框架_支撑钢结构抗震性能的有限元分析.
四川建筑科学研究
Sichuan Building Science 第 31卷第 6期
2005年 12月
收稿日期 :2004212206作者简介 :黄怡 (1980- , 女 , 上海人 , 硕士研究生 , 主要从事钢结构抗震性能研究。
框架—支撑钢结构抗震性能的有限元分析
黄怡 , 王元清 , 石永久
(清华大学土木工程系 , 清华大学结构和振动教育部重点实验室 , 北京100084
摘要 :近年来 , 我国的大中城市相继出现了大批的中高层钢结构建筑。框架—支撑结构体系作为中高层的一种结构形式被广泛采用。本文运用大型通用有限元软件 ANSYS , , —支撑钢结构建筑进行了抗震性能的计算分析 , 分析包括模态分析、反应谱分析横向变形和支撑随地震波的内力响应情况等。关键词 :支撑框架 ; 中图分类号 :文章编号 :1008-1933(2005 06-0140-04
1概述
中高层建筑平面布置灵活 , 又可在一定程度上
提高土地利用率 , 在大中城市发展迅速。框架—支撑钢结构体系是中高层建筑运用最多的一种体系 , 它与纯钢框架结构相比有诸多优点 , 例如 :增加了整体刚度和抗侧力能力 , 减少了用钢量 , 梁、柱节点承受的弯矩小 , 构造相对简单等等[6]。
目前 , 对于中高层的动力方面研究已经较多 , 各种专业软件纷纷投入运用。但是对于立面较不规则的建筑的地震分析 , 尤其是大震下的非线性时程分析还不是很成熟 , 若采用某些专业软件进行简化计算 , 由于用到的假定较多 , 其计算结果误差偏大 , 且对于局部构造的分析不够完全。随着微机性能的不断提高 , 现在大型通用有限元软件用于土木行业 , 对结构的动力响应进行分析已经成为可能。因此选用 ANSYS 作为计算软件 , 其瞬态分析使得多层、高层
以及超高层的弹性 /弹塑性时程分析成为可能 [7]
。
下面 , 结合一中高层框架—支撑钢结构的设计实例 , 用通用软件 ANSYS 对结构的动力特性及抗震性能进行分析。 2工程背景
河北省廊坊市某综合服务中心为框架—支撑钢结构建筑 , 地上 8层 , 局部 9层 , 总高度 38m , 结构东西方向长 3814m , 南北方向宽 1612m 。梁柱节点采用双向刚接 , 采用 Q345钢材。荷载工况见表 1。柱脚刚接。其结构平、立面如图 1所示 , 支撑布置位置见图 1(a 平面图虚线位置。
表 1建筑荷载
楼面屋面
恒载 /(kN/m 2
415015活载 /(kN/m 2
210015地震
Ⅲ类场地 ,8度抗震 , 按第 1组设计计算
该结构在设计过程中已用 P KPM 软件进行静
力和抗震性能分析 , 用 ANSYS 软件对静力性能进行校核。根据 P KPM 软件设计得到的该结构主要的梁柱截面尺寸见表 2。
表 2主要截面尺寸
/mm 楼层
柱 (箱型
主梁 (工型次梁 (
工型
支撑
123456789
350×350×18
350×350×16
350×350×14400×200×
8×12
350×200×
8×10
2[20a
现用 ANSYS 对结构的动力特性作进一步计
算 [5], 包括模态分析、反应谱分析、弹性 /弹塑性时程分析 , 结构在地震作用下的横向变形和支撑随地震波的内力响应情况等。 3有限元建模及模态分析311单元选择
根据结构的特点与要求 , 参考 ANSYS 的单元手册摘要 , 选择了 4个单元类型 , 分别为 beam 188(梁、柱 ,link 8(支撑 ,mass 21(质量块 ,shell 181(楼板。
建筑用钢材取初始屈服面满足 Mises 准则 , 流动规则为 Prantl — Ruses 规则。简化地采用理想弹塑性材料模型。
041
图 1结构平面及立面
312有限元建模
该结构立面不规则 , 质心和刚心不重合 , 结构的
扭转振型不可忽略 , 因而采用三维有限元建模 , 按照实际工程的尺寸 , 采用分层建模的方式建模。考虑高阶振型对结构的动力响应影响不大 , 网格划分不需要很密 , 这点和静力分析的网格划分有所区别。模型规模 :节点数目 1099个、单元个数 2274个。模型示意见图 2
。
图 2三维整体模型
313模态分析
结构的低阶振型起到控制作用 , 对位移和内力
贡献较大 , 本算例仅仅对低阶振型分析 , 忽略高阶振型的影响 , 提取前 10阶振型。采用了分块 Lanczos 法。其中起控制作用的前 5阶振型及与其他方法所得结果的比较见表 3。
ANSYS 计算周期比 P KPM 软件计算周期小 , 结构刚度大 , 这和整体参数以及支撑节点设定有关系 , 两者的前 5阶振型吻合得很好。 ANSYS 计算结
果在经验公式和欧洲规范简化计算的范围内。
表 3结构自振周期
振型
ANSYS
有限元
P KPM 设
计软件
经验公式
欧洲规范
振型描述
10. 8521. 1470. 72~1. 080. 77Y 向平动 +
扭转
20. 7951. 087--X +Y 方向
平动 30. 6800. 784--扭转 40. 3570. 481--顶部结构扭转 5
0. 321
0. 390
-
-
上 3层结构的扭转
注 :(1 按照国内经验公式 [1], T 1=(0. 08~0. 12 N , 式中 N 为结构总层数 ;
(2 按照欧洲规范 8[2],40m 以下的结构 , 可以采用简化计算公式
T 1=C t H 3/4。框支钢结构 C t 为 0105。
4地震响应分析 411反应谱分析
按照现行《抗震设计规范》 [3]
, 多遇地震取地震影响系数 0116, 结构的阻尼比ζ为 01035, 场地的特
征周期为 0145s 。
振型分解反应谱计算时 , 考虑三维结构的双向地震波输入 (由于跨度较小 , 可以忽略竖向地震作用 , 采用“ 平方和的平方根” (SRSS 遇合法则 , 取前 10阶振型参与计算。相关计算结果见表 4,5。
表 4单向地震作用下反应谱计算结果
项目
基地剪力 /kN 剪重比
/%顶点位移
最大层间位移Δ/mm Δ/H
δ/mm δ/h 位置
X 方向 1870. 67. 420. 4091/18033. 8661/1242底层 Y 方向
1852. 3
7. 3
22. 1911/1658
5. 27
1/1328
顶层
1
41 2005No. 6黄怡 , 等 :框架—支撑钢结构抗震性能的有限元分析
表 5双向地震作用下反应谱计算结果
项目
基地剪力 /kN 剪重比
/%顶点位移最大层间位移
Δ/mm Δ/H
δ/mm δ/h 位置
X 方向 2082. 48. 222. 6931/16224. 291/1119底层 Y 方向
2149. 1
8. 525. 6111/14375. 921/1182顶层
412弹性时程分析
本工程采用了多条地震谱计算时程分析计算 , 取具有代表性的 El 2centro
波及阪神波进行说明分析。 8度多遇地震 , 采用地震加速度时程曲线的最大值为 70cm/s 2。
采用 ANSYS 瞬态模块 , mark 法 , =分参数
[4]
。 Rayleigh 阻尼 , 迭代
求解方法选择 PCG
方式。
对比弹性时程分析和反应谱分析计算得到的层
