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高层钢结构建筑抗震设计探析
编辑:深圳市金利亚钢结构有限公司   时间:2022-11-03

目前,钢结构广泛应用于各种类型的民用建筑应用于高层和超高层建筑。与混凝土结构相比,钢结构具有韧性好、强度和重量比高、抗震性能优越的优点;但如果钢结构房屋在结构设计、材料选择、施工生产和维护方面存在问题。其优良的钢材特性将得不到充分发挥,在地震作用下也会造成结构破坏或整体倒塌。

一、高层建筑发展总结

20世纪80年代是我国高层建筑设计、计算和施工技术各方面快速发展的阶段。主要中型城市的一般建设高度为100m左右或100m建筑层数和高度不断增加,功能和类型越来越复杂,结构体系越来越多样化。

上海锦江酒店是一家具有代表性的高层建筑,是一家总高153的现代高级酒店.52m,深圳发展中心大厦43层高165.3m,此外,天线高度为185.3m,这是中国第一座大型高层钢结构建筑。

20世纪90年代,中国高层建筑的设计和施工技术进入了一个新的阶段。不仅结构体系和建筑材料多样化,而且在高度上也有了很大的飞跃。1995年6月,深圳封顶地王大厦81层,385层.95m它是世界第四大建筑,是钢结构。

二、分析高层钢结构的冲击及原因

钢结构被认为具有优异的抗震性能,在以往的地震中,钢结构房屋的震害小于钢筋混凝土结构房屋。整体破坏或倒塌很少发生。尽管如此,钢材的优点还是会受到焊接、连接、冷加工等工艺技术和外部环境的影响。特别是由于设计、施工和维护不当,很可能会对结构造成破坏。根据以往地震中钢结构的破坏形式,可分为以下几类:

1、 结构倒塌是地震中最严重的结构破坏形式。结构倒塌的主要原因是结构薄弱层的形成,薄弱层的形成是由于结构楼层屈服强度系数和抗变4刚度沿高度分布不均匀造成的。这就要求在设计过程中尽量避免上述不利因素。

2、 节点破坏是地震中最常见的破坏形式。切割连接的结构构件一般采用铆接或焊接连接。如果节点的设计和施工中存在结构和焊缝缺陷,节点区域可能会出现应力集中和应力小均匀的现象,地震中容易发生连接损坏。梁柱节点可能出现的损伤主要表现为铆接断裂、焊接部位脱落、加强板断裂、弯曲、腹板断裂、弯曲等。

3 、 在以往的所有地震中,多高层建筑钢结构构件破坏的主要形式是支撑破坏和不稳定,梁柱局部破坏。

(1)支撑的破坏和不稳定。当地震强度较大时,支撑承受反复拉压的轴向力。一旦压力超过支撑的屈曲临界力,就会损坏或失稳。

(2)梁柱局部损坏。对于框架柱,主要有翼缘屈曲、翼缝撕裂,甚至框架柱会出现水平裂缝或断裂。对于框架梁,主要有翼缘屈曲、腹板屈曲、开裂、扭转屈曲等损伤形式。

4.基础锚固破坏钢构件和基础锚固破坏主要表现为柱脚地脚螺栓脱离、混凝土破碎导致锚固故障、连接板断裂等。根据对上述钢结构房屋震害特性的分析,虽然钢结构具有良好的抗震性能,但在以往的地震中也会出现不同程度的震害。原因是元素与结构设计、结构结构、施工质量、材料质量、日常维护等有关。为防止上述冲击的发生,减少冲击造成的损失,必须严格遵守有关规定。

三、抗震设计基本要求

1.钢结构房屋结构类型常见的钢结构房屋结构体系包括框架结构、框架支撑结构、框架抗震墙板结构、简体结构和巨型框架结构。钢结构房屋的抗震性能取决于结构的选择。在实际工程设计中,需要综合考虑各种因素来优化方案,在优化过程中确定合适的结构体系。

2.钢结构房屋结构布局原则钢结构房屋结构体系和结构布局的选择关系到结构的安全性、适用性和经济性。与其它类型的建筑结构一样,多高层钢结构房屋应尽量采用规则的建筑方案。当结构复杂,立面特别不规则时,可根据实际需要在适当的部位设置防震续,形成多个更规则的抗侧力结构单元。由于钢结构的耐受结构变形大于混凝土结构,一般不应设置抗震缝。必须设置时,抗震缝宽度不得小于相应钢筋混凝土结构房屋的1.5倍。

3、 根据整体结构高度和抗震设防烈度,确定结构类型和最大适用高度。高宽比是影响结构整体稳定性和抗震性能的重要参数,直接影响结构刚度、侧移和振动形式。高度比是指房屋总高度与平面小宽度之比。一方面,当高宽比值较大时,结构产生较大的水平位移P—A由于倾覆力矩,柱产生了很大的轴向力。因此,有必要对钢结构房屋的最大高宽比进行限制,不得大于合理的限制,应进行专项研究,并采取必要的抗震措施。

四、抗震设计的一般方法

钢材基本上属于各向同性均质材料,重量轻、强度高、延性好。它是一种非常适合建筑抗震结构的材料。在地震作用下,高层钢结构房屋由于钢材均匀,强度易于保证,结构可靠性大;重量轻、强度高的特点使钢结构房屋重量轻,减少地震作用;良好的延性使结构在大变形下不会倒塌,确保地震作用下结构的安全。

