體結構有可靠地連線和錨固,避免**時倒塌傷人,產生附加震害;圍護牆、隔牆等與主體結構的連線,應避免設定不當而導致主體結構破壞;應避免吊頂塌落及懸吊較重的裝飾物墜落,不可避免時應採取可靠措施。

(4)、建築物在強震作用下的表現,既是對抗震設計的檢驗,也是對施工質量的檢驗。施工質量的好壞,直接影響鋼結構房屋的抗震能力。因此,抗震結構對材料和施工質量的特別要求,應在設計檔案上註明。

建築物的施工要特別注意符合圖紙上合理的抗震要求,注意材料選擇,確保施工質量。隨著人們對**的不斷認識,為防止出現嚴重的**的嚴重災害,造成財產損失和生命**。人們對高層鋼結構房屋的抗震要求不斷提高。

本文闡明了設計人員進行高層鋼結構房屋抗震設計時,應首先從概念設計著手,制定比較合理的設計方案等,確保房屋抗震設防目標的實現。

高層鋼結構建築的工程特點

1.5 對鋼結構的防水 隔熱與防腐蝕設計重視不夠,沒有在設計檔案中明確鋼材除鏽等級和塗料及塗層厚度,沒有根據不同部位構件的不同耐火極限採取相應的隔熱防護措施等。1.6 在設定抗側力支撐構件與梁柱連線時,當節點板採用螺栓連線時,未考慮螺栓扳手工具的操作空間,給施工帶來困難。2.鋼結構建築的發展趨勢 鋼...

高層建築結構抗震分析和設計

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試論高層建築結構抗震設計 一

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