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高層鋼結構建筑抗震設計探析
編輯:深圳市金利亞鋼結構有限公司   時間:2022-11-03

目前,鋼結構廣泛應用于各種類型的民用建筑應用于高層和超高層建筑。與混凝土結構相比,鋼結構具有韌性好、強度和重量比高、抗震性能優越的優點;但如果鋼結構房屋在結構設計、材料選擇、施工生產和維護方面存在問題。其優良的鋼材特性將得不到充分發揮,在地震作用下也會造成結構破壞或整體倒塌。

一、高層建筑發展總結

20世紀80年代是我國高層建筑設計、計算和施工技術各方面快速發展的階段。主要中型城市的一般建設高度為100m左右或100m建筑層數和高度不斷增加,功能和類型越來越復雜,結構體系越來越多樣化。

上海錦江酒店是一家具有代表性的高層建筑,是一家總高153的現代高級酒店.52m,深圳發展中心大廈43層高165.3m,此外,天線高度為185.3m,這是中國第一座大型高層鋼結構建筑。

20世紀90年代,中國高層建筑的設計和施工技術進入了一個新的階段。不僅結構體系和建筑材料多樣化,而且在高度上也有了很大的飛躍。1995年6月,深圳封頂地王大廈81層,385層.95m它是世界第四大建筑,是鋼結構。

二、分析高層鋼結構的沖擊及原因

鋼結構被認為具有優異的抗震性能,在以往的地震中,鋼結構房屋的震害小于鋼筋混凝土結構房屋。整體破壞或倒塌很少發生。盡管如此,鋼材的優點還是會受到焊接、連接、冷加工等工藝技術和外部環境的影響。特別是由于設計、施工和維護不當,很可能會對結構造成破壞。根據以往地震中鋼結構的破壞形式,可分為以下幾類:

1、 結構倒塌是地震中最嚴重的結構破壞形式。結構倒塌的主要原因是結構薄弱層的形成,薄弱層的形成是由于結構樓層屈服強度系數和抗變4剛度沿高度分布不均勻造成的。這就要求在設計過程中盡量避免上述不利因素。

2、 節點破壞是地震中最常見的破壞形式。切割連接的結構構件一般采用鉚接或焊接連接。如果節點的設計和施工中存在結構和焊縫缺陷,節點區域可能會出現應力集中和應力小均勻的現象,地震中容易發生連接損壞。梁柱節點可能出現的損傷主要表現為鉚接斷裂、焊接部位脫落、加強板斷裂、彎曲、腹板斷裂、彎曲等。

3 、 在以往的所有地震中,多高層建筑鋼結構構件破壞的主要形式是支撐破壞和不穩定,梁柱局部破壞。

(1)支撐的破壞和不穩定。當地震強度較大時,支撐承受反復拉壓的軸向力。一旦壓力超過支撐的屈曲臨界力,就會損壞或失穩。

(2)梁柱局部損壞。對于框架柱,主要有翼緣屈曲、翼縫撕裂,甚至框架柱會出現水平裂縫或斷裂。對于框架梁,主要有翼緣屈曲、腹板屈曲、開裂、扭轉屈曲等損傷形式。

4.基礎錨固破壞鋼構件和基礎錨固破壞主要表現為柱腳地腳螺栓脫離、混凝土破碎導致錨固故障、連接板斷裂等。根據對上述鋼結構房屋震害特性的分析,雖然鋼結構具有良好的抗震性能,但在以往的地震中也會出現不同程度的震害。原因是元素與結構設計、結構結構、施工質量、材料質量、日常維護等有關。為防止上述沖擊的發生,減少沖擊造成的損失,必須嚴格遵守有關規定。

三、抗震設計基本要求

1.鋼結構房屋結構類型常見的鋼結構房屋結構體系包括框架結構、框架支撐結構、框架抗震墻板結構、簡體結構和巨型框架結構。鋼結構房屋的抗震性能取決于結構的選擇。在實際工程設計中,需要綜合考慮各種因素來優化方案,在優化過程中確定合適的結構體系。

