钢结构强度高、重量轻、延性和韧性好,综合抗震性能好,但也曾发生过在地震中倒塌的重大事故。在同等场地、地震烈度条件下,钢结构房屋的震害要较钢筋混凝土结构房屋的震害小得多。以1985年9月墨西哥城大地震(里氏8.1级)的震害为例,其中倒塌和严重破坏的钢结构房屋为12栋,而钢筋混凝土房屋却有127栋。
在进行钢结构的抗震设计时,除了在强度和刚度上提高结构的抗力外,还要从如何增大钢结构在往复荷载作用下的塑性变形能力和耗能能力,以及减小地震作用方面全面考虑,做到既经济、又可靠。
大多数节点破坏发生在梁端下翼缘处的柱中,这可能是由于混凝土楼板与钢梁共同作用,使下翼缘应力增大,而下翼缘与柱的连接焊缝又存在较多缺陷造成的。焊缝连接处的多种失效模式。保留施焊时设置的衬板,造成下翼缘坡口熔透焊缝的根部不能清理和补焊,在衬板和柱翼缘板之间形成了一条“人工缝”,在该处形成的应力集中促进了脆性破坏的发生,这可能是造成破坏的重要施工工艺原因。
一、对钢材性能的要求
钢结构的钢材应符合下列规定:
(1) 抗侧力结构的钢材宜采用等级为B级的Q235碳素结构钢和Q345低合金高强度结构钢,其质量应分别符合国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1951的规定。当有可靠根据时,也可以采用其它钢种和钢号的钢材,其性能应符合下列要求:
①钢材的抗拉强度与屈服强度的实测值之比不应小于1.2;
②钢材的伸长率应大于20%,且应有明显的屈服台阶;
③钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性;
④偏心支撑框架中的耗能连梁不得采用屈服强度高于345N/mm2的钢材。
(2) 采用焊接连接的节点,当板厚不小于40mm,且沿板厚方向承受拉力作用时,应对该部分钢材提出沿厚度方向受拉试件破坏后的断面收缩率的附加要求,该值不得小于现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T5313规定的Z15级的容许值。
(3) 用于抗震设计类别C类以上的抗侧力体系钢结构中的所有坡口全熔透焊缝的填充金属,其零下30℃的夏比冲击功应大于或等于27焦耳。
二、对结构布置的要求
(1) 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。即在进行房屋的平、剖、立面设计和结构体系布置时,应尽可能做到房屋体形简单、平面规则对称,同时房屋中抗侧力结构的布置应尽可能的均匀、对称,使房屋各楼层的总体刚度中心尽可能与楼层的质量中心相重合或相接近,并应尽可能使房屋的刚度和质量沿竖向均匀连续、没有突变。
(2) 钢结构房屋宜避免采用不规则建筑结构方案,不设防震缝。若房屋必须采用比较复杂的平面形状时,则宜用防震缝将房屋划分为几个平面规则、对称的独立单元,为了避免地震时各部分之间相互碰撞,防震缝的宽度应不小于相应钢筋混凝土结构房屋的1.5倍。
三、对结构设计的要求
(1) 在进行结构设计时,应根据建筑的抗震设防类别、抗震设计烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素,经技术、经济和使用条件综合比较,选择合适的结构体系。
(2) 结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径,可考虑多道抗震防线。宜使结构在两个主轴方向的动力特性相近,并尽量使其基本自振周期远离场地的特征周期,以防止共振,减小地震作用。
(3) 应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。例如,框架结构应设计成强柱弱梁型,以防止形成柱子倒塌结构。