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钢结构框架抗震性能分析

文章出处:未知 人气:发表时间:2021-09-13 13:11

钢结构以其强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、工业化程度高、便于加固、有利于环保等一系列优点,在建筑结中得到广泛应用,特别是近年来我国引进的数条熱H型钢生产线为钢结构的发展提供了基础,在这种大背景和形势下,高层、超高层钢结构的开发推广就势在必行。由于钢结构材质均匀,符合力学假定,与其他结构相比,钢结构的理论计算结果与试验结果相差很小,也是钢结构的特色之一。但是,由于钢结构与在建筑构中应用广泛的钢筋混凝土结构相比,具有截面轮廓尺寸小、构件细长和板件弱的特点。因此,钢结构分析理论尤其是稳定性理论的发展不仅仅具有理论上的意义,而且具有重要的实用价值。

一、钢结枃框架的优点

 

钢材是一种很适宜建抗震结枃的材料,原目在于钢材具有轻质高强的特性,可减轻结构的自重。从而减轻结构所受的地震作用。钢材材质均匀,强度易于保证,因此结构的可靠性大。它的延性好,使结构具有很大的变形能力,即使在很大的变形下仍不倒塌,从而保证结构的安全性。

 

钢结构有如下特点:

 

1、封性能好

 

由于焊接结构可以做到完全密封,一些要求气密性和水密性好的高压容器、大型油库、气柜、管道等板壳结构都采用钢构。

 

2、具有一的耐高温性


钢结构适用于温度不高于250度的场台。在自身有特殊防火要求的建筑中,钢结构必须月耐火材料予以维护。

 

3、钢结构的弹、性好,抗震能力强

 

在承載力相同的条件下,钢结构与钢筋混凝土结构。木结构相比,构件较小,重量较轻、便于运输和安装。与钢材料的匀质性和强韧性,可有较大的变形,能很好地承受动力的荷载,具有很好的抗震能力。其中,屈强比是量钢的加工硬化能力的一个重要参数。屈强比越低,钢结构抵抗强震的能力就越强。同时,钢结构具有良好的弹、塑性和抗冲击能力在一般情下,钢结构对动荷载的适应能力较强,其良好的延性和耗能能力可以保证它不因为外部荷载的变化而突然断裂,这对钢结构的抗震是非常有利的。

 

4、施工周期短,装配化程度高

 

钢结构在建筑构域中的主要应用

 

1、重型工业厂房。

 

例如大型冶金企业、火カ发电厂和重型机械制造厂等的一些车间,由于厂房跨度和柱距大、高度高、车间内设有工作繁忙和起重量大的起重运设备和有强大振动的生产设,因而常必需采用由钢架、钢柱和钢吊车梁等组成的全钢结构。

 

2、高层房钢结构

 

房屋度高度愈大,所受侧向水平荷载如风荷载及地震作用的影响也愈大,所需柱截面也大大加大。采用钢结构可小柱截面而增大建筑物的使用面积和提高房屋的抗震性能。大跨度结构,由于受构件在均布荷載下的矩M与跨度し的平方成正比,当誇度增大到一定程度时,为了轻结构的自重,也就需要采用自重较轻的钢结构。一般情况下,跨度等于或大于60m的结构就称为是大跨度结构。在我国主要应用于体育场馆、会展中心、演出场馆、飞机库、航空站和火力发电厂的大煤库等。

 

4、高耸姞构

 

电视塔和烟囱等高耸结构同样由于风荷载和地震作用随高度的加大而加大,需要用钢结构。同时,建造在软土地基上的高耸结构,为了减少地基处理用,在一定高度时也宜采用钢结构。此外,需要使用钢结枃的还有很多,如电力工业中的高压输电塔、高压容器、煤气柜、塔式起重机、采油井架等。

 

综上所述,钢结构在建筑业和其他各行各业都有广泛的应用

二、钢结构稳定研究

 

1、结构稳走的基本概念

 

工程姞或构件在荷载和其它作用的影响下处于某种平衛状,例如薄腹工字形梁在横向荷載作用下处于平面曲的平状态;楼盖结构中柱子处于压弯平状态等等。结构或构件由于平衡形式的不稳定,从初始平衝位置转变到另一个平衡位置,称为屈曲,或称为失稳。稳定分析是研究结构或构件的平状态是否稳定的问题。处于平位置的结构或构件,在任意小外界扰动下,将偏其平衡位置,当外界动除去后,仍能自动回复到初始平衡位置时,则初始平衡状是稳定的。如果不能回复到初始平衡位置,则初始平状态是不稳定的。