间位移 (图 3 , 可以看到反应谱方法是多条地震记录以一定的安全度统计分析而得 , 在特定情况下 , 地震时程记录可能大于反应谱的计算。
图 3各楼层层间位移曲线
从图 3观察结构侧移的变化规律 , 无论是时程反应还是反应谱分析 , 结构的整体都呈现出剪切变形的模式。顶层鞭梢效应表现明显 , 受第 4阶振型
(顶部结构局部侧移影响显著 , 对于顶部结构的建筑构造需予以重视。 413
弹塑性响应的计算
大震不倒是我国建筑设防目标 , 对结构进行 8度罕遇地震的时程分析 , 按抗震规范 , 取时程曲线的最大值 400cm/s 2。在大震作用下 , 结构局部屈服 , 侧向位移见表 6, 满足规范要求的 1/50的层间位移角限值。
表 6大震下结构侧向位移
项目
顶点位移最大层间位移
Δ/mm Δ/H
δ/mm δ/h 位置 X
方向 138. 21/26631. 941/144底层 Y 方向
161. 6
1/22742. 001/166顶层
5支撑对结构的性能的影响 511支撑对地震影响系数的影响
对比框架结构 , 支撑使得结构整体刚度加强 , 自振周期减小。一般而言 , 中高层结构的自振周期在 018~2s 之间 , 位于反应谱 Tg ~5Tg 阶段 , 这一段的地震影响系数变化坡度大 , 受自振周期影响大。如表 7所示 , 结构受到的底部剪力将是普通框架的 1141倍 , 增大了将近 34%。
表 7框架支撑
1. 0. 852s 0. 696
0. 980
512支撑对水平位移的影响
支撑可以有效地加大结构的整体刚度 , 减小结构在水平荷载作用下的水平位移 , 使得结构满足使用功能要求。对于本工程 , 总用钢量为 376t , 其中支撑用钢量为 24t , 仅占结构用钢量的 613%, 但是对于水平位移影响显著 , 对比如图 4所示 , 充分体现了框架—支撑体系的优越性。
图 4各楼层水平位移对比
513支撑对柱子内力的影响
支撑可以承受很大一部分层剪力 , 通过反应谱
分析 , 可以得到由柱子和支撑承受的底部剪力的比例 , 如表 8所示。
表 8构件分担底部剪力
支撑承受水平荷载 /N
柱子承受水平荷载 /N
总水平荷载 /N
X 方向 968276
52%90232448%1870600Y 方向
125980468%
59249632%
1852300
从表 8可以看出 , 支撑的存在可以很大程度上
减小柱子需要承受的剪应力 , 但是 , 支撑也会对柱子的轴力产生很大的影响 , 计算如表 9所示。
由计算可以看出 , 小震时由支撑引起的柱子的附加轴力的数量级约在几百 kN , 在大震时高达一千多 kN , 使得柱子提早屈服 , 需要引起足够的重视。
241四川建筑科学研究第 31卷
表 9支撑引起的柱的附加内力
X 方向
Y 方向
支撑最大轴力 N
379kN (1729kN 423kN (1729kN
支撑与水平的夹角α
30°~50°sin α
015~01766
N ×s in α
190~290kN
(865~1324kN
212~324kN (865~1324kN
注 :括号前为小震作用下内力计算 , 括号内为大震作用下内力计算。
结构的东西方向 (X 方向的尺度大于南北方
向 (Y 方向 , X 方向的刚度大、变型小 , 支撑发挥的作用相对较小 , 和表 9数据相符。 514支撑对结构整体抗震性能的影响
力小 , 延性要差 , 在 El 2centro 波的作用下 , 底部剪力关系曲线分别如图 5所示
。
图 5顶层质心水平位移 -底部剪力关系曲线
对比图 5(a 和图 5(b 可以看到 , 在相同的地震波作用下 , 无支撑体系刚度小 , 顶层位移大 , 由于结构柔 , 受到的底部剪力小 , 这和前面的分析是吻合的。
结构的耗能能力两者基本在同样的数量级上 ,
且由于钢材良好的延性 , 两者的滞回曲线均较为饱满。框架—支撑结构刚度大 , 但是当水平荷载大到一定程度 , 支撑先屈服 , 其力学性能和框架同 , 这也是体现了框支结构 2道防线的设计理念。 6结论和建议
(1 通过有限元计算分析 , 本框架—支撑钢结构符合抗震性能要求 , 谱分析、小震、大震下的时程分析结果均满足规范要求。
(2 。
, 支撑对结构的地震、构件内力、水平位移等产生较大的影响。
(4 对于复杂结构或异性结构 , 谱分析的结果未必偏于安全 , 必须进行弹性和弹塑性时程分析。参考文献 :
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建筑工业出版社 ,2000.
[2] Eurocode8:Designof structures for earthquake resistance[S].Eu 2
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[M ].北京 :清华大学出版社 ,1997. [5] ANSYS 公司 . APDL 使用指南 [R].2000.
[6]王元清 , 石永久 . 多层轻型房屋钢结构的设计与应用研究 [J].
建筑结构 ,1999, (6 .
[7]黄怡 , 王元清 , 陈宏 , 石永久 . 多层轻钢框架结构的抗震性
能分析 [J].工业建筑 (已录用 .
Finite element analysis on seismic properties of steel
braced frame structure
HUAN G Y i ,WAN G Yuan 2qing ,SHI Y ong 2jiu
(Department of Civil Engineering , The K ey Laboratory of Structure Engineering and Vibration of Ministry
of Education , Tsinghua University ,Beijing 100084,China
Abstract :Steel braced frame is one of the structure forms in mid 2high rise building widely used. In the paper ,a certain 9storey braced frame in langfang is designed as an example through the finite element software ANSYS. Three 2dimensional modal is built , and the seismic res ponse is analyzed including modal analysis ,response spectrum analysis ,elastic/elastoplastic time 2history analysis. The lateral defor 2mation of the structure and the stress of the braces are computed ,and the study can be served as the references of such structure design.
