多层钢结构抗震设计.ppt
第十章-建筑结构抗震构造措施
表10-1我国地震烈度采用十二度划分法 (2)
三、地震的破坏作用
1. 地表的破坏现象 地表的破坏现象为：地裂缝、喷砂冒水、地面下沉及河岸、 陡坡滑 坡。
2 .建筑物的破坏现象 ⑴结构丧失整体性 房屋建筑或构筑物是由许多构件组成的，在强烈地
震作用下，构件连接不牢、支撑长度不够和支撑失稳等都会使结构丧 失整体性而破坏。
1、选择对抗震有利的场地和地基 确定建筑场地时，应选择有利地段，避开不利地段，不 应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。地基和基础设计 应符合下列要求：同一结构单元的基础不宜设置在性质 截然不同的地基上；同一结构单元不宜部分采用天然地 基,部分采用桩基。
2、选择对抗震有利的建筑体型 建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方 案。建筑平面和立面布置宜规则、对称，其刚度和质量分布宜均匀。 体型复杂的建筑宜设防震缝(图10-3示)。
烈度
6度
7度
8度
9度
≤24 ＞24 ≤24 ＞24 ≤24 ＞24 ≤24
四三三二 二 一 一
三
二
一
一
锚固长度
一级
抗震等级
二级
三级
四级
la
fy d ft
4 纵向受力钢筋连接接头 纵向受力钢筋连接接头的位置宜避开梁端、柱端箍筋加密区；当无法 避开时，应采用满足等强度要求的高质量机械连接接头，且钢筋接头 面积百分率不应超过50%。
结构
烈度
类型 6度 7度 8度(0.2g)
8度(0.3g)
9度
框架 60m 50m
40m
35m
24m
注：房屋高度指室外地面到屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）。
2 框架结构的抗震等级 框架结构的抗震等级见表10-4。
多层钢结构厂房抗震设计要求
多层钢结构厂房抗震设计要求G.0.1多层钢结构厂房的布置应符合本规范第8.1.4-8.1.7条的有关要求尚应符合下列规定:1平面形状复杂、各部分构架高度差异大或楼层荷载相差悬殊时应设防震缝或采取其他措施。
2料斗等设备穿过楼层且支承在该楼层时，其运行装料后的设备总重心宜接近楼层的支点处。
同一设备穿过两个以上楼层时，应选择其中的一层作为支座；必要时可另选一层加设水平支承点。
3设备自承重时，厂房楼层应与设备分开。
12各行业楼层面板开孔不尽相同，大小孔的划分宜结合工程具体情况确定；36、度设防时，铺金属板与主梁有可靠连接，可不设置水平支撑。
4厂房的支撑布置应符合下列要求：1）柱间支撑宜布置在荷载较大的柱间，且在同一柱间上下贯通，不贯通时应错开开间后连续布置并宜适当增加相近楼层、屋面的水平支撑确保支撑，承担的水平地震作用能传递至基础。
2）有抽柱的结构，宜适当增加相近楼层、屋面的水平支撑并在相邻柱间设置竖向支撑。
3）柱间支撑杆件应采用整根材料，超过材料最大长度规格时可采用对接焊缝等强拼接；柱间支撑与构件的连接，不应小于支撑杆件塑性承载力的1.2倍。
5厂房楼盖宜采用压型钢板与现浇钢筋混凝土的组合楼板，亦可采用钢铺板。
6当各根框架侧向刚度相差较大、柱间支撑布置又不规则时，应设楼层水平支撑;其他情况，楼层水平支撑的设置应按表G.0.1确定。
厂房的抗震计算，除应符合本规范第8.2节有关要求外，尚应符合下列规定：G.0.21地震作用计算时重力荷载代表值和可变荷载组合值系数除应符合本规范第5章规定外，尚应根据行业的特点,对楼面检修荷载、成品或原料堆积楼而荷载、设备和料斗及管道内的物料等，采用相应的组合值系数。
2直接支承设备和料斗的构件及其连接，应计入设备等产生的地震作用：I)设备与料斗对支承构件及其连接产生的水平地震作用，可按下式确定：e (G.O2I)λ=1.O+∕Zt∕∕Z,,(G.O.2-2)式中FS一设备或料斗重心处的水平地震作用标准值；OInaX.水平地震影响系数最大值;Geq—设备或料斗的重力荷载代表值;人一放大系数；Hx一建筑基础至设备或料斗重心的距离；Hn一建筑基础底至建筑物顶部的距离。
