2018年二级结构工程师《钢结构》重点：高层钢结构的抗震计算
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2018年二级结构工程师《钢结构》重点：高层钢结构的抗震计算
高层钢结构的抗震计算
1.1 地震作用计算
(1) 结构自振周期
对于重量及刚度沿高度分布比较均匀的高层钢结构，基本自振周期可按顶点位移法计算。考虑F结构构件的影响，式中的修正系数
(2) 设计反应谱
钢结构在弹性阶段的阻尼比为0.02，小于一般结构的阻尼比0.05，使地震反应增大。根据研究，阻尼比为0.02的单质点弹性体系。其地震的加速度反应将比阻尼比为0.05时提高约35%，故在高层钢结构的设计中，水平地震影响系数曲线中的下降段衰减指数应为
(3)底部剪力计算
采用底部剪力法计算水平地震作用时，结构总水平地展作用等效底部剪力标准值。
1.2 地震作用下内力与位移计算
(1) 多遇地震作用下
结构在第一阶段多遇地震作用下的抗震设计中，其地震作用效应采取弹性方法计算。可根据不同情况，采用底部剪力法、振型分解反应谱法以及时程分析法等方法。
在多遇地震作用下的分析，框架-支撑(剪力墙板)体系中，框架部分承担的地震剪力不得小于结构底部总剪力的25%。在结构平面的两个主轴方向计算地震效应时，角柱和两个方向的支撑或剪力埔所共有的柱构件.其设计内力应提高30%。
高层钢结构在进行内力和位移计算时，对于框架、框架—支撑、框架—剪力墙板及框筒等结构常采用矩四位移法，但计算时应考虑梁、柱弯曲变形，并应考虑梁柱节点域的剪切变形对侧移的影响。对于简体结构，可将其按位移相等原则转化为连续的竖向悬臂简体，采用有限条法对其进行计算。
在预估杆件截面时，内力和位移的分析可采用近似力法。在水平荷载作用下，框架结构可采用D值法进行简化计算;框架—支撑(势力墙)结构可简化为平面抗侧力体系，分析时将所有框架合并为总框架，所以竖向支撑(剪力墙)合并为总支撑(剪力墙)，然后进行协同工作分析。此时，可将总支撑(剪力墙)当作一悬臂梁。
(2) 罕遇地震作用下
高层钢结构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、剪弯型层模型或剪弯协同工作模型。在采用杆系模型分析时，柱、梁的恢复力模型可采用二折线型，其滞回模型可不考虑刚度退化。钢支撑和耗能梁段等构件的恢复力模型，应按杆件特性确定。采用层模型分析时，应采用计入有关构件弯曲、轴向力、剪切变形影响的等效层剪切刚度，层恢复力模型的骨架曲线可采用貉力弹塑性方法进行计算，并可简化为二折线或三折线，并尽量与计算所得骨架曲线接近。在对结构进行静力弹塑性计算时，应同时考虑水平地震作用与重力荷载。构件所用材料的屈服强度和极限强度应采用标准值。对新型、特殊的杆件和结构，其恢复力模型宜通过试验确定。分析时结构的阻尼比可取0.05，并应考虑二阶段效应对侧移的影响。
1.3 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，但对于高度大于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的作用。
(2) 设计原则
框架梁、柱截面按弹性设计。设计时应考虑到结构在罕遇地震作用下允许出现塑性变形，但须保证这一阶段的延性性能，使其不致倒塌。要注意防止梁、柱在塑性变形时发生整体和局部失稳，故梁、柱板件的宽厚比应不超过其在塑性设计时的限值。同时，将框架设计成强柱弱梁体系，使框架在形成倒塌机构时塑性铰只出现在梁上而柱子除柱脚截面外保持为弹性状态，以使得框架具有较大的耗能能力;也要考虑到塑性铰出现在柱端的可能性而采取构造措施，以保证其强度。这是因为框架在重力荷载和地震作用的共同作用下反应十分复杂，很难保证所有塑性铰出现在梁上，且由于构件的实际尺寸、强度以及材性常与设计取值有相当出入，当梁的实际强度大于柱时，塑性铰将转移至柱。此外，还需要考虑支撑失稳后的行为。
1.4 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，使其不超过一定的数值。
在多遇地震下，高层钢结构的层间例移标准值应不超过层高的l/250。结构平面端部构件的最大侧移不得超过质心侧移的1.3倍。
在罕遇地震下，高层钢结构的层间侧移不应超过层高的1/70，同时结构层问侧移的延性比对于纯框架、偏心支撑框架、中心支撑框架、有混凝土剪力培的钢框架应分别大于3.5、3.0、2.5和2.0。
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