K ey w ords :braced frame ;seismic property ;ANSYS ;time 2history analysis
3
41 2005No. 6黄怡 , 等 :框架—支撑钢结构抗震性能的有限元分析
钢结构抗震性能分析
钢结构抗震性能分析 摘要：钢结构建筑具有建设速度快、工业化程度比较高、技术经济指标好、抗震性能相比较其他建筑材料比较优越，所以能够广泛地应用于建筑的各个领域，有着得天独厚的发展优势。本文对钢结构建筑的抗震性能进行分析，总结出钢结构抗震的特点及在建设中的应用，分析了几种钢结构所具有的抗震性能，为建筑中明确钢结构的抗震性能找到了依据。 关键词：建筑；钢结构；发展；抗震；分析 引言 近几年，随着我国建筑产业高速发展，钢铁材料和结构体逐渐呈现多元化的发展趋势，建筑行业的发展也更是各具特色。作为现代建筑领域新兴的钢结构建筑，也越来越被建筑界所重视，这对地震多发的地区，建筑在地震中由于倒坍所造成的灾害，将会成为地震灾害中，对于生命和财产安全中，最具破坏力和杀伤力的直接因素，这就需要不断加强钢结构的抗震性能，提升钢结构建筑抗震的能力 1 钢结构的特点 优质的钢结构具有良好的延伸性，能够将震动时发生的波动抵消掉。对于钢结构在抗拉、抗压、抗剪的强度要求上都很高，特别是钢结构需要凭着工艺制造，利用其所具有的高延性，提升其在地震中的抗震能力[1]。钢结构通过自身的塑性变形特点，达到吸收和消耗震动过程中，抵抗强烈地震的能力。 2 建筑中的钢结构体系 在钢结构建筑中，用的较多钢结构框架体系有纯框架结构、中心支撑结构、偏心支撑结构等。纯框架结构延性和抗震性能比较好，但是由于抗侧刚度比较差，一般不太适合用于层数比较高的建筑。以中心支撑的钢结构框架结构抗侧刚度大，适用于层数较高的建筑。由于一些钢结构支撑构件，具有的滞回性能较差，对于耗散的震动的能量有限，抗震性能没有钢结构纯框架的性能好。钢结构的框架偏心支撑结构，还可以通过偏心连梁进行剪切，达到耗散地震的能量，保证通过钢结构框架的支撑不丧失稳定，这种抗震性能的效果，优于中心支撑的钢结构框架[2]，并且其弹性阶段的刚度也接近中心支撑框架。如果采用能与钢结构框架抗侧刚度相匹配含有钢板的剪力墙，还有带竖缝剪力墙的钢结构代替支撑，可以构成具有钢结构框架的抗震墙板结构，其抗震的性能强于由钢结构框架构成的中心支撑结构。当房屋建筑的刚度要求更高时，一般都可以采用沿着建筑周边，有秩序地进行设置一些密柱深梁框架，来构成钢结构的框筒结构。这样设计安装的框筒结构抗侧刚度大，能够起到具有良好抗震性能的效果。 3 建筑中钢结构的抗震性能分析
中间包结构有限元分析
中间包结构有限元分析 摘要介绍了某钢厂中间包结构存在的问题，简要论述了中间包产生变形和裂纹的机理。利用数值模拟的方法对中间包结构强度和刚度进行有限元分析，通过计算所得的中间包温度场和应力场，显示中间包结构高应力区和强度的薄弱位置，提出改进方案。此外还改变中间包的耐火材料层的厚度和综合导热系数，分析这些因素对中间包温度场和应力场的影响，为中间包结构的优化提供理论支持。 关键词中间包结构强度刚度有限元分析 Finite Element Analysis of the Tundish Structure NI Sai-zhen, LI Fu-shuai, TAO Jin-ming (Metallurgical technology research institute of Beijing in CCTEC , Beijing 100028, China) Abstract In this paper, we introduced the problems of the tundish structure in a steel work at first, and briefly discussed the mechanism for the occurring of the tundish deformation and crack. Using the finite element method to analyze strength and stiffness for the tundish structure, according to the temperature and stress field, we can find hot point and high stress region. The effects of the fireproof material thickness and the total conductive coefficient on the temperature and stress field are also studied. Key words tundish structure strength stiffness finite element analysis 1 前言 一直以来对中间包的研究都侧重于中间包内流场的分析，有关中间包流场研究的文章很多[1-5]，而对于中间包包体本身结构分析，研究者却很少关注，在这方面的文献也较少。中间包的强度以及结构的稳定性对于浇注的顺利进行以及保证铸坯质量方面同样起到很重要的作用。在热应力以及外载荷作用下中间包会产生变形，改变水口间的相对位置。如果变形过大的话，会影响到水口对中操作。包体的变形还可能使其产生裂纹，严重破坏包体结构，从而发生事故，不利于安全生产的进行。 某钢厂中间包为七机七流，铸机断面尺寸为150mm×150mm，流间距为1250mm，浇注周期约为36min，主要生产碳素结构钢Q235B，优质碳素结构钢45#，低合金结构钢 25MnSiV、Q345B等钢种，该中间包为T形结构，容量为40吨。中间包内衬耐火材料由外向内依次为工作层、永久层、保温层。该中间包存在以下问题： （1）现场反应变形比较严重，而相应结构的六机六流的中间包变形问题不明显； （2）新的中间包在开始浇铸时，靠四个耳轴支撑，中间底部与中间罐车横梁不接触，但随着浇铸时间的不断增加，中间就会慢慢凹陷，浇铸大约5-6小时后，中间 底部就会与横梁接触； （3）旧中间包或多或少都存在中间凹陷的永久变形，有些变形较大，在浇铸前中间
钢结构工程优点
钢结构工程优点 抗震性：低层别墅的屋面大都为坡屋面，因此屋面结构基本上采用的是由冷弯型钢构件做成的三角型屋架体系，轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后，形成了非常坚固的"板肋结构体系"，这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力，适用于抗震烈度为8度以上的地区。 抗风性：型钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、防变形能力强。建筑物自重仅是砖混结构的五分之一，可抵抗每秒70米的飓风，使生命财产能得到有效的保护。 耐久性：轻钢结构住宅结构全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响，增加了轻钢构件的使用寿命。结构寿命可达100年。保温性：采用的保温隔热材料以玻纤棉为主，具有良好的保温隔热效果。用以外墙的保温板，有效的避免墙体的“冷桥”现象，达到了更好的保温效果。100mm左右厚的R15保温棉热阻值可相当于1m厚的砖墙。隔音性：隔音效果是评估住宅的一个重要指标，轻钢体系安装的窗均采用中空玻璃，隔音效果好，隔音达40分贝以上；由轻钢龙骨、保温材料石膏板组成的墙体，其隔音效果可高达60分贝。 健康性：干作业施工，减少废弃物对环境造成的污染，房屋钢结构材料可100%回收，其他配套材料也可大部分回收，符合当前环保意识；所有材料为绿色建材，满足生态环境要求，有利于健康。