多层工业钢结构多道抗震防线设计方法及其应用
安徽建筑中图分类号：TU311文献标识码：A文章编号：1007-7359（2023）11-0084-04DOI:10.16330/ki.1007-7359.2023.11.0290前言“多道抗震防线设计”在工程结构设计中早有涉及，《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）[1]（简称《抗规》）、《构筑物抗震设计规范》（GB 50191-2012）[2]、《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ 99-2015）[3]、《建筑抗震设计规程》（DGJ 08-2013）[4]等规范中都有关于多道抗震防线的诸多表述。
2022年最新发布的《钢结构通用规范》（GB 55006-2021）[5]（简称《钢通规》）更是将上述规范中建议的“结构体系宜具有多道抗震防线”提升到“应具有多道抗震防线”的强制性要求，这也意味着工程设计中必须采取更为合理有效的手段进一步提高结构的抗震能力。
在此背景下，相关工作却推进缓慢，主要问题在于理解何为多道防线以及实际设计中如何实现。
本文首先对多层钢结构设计现状以及多道防线设计方法进行对比分析，并通过大量PKPM 模型计算来阐明多道抗震防线设计的解决思路，并对若干技术细节进行说明，力求为工程设计人员对于多道防线设计方法的理解以及具体实践应用提供一定参考。
1工业多层钢结构设计方法对比1.1传统设计方法传统多层钢框架大多设计成柱弱轴方向与梁铰接，并在弱轴方向加设支撑，而柱强轴方向与梁为刚接但无支撑的结构体系。
这种结构体系上存在如下问题。
①柱弱轴方向。
由于梁与柱为铰接，并没有形成框架，去掉支撑后实际上是一种可变机构而并不是稳定的结构，结构整体稳定全部依靠支撑，其受力特点更接近排架结构的纵向体系。
②柱强轴方向。
梁与柱为刚接，形成框架单一抗侧力结构体系。
③两个方向的动力特性。
由于弱轴方向有支撑而强轴方向无支撑，致使两个方向的位移、周期等指标均相差悬殊，基本无法实现两个主轴方向动力特性接近的抗震设防目标。
结构抗震第七章
中心支撑的类型 a.X形支撑；b.单心支撑类型 （a）门架式 1；（b）门架式 2 ；（c）单斜杆式； （d）人字形式；（e）V 字形式
（3）框架－剪力墙板体系 ☺ 框架－剪力墙板体系是以钢框架为主体，并配置一定数量 的抗震墙板。 ☺ 剪力墙板主要类型：① 钢抗震墙板② 内藏钢板支撑的混 凝土墙板③ 带竖缝的钢筋混凝土剪力墙板
第三节 钢结构房屋抗震计算要求和抗震构造措施
一、钢结构房屋抗震计算要求 （一）计算模型的选定 结构规则，质量及刚度沿高度分布均匀，不计扭转效应 时，采用平面结构计算模型；否则采用空间计算模型。 （二）地震作用的计算 不超过12层的多高层钢结构民用建筑规则结构，可按底 部剪力法计算。底部剪力法计算水平地震作用适用于高度 小于等于60 m且平面和竖向较规则的高层建筑。 1.结构自振周期的计算 一般采用顶点位移法计算（考虑非结构构件影响的折减 系数取0.9）。但初步设计时，可按经验公式估算： T1=0.1n 式中，n—建筑物层数（不包括地下部分及屋顶塔楼）。
2.设计反应谱 钢结构房屋的阻尼比小于钢筋混凝土结构，对 于超过12层的钢结构可采用0.02，对于不超过12层 的钢结构可采用0.035，对于单层钢结构和罕遇地震 下采用0.05。设计反应谱中，衰减指数取0.95，斜 率调整系数取0.024，阻尼调整系数取1.32。 （三）地震作用下钢结构的内力与位移计算 1.多遇地震作用下内力和位移计算 一般采用矩阵位移法计算。 2.罕遇地震作用下内力和位移计算 采用时程分析法对结构进行弹塑性时程分析。