 

2、结构失稳判定

 

(1)判断平平衡稳定性的最根本则

 

我们最常用一刚性小球在光滑平面上的二种不同位置来引出平稳定性判断准则。在三种情況下,小球虽然都处于平状态,但是它们所对应的平衛特征却是不相同的,由此引出的判断平状态是否稳定的最根本准为:假设对处于平衡状态的体系施加一微小干,当干抗撤去后,如体系能恢复到原来的平衛位置,则该平衡状态是稳定的;反之,若体系偏离原来的平衛位置越来越远,则该平位置是不稳定的;如体系停留在新的位置不动,则该平状态是随遇的以上述最根本准则为基础,从随遇平的静力特征可得到判断平復稳性的静力准则:从稳定平和随遇平的动力特征可得到判断平衡稳定性的动力淮则;从不同平状态的能量特征可得到判断平衡稳定性的能量准则。

 

(2)静力准则

 

又称平法,是求解结构稳定极限荷载的最基本的方法。对于有平衡分叉点的弹性稳定问题,在分岔点存在着两个极为邻近的平衡状态,一个是原结构的平状态一个是已经有微小变形的结构的平衝状态。平衡法是根已产生了微小变形后结构的受力条件建立平衡方程而后求解的。如果得到的符合平方程的解有不止一个,那么其中最小值的一个オ是该结构的分屈曲荷载。平法只能求解曲荷载,不能判断结构平衡状态的稳定性。

 

3动力准则

 

动力法属于结构动力稳定问题。处于平衡状态的结构体系,如果施加小干扰使其发生振动,这时结构的变形和振动加速度都和已经作用在结构上的荷载有关。当荷載小于稳定的极限值时,加速度和变形的方向相反,因此干抗去后,运动趋于静止,结构的平状态是稳定的;当荷载大于极限值时,加速度和变形的方向相同,即使将干抗撤去,运动仍是发的,因此构的平衡状态是不稳定的;临界状态的荷载即为结构的盐荷载,可由结构振动率为零的条件解得。

三、设计时常用的钢结构的加固方法

 

减轻荷載:改用轻质材料或其它少荷载的方法。如工业厂房的屋架可在下弦增设临时支,或组成撑式结构的方法来卸荷;托架的卸荷可以用上述方法,也可以利用吊车梁作为支点使托架卸荷载;柱子一般用设置临时支柱卸去屋架和吊车梁的荷载;平台结构因其高度不高,一般采用临时支柱进行卸荷载。

 

2.改变结构的静力计算图形:采取措施使结构发生符合设计意图的内力重分布,以调整原有结构中的应力改善被加构件的受力情。如増加支撑或辅助构件以增加结构或构件的刚度,使结构可以按空间结枃进行验算,挖掘枃潜力,也可以改善结枃的抗振性能;变更荷载的分布情,或变更构件的支座情况,或施加应力等来改变构件的弯矩图形;増设杆、加设拉杆或将静定结构变为超静定结构来改变精架的力;将被加构件与其它结构共同工作形成合结构,以改善受力情况。

 

3.原结构的构件截面和连接进行补强。此方法在钢结构加固中是常用的方法,因其涉及面窄,施工较为简便,尤是在一定的前提条件下,可在负荷状态下加固,这对厂房内的生产影响较小。用此方法时,应注意以下几点

 

(1)注意加时净空的限制,要使杆件不与其它杆件或零件相碰;

 

(2)能适应原有构件的几何尺寸或已发生的变形情况,以利于施工。

 

(3)应尽量减少加施工的工作量

 

(4)尽可能使补强构件的重心位置不变,少偏心所产生的弯矩;

 

(5)当用焊接补强时,应采用合理的焊接顺序,减小焊接变形和焊接应力

 

(6)补强后构件应便于维护和油漆。

钢结构在抗震方面的优点使得它在建筑方面得到了广泛的应用,但是钢结构的稳定性的问题钢结的加问题一直以来都是被广为关注的热点。所以,在进行结构设计时,需要掌握地域、场地特性,考虑结构特征、用途和坍时的危害性,在最新资料的基础上,重新认识既定的一些数值、公式、方法的适用性。同时,抗震设计应在执行规范要求的基础上,尽量全面地考虑结构各种地震受力工况,根据力学原理简化、评估其力学行为。

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