舒适性：轻钢墙体采用高效节能体系，具有呼吸功能，可调节室内空气干湿度；屋顶具有通风功能，可以使屋内部上空形成流动的空气间，保证屋顶内部的通风及散热需求。 快捷：全部干作业施工，不受环境季节影响。一栋300平方米左右的建筑，只需5个工人30个工作日可以完成从地基到装修的全过程。环保：材料可100%回收，真正做到绿色无污染。 节能：全部采用高效节能墙体，保温、隔热、隔音效果好，可达到50%的节能标准。
高层钢结构震害现象及原因
高层震害现象及原因是非常重要的，了解现象以及发生的原因，才能根据专业知识制定对应 的方案，防范于未然。小编就高层钢结构震害现象及原因和大家说一下。 钢结构被认为具有卓越的抗震性能，在历次的地震中，钢结构房屋的震害要小于钢筋混凝土 结构房屋。很少发生整体破坏或倒塌现象。尽管如此，由于焊接、连接、冷加工等工艺技术 以及外部环境的影响，钢材材料的优点将受到影响。特别是因设计、施工以及维护不当，就 很可能造成结构的破坏。根据钢结构在历次地震中的破坏形态，可能破坏形式分为以下几类：1、结构倒塌 结构倒塌是地震中结构破坏最严重的形式。造成结构倒塌的主要原因是结构薄弱层的形成， 而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 要求在设计过程中应尽量避免上述不利因素的出现。 2、节点破坏 节点破坏是地震中发生最多的一种破坏形式。剐性连接的结构构件一般采用铆接或焊接形式 连接。如果在节点的设计和施工中，构造及焊缝存在缺陷，节点区就可能出现应力集中、受 力小均的现象，在地震中很容易出现连接破坏。梁柱节点可能出现的破坏现象主要表现为： 铆接断裂，焊接部位位脱，加劲板断型、屈曲，腹板断裂、屈曲等。 3、构件破坏 在以往所有地震中，多钢结构构件破坏的主要形式有支撑的破坏与失稳以及梁柱局部破坏两种。（1）支撑的破坏与失稳。当地震强度较大时，支撑承受反复拉压的轴向力作用，一旦 压力超出支撑的屈曲临界力时，就会出现破坏或失稳。（2）梁柱局部破坏。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破坏。对于框架梁，主要有 翼缘屈曲、腹板屈曲和开裂、扭转屈曲等破坏形态。 4、基础锚固破坏 件与基础的锚固破坏主要表现为柱脚处的地脚螺栓脱开、混凝土破碎导致锚固失效、连接板 断裂等，这种破坏形式曾发生多起，根据对上述钢结构房屋震害特征的分析可知，尽管钢结 构抗震性能较好，但在历次的地震中，也会出现不同程度的震害。究其原因，元素是和、结 构构造、施工质量、材料质量、日常维护等有关，为了预防以上震害的出现，减轻震害带来 的损失，多高层钢结构房屋抗震设计必须严格遵循有关规程进行。
从结构抗震的角度论述钢结构的性能
题目： 从结构抗震的角度论述钢结构的性能，优缺点及发展前景 学院：土木工程学院 专业：建筑工程技术专业 班级:建工一班 姓名：杨星星 指导教师：盛朝晖 2014年04月10日从结构抗震的角度论述钢结构的性能，优缺点及发展前景 论文摘要： 本文简要分析了钢结构建筑的结构体系及性能特点，优缺点，抗震性能以及日后良好的发展前景。 关键词： 钢结构，抗震性能好，施工方便，耐火性差，质量轻，强度大，发展前景好。 目录： 一、摘要 二、绪论 三1.1钢结构的性能及特点。 1.1.1钢结构的特点： 1.1.2钢结构的性能 四、1.2钢结构的优缺点 1.2.1钢结构的优点
1.2.2钢结构的缺点 五、1.3钢结构的发展前景 1.3.1钢结构的应用范围 1.3.2钢结构的发展前景 1.3.3发展方向 六、 1.4结论 七、参考文献 二、绪论 三 1.1钢结构的性能及特点。 近年来，全世界地震频频发生，对人们是生命财产安全造成了很大的威胁。在地震中造成人员财产损失的因素之一是建筑物的倒塌，如 何提高建筑物的抗震性能就显得尤为重要。目前建筑使用较多的轻钢结构建筑其抗震的能力有明显成果。 1.1.1钢结构的特点 1.钢材的材质均匀，质量稳定，可靠度高；自重轻，变形大，可以吸收很大能量，而且可以通过构造实现强梁弱柱、强剪弱弯。 2.钢材的强度高，塑性和韧性好，抗冲击和抗振动能力强； 3.钢结构工业化程度高，工厂制造，工地安装，加工精度高，制造周期短，生产效率高，建造速度快； 4.钢结构抗震性能好； 5.耐腐蚀和耐火性差，单价较高。 1.1.2钢结构的性能
钢结构轻质高强，所以地震时受地震作用小。而钢结构具有良好的延展性，可以将地震波的能耗抵消掉。钢材基本上属各向同性材料，扛拉、抗压、扛剪强度均很高，而且具有良好的延展性，特别是钢结构凭着自己特有的高延展性减轻了地震反应。钢结构还可以看作比较理想的弹塑性结构，可以通过结构的塑性变形吸收和消耗地震输入能量，从而具有较高的抵抗强烈地震的能力。钢结构相对于其他结构自重轻，这也大大减轻了地震作用的影响。不同的结构形式，抗震性能明显不同。混凝土结构的房屋受压较好，但不抗拉力，两种力的差距达10倍。当地震来临时，房屋在地震波循环荷载情况下，极易发生整体垮塌。钢结构除了抗震性能高，施工周期短、工业化程度高、环保性能好的特点也显著优于混凝土结构。 三1.2 钢结构的优缺点 1.2.1钢结构工程优点 钢结构住宅建筑是以工厂化生产的钢梁、钢柱为骨架，同时配以新型轻质、保温、隔热、高强的墙体材料作为围护结构建造而成，其中主要承重骨架是由钢构件或钢管(圆管或矩形管)混凝土构件所组成。在建筑中应用钢结构的优势主要体现在以下几个方面: .1 强度高、自重轻、抗震性能好 钢结构体系轻质高强，可减轻建筑结构自重的30%，大大降低基础的造价；钢结构是柔性结构，有很好的抗震，同时结构安全度高，受损轻，而且由于钢材便于加工，灾后容易修复。型钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力好。低层别墅的屋面大都为坡屋面，因此屋面结构基本上采用的是由冷弯型钢构件做成的三角型屋架体系，轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后，形成了非常坚固的“板肋结构体系”，这种结构体系有很明显的抗震及抵抗水平荷载的能力，用于抗震烈度为八度以上的地区。 .2 功能区分割灵活 传统的砖混、钢筋混凝土的结构自重大，进深和开间相对较小，梁、柱粗大，空间利用
钢结构有限元分析
2 受料仓与给料机的钢结构有限元分析 2.1建立有限元模型 如图2.1破碎站主视图和图2.2破碎机布置图，它的工作过程是：卸料卡车间歇把最大入料粒度为1500mm的煤块倒入受料仓，受料仓存储大粒度煤块。刮板给料机把受料仓的大粒度的煤块连续的刮给破碎平台的破碎机。破碎机把最大入料粒度为1500mm 的煤块破碎成最大排料粒度为300mm的煤块，煤块由底部的传送带传出。 图2.1 破碎站主视图 图2.2 破碎机布置图