３.构件的内力组合与设计原则 （1）内力组合 在抗震设计中，一般高层钢结构可不考虑风荷载及 竖向地震的作用，对于高度大于60m的高层钢结构须考虑 风荷载的作用，在9度区尚须考虑竖向地震作用。 （2）设计原则 框架梁、柱截面按弹性设计。将框架设计成强柱弱 梁体系。 ４.侧移控制 在小震下（弹性阶段），过大的层间变形会造成非 结构构件的破坏，而在大震下（弹塑性阶段），过大的 变形会造成结构的破坏或倒塌，因此，应限制结构的侧 移，即多遇地震作用下结构的弹性层间位移角和罕遇地 震作用下结构的弹塑性层间位移角，使其不超过限值。
13第十三讲钢结构房屋抗震设计规定
第十三讲钢结构房屋抗震设计规定蔡益燕一、多层和高层钢结构房屋1．前言我国89年版抗震规范，除单层钢结构厂房外，没有其它钢结构内容。
我国过去钢材产量有限，钢结构在工程中应用很少。
随着钢材产量的增加，国家要求积极发展钢结构，新规范除保留单层钢结构房屋外，还增加了第八章“多层与高层钢结构房屋”，使钢结构抗震设计的内容大大充实，以适应钢结构发展的需要。
我国《钢结构设计规范》GBJ17不包含抗震内容。
因此，地震区的房屋钢结构设计，除应符合钢结构设计规范外，还应符合抗震规范的有关规定。
与行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》（以下简称《高钢规程》）相比，新的抗震规范第八章对高层钢结构的设计与施工作出了不少新规定。
今后，凡是《高钢规程》中与抗震规范不一致之处，应按抗震规范的规定执行，且不应比其低。
但抗震规范中未列入而《高钢规程》中已列入的，在该规程修订前仍可执行。
本章在适用的高层钢结构体系中未列入钢框架－混凝土剪力墙（核心筒），是考虑到对这种体系的性能尚未进行系统研究。
1994年的美国北岭(Northridge)地震和1995年的日本阪神地震是两次震害特别严重的地震，尤其是钢结构焊接刚架连接的破坏十分严重。
美国该地区的钢框架房屋破坏达100多幢，日本破坏的也不少，震后两国都进行了大量研究，对破坏原因进行了分析，采取了相应措施，制订了新标准。
由于美、日是钢结构应用最多的国家，它们的新标准引起了各国钢结构设计、施工和研究人员的关注，在这次我国抗震规范修订中也有若干反映。
本介绍对于行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》中已有规定而这次变更不大的内容只作一般介绍，着重说明这次修订中的新内容。
多层工业建筑钢结构的抗震设计另有规定，列入本章附录，这里不拟作介绍。
2．材料对抗震钢结构钢材的基本要求, 是参考AISC钢结构房屋抗震规定提出的。
这些要求是:⑴强屈比大于1.2; ⑵有明显的屈服台阶;⑶伸长率大于20%(标距50mm); ⑷有良好可焊性。
建筑结构抗震设计ppt课件
b. 9度地区，可采用下沉式天窗；
c. 突出屋面的钢筋砼天窗，侧板与柱宜采用螺栓连接。
(5) 支撑系统
(6) 柱 单层砖柱房屋：
6、7度地区可采用十字形无筋砖柱； 8度地区Ⅰ、Ⅱ类场地采用竖向配筋组合砖柱； 8度地区(Ⅲ、Ⅳ类场地)和9度地区的中柱采用钢 筋砼柱。 单层钢筋砼柱厂房：
厂房中的各种柱采用钢筋砼柱。 a. 截面形式和尺寸：矩形、工字形、双肢形、管柱形等。
排架的侧向柔度d11按下式计算：
11
F
a 11
11
F
(1
-
x1
)
a 11
11
F=1
x1
11
11
F=1
x1
11
x2
11
a11
F=1
⑵ 两跨不等高厂房
采用能量法计算并考虑KT影响，计算自振周期：
T1 2kT
Gi ui2
K i ui2
式中
u1、u2－将结构简图转动900，将G1、G2视为垂直于 杆件的荷载，在G1、G2处产生的水
e. 在满足有关抗震构造措施时，规范规定下列建筑 可不进行抗震计算：
(a) . 7度地区Ⅰ、Ⅱ类场地内的柱高不超过4.5m且 两端均有
均有 2.