2.鋼結構房屋結構布局原則鋼結構房屋結構體系和結構布局的選擇關系到結構的安全性、適用性和經濟性。與其它類型的建筑結構一樣,多高層鋼結構房屋應盡量采用規則的建筑方案。當結構復雜,立面特別不規則時,可根據實際需要在適當的部位設置防震續,形成多個更規則的抗側力結構單元。由于鋼結構的耐受結構變形大于混凝土結構,一般不應設置抗震縫。必須設置時,抗震縫寬度不得小于相應鋼筋混凝土結構房屋的1.5倍。

3、 根據整體結構高度和抗震設防烈度,確定結構類型和最大適用高度。高寬比是影響結構整體穩定性和抗震性能的重要參數,直接影響結構剛度、側移和振動形式。高度比是指房屋總高度與平面小寬度之比。一方面,當高寬比值較大時,結構產生較大的水平位移P—A由于傾覆力矩,柱產生了很大的軸向力。因此,有必要對鋼結構房屋的最大高寬比進行限制,不得大于合理的限制,應進行專項研究,并采取必要的抗震措施。

四、抗震設計的一般方法

鋼材基本上屬于各向同性均質材料,重量輕、強度高、延性好。它是一種非常適合建筑抗震結構的材料。在地震作用下,高層鋼結構房屋由于鋼材均勻,強度易于保證,結構可靠性大;重量輕、強度高的特點使鋼結構房屋重量輕,減少地震作用;良好的延性使結構在大變形下不會倒塌,確保地震作用下結構的安全。

然而,如果鋼結構房屋的設計和制造不當,在地震作用下,可能會發生構件不穩定和材料脆性損壞或連接損壞,使鋼的性能不能充分發揮,造成災難性后果。因此,高層鋼結構房屋的抗震設計非常重要和必要。

1、建筑場地

在選擇施工現場時,應根據工程需要掌握地震活動和工程地質的相關信息,對施工現場進行綜合評價。應選擇有利于建筑抗震的區域,如開放平坦的硬場土或致密均勻的干硬場土,避免對建筑抗震不利的區域,如弱場土、易液化土、條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖陡坡、采空區、河岸、邊坡等。

2.為避免建筑物沉降不均勻導致結構裂縫甚至傾斜,使結構構件過早進入塑性區域,同一結構單元不得設置在不同性質的基礎土上,不得部分采用天然基礎,部分采用樁基;當基礎有弱粘性土、液化土或嚴重不均勻土層時,應加強基礎的完整性和剛度。

3、平面和立面布建筑扭轉、應力集中或塑性變形集中而形成薄弱環節,建筑平面和立面布置應規則對稱,質量分布和剛度變化應均勻。但不設置抗震縫時,應采用符合實際情況的計算模型。設置抗震縫時,建筑物應分為規則的結構單元?!犊拐鹨幏丁芬幎烁邔愉摻Y構房屋的最大適用高度和鋼結構房屋的最大高寬比:(

1)結構系統應具有明確的計算簡圖和合理的地震傳輸方式;多道抗震設防線,避免部分結構或部件故障導致整個系統抗震能力喪失或重力承載能力喪失;必要的承載能力、良好的變形能力和能耗;應具有合理的剛度分布和承載力分布,避免局部削弱或突變形成薄弱部位,應力集中過大或塑性變形集中,應采取措施提高可能出現的薄弱部位的承載能力。(2)在抗震結構系統中,結構構件和連接件應具有良好的延性,避免脆性損傷,提高抗震結構的整體變形能力。(2)在抗震結構系統中,結構構件和連接件應具有良好的延展性,避免脆性損傷,提高抗震結構的整體變形能力。因此,鋼結構構件應合理控制尺寸,防止局部或整體不穩定,如梁翼緣和腹板的寬厚比和高厚比。此外,還應加強各部件之間的連接,以確保結構的完整性,抗震支撐系統應確保地震時結構的穩定性。