破碎站钢结构的弹性模量E＝200000MPa，泊松比μ=0.3，质量密度ρ=7.8×10-3kg/cm3。破碎站由支撑件H型钢和斜支撑(角钢)组成。在结构离散化时，由于角钢和其它部位铰接，铰接是具有相同的线位移，而其角位移不同。承受轴向力，不承受在其它方向的弯矩，相当于二力杆，所以H型钢用梁单元模拟，角钢用杆单元模拟。破碎站是由受料仓与给料机和破碎平台与控制室两部分组成，故计算时是分别对这两部分进行的。离散后，受料仓和给料机共686个单元，其中梁单元598 个，杆单元88个，节点总数为597个，有限元模型如图2.3和图2.4所示。 图2.3 受料仓与给料机有限元模型 图2.4 受料仓与给料机有限元模型俯视图
2.2载荷等效计算 2.2.1主要结构截面几何参数 破碎站主要结构采用H型钢梁，截面尺寸如图2.5所示，各截面横截面积A，截面 惯性矩I y ，I z 和极惯性矩I如下。 图2.5 截面尺寸 料仓及给料机支撑结构 料仓及给料机六根支撑立柱(H500×400×12×20) A= 215.2mm2，I y＝101947×104mm4，I z＝21340×104mm4，I＝240×104mm4料仓B－B面横梁和给料机E－E、F－F面横梁(H400×300×12×20) A=16320mm2，I y＝48026×104mm4，I z＝9005×104mm4，I＝181×104mm4料仓C－C面和D－D面横梁(H400×400×12×20) A=20320mm2，I y＝62479×104mm4，I z＝21339×104mm4，I＝234×104mm4给料机两根纵梁(H550×400×12×20) A=22120mm2，I y＝125678×104mm4，I z＝21341×104mm4，I＝243×104mm4给料机六根横梁(H400×400×12×20) A=20320mm2，I y＝62479×104mm4，I z＝21339×104mm4，I＝234×104mm4其它横梁(H400×300×12×20) A=16320mm2，I y＝48026×104mm4，I z＝9005×104mm4，I＝181×104mm4 斜支撑的横截面积 ∠125×12：A＝2856mm2 ∠75× 6：A＝864mm2
第11 讲多(高)层房屋钢结构——结构体系类型及其特点(一)
第11讲 多（高）层房屋钢结构——结构体系类型及其特点（一） 1、多层房屋钢结构的结构体系类型有哪些?阐述各自的抗侧力单元。 答： 多层房屋钢结构常见结构类型有纯框架体系、柱-支撑体系和框-支撑体系。如果抗侧刚度不满足，还可采用双重抗侧力体系,主要采用钢框架-支撑体系、钢框架-剪力墙体系以及钢框架-核心筒体系。纯框架体系的抗侧力单元为平面框架，柱-支撑体系的抗侧力单元为支撑，框-支撑体系的抗侧力单元为无支撑的平面框架和支撑；钢框架-支撑体系、钢框架-剪力墙体系以及钢框架-核心筒体系的抗侧力单元除了钢框架外，还分别由支撑、剪力墙以及核心筒作为抗侧力单元。 2、试述纯框架体系在水平荷载作用下的受力和变形特征? 答： 水平荷载作用下梁柱刚接的框架结构如同空腹桁架结构，结构一侧的部分柱脚产生轴 向拉力，另一侧的部分柱脚则产生轴向压力，这些轴向力将形成力偶，平衡外部水平荷载 产生的倾覆力矩；另外，楼层剪力使该层框架柱产生弯矩和剪力，而柱端弯矩又使框架梁 两端产生反对称的梁端弯矩和剪力。 平面框架结构在水平荷载作用下的变形包括两部分，一部分是由于水平荷载作用下的倾覆力矩使竖向构件(柱)承受轴向拉力或压力，进而使结构整体产生弯曲变形；另一部分 为各层梁、柱在剪力作用下引起的框架整体剪切变形。因此，框架整体侧移曲线呈剪切型。 3、框架结构有哪些优点？适于多少层的钢结构房屋？ 答： 优点：无承重墙，使建筑设计具有一定的自由度；外墙采用非承重构件，可使建筑立面设计灵活多变；轻质墙体的使用还可以大大降低房屋自重，减小地震作用，降低结构和基础造价；构件易于标准化生产，施工速度快，而且结构各部分的刚度比较均匀，自振周期长，对地震作用不敏感。 适用层数：因框架结构的抗侧刚度较小，适于30层以下的房屋建筑。在地震区，一般不超过15层。 4、试述框架-支撑体系在水平荷载下的变形特点？ 答： 在框架-支撑体系中，框架属于剪切型构件，支撑近似于弯曲型构件。当楼板可视为刚性体且结构不发生整体扭转时，在刚性楼盖的协调下，使各榀框架与各个支撑的变形相互协调—致，因此，框架-支撑体系可以简化成用刚性连杆将框架与支撑并联，其侧移属于弯剪型变形。
钢结构抗震性能设计
第四章抗震性能设计 4.2b 综述适用于钢构件、钢节点、钢连接的几种滞回模型和损伤指数。（重点阐述有关钢结构的内容) 答： 1、滞回模型 （1）钢构件的滞回模型： a、轴心受力构件 反复荷载作用下轴心受力钢构件滞回模型 b、受弯构件
反复荷载作用下受弯钢构件的滞回模型 c、钢板 反复荷载作用下受弯钢构件板的滞回模型 （2）钢连接的几种滞回模型 线性模型非线性模型
（3）钢节点的滞回性能模型 反复荷载作用下受弯钢节点的几种滞回模型 2、损伤指数综述 为了定量描述结构防止在地震中倒塌的安全度，提出了损伤指数的概念。对结构在其寿命周期内所能承受的地震破坏总量的预测由损伤指数(Damage Index)控制，而损伤指数由刚度、强度和延性确定。对于其中的延性而言，损伤指数分别从构件级别、楼层级别和整体结构级别代表了塑性铰的塑性转动能力。 （1）构件损伤指数 可以由所需塑性转动能力和可提供的塑性主动能力之间的比值计算得出。 a dm I θθ/r （2）楼层损伤指数 代表了楼层抵御地震破坏的能力： （3）整体损伤指数 描述整个结构的损伤指数，包括地震作用下的结构整体性能。
4.3c综述屈曲约束支撑(无粘结支撑、防屈曲支撑)的特点、类型、设计要点以及国内外最新研究进展和工程应用现状。答： 1、特点 在普通支撑外部设置套管，约束支撑的受压屈曲，构成屈曲约束支撑。屈曲约束支撑仅芯板与其他构件连接，所受的荷载全部由芯板承担，外套筒和填充材料仅约束芯板受压屈曲，使芯板在受拉和受压下均能进入屈服，因而，屈曲约束支撑的滞回性能优良。 .屈曲约束支撑与普通支撑滞回性能对比 优点： （1）承载力与刚度分离 普通支撑因需要考虑其自身的稳定性，使截面和支撑刚度过大，从而导致结构的刚度过大，这就间接地造成地震力过大，形成了不可避免的恶性循环。选用防屈曲支撑，即可避免此类现象，在不增加结构刚度的情况下满足结构对于承载力的要求。 （2）承载力高 抗震设计中，普通支撑和屈曲约束支撑的轴向承载力设计值为：
钢结构抗震优缺点
