论文部分内容阅读
摘要：从2008年5月至今,全世界共发生了汶川、海地、智利三处骇人听闻的大地震，造成了约20多万人告别人世，无数房屋倒塌，给人民和国家造成无法挽回的损失，因此建筑在地震作用下的结构安全在设计过程中担任越来越重要的角色。本文从建筑物抗震性能分析中,介绍了钢结构的抗震性能和在震害中的破坏形式,并总结了当今钢结构的几种抗震设计方法,以期在以后的建筑设计中能为抗震设计提供借鉴。
关键词：钢结构；抗震：消能。
Abstract: From May 2008 so far, occurred in Wenchuan were all over the world, Haiti, Chile 3 appalling earthquake, causing about 20 million people leave this world, many houses collapsed, to the people and the country irreparable damage, Therefore, under construction in seismic structural safety in the design process as more and more important role. From the analysis of seismic performance of buildings, described the seismic performance of steel structures and earthquake damage in the destruction of forms, and summarizes some of today's seismic design of steel structures, with a view to future building design for seismic design Reference.
Key words: steel; earthquake: energy dissipation
1、引言、钢结构的抗震性能不同的结构形式,抗震性能明显不同。混凝土结构的房屋受压较好,但不抗拉力,两种力的差距达10倍。当地震来临时,房屋在地震波循环荷载情况下,极易發生整体垮塌。 而钢结构具有良好的延展性,可以将地震波的能耗抵消掉。钢材基本上属各向同性材料, 抗拉、抗压、抗剪强度均很高,而且具有良好的延展性,特别是钢结构凭着自己特有的高延展性减轻了地震反应。钢结构还可以看作比较理想的弹塑性结构,可以通过结构的塑性变形吸收和消耗地震输入能量,从而具有较高的抵抗强烈地震的能力。钢结构相对于其他结构自重轻,这也大大减轻了地震作用的影响。
2、钢结构在震害中的破坏形式
钢结构在震害中的破坏主要有以下几种形式：（1）结构倒塌。钢材发生平面外弯曲失稳造成。
（2）支撑构件破坏。支撑构件为结构提供较大的侧向刚度,当地震强度较大时,承受的轴向力增加,如果支撑的长度、局部加劲板构造与主体结构的连接构造等出现问题,就会出现失稳破坏。（3）节点破坏。铆、拴、焊节点传力集中,构造复杂,施工难度大,容易造成应力集中,强度不均匀现象,再加上可能的焊缝缺陷、构造缺陷,就更容易出现连接破坏。梁柱节点可能破坏现象有加劲板断裂、扭曲,腹板断裂、扭曲,焊接部位拉脱,铆接断裂以及螺栓连接的破坏等等
。（4）基础锚固破坏。主要有螺栓拉短、混凝土锚固失效、连接板断裂。主要是涉及构造、材料质量、施工质量等问题造成。5.构件破坏。框架梁等的破坏形式主要有腹板开裂、腹板屈曲和翼缘板屈曲、扭转屈曲。框架柱的破坏主要由柱子受拉断裂,翼缘屈曲,翼缘撕裂失稳。构件拉断的原因估计是地震造成的倾覆拉力较大,动应变速率较高,材料变脆等。
3、 钢结构的消能、隔震措施 传统的防震观点是要求结构具有一定的抗震性能，在这方面有两种思维方式——一是提高结构的刚度来抵抗地震作用，另一种是采用允许结构有一定的柔性变形，从而使其在变形过程中吸收、释放一定的能量。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体强度和刚度是两个有效的抗震途径。而现在以及今后建造的钢结构框架将是越来越多的坐落在高烈度地区，这样就迫使设计人员要从另一个方面来考虑——减震消能。对结构地震反应有重要影响的主要有两个因素：结构物的基本周期和阻尼比。当采用消能机构后基本都在很大程度上延长了建筑物的基本周期，从而避开了地震输入的高能量频段，采用高阻尼减震装置使建筑物具有大变形的能力和强自复位能力。对阻尼器的要求：第一，在小振幅的振动下，呈线性反应，不产生很大的阻尼，但刚度很大，从而限制结构的位移；第二，在强烈振动时，阻尼器的一部分可以失效，从而允许大变位和大阻尼，以达到隔震目的；第三，隔振阻尼装置的竖向刚度远大于其水平刚度。
