多高层建筑钢结构设计PPT
157页1、第6章 多高层建筑钢结构设计,1,材料性能的演变导致结构体系形式的发展 新的结构分析方法使我们重新审视材料破坏准则 优化的材料破坏准则提出新的材料研制,2,3,设计的基本过程,确定建筑方案 确定结构方案 结构分析 结构验算 出结构设计图 加工详图 现场安装详图,4,从地震灾害讲起,中国汶川2008 台湾集集1999 美国北岭1994 日本阪神1995,5,地震(汶川)中房屋建筑的破坏,砌体结构 钢筋混凝土结构 砖木结构,钢结构抗震的优越性,钢结构重量轻 钢结构延性好 钢结构滞回特性好,钢结构重量轻,强度:,钢材强度:Q235Q420 混凝土强度:C20C60 钢材强度约是混凝土强度的8倍。,密度:,钢材密度:7850kg/m3 混凝土密度:2450kg/m3 钢材密度约是混凝土密度的3.2倍。,钢结构地震作用相对小,钢结构重量轻,钢结构延性好,应力,应变,伸长率20,混凝土应力应变关系,抗压强度对应应变: 0.2%,钢结构延性好,结构地震输入能量的消耗,结构滞回性能越好,结构地震反应越小。,钢结构滞回特性好,钢结构震害小,总体来说,在同等场地、烈度条件下,钢结构房屋的震害较钢筋混凝土结
2、构房屋的震害要小,1985年墨西哥城8.1级地震中不同建筑的破坏情况,钢结构在地震区的应用,日本 台湾地区,第二节 多高层钢结构体系,功能 抵御可能遭遇的各种荷载或作用,保持结构的完整性,以满足建筑的使用要求,15,2.结构体系的受力性能,2.1 框架体系 由梁柱构成,节点至关重要,(a) 刚性连接 (b) 铰支连接 (c) 半刚性连接,16,梁柱刚性连接,应充分考虑施工净空和条件,对与高空施工条件困难的现场焊缝,其承载力应乘以折减系数0.9 对较重要的或受力较复杂的节点,当按所传内力(不是按与母材等强)进行连接设计时,宜使连接的承载力留有1015的裕度,17,2.1.2 刚接框架的变形特征,由结构的倾覆力矩造成柱拉压变形,导致结构弯曲 由结构剪力造成的梁柱受弯,导致结构剪切(主导),弯曲,剪切,18,2.1.2 刚接框架的变形特征,由结构的倾覆力矩造成柱拉压变形,导致结构弯曲 由结构剪力造成的梁柱受弯,导致结构剪切(主导 柱的弯曲变形所引起位移1 节点转动引起框架的侧移2 (1+2)就是框架在水平力作用下的总剪力侧移 提高结构抗侧移能力,即需要提高梁、柱的抗弯能力和刚度,只有加大梁、
3、柱的截面,19,2.2 框架-支撑体系,2.2.1 中心支撑框架结构 通过柱与支撑的轴向刚度以抵抗侧向荷载的悬臂竖向桁架 柱抵抗侧向荷载的倾覆力矩 支撑斜杆抵抗水平剪力 支撑系统的侧向变形以整体弯曲变形为主,另有小部分剪切变形,20,2.2.2 偏心支撑框架结构,在强度、刚度和能量耗散之间保持均衡 中心支撑受压屈曲使得结构的能量耗散性能较差 纯框架节点及梁可以发挥材料塑性,延性好 在中心支撑框架和纯框架之间寻求平衡 应注意两点: 1)支撑应足够强,以保证偏心梁段先于支撑屈曲而屈服; 2)在梁截面一定的条件下,偏心梁段的长度不能太大,应设计为剪切屈服梁,以使偏心支撑框架的抗侧力能力最大,且延性和耗能能力好,21,2.2.3 钢框架混凝土剪力墙(芯筒)结构,两种不同材料的结构是相对独立,但并联在一起共同工作,故称之为钢混凝土混合结构。 水平力主要由混凝土剪力墙(芯筒)承受,而建筑物重力主要由钢框架承受。 混合结构体系充分综合利用了钢结构强度高、延性(抗震性)好、跨度大、施工速度快和混凝土结构刚度大、成本低、防火性能好的优点,22,2.2.4 伸臂及带状桁架结构,竖向支撑系统的整体变形属弯曲
4、性质,抗侧刚度与支撑系统的高宽比成反比 为提高结构的刚度,在建筑的顶部和中部每隔若干层加设刚度较大的伸臂桁架,23,2.2.5 错列桁架结构,24,2.3 筒体体系,密柱深梁 梁以剪切变形为主,或为剪弯变形 欧拉伯努利梁(初等梁理论,跨高比大) 只有弯曲变形,平截面假定 通过平衡方程计算剪力,非变形协调 铁木辛柯(Timoshenko)梁 考虑剪切变形、转动惯量及横向剪切变形(分层) 横向剪力Q将引起梁的附加挠度 垂直于中性面的截面变形后不再与中性面垂直,且发生翘曲 柱轴向变形 拉压-整体抗弯,25,2.3 筒体体系,与完全筒体差异在于“剪力滞后” a,框筒介质刚度非连续(有柱洞) b,横梁变形使剪力传递变向 框筒结构的角柱应力集中 全长加密角柱箍筋,增加角柱的抗剪能力 腹板框架承担绝大部分剪力而翼缘框架承担绝大部分弯矩 大轴力构件,会发生剪切脆性破坏 1)剪力滞后现象越严重,框筒结构的整体空间作用越弱; 2)剪力滞后的大小与梁的刚度、柱距、结构长宽比等有关。梁刚度越大、柱距越小、结构长宽比越小,剪力滞后越小 3)框筒结构的整体空间作用只有在结构高宽较大时才能发挥出来。,26,*剪力滞
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