钢结构工程学习小节 钢结构就是指用钢板与热扎、冷弯或焊接型材通过连接件连接而成得能承受与传递荷载得结构形式。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，更具有在“高、大、轻”三个方面发展得独特优势，在全球范围内，特别就是发达国家与地区，钢结构在建筑工程领域中得到合理、广泛得应用。钢结构行业通常分为轻型钢结构、高层钢结构、住宅钢结构、空间钢结构与桥梁结构五大子类，钢结构在各项工程建设中得应用极为广泛，如钢桥、钢厂房、钢闸门、各种大型管道容器、高层建筑与塔轨机构等。根据每平米用钢量及主要构件钢板厚度，钢结构有轻钢与重钢之分，轻钢结构住宅得墙体主要由墙架柱、墙顶梁、墙底梁、墙体支撑、墙板与连接件组成。钢结构与其它建设相比，在使用中、设计、施工及综合经济方面都具有优势，造价低，可随时移动，钢结构与普通钢筋混凝土结构相比，其匀质、高强、施工速度快、抗震性好与回收率高等优越性，钢比砖石与砼得强度与弹性模量要高出很多倍，因此在荷载相同得条件下，钢构件得质量轻。从被破坏方面瞧，钢结构就是在事先有较大变形预兆，属于延性破坏结构，能够预先发现危险，从而避免。 钢结构工程优点 抗震性：低层别墅得屋面大都为坡屋面，因此屋面结构基本上采用得就是由冷弯型钢构件做成得三角型屋架体系，轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后，形成了非常坚固得“板肋结构体系”，这种结构体系有着更强得抗震及抵抗水平荷载得能力，适用于抗震烈度为八度以上得地区。 抗风性：型钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强。建筑物自重仅就是砖混结构得五分之一，可抵抗每秒七十米得飓风，使生命财产能得到有效得保护。 耐久性：轻钢结构住宅结构全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工与使用过程中得锈蚀得影响，增加了轻钢构件得使用寿命。结构寿命可达一百年。 保温性：采用得保温隔热材料以玻纤棉为主，具有良好得保温隔热效果。用以外墙得保温板，有效得避免墙体得“冷桥”现象，达到了更好得保温效果。 隔音性：隔音效果就是评估住宅得一个重要指标，轻钢体系安装得窗均采用中空玻璃，隔音效果好，隔音达四十分贝以上；由轻钢龙骨、保温材料石膏板组成得墙体，其隔音效果可高达六十分贝。 健康性：干作业施工，减少废弃物对环境造成得污染，房屋钢结构材料可完全回收，其她配套材料也可大部分回收，符合当前环保意识；所有材料为绿色建材，满足生态环境要求，有利于健康。 舒适性：轻钢墙体采用高效节能体系，具有呼吸功能，可调节室内空气干湿度；屋顶具有通风功能，可以使屋内部上空形成流动得空气间，保证屋顶内部得通风及散热需求。 快捷：全部干作业施工，不受环境季节影响。 环保：材料可回收，真正做到绿色无污染。 节能：全部采用高效节能墙体，保温、隔热、隔音效果好，可达到50%得节能标准。
高性能钢材在钢框架-中心支撑体系中的应用
高性能钢材在钢框架-中心支撑体系中的应用* 摘要：基于某实际工程案例，建立分别采用普通钢材和高性能钢材情况下的结构模型进行设计计算，对其自振周期、侧移、用钢量进行对比分析，对高性能钢材在钢框架-中心支撑结构体系设计中的应用进行探讨。提出建议：在保证侧移要求的情况下高性能钢材应优先用于柱。 关键词：高性能钢材；钢框架-中心支撑结构体系；结构设计 在高层钢框架-支撑体系中，构件易产生高应力状态，若建筑中使用低强度级别钢种，则会导致钢板厚度过大，不仅经济性不好，而且容易在加工和焊接施工中产生质量问题。而使用高性能钢材，则可减轻结构重量，降低建造成本，减小钢板的厚度，提高结构的可靠性。 近年来，钢结构制造技术不断提高，同时为了满足建筑高层化、结构大跨化等要求，建筑结构用钢板正逐步向着高强化、厚板化、低屈强化、低屈服点和专用化等方向发展。在国外，建筑用钢经过多年发展，已研制成功了各种高性能钢，并逐步形成了抗拉强度等级为490，590，780 MPa 多个系列。在国内，随着钢结构技术的发展和钢材生产工艺的提高，钢材的强度和加工性能得到了改善，与高强度钢材相匹配的具有足够强度、良好韧性和延性的焊缝金属材料和焊接技术也得到了发展，能够满足构件的加工制作要求，同时在钢结构研究、设计、制造、施工等方面都取得了长足进步，并成功应用于大量大型、复杂的钢结构工程中，如体育场馆、会展中心等大跨度公共建筑、超高层建筑等。
但是，在我国，建筑用钢大量使用的仍是Q235和Q345两个强度级别的钢种，高强度建筑用钢板以及低屈服点建筑用钢板尚未形成完整的产品系列。 本文通过对某实际工程案例分别采用普通钢材和高性能钢材的情况 进行设计对比分析，研究高性能钢材在钢框架-中心支撑结构设计中的应用。 1 工程概况 该工程为60层钢框架-中心支撑结构写字楼，总高度242 m。平面较规则近似正方形，其内部为由钢框架和中心支撑组成的钢结构核心筒体，外部为钢框架结构。底层层高7 m，上部各层层高为3.5，3.7，4.2，4.9，5，6 m不等。抗震设防烈度为7度(0.1g)，地震分组为第二组，场地类别为III类。基本风压为0.4 kN/m2，地面粗糙度为C类。钢柱主要采用箱形截面，局部采用H形截面；钢梁主要采用H形截面。 该工程实际设计中，钢柱、钢梁、支撑均采用Q345钢材。本文在此基础上，保持支撑材质不变，调整梁柱材质，新增钢柱采用Q550GJ钢材、钢梁采用Q345钢材，以及钢柱、钢梁均采用Q550GJ钢材两种情形建立模型，进行设计计算，并对三者的计算结果进行对比分析。 结构空间整体模型如图1所示。
高层钢结构抗震措施
浅谈高层钢结构抗震措施 【摘要】随着城市建设的发展，钢结构在高层建筑中的应用越来越广泛，因为高层钢结构抗震性能卓越，材料强度、延性良好，施工便利，便于回收，能够可持续利用，空间使用率高、有效节省土地以及节能、降耗等特点。本文主要从高层钢结构的抗震性能及措施进行探讨。 【关键词】高层建筑钢结构抗震 【 abstract 】 with the development of urban construction, steel structures in high-rise building more and more wide application, for high-rise steel structure seismic performance is remarkable, material strength and ductility is good, construction is convenient, easy recycling, able to sustainable use, the space utilization rate is high, effectively save the land and energy saving, consumption reduction etc. characteristics. this article mainly from the high-rise steel structure seismic performance and measures are discussed. 【 key words 】 high-rise； steel structure； seismic 中图分类号：[tu208.3] 文献标识码：a文章编号： 前言 我国地处地震带附近，地质灾害影响特别大，而地震对不同的结构产生着不同的影响，不同的结构在地震中的破坏程度和形式也
装配式钢结构介绍
