;;;;;;;多高层钢结构在地震中的破坏形式有三种:节点的破坏、构件的破坏和结构层的破坏。
;由于节点传力集中、构造复杂、施工难度大,容易造成应力集中、强度不均衡现象,再加上可能出现焊缝缺陷、构造缺陷,节点破坏就更容易出现。节点域的破坏形式比较复杂主要有加劲板的屈曲和开裂,加劲板焊缝出现裂缝,以及腹板的屈曲和裂缝。;;;;结构层的破坏是地震中结构破坏最严重的形式。钢结构建筑尽管抗震性能好,但在地震中也有倒塌的情况发生。1985年墨西哥城地震中有10幢钢结构房屋倒塌(见表7-1),1995年日本阪神地震中也有钢结构房屋倒塌。;;
有抗震要求的多高层建筑钢结构可采用框架结构体系、框架-中心支撑结构体系、框架-偏心支撑结构体系、筒体结构体系及巨型框架结构体系。
框架结构体系一般由沿房屋纵横方向设置的多榀平面框架构成,如图7-7所示。这类结构的抗侧力能力主要取决于梁柱构件和节点的强度与延性。梁柱节点一般采用刚性连接。相对而言,框架结构体系的抗侧移刚度小,地震作用下的水平位移大。;框架-中心支撑结构体系是在框架结构体系中沿纵、横两个方向均匀布置一定数量的支撑所形成的结构体系,如图7-8所示。支撑可提高框架的抗侧移刚度,但支撑受压会屈曲,支撑屈曲将导致原结构承载力降低。;框架-偏心支撑结构体系(见图7-9)可通过偏心梁段剪切屈服限制支撑受压屈曲,从而保证结构具有稳定的承载能力和良好的耗能性能,因而,该结构的抗侧移刚度介于框架结构体系和框架-中心支撑结构体系之间。;筒体结构体系(见图7-10)实际上是密柱框架结构,由于梁的跨度小、刚度大,使周圈柱形成一个整体受弯的薄壁筒体,具有较大的抗侧移刚度和承载力,因而,筒体结构体系对于高层及超高层建筑而言是一种经济有效的结构形式。;巨型框架结构体系由柱距较大的立体桁架梁柱构成,如图7-11所示。立体桁架梁沿纵、横向布置,并形成一个空间桁架层,在两层空间桁架层之间设置次框架结构,以承担空间桁架层之间的各层楼面荷载,并将其通过次框架结构的柱子传递给立体桁架梁柱。这种结构体系有较大的抗侧移刚度和承载力,在高层及超高层钢结构建筑中应用???来越广泛。;《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB50011—2010)规定,钢结构民用房屋的结构类型和最大高度应符合表7-5的规定。平面和竖向均不规则的钢结构,适用的最大高度宜适当降低。
注:1.房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分)。
2.超过表内高度的房屋,应进行专门研究和论证,采取有效的加强措施。
3.表内的筒体不包括混凝土筒。;;钢结构民用房屋适用的最大高宽比不宜超过表7-6的规定。;钢结构房屋应根据设防类别、设防烈度和房屋高度采用不同的抗震等级,并应符合相应的内力调整和抗震构造要求。丙类建筑的抗震等级应按表7-7确定。当房屋高度接近或等于表7-7的高度分界时,应结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级。甲、乙类建筑的抗震措施应符合《建筑与市政工程抗震通用规范》(GB55002—2021)第2.4.2条的规定。;;;;;;多高层钢结构抗震设计在总体上需把握的主要原则有保证结构的完整性,提高结构的延性,设置多道结构防线。;;;(4)支撑与框架连接和梁、柱、支撑的拼接极限承载力,应按式(7-3)~式(7-5)验算。
①支撑连接和拼接。
②梁的拼接。
③柱的拼接。
(5)柱脚与基础的连接极限承载力,应按式(7-6)验算。;;强柱弱梁型框架屈服时产生塑性变形而耗能的构件比强梁弱柱型框架多,而在同样的结构顶点位移条件下,强柱弱梁型框架的最大层间变形比强梁弱柱型框架小,因此,强柱弱梁型框架的抗震性能较强梁弱柱型框架优越。为保证钢框架为强柱弱梁型,节点左右梁端和上下柱端的全塑性承载力,除下列情况之一外,应符合式(7-7)的要求:
(1)柱所在楼层的受剪承载力比相邻上一层的受剪承载力高出25%。
(2)柱轴压比不超过0.4,或作为轴心受压构件在2倍地震力下的稳定性得到保证。
(3)与支撑斜杆相连的节点。
式中,Wpc,Wpb分别为交汇于节点的柱和梁的塑性截面模量;fyc,fyb分别为柱和梁的钢材屈服强度;N为地震组合的柱轴力;Ac为框架柱的截面面积;η为强柱系数,一级取1.15,二级取1.10,三级取1.05。;;;;;;;进行多高层钢结构抗震计算时,应注意满足下列设计要求:;;1.钢框架结构的抗震构造措施;框架柱的长细比应符合表7-11的规定。;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;01;;;;;;;;;;框架-中心支撑结构的框架部分,其抗震构造应根据前述内容确定的延性等级按框架结构采用。支撑部分的长细比、截面板件宽厚比等级应根据其结构构件延性等级对