然而,如果钢结构房屋的设计和制造不当,在地震作用下,可能会发生构件不稳定和材料脆性损坏或连接损坏,使钢的性能不能充分发挥,造成灾难性后果。因此,高层钢结构房屋的抗震设计非常重要和必要。

1、建筑场地

在选择施工现场时,应根据工程需要掌握地震活动和工程地质的相关信息,对施工现场进行综合评价。应选择有利于建筑抗震的区域,如开放平坦的硬场土或致密均匀的干硬场土,避免对建筑抗震不利的区域,如弱场土、易液化土、条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩陡坡、采空区、河岸、边坡等。

2.为避免建筑物沉降不均匀导致结构裂缝甚至倾斜,使结构构件过早进入塑性区域,同一结构单元不得设置在不同性质的基础土上,不得部分采用天然基础,部分采用桩基;当基础有弱粘性土、液化土或严重不均匀土层时,应加强基础的完整性和刚度。

3、平面和立面布建筑扭转、应力集中或塑性变形集中而形成薄弱环节,建筑平面和立面布置应规则对称,质量分布和刚度变化应均匀。但不设置抗震缝时,应采用符合实际情况的计算模型。设置抗震缝时,建筑物应分为规则的结构单元。《抗震规范》规定了高层钢结构房屋的最大适用高度和钢结构房屋的最大高宽比:(

1)结构系统应具有明确的计算简图和合理的地震传输方式;多道抗震设防线,避免部分结构或部件故障导致整个系统抗震能力丧失或重力承载能力丧失;必要的承载能力、良好的变形能力和能耗;应具有合理的刚度分布和承载力分布,避免局部削弱或突变形成薄弱部位,应力集中过大或塑性变形集中,应采取措施提高可能出现的薄弱部位的承载能力。(2)在抗震结构系统中,结构构件和连接件应具有良好的延性,避免脆性损伤,提高抗震结构的整体变形能力。(2)在抗震结构系统中,结构构件和连接件应具有良好的延展性,避免脆性损伤,提高抗震结构的整体变形能力。因此,钢结构构件应合理控制尺寸,防止局部或整体不稳定,如梁翼缘和腹板的宽厚比和高厚比。此外,还应加强各部件之间的连接,以确保结构的完整性,抗震支撑系统应确保地震时结构的稳定性。

(3)对于女儿墙、围墙、雨篷、封墙等非结构构件,应与主体结构可靠连接锚固,避免地震时倒塌伤人,造成额外震害;围墙、隔墙等与主体结构的连接应避免设置不当造成主体结构损坏;应避免吊顶坍塌和重悬挂装饰物坠落,不可避免地应采取可靠措施。

4)建筑在强震作用下的表现,既是抗震设计的检验,也是施工质量的检验。施工质量直接影响钢结构房屋的抗震能力。因此,设计文件中应注明抗震结构对材料和施工质量的特殊要求。特别注意图纸上合理的抗震要求,注意材料的选择,保证施工质量。随着人们对地震的不断了解,为了防止严重的地震灾害,造成财产损失和生命伤亡。人们对高层钢结构房屋的抗震要求不断提高。本文阐述了设计师在设计高层钢结构房屋抗震时,应从概念设计入手,制定合理的设计方案,确保房屋抗震设防目标的实现。

各种钢结构工艺

注意事项

1)制作 :钢结构生产包括放样、数量、切割、校正等环节。高强度螺栓处理后的摩擦表面应满足设计要求。

生产质量检验合格后,应进行除锈和涂装。焊缝一般安装30~50mm暂不涂装。

2)焊接 :焊工必须通过考试并取得资格证书,并在考试合格项目及其认可范围内进行焊接。焊缝焊接后,焊工应在工艺规定的焊缝和部件上印上钢印。

焊接材料应与母材相匹配,超声波、二次焊缝应采用超声波检测进行内部缺陷检测。当超声波检测不能判断缺陷时,应使用射线检测。

对施工单位首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法等进行焊接工艺评价。

3)运输 :运输钢构件时,应根据钢构件的长度和重量选择车辆。车辆上钢构件的支点、两端伸出的长度和绑扎方法应确保构件不变形或损坏涂层。

4)安装 :钢结构的安装应根据施工组织进行设计,安装程序应确保结构的稳定性,不会导致永久变形。安装柱时,每个柱的定位轴应直接从地面控制轴引起。钢结构柱、梁、框架等主要部件安装到位后,应立即纠正和固定。

安装前应检查工厂处理的部件摩擦面的抗滑系数,合格后方可安装。

(5)防火防锈 :

1)钢结构防火性能差。当温度达到550℃当钢的屈服强度降至正常温度时,屈服强度为0.7.结构可能会因其强度设计值而损坏。

建筑结构应符合相应防火标准的要求。在防火标准要求的时间内,钢结构的温度不得超过临界温度,以保证结构的正常承载能力。

2)暴露的钢结构可能会受到大气的严重腐蚀,尤其是污染的大气。最常见的是生锈。必须对构件表面进行防腐处理,以确保钢结构的正常使用。防腐处理方法根据构件表面条件和使用寿命的要求确定。

金利亚3

深圳市金利亚钢结构有限公司成立于1998年8月,隶属于深圳市金利亚实业有限公司,是一家专业从事钢结构施工,集设计、制造、安装于一体的建筑企业。主要致力于重型钢结构项目的施工与管理,并附带轻钢,承接项目主要涵盖高层、超高层建筑钢结构、大重型工业厂房、车站、场馆、桥梁等领域。

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