我国现有的装配式钢结构体系住宅形式、工艺与特点介绍 一、钢结构住宅体系概念及特点 1.1 钢结构住宅体系概述 各国对住宅体系的理解和做法不尽相同，但一般是指住宅的主体工程，由于选用不同的结构材料、结构类型和施工方法而形成的不同住宅产品，并构成相应的若干从设计到建造的成套技术。钢结构住宅建筑体系以其采用的钢结构形式作为建筑体系分类的依据，成为建筑体系中的一个分支。通常所说的钢结构住宅是指以工厂生产的经济钢型材构件作为承重骨架，以新型轻质、保温、隔热、高强的墙体材料作为围护结构而构成的居住类建筑。钢结构住宅产业化即是以钢结构住宅为最终产品，通过社会化大生产，将钢结构住宅的投资、开发、设计、施工、售后服务等过程集中统一成为一个整体的组织形式。钢结构住宅产业化是钢结构住宅发展的趋势。 1.2 钢结构住宅体系的特点 钢结构住宅与传统的建筑形式相比，具有以下的一些特点： （1）重量轻、强度高。由于应用钢材作承重结构，用新型建筑材料作围护结构，一般用钢结构建造的住宅重量是钢筋混凝土住宅的二分之一左右，减小了房屋自重，从而降低了基础工程造价。由于竖向受力构件所占的建筑面积相对较小，因而可以增加住宅的使用面积。同时由于钢结构住宅采用了大开间、大进深的柱网，为住户提供了可以灵活分隔的大空间，能满足用户的不同需求。 （2）工业化程度高，符合产业化要求。钢结构住宅的结构构件大多在工厂制作，安装方便，适宜大批量生产，这改变了传统的住宅建造方式，实现了从“建造房屋”到“制造房屋”的转变。促进了住宅产业从粗放型到集约型的转变，同时促进了生产力的发展。 （3）施工周期短。一般三、四天就可以建一层，快的只需一两天。钢结构住宅体系大多在工厂制作，在现场安装，现场作业量大为减少，因此施工周期可以大大缩短，施工中产生的噪音和扬尘、以及现场资源消耗和各项现场费用都相应减少。与钢筋混凝土结构相比，一般可缩短工期二分之一，提前发挥投资效益，加快了资金周转，降低建设成本3%-5%。 （4）抗震性能好。由于钢材是弹性变形材料，因此能大大提高住宅的安全可靠性。钢结构强度高、延性好、自重轻，可以大大改善结构的受力性能，尤其是抗震性能。从国内外震后情况来看，钢结构住宅建筑倒塌数量很少。 （5）符合建筑节能发展方向。用钢材作框架，保温墙板作围护结构，可替代粘土砖，减少了水泥、砂、石、石灰的用量，减轻了对不可再生资源的破坏。现场湿法施工减少，施工环境较好。同时，钢材可以回收再利用，建造和拆除时对环境污染小，其节能指标可达50%以上，属于绿色环保建筑体系。 （6）钢结构在住宅中的应用，为我国钢铁工业打开了新的应用市场。还可以带动相关新型建筑材料的研究和应用。
抗震性能最好的建筑钢结构建筑
抗震性能最好的建筑----钢结构建筑 地震何时发生我们虽不能预知，但我们可以探讨建筑物于地震中受损倒塌的原因，并加以防范，从工程上建造经得起强震的抗震建筑。说到这里那么尼泊尔地区的建筑抗震性到底怎么样呢?4月25日下午2点11分，尼泊尔发生7.8级地震(中国地震台网测定是8.1级)，还有4月26凌晨2：30左右此次地震至少造成超过1100人遇难;地震还引发了珠穆朗玛峰雪崩，大批游客和登山者被困，准确伤亡暂无法统计。另据报道，此次地震波及中国西藏，至少13人遇难4人失踪(另有4位同胞在尼境内遇难)。这是1934年尼泊尔比哈尔8.2级地震以来最强地震。 这几天连续发生的尼泊尔地震和珠穆朗玛峰雪崩引起了全球各国的重视，地震何时发生我们虽不能预知，但我们可以探讨建筑物于地震中受损倒塌的原因，并加以防范，从工程上建造经得起强震的抗震建筑，这是减少地震灾害最直接、最有效的方法。提高建筑物抗震性能，是提高城市综合防御能力的主要措施之一，同时也是防震减灾工作中一项“抗”的主要任务。说到这里那么尼泊尔地区的建筑抗震性到底怎么样呢?2013年春天，尼泊尔建筑界开了一次交流会，得出一个结论：在首都加德满都市区、巴丹市(Lalitpur)、巴克塔普尔地区(Bhaktapur)的绝大多数建筑，抗震能力极其脆弱。专
家说：“这些地方的绝大多数房子和建筑，都未能严格遵守施工管理规定、采用合格建筑材料。”加德满都建设部的高级工程师乌塔尔·库马尔·雷格米博士2013年说：“(加德满都)住房建设根本没按照基本的建筑安全标准进行，这让成千上万人的生命都处于风险中。” 可见尼泊尔地区的绝大多数建筑，抗震能力极其脆弱，雷格米博士指责说，尼泊尔建筑质量差的一个主要原因，是建筑材料质量不达标。负责钢材贸易的加德满都钢铁公司的负责人阿南达当时回应并承认，尼泊尔绝大多数厂商制造的钢材都是低级、劣质的，这些劣质钢材非常容易生锈。尼泊尔国家地震科技学会的专家相信：根本无需高烈度的地震，一场小震就可以把尼泊尔很多房子震塌。尼泊尔的建筑专家2013年公开建议：老百姓造房子时，一定要选择那些最高级别、最好质量的建筑材料，还要严格遵守相关建筑标准，并在建筑时采用抗震技术，这样才能让房子“安全一点”。 这此地震对尼泊尔来讲是一场巨大灾难，救援必须跟时间赛跑。也是一个很大的经验教训，希望经历过此次地震后，尼泊尔应将提高建筑抗震能力、生产发展高质量钢材和普及抗震知识重视起来。过去几年里,中国也发生了不少地震，造成了大量的人员伤亡。从汶川到雅安，岷县鲁甸，统计表明在我国发生的地震中，大多数发生在农村地区。震灾所到之处，断壁残垣，房屋损毁严重，大量人员伤亡。这是因
钢结构与钢筋混凝土结构抗震优势比较
钢结构与钢筋混凝土结构抗震优势比较 支架对于我们来说并不陌生，在生活的每个角落，只要你稍加注意，就会有支架的出现，下面南通正道就详细为你介绍一下钢结构与钢筋混凝土结构抗震优势比较。 一、材料分析比较 “地震力”是惯性力，混凝土结构质量大，惯性力大；钢结构质量小，惯性小。所以在相同的地震作用下，混凝土结构受到很大的力，钢结构受到的力小。这是外因。 内因，钢结构材料强度高，耗能强，是延性材料，有屈服台阶，通过包络曲线来耗能。而混凝土是脆性材料！ 钢结构所用的是钢材最低是用Q235，大部分的钢结构材料用的都是Q345。钢结构的阻尼比一般在0.01－0.02之间，钢筋混凝土结构的阻尼比一般在0.03－0.08之间。阻尼比小，在地震力作用下，变形大，因为钢结构韧性好，通过变形消耗地震能量，且容易恢复。钢结构较为柔软主要通过弹塑性变形吸收能量，较混凝土而言脆断的可能性低得多，一般认为10层以下的钢结构建筑物基本不会发生倒塌事故。 二、结构设计计算方式分析 钢结构采用弹性理论设计的，其构件能够在地震小幅度变形后再恢复；而钢筋混凝土结构是刚性理论设计的，不能变形，就不能吸收地震的能量。跨度越大越实惠，可回收，环保符合绿色建筑理念 由于钢材塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载，其次钢材匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定，因此，钢结构的抗震性能比钢筋混凝土结构的抗震性能好。 三、模型分析 两种结构在相同的荷载作用下，钢结构沿1、2、3轴的位移分别是0.00919mm、-0.00570 mm、-15746 mm。钢筋混凝土沿1、2、3轴的位移分别是0.00909mm、-0.00909 mm、-0.15255mm。从模型位移分析里看，加上钢结构震后快速恢复的特点，而混凝土结构属于刚性结构，变形后不可恢复原形，从而钢结构在抗震的方面要优于钢筋混凝土结构四、综合分析
钢框架——支撑结构概念小结
《钢框架——支撑结构概念》 钢框架——支撑结构在多高层钢结构建筑中是一种非常常用的结构形式，钢框架支撑结构是在钢框架结构的基础上，通过在部分框架柱之间布置支撑来提高结构承载力及侧向刚度。支撑体系与框架体系共同作用形成双重抗侧力结构体系，这不但为结构在正常受力情况下提供了一定的刚度，而且为结构在水平地震作用及较大风荷载作用下，提供了两道受力防线，形成了人们较理想的破坏机制。然而，不同的支撑布置方式会产生不同的效果，这包括支撑的类型，支撑布置的位置以及支撑杆件所选择的截面形式。 １支撑的类型： （１）中心支撑：支撑构件的两端均位于梁柱节点处，或一端位于梁柱节点处，一端与其他支撑杆件相交，中心支撑的特点是支撑杆件的轴线与梁柱节点的轴线相汇交于一点，支撑体系刚度较大。中心支撑包括：单斜杆支撑，交叉支撑，人字形支撑，Ｖ字形支撑，Ｋ字形支撑，跨层交叉支撑，带拉链杆支撑。
