结构抗震设计技术要点探究
钢结构在我国已经得到初步的发展,因其材料和结构形式的特点,钢结构具有建筑功能分区的可变性强、房屋自重轻、抗震性能优越、生产自动化施工装配化程度高和造价低综合经济效益好等优点。但地震会造成钢结构破坏,因此需要了解钢结构抗震设计的要求,从而做好钢结构的抗震设计,进而促进钢结构健康快速稳定的发展
钢构房屋造价(一) 钢结构的概述
1.钢结构的种类
钢结构是指用钢板和热扎、冷弯或焊接型材通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的结构形式。钢结构体系具有自重轻、工厂化制造、安装快捷、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势,与钢筋混凝土结构相比,更具有其独特的优势,如高、大、轻,在全球范围内,尤其是发达国家和地区,钢结构在建筑工程领域中得到合理、广泛的应用。钢结构行业通常分为5大子类,如轻型钢结构、高层钢结构、住宅钢结构、空间钢结构和桥梁钢
结构。
2.钢结构的特点
钢结构的特点主要有8个,分别是钢结构自重较轻;钢结构工作的可靠性较高;钢结构制造的工业化程度较高;钢材的抗振(震)性、抗冲击性好;钢结构易腐蚀;钢结构耐火性差;钢结构可以准确快速地装配;容易做成密封结构。
3.钢结构良好抗震性能的原因
(1)钢结构的强度高、自重轻
钢材的重量是混凝土的3.2倍,但钢材的强度确是混凝土的8倍左右,所以在相同承载的条件下所需的钢材的重量比混凝土要轻的多。其次从截面形状来看钢结构构件的横截面一般都是空腹式和格构式,这样既提高了材料的利用率又减轻材料的重量。
(2)钢材具有良好的延展性
与混凝土材料相比,钢材良好的弹塑性即延展性。在地震中钢材具有很好的变形能力来抵抗
地震对结构的影响,从而减小地震对结构的破坏。而混凝土材料本身是非弹性的且抗拉强度远小于抗压强度,是一种脆性材料。
三、地震对钢结构的破坏形式
发生地震会造成钢结构破坏,主要有5种破坏形式,分别是: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,就会出现破坏和失稳。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、混凝土锚固实效、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。
(三) 钢结构抗震设计的要求
1.抗震设计要选择合适的场地
场地会影响钢结构的地震反应,其反应的大小会决定钢结构的震害。因此在抗震设计的时候应选择坚硬的中硬土场地,当实在无法避开不利的或者危险的场地的时候,应采取补救措施。
2.选择合理的结构总体布置
(1)建筑形状力求规则。形状较简单建筑物由于受力性能明确,遭受地震时破坏很轻。在抗震设计时要求建筑形状规则,结构要求对称,来减小质量中心和刚度中心的偏离;(2)强度以及刚度应连续变化抗震结构的刚度、承载力在楼层平面内应均匀,沿结构坚向应连续并且均匀。
3.选择合理的抗震结构体
(1)具有明确的计算简图以及合理的地震作用传递途径;(2)结构应该具有多道抗震防线
结构应有良好“坚韧性”。就是必备的强度,刚度良好的变形和耗能能力。抗震体系应有最大可能数量的内部以及外部富余度,能在结构适当部位有意识地建立起有利的屈服区以使结构既能吸收和耗散大量地震能量,万一破坏易于修复。抗震结构体系应由一些延性较好的分体系组成,并且由延性较好的联系构件连接起来。
(四)钢结构的抗震设计
1.钢结构预制构件拼接建筑结构
在钢结构预制构件拼接建筑结构中,预制钢构件的连接增加了结构的超静定次数,从而增加了塑性铰的形成数量,构成多道抗震防線,不仅提高了结构的抗震可靠度,更延长了结构进入倒塌的过程。即使是纯框架结构类的楼房,也具有较大的抗震能力。且这种结构具有施工方便,工期短,自重轻,结构面积小,节能,维修方便等优点,可以作为抗震结构设计类型。
2.强化支撑体系和水平加强层
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可以提高结构的整体刚度和减少梁、柱的用钢量,具有良好的经济效益。
3.轻型门式刚架结构体系
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.做好巨型梁的设置工作
巨型梁的设置对整个巨型钢结构的抗震性能影响很大,是巨型钢结构抗震设计中的一个重要问题。实践研究发现,巨型梁的数量不是越多越好。此外巨型梁数量要保证结构具有足够的
抗侧刚度,且要考虑巨型梁柱线刚度,使其相差不要太大,这样有利于抗震。在地震动作用下巨型梁位置的改变对结构的反应影响较大,而从反应谱分析中并未看出巨型梁位置改变对结构反应的影响。
(五)结束语
综上所述,钢结构的抗震设计贯穿于钢结构设计的各个阶段,是钢结构建筑抗震设计的重要组成部分。所以,我们要充分了解地震造成的钢结构的破坏形式,钢结构的抗震设计要求,从而更好地做好钢结构的抗震设计,进而设计出经济、安全适用的钢结构建筑。