(b). 7度地区Ⅰ、Ⅱ类场地内的柱高不超过10m且两端
山墙的单跨及等高多跨钢筋砼柱厂房。 设计计算内容 自振周期的计算； 内力计算； 强度计算。
3. 厂房质量集中系数的确定
平位u移1 。 11G1 12G2 u2 21G1 22G2
⑶ 三跨不对称带升高中跨的厂房结构：
T1 2KT
G1u12 G2u22 G3u32 G1u1 G2u2 G3u3
多层和高层钢结构节点抗震设计
了如 下规 定 ：
ｔ 柱 节点域 的腹板厚度 。 另外 ， 在钢结 构构件连接设计中 ， 范 规
还 作 了如下 规 定 ： 梁 与柱连接的极限受弯 ， 受剪承载 力， 应 符 合下 列 要求 ： Ｍ １２ ＭＰ （ ．． １ ≥ ． ８２８ ） Ｖ ≥ １ ３ ２ Ｍ ｌ ） Ｖ． ０ ５ ． （ ／ｎ且 ． ≥ ．８
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多层和 高层钢结构节 点抗 震设 计
傅恒 沈阳铝镁设计研 究院 １ ０ ０ ０ １
２５ ） ． ３
本 文 作 者 通 过 多年 的钢 结 构设 计 经验 ， 结 合 及 新 的 《 筑 抗 震 设 计 规 范》 对 钢 结 构 节 点 抗 建 震 设 计 提 出 了 几 种 比 较 实 用 的 节 点 设 计 方
法 。
箱 形截 面柱 Ｖ ＝１８ ｈ ｈｌ ｔ （． ． ｌ＿ｗ ８
２５ ） ． ４
ｉ在弹性阶段 ， ． 梁柱连接处的抗弯能力 必须大于框架梁的抗弯能力 ， 并使二者之比 ≥Ｋ（ Ｋ为连接承载力抗震调整系数 与框架 梁 承 载 力 抗 震 调 整 系 数 之 比 ） 防 止 受 大 。 震作用时因梁柱连接处可能存在的某些缺 陷 导致框架横梁在尚未 出现塑性铰之前 ， 节 点连 接就过 早地发 生脆性破 坏 。 ２ 在满足基本原则 １ ， ． 后 在弹塑性阶段 ， 塑性铰必然将离开柱面 向外移 ， 为此在弹性 设计阶段就应预测并人为控制 塑性铰的位 置， 使该位置梁截面最外纤维的最大弯曲应 力高于梁柱连接处焊缝 的最大弯曲应力， 以 便在大震时促使框架梁在可能出现 塑性铰 的部位 ， 其翼缘在高应 力下首先屈服 ， 产生塑 性变形 ， 形成塑性铰 ， 以达到耗散地震能量的
多层和高层钢结构抗震规范
6多层和高层钢筋混凝土房屋6.1一般规定6.1.1本章适用的现浇钢筋混凝土房屋的结构类型和最大高度应符合表6.1.1的要求。
平面和竖向均不规则的结构或建造于Ⅳ类场地的结构，适用的最大高度应适当降低。
注：本章的“抗震墙”即国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010中的剪力墙。
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 框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构；3 部分框支抗震墙结构指首层或底部两层框支抗震墙结构；4 乙类建筑可按本地区抗震设防烈度确定适用的最大高度；5 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。
6.1.2钢筋混凝土房屋应根据烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。