4、钢结构抗震设计
4、1支撑布置方式。由于高度限制,用于高层钢结构建筑的框架体系常设置支撑。同时,为控制楼层的顶点位移及层间位移,可设置水平加强层。增加支撑体系和水平加强层是提高结构整体刚度,减少梁、柱用钢量有效方法之一,具有较好的经济效果。不同的支撑布置形式对其地震响应有不同的影响。
4.2轻型门式刚架设计。实腹式轻型门式刚架结构按截面形式主要有两种类型:等截面门式刚架和变截面门式刚架。门式刚架结构的主体结构一般由等截面或变截面的焊接(或轧制)H型钢门架构成,柱脚常设计为铰接或刚接,维护结构通常采用压型钢板作为轻型外墙和屋面。变截面的焊接H型钢门式刚架通常将构件腹板制成楔形,只改变腹板宽度,不改变腹板厚度、翼缘的宽度和厚度。依据刚架的弯矩分布特点,门式刚架柱一般由一个楔形构件组成,而梁则由几个楔形构件组成。轻型门式刚架结构体系具有施工速度快、安装方便、造型轻盈美观、造价低廉等诸多优点,近年来已经成为单、多层工业厂房、仓储库房和大跨轻钢结构的主要形式之一。
4.3轻型钢结构框架节点。冷弯型钢被称为高效截面型钢,具有承载力高,整体刚度较大,节省材料等优点。节点是冷弯型钢结构体系的重要组成部分,是结构传力体系的核心构件。 目前轻型钢结构节点的抗震措施有以下几种：梁柱节点域局部加厚梁端翼缘加盖板、狗骨式、两端加腋、梁端翼缘加耳板等。
5 、结语
钢结构的抗震和消能问题从整体上较由其它材料组成的结构体系优越，这不仅体现在其有较好的强度，还在于其有极好的变形能力和韧性。但是钢结构本身所形成的体系在很大程度上存在着刚度和耗钢量问题，同时钢结构的变形消能机构工作状况有待于我们共同的研究。
参考文献：
[1]崔辉辉等,支撑布置方式对具水平加强层全钢高层结构抗震性能的影响分析[J].福建建筑,2008(9).
[2]高轩能、李琨,变截面门式刚架地震反应研究进展.四川建筑科学研究,2008(6).
[3]曾德民.建筑基础隔震技术的发展和应用概况工程抗震,1998 Vol.3.
[4]曹芙波等,轻型钢结构框架节点抗震性能的研究与分析[J].科研开发,2008(3).
关键词：钢结构；抗震：消能。
Abstract: From May 2008 so far, occurred in Wenchuan were all over the world, Haiti, Chile 3 appalling earthquake, causing about 20 million people leave this world, many houses collapsed, to the people and the country irreparable damage, Therefore, under construction in seismic structural safety in the design process as more and more important role. From the analysis of seismic performance of buildings, described the seismic performance of steel structures and earthquake damage in the destruction of forms, and summarizes some of today's seismic design of steel structures, with a view to future building design for seismic design Reference.
Key words: steel; earthquake: energy dissipation
1、引言、钢结构的抗震性能不同的结构形式,抗震性能明显不同。混凝土结构的房屋受压较好,但不抗拉力,两种力的差距达10倍。当地震来临时,房屋在地震波循环荷载情况下,极易發生整体垮塌。 而钢结构具有良好的延展性,可以将地震波的能耗抵消掉。钢材基本上属各向同性材料, 抗拉、抗压、抗剪强度均很高,而且具有良好的延展性,特别是钢结构凭着自己特有的高延展性减轻了地震反应。钢结构还可以看作比较理想的弹塑性结构,可以通过结构的塑性变形吸收和消耗地震输入能量,从而具有较高的抵抗强烈地震的能力。钢结构相对于其他结构自重轻,这也大大减轻了地震作用的影响。
