文档介绍：对多高层钢框架结构抗震设计措施的认识
对多高层钢框架结构抗震设计措施的认识
摘要:钢结构由于其材料的优越性,使得其抗震性能要优于混凝土结构,具有良好的延性与耗能性能,在地震作用下,不能具有较强的变形能力,还能很好的消耗地震能量,基于钢结构建筑的突出优点,以《建筑抗震设计规范》GB50010-2010为依据,主要阐述了多高层钢结构框架的抗震设计措施。
关键词:钢结构框架,抗震设计措施,延性,耗能
中图分类号:TU391 文献标识码:A

在建筑结构中,钢结构由于其材料的优越性,使得其抗震性能要优于混凝土结构,具有良好的延性与耗能性能,在地震作用下,不能具有较强的变形能力,还能很好的消耗地震能量,基于钢结构建筑的突出优点,美国、韩国等国的钢结构建筑已占到总量的50%左右。日本是多地震的国家,钢结构建筑在日本的占有率更是达到了65%左右。据日本阪神地震后资料显示,钢结构建筑在地震中的受损率远低于混凝土结构建筑,本文以《建筑抗震设计规范》GB50010-2010(以下简称《抗规》)[1]为依据,主要阐述了多高层钢结构框架的抗震设计措施,并与混凝土框架结构进行相应的对比。

1钢结构抗震结构体系总体指标
同钢筋混凝土结构一致,房屋的高度是抗震措施中的一项重要的规定,故《抗规》、框架-中心支撑、筒体结构的最大适用高度,并同时对房屋高度比进行了规定,因为单纯地从结构工程领域来看,高宽比越大的房屋其侧向稳定性越低,故《抗规》,其高宽比限制越严。
抗震设计中一个重要的概念是保证结构构件的延性,以实现延性耗能的目标。《抗规》、不同烈度下的结构延性进行规定,并取烈度越高,高度越高,要求延性耗能越大,也即抗震等级越高,但同时应注意的是《抗规》-2的规定,此处之所以做此规定,是根据R-U-T准侧[2]。当结构的承载力高时,可合理降低其延性,故规范做此规定。与混凝土结构不同的是,此处未对不同的结构体系分别规定其抗震等级,对此《抗规》、-中心支撑、框架-偏心支撑中的框架做出相应的规定,当支撑为主要抗侧力构件时,可对框架部分的构造措施降低一级采用,之所以做此规定,原因同混凝土结构中的框架-剪力墙结构类似,对于双重抗侧力结构体系,对框架部分的地震需求可适当降低。

2 钢框架结构的主要抗震措施
钢框架的设计思路基本上与混凝土框架一致,例如防止发生层间侧移机构,以形成以梁较为主的塑性耗能体系,防止节点区发生提前破坏的强节点弱构件措施,由于钢结构相对于混凝土来说其剪切耗能能力较好,故没有像混凝土一样采取防止塑性铰出现之前的剪切破坏,而是允许其发生剪切耗能[3]。以上是对钢框架的基本调控思路。

1)强柱弱梁措施(《抗规》-1条)
与混凝土框架不同的是,钢结构没有采用柱内力调整系数,而是引入“强柱系数”对节点区的梁、柱的塑性转动承载力进行相应的验算,例如等截面梁的基本公式:

上式中由于涉及到的为保证中震、大震下的屈服机制,故采用的材料强度为标准值fy而非设计值f。上式中对于节点两侧梁的塑性弯矩很容易理解,而对左侧柱的塑性弯矩可由下式推导得出。