丙类建筑抗震等级应按表6.1.2确定。
6.1.3 钢筋混凝土房屋抗震等级的确定，尚应符合下列要求：1框架-抗震墙结构，在基本振型地震作用下，若框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%，其框架部分的抗震等级应按框架结构确定，最大适用高度可比框架结构适当增加。
2裙房与主楼相连，除应按裙房本身确定外，不应低于主楼的抗震等级；主楼结构在裙房顶层及相邻上下各一层应适当加强抗震构造措施。
裙房与主楼分离时，应按裙房本身确定抗震等级。
3当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。
地下室中无上部结构的部分，可根据具体情况采用三级或更低等级。
4 抗震设防类别为甲、乙、丁类的建筑，应按本规范3.1.3条规定和表6.1.2确定抗震等级；其中，8度乙类建筑高度超过表6.1.2规定的范围时，应经专门研究采取比一级更有效的抗震措施。
注：本章“一、二、三、四级”即“抗震等级为一、二、三、四级”的简称。
注：1建筑场地为Ⅰ类时，除6度外可按表内降低一度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低；2接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级；3 部分框支抗震墙结构中，抗震墙加强部位以上的一般部位，应允许按抗震墙结构确定其抗震等级。
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8.1 概 述
(1)中心支撑。中心支撑是指斜杆与横梁及柱汇交于一点，或两根斜杆与横杆 汇交于一点，也可与柱子汇交于一点，但汇交时均无偏心距。根据斜杆的不同布 置形式，可形成X形支撑、单斜支撑、人字形支撑、K形支撑及V形支撑等类型，如 图8.1所示。中心支撑是常用的支撑类型之一，因具有较大的侧向刚度，对减小结 构的水平位移和改善结构的内力分布是有效的，但在往复的水平地震作用下，会 产生下列后果：①支撑斜杆重复压曲后，其抗压承载力急剧降低；②支撑的两侧 柱子产生压缩变形和拉伸变形时，由于支撑的端节点实际构造做法并非铰接，引 发支撑产生很大的内力和应力；③斜杆从受压的压曲状态变为受拉伸状态，将对 结构产生冲击作用力，使支撑及其节点和相邻的结构产生很大的附加应力；④同 一层支撑框架内的斜杆轮流压曲又不能恢复(拉直)，楼层的受剪承载力迅速降低。 因此对于地震区建筑，不得采用K形中心支撑，因K形支撑的斜杆因受压屈曲或受 拉屈服时，将使柱子发生屈曲甚至严重破坏。当采用单斜支撑且按受拉设计时， 应同时设置不同倾斜方向的两组单斜杆，且每层中不同方向单斜杆的面积在水平 方向的投影面积之差不得大目录
教学提示：多层钢结构的结构体系主要有框架体系、框架-支撑(抗 震墙板)体系等，它们的区别在于抗侧力结构的形式不同。同混凝土结构 相比，钢结构具有优越的强度和韧性，抗震能力较强。但也必须重视焊 接、连接、冷加工等工艺技术以及腐蚀环境对钢结构房屋抗震性能影响。 多层钢结构的抗震计算采用两阶段设计法，第一阶段设计时，其地震作 用效应采用弹性方法计算，根据不同情况，可采用底部剪力法、振型分 解反应谱法以及时程分析法；第二阶段的抗震验算应采用时程分析法对 结构进行弹塑性时程分析，其结构计算模型可以采用杆系模型、剪切型 层模型、剪弯型模型或剪弯协同工作模型。