2、钢结构在震害中的破坏形式
钢结构在震害中的破坏主要有以下几种形式：（1）结构倒塌。钢材发生平面外弯曲失稳造成。
（2）支撑构件破坏。支撑构件为结构提供较大的侧向刚度,当地震强度较大时,承受的轴向力增加,如果支撑的长度、局部加劲板构造与主体结构的连接构造等出现问题,就会出现失稳破坏。（3）节点破坏。铆、拴、焊节点传力集中,构造复杂,施工难度大,容易造成应力集中,强度不均匀现象,再加上可能的焊缝缺陷、构造缺陷,就更容易出现连接破坏。梁柱节点可能破坏现象有加劲板断裂、扭曲,腹板断裂、扭曲,焊接部位拉脱,铆接断裂以及螺栓连接的破坏等等
。（4）基础锚固破坏。主要有螺栓拉短、混凝土锚固失效、连接板断裂。主要是涉及构造、材料质量、施工质量等问题造成。5.构件破坏。框架梁等的破坏形式主要有腹板开裂、腹板屈曲和翼缘板屈曲、扭转屈曲。框架柱的破坏主要由柱子受拉断裂,翼缘屈曲,翼缘撕裂失稳。构件拉断的原因估计是地震造成的倾覆拉力较大,动应变速率较高,材料变脆等。
3、 钢结构的消能、隔震措施 传统的防震观点是要求结构具有一定的抗震性能，在这方面有两种思维方式——一是提高结构的刚度来抵抗地震作用，另一种是采用允许结构有一定的柔性变形，从而使其在变形过程中吸收、释放一定的能量。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体强度和刚度是两个有效的抗震途径。而现在以及今后建造的钢结构框架将是越来越多的坐落在高烈度地区，这样就迫使设计人员要从另一个方面来考虑——减震消能。对结构地震反应有重要影响的主要有两个因素：结构物的基本周期和阻尼比。当采用消能机构后基本都在很大程度上延长了建筑物的基本周期，从而避开了地震输入的高能量频段，采用高阻尼减震装置使建筑物具有大变形的能力和强自复位能力。对阻尼器的要求：第一，在小振幅的振动下，呈线性反应，不产生很大的阻尼，但刚度很大，从而限制结构的位移；第二，在强烈振动时，阻尼器的一部分可以失效，从而允许大变位和大阻尼，以达到隔震目的；第三，隔振阻尼装置的竖向刚度远大于其水平刚度。
4、钢结构抗震设计
4、1支撑布置方式。由于高度限制,用于高层钢结构建筑的框架体系常设置支撑。同时,为控制楼层的顶点位移及层间位移,可设置水平加强层。增加支撑体系和水平加强层是提高结构整体刚度,减少梁、柱用钢量有效方法之一,具有较好的经济效果。不同的支撑布置形式对其地震响应有不同的影响。
4.2轻型门式刚架设计。实腹式轻型门式刚架结构按截面形式主要有两种类型:等截面门式刚架和变截面门式刚架。门式刚架结构的主体结构一般由等截面或变截面的焊接(或轧制)H型钢门架构成,柱脚常设计为铰接或刚接,维护结构通常采用压型钢板作为轻型外墙和屋面。变截面的焊接H型钢门式刚架通常将构件腹板制成楔形,只改变腹板宽度,不改变腹板厚度、翼缘的宽度和厚度。依据刚架的弯矩分布特点,门式刚架柱一般由一个楔形构件组成,而梁则由几个楔形构件组成。轻型门式刚架结构体系具有施工速度快、安装方便、造型轻盈美观、造价低廉等诸多优点,近年来已经成为单、多层工业厂房、仓储库房和大跨轻钢结构的主要形式之一。
4.3轻型钢结构框架节点。冷弯型钢被称为高效截面型钢,具有承载力高,整体刚度较大,节省材料等优点。节点是冷弯型钢结构体系的重要组成部分,是结构传力体系的核心构件。 目前轻型钢结构节点的抗震措施有以下几种：梁柱节点域局部加厚梁端翼缘加盖板、狗骨式、两端加腋、梁端翼缘加耳板等。
5 、结语
钢结构的抗震和消能问题从整体上较由其它材料组成的结构体系优越，这不仅体现在其有较好的强度，还在于其有极好的变形能力和韧性。但是钢结构本身所形成的体系在很大程度上存在着刚度和耗钢量问题，同时钢结构的变形消能机构工作状况有待于我们共同的研究。
参考文献：
[1]崔辉辉等,支撑布置方式对具水平加强层全钢高层结构抗震性能的影响分析[J].福建建筑,2008(9).
[2]高轩能、李琨,变截面门式刚架地震反应研究进展.四川建筑科学研究,2008(6).
[3]曾德民.建筑基础隔震技术的发展和应用概况工程抗震,1998 Vol.3.
[4]曹芙波等,轻型钢结构框架节点抗震性能的研究与分析[J].科研开发,2008(3).