中心支撑适用于抗震设防等级较低的地区，以及主要有风荷载控制侧移的多高层建筑物。 （２）偏心支撑：支撑杆件的轴线与梁柱的轴线不是相交于一点，而是偏离了一段距离，形成一个先于支撑构件屈服的“耗能梁段”。偏心支撑包括人字形偏心支撑，Ｖ字形偏心支撑，八字形偏心支撑，单斜杆偏心支撑等。 偏心支撑适用于抗震设防等级较高的地区或安全等级要求较高的建筑，而且相对中心支撑而言可以很容易解决门窗布置受限的难题。 （３）消能支撑：将支撑杆件设计成消能杆件，以吸收和耗散地震能量减小地震反应。
消能支撑实际上也是一种非屈曲支撑，技术较为先进，适应强，但单造价相对较高。 ２、支撑的布置方式：
以上述６跨的钢框架支撑结构为例，来说明支撑的布置对结构抗侧刚度的影响：（框架支撑结构的用钢量及支撑的数量、规格均相同）（１）支撑集中布置在中间跨的框架支撑结构的抗侧移刚度要大于支撑布置于边跨；（比如ｂ和ｅ的布置方式，假设将有支撑跨 视为一个竖向悬臂杆，无支撑跨的抗侧刚度忽略不计，则显然 ｂ结构只相当两个竖向悬臂杆的抗侧刚度的简单叠加，而ｅ结 构却相当于一个２倍截面高度的悬臂杆的抗侧移刚度。）（２）应使支撑在长度方向上连续，尽量增大之城之称的通常，即使更多的竖向杆件被支撑杆件联系成整体，发挥空间整体作 用。 （３）结构的高度越大，层数越多，支撑的设置对结构抗侧移刚
钢结构住宅体系
二、钢结构房屋的抗震技术 （一）震害调查 由于地震通过地震波释放巨大的能量，因此发生地震时会对地面上的事物产生巨大的影响，从而造成人员伤亡和社会的物资财务损失。如1976年的唐山7.8级地震，使24.2万余人丧生，6.4万余人重伤，直接经济损失达100亿人民币；1995年日本阪神7.2级地震，四8420人，上45000人，直接经济损失达1213亿美元。最近的四川汶川地震已造成68516人遇难，365399人受伤，失踪19350人。直接经济损失约1500亿人民币。强烈的地震不仅造成了巨大的人员伤亡和经济损失，而且瞬间的灾难给人们精神上带来了强烈的恐惧。 面对强烈的地震作用，房屋的抗震性能就变得尤为重要。砌体与混凝土结构自身重量较大且延性较低，在强烈的地震作用下，大量砌体与混凝土结构倒塌，破坏的钢筋混凝土楼板和梁柱既造成了直接的人员伤亡，也给救援工作带了了很大的困难。 而钢结构的房屋自身重量轻且具有良好的延性，破坏较轻，1976年我国唐山地震、1985年墨西哥地震和1995年日本阪神地震，钢结构房屋的破坏程度远低于钢筋混凝土结构房屋。 （二）钢结构房屋的抗震原理 1. 钢结构的优点 钢结构与传统的砖混结构和钢筋混凝土结构相比，在使用功能、设计、施工及综合经济方面都具有优势，在住宅建筑中应用钢结构的优势主要体现在以下几方面[4]：（1）构件截面小，可增加大约5%的使用面积；可采用较大柱网尺寸，户内空间分隔较为灵活。 （2）与钢结构配套的轻质墙板、复合楼板等新型材料，符合建筑节能和环保的要求，可以达到节能50%的目标，极大地节约了我国相对人均短缺的能源； （3）钢构件及配套技术相应部件的绝大部分易于定型化、标准化，可采用工业化生产方式，实现构件的工厂预制和现场装配化施工；实现技术集成化，提高住宅的科技含量和使用功能，符合住宅产业化要求； （4）钢结构住宅体系工业化生产程度高，现场湿作业少，而且钢材本身可以再利用，符合环保建筑的要求； （5）钢结构体系轻质高强，可减轻建筑结构自重的30%，提高住宅的抗震性能，并大大降低基础的造价； （6）钢结构体系施工周期短，可以大大提高资金的投资效益； （7）钢结构住宅体系直接造价略高，但综合经济效益却明显好于传统的住宅体系； （8）易于改造和拆建，材料的回收和再生利用率高，符合可持续发展的要求。 综上所述，钢结构住宅由于适宜工厂大批量生产，工业化、商品化程度高，可以将设计、生产、施工、安装一体化，提高住宅产业化水平，因而在住宅市场中有良好的发展前景。 2. 钢结构房屋的结构体系及其抗震性能 常用的钢结构体系有框架结构，框架支撑结构、框架－抗震墙板结构及筒体结构、巨型框架结构等。 （1）钢框架结构体系 钢框架结构构造简单，传力明确，制作安装方便，建筑平面布置及窗的开设等有较大的灵活性。在水平力的作用下，当楼层较少时，结构的侧向变形主要是剪切变形，及主要有框架柱的弯曲变形和节点的转角所引起；当层数较多时，框架柱的轴向变形所引起的结构整体弯曲而产生的侧移明显增大，结构的侧向变形为弯剪形。由此看出，纯框架结构的抗侧移能力主要取决于框架柱和梁的抗弯能力。当层数较多时，要提高结构的抗侧移刚度，只有加大柱和梁的截面，就会变得不经济，因此，这种结构体系适合于建造20层以下的中低层房屋。
钢结构和钢筋混凝土结构抗震优势比较
钢结构与钢筋混凝土结构抗震优势比较 一、材料分析比较 “地震力”是惯性力，混凝土结构质量大，惯性力大；钢结构质量小，惯性小。所以在相同的地震作用下，混凝土结构受到很大的力，钢结构受到的力小。这是外因。 内因，钢结构材料强度高，耗能强，是延性材料，有屈服台阶，通过包络曲线来耗能。而混凝土是脆性材料！ 钢结构所用的是钢材最低是用Q235，大部分的钢结构材料用的都是Q345。钢结构的阻尼比一般在0.01－0.02之间，钢筋混凝土结构的阻尼比一般在0.03－0.08之间。阻尼比小，在地震力作用下，变形大，因为钢结构韧性好，通过变形消耗地震能量，且容易恢复。钢结构较为柔软主要通过弹塑性变形吸收能量，较混凝土而言脆断的可能性低得多，一般认为10层以下的钢结构建筑物基本不会发生倒塌事故。 二、结构设计计算方式分析 钢结构采用弹性理论设计的，其构件能够在地震小幅度变形后再恢复；而钢筋混凝土结构是刚性理论设计的，不能变形，就不能吸收地震的能量。跨度越大越实惠，可回收，环保符合绿色建筑理念 由于钢材塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载，其次钢材匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学
的基本假定，因此，钢结构的抗震性能比钢筋混凝土结构的抗震性能好。 三、模型分析 1、钢结构在荷载作用下的位移变形 2、混凝土在相同荷载作用下的位移变形 荷载表格 2层梁恒载 2层楼板活 荷载 2层楼板恒荷载 屋顶板活荷载 屋顶板横荷载 屋顶梁恒载 10KN/M2 3KN/M2 3KN/M2 3KN/M2 5KN/M2 5KN/M2
以上结构为钢结构和钢筋混凝土结构模型，两种结构在相同的荷载作用下，钢结构沿1、2、3轴的位移分别是0.00919mm、-0.00570 mm、-15746 mm。钢筋混凝土沿1、2、3轴的位移分别是0.00909mm、-0.00909 mm、-0.15255mm。从模型位移分析里看，加上钢结构震后快速恢复的特点，而混凝土结构属于刚性结构，变形后不可恢复原形，从而钢结构在抗震的方面要优于钢筋混凝土结构。 四、综合分析 从两种结构的材料分析和设计计算方式比较，模型分析比较，能很