(3) 带竖缝混凝土抗震墙板。普通整块钢筋混凝土墙板由于初期刚度过 高，地震时首先斜向开裂，发生脆性破坏而退出工作，造成框架超载而破坏， 为此提出了一种带竖缝的抗震墙板。它在墙板中设有若干条竖缝，将墙分割成 一系列延性较好的壁柱。多遇地震时，墙板处于弹性阶段，侧向刚度大，墙板 如同由壁柱组成的框架板承担水平抗震。罕遇地震时，墙板处于弹塑性阶段而 在柱壁上产生裂缝，壁柱屈服后刚度降低，变形增大，起到耗能减震的作用。
承担竖向荷载的结构。这类结构的抗侧力能力主要决定于梁柱构件和节点的强度与延性 ，故节点常采用刚性连接节点。
2. 框架-支撑体系 框架-支撑体系是在框架体系中沿结构的纵、横两个方向均匀布置一定数量的支撑所 形成的结构体系。在框架-支撑体系中，框架是剪切型结构，底部层间位移大；支撑为弯 曲型结构，底部层间位移小，两者并联，可以明显减少建筑物下部的层间位移，因此在 相同的侧移限值标准的情况下，框架-支撑体系可以用于比框架体系更高的房屋。 支撑体系的布置由建筑要求及结构功能来确定，一般布置在端框架中、电梯井周围 处。支撑类型的选择与是否抗震有关，也与建筑的层高、柱距以及建筑使用要求，如人 行通道、门洞和空调管道设置等有关，因此需要根据不同的设计条件选择适宜的类型。 常用的支撑体系有中心支撑和偏心支撑。
教学要求：本章要求学生了解多层钢结构的结构体系、钢结构房屋抗 震规定、抗震计算要点及构造措施。
● 8.1 概述
本章内容
● 8.2 多层钢结构抗震设计的一般规定
● 8.3 钢结构房屋的抗震计算
● 8.4 多层钢结构房屋的抗震构造要求
● 8.5 多层钢结构厂房抗震设计
● 8.6 习题
8.1 概 述
8.1.1 多层钢结构的体系与布置 多层钢结构的体系主要有框架体系、框架-支撑(抗震墙板)体系等。 1. 框架体系 框架体系是由沿纵横向方向的多榀框架构成及承担水平荷载的抗侧力结构，它也是
8.1 概 述
(2) 内藏钢板支撑抗震墙板。内藏钢板支撑抗震墙是以钢板为基本支撑， 外包钢筋混凝土墙板的预制构件。内藏钢板支撑可做成中心支撑也可做成偏心 支撑，但在高烈度地区，宜采用偏心支撑。预制墙板仅在钢板支撑斜杆的上下 端节点处与钢框架梁相连，除该节点部位外与钢框架的梁或柱均不相连，留有 间隙，因此，内藏钢板支撑抗震墙仍是一种受力明确的钢支撑。由于钢支撑有 外包混凝土，故可不考虑平面内和平面外的屈曲。墙板对提高框架结构的承载 能力和刚度，以及在强震时吸收地震能量方面均有重要作用。
图8.2 偏心支撑类型
8.1 概 述
采用偏心支撑的主要目的是改变支撑斜杆与梁(消能梁段)的先后屈服顺序，即 在罕遇地震时，消能梁段在支撑失稳之前就进入弹塑性阶段以利用非弹性变形进行 消能，从而保护支撑斜杆不屈曲或屈曲在后。因此，偏心支撑与中心支撑相比具有 较大的延性，它是适宜用于高烈度地区的一种新型支撑体系。
8.1 概 述
(a) X型支撑1
(b) X型支撑2
(c) 人字形支撑
图8.1 中心支撑类型
(d) V形支撑
8.1 概 述
(2) 偏心支撑。偏心支撑是指支撑斜杆的两端，至少有一端与梁 相交(不在柱节点处)，另一端可在梁与柱交点处连接，或偏离另一根 支撑斜杆一段长度与梁连接，并在支撑斜杆杆端与柱子之间构成一消 能梁段，或在两根支撑斜杆之间构成一消能梁段的支撑，如图8.2所 示。