(3)對于女兒墻、圍墻、雨篷、封墻等非結構構件,應與主體結構可靠連接錨固,避免地震時倒塌傷人,造成額外震害;圍墻、隔墻等與主體結構的連接應避免設置不當造成主體結構損壞;應避免吊頂坍塌和重懸掛裝飾物墜落,不可避免地應采取可靠措施。

4)建筑在強震作用下的表現,既是抗震設計的檢驗,也是施工質量的檢驗。施工質量直接影響鋼結構房屋的抗震能力。因此,設計文件中應注明抗震結構對材料和施工質量的特殊要求。特別注意圖紙上合理的抗震要求,注意材料的選擇,保證施工質量。隨著人們對地震的不斷了解,為了防止嚴重的地震災害,造成財產損失和生命傷亡。人們對高層鋼結構房屋的抗震要求不斷提高。本文闡述了設計師在設計高層鋼結構房屋抗震時,應從概念設計入手,制定合理的設計方案,確保房屋抗震設防目標的實現。

各種鋼結構工藝

注意事項

1)制作 :鋼結構生產包括放樣、數量、切割、校正等環節。高強度螺栓處理后的摩擦表面應滿足設計要求。

生產質量檢驗合格后,應進行除銹和涂裝。焊縫一般安裝30~50mm暫不涂裝。

2)焊接 :焊工必須通過考試并取得資格證書,并在考試合格項目及其認可范圍內進行焊接。焊縫焊接后,焊工應在工藝規定的焊縫和部件上印上鋼印。

焊接材料應與母材相匹配,超聲波、二次焊縫應采用超聲波檢測進行內部缺陷檢測。當超聲波檢測不能判斷缺陷時,應使用射線檢測。

對施工單位首次采用的鋼材、焊接材料、焊接方法等進行焊接工藝評價。

3)運輸 :運輸鋼構件時,應根據鋼構件的長度和重量選擇車輛。車輛上鋼構件的支點、兩端伸出的長度和綁扎方法應確保構件不變形或損壞涂層。

4)安裝 :鋼結構的安裝應根據施工組織進行設計,安裝程序應確保結構的穩定性,不會導致永久變形。安裝柱時,每個柱的定位軸應直接從地面控制軸引起。鋼結構柱、梁、框架等主要部件安裝到位后,應立即糾正和固定。

安裝前應檢查工廠處理的部件摩擦面的抗滑系數,合格后方可安裝。

(5)防火防銹 :

1)鋼結構防火性能差。當溫度達到550℃當鋼的屈服強度降至正常溫度時,屈服強度為0.7.結構可能會因其強度設計值而損壞。

建筑結構應符合相應防火標準的要求。在防火標準要求的時間內,鋼結構的溫度不得超過臨界溫度,以保證結構的正常承載能力。

2)暴露的鋼結構可能會受到大氣的嚴重腐蝕,尤其是污染的大氣。最常見的是生銹。必須對構件表面進行防腐處理,以確保鋼結構的正常使用。防腐處理方法根據構件表面條件和使用壽命的要求確定。

金利亞3

深圳市金利亞鋼結構有限公司成立于1998年8月,隸屬于深圳市金利亞實業有限公司,是一家專業從事鋼結構施工,集設計、制造、安裝于一體的建筑企業。主要致力于重型鋼結構項目的施工與管理,并附帶輕鋼,承接項目主要涵蓋高層、超高層建筑鋼結構、大重型工業廠房、車站、場館、橋梁等領域。

公司配置有CNC電腦數控火焰切割生產線,H型鋼組立,校正生產線,門型埋彌焊生產線,噴砂除銹生產線,噴漆生產線等國內先進的機械設備,滿足了用戶的需求,保證了產品的質量。公司愿與廣大客戶攜手合作、共創雙贏。

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