1、南京工业大学毕业设计（论文）1第一章 前 言我国虽然早期在铁结构方面有卓越的成就，但由于 2000 多年的封建制度的束缚，科学不发达，因此，长期停留于铁制建筑物的水平。直到 19 世纪末，我国才开始采用现代化钢结构。新中国成立后，钢结构的应用有了很大的发展，不论在数量上或质量上都远远超过了过去。在设计、制造和安装等技术方面都达到了较高的水平，掌握了各种复杂建筑物的设计和施工技术，在全国各地已经建造了许多规模巨大而且结构复杂的钢结构厂房、大跨度钢结构民用建筑及铁路桥梁等，我国的人民大会堂钢屋架，北京和上海等地的体育馆的钢网架，陕西秦始皇兵马佣陈列馆的三铰钢拱架和北京的鸟巢等。 1.1 钢结构的特
2、点与应用范围1.1.1 钢结构的特点由钢板、热轧型钢、冷加工成型的薄壁型钢以及钢索制成的工程结构称之为钢结构。钢结构有以下特点： （）钢材强度高，结构重量轻钢材与混凝土和木材比较，虽然容重较大，但由于强度很高，容重与屈服点的比值相对较低。因此，在承载力相同的条件下，钢结构与钢筋混凝土结构、木结构相比，构件体积小，结构重量轻，运输和安装方便。例如，当跨度和荷载相同时，普通钢屋架的重量仅为钢筋混凝土屋架重量的。若采用薄壁型钢屋架则更轻。所以钢结构特别适用于跨度大、建筑物高、荷载重的结构，也适用于要求装拆和移动的结构。（）材质均匀，有良好的塑性和韧性与钢筋混凝土和木材相比，钢材的内部组织比较均匀，各
3、个方向的物理力学性能基本相同，可视为各向同性材料，钢材的弹性模量大，具有良好的塑性和韧性。这些物理力学性能，最符合目前所采用的计算方法和结构分析中的基本假定，所以钢结构的实际受力情况与结构分析结果最接近，在使用中安全可靠。（）安装方便，施工周期短 钢结构装配化程度高，一般均采用工厂制造后运至工地安装，因此具有精确度高和大件、批量生产的特点，现场装配速度很快，施工周期很短。例如，建筑面积为第一章 前言2平方米左右的轻钢结构厂房，全部钢结构仅需一个月即可安装完毕，因此可以节省投资，降低造价，提高经济效益和资金周转率。（）密闭性好钢材具有不渗漏性和可焊性，因此可以采用焊接制成完全密封的焊接密闭结构。
4、例如，气密性和水密性要求较高的高压容器，大型油库、煤气柜、大型管道等板壳结构。（）钢结构耐热，但不耐火当钢材温度在以内时，物理力学性能变化很小，当在左右时，钢材的抗拉强度提高而塑性降低，冲击韧性下降；当温度高于时，屈服点和极限强度急剧下降；到达左右时，强度接近于零。钢结构通常在温度时，失去承载能力，所以钢结构耐热（） ，但不耐火。当钢结构长期经受以上的辐射热时，必须在局部区域采取隔热保护措施。此外，对于轻型钢结构，还应根据建筑物的耐火极限时间，对承重构件采取有效的防护措施，如涂刷防火涂料等，但费用较大。（）钢结构易锈蚀，维护费用大钢结构的最大缺点是容易锈蚀，新建的钢结构必须先除锈，然后刷防锈涂
5、料或镀锌，且每隔一段时间要重复一次，维护费用较大。若采用不易锈蚀的耐候钢，则可节省大量劳动力和维护费用，但一次性投入较大，目前还较少采用。1.1.2 钢结构的应用范围（）重型厂房结构重型厂房是指设有起重量很大（以上）或运行非常频繁（重级工作制）的吊车的厂房，以及直接承受很大振动荷载或受振动荷载影响很大的厂房。例如，冶炼厂的平炉车间、热轧车间、混铁炉车间；重型机械厂的铸钢车间、锻压车间、水压机车间；造船厂的船体车间；飞机制造厂的装配车间等。（）大跨度房屋的屋盖结构结构的跨度越大，自重在全部荷载中所占的比例越大。由于钢结构具有强度高、自重轻的优点，最适用于大跨度结构。如飞机库，体育馆，展览厅，影剧
6、院，大型交易市场等屋盖结构。（）高层及多层建筑钢结构由于结构自重轻、构件体积小、装配化程度高，对高层结构特别有利。因此，在高层建筑，特别是超高层建筑中，宜采用钢结构或钢结构框架与钢筋混凝土筒体相结南京工业大学毕业设计（论文）3合的组合结构。此外，钢结构还适用于多层工业厂房，如炼油工业中的多层多跨框架等。（）轻型钢结构轻型钢结构是由冷弯薄壁型钢、薄壁钢管或小角钢、圆钢等组成的结构。屋面和墙体常用压型钢板等轻质材料。由于轻型钢结构具有建造速度快，用钢量省、综合经济效益好等优点，适用于吊车吨位不大于的中、小跨度单层厂房、仓库以及中、小型体育馆等大空间民用建筑。此外，由于轻型钢结构装拆方便，宜用于需要
7、拆迁的结构。（）其他结构）塔桅结构塔桅结构包括电视塔、微波塔、无线电桅杆、高压输电塔、石油钻井塔、化工排气塔、导航塔及火箭发射塔等。）板壳结构板壳结构包括大型储气柜、储液库等要求密闭的容器以及大直径高压输油管、输气管等。1.2 本文的研究内容随着钢结构的不断发展，技术上得到了不断的提高。但与其他发达国家相比还是有不小的差距，还要继续努力，迎接新的挑战和机遇。第一章对钢结构的特点和应用范围做了简单的介绍。第二章介绍了我国已经具备发展钢结构的条件。第三章对钢结构房屋抗震设计进行了分析，需要在容易地震的地域，多建造发展钢结构房屋，可减少地震对人类的伤害。第四章叙述了钢结构未来的发展，并且要不断向发达
8、国家学习。第二章 钢结构的发展4第二章 钢结构的发展2.1 概 述近几年来，随着我国改革开放政策的实行和推进，我国的建设工作取得了突飞猛进的进展。在此期间，我国的钢产量一跃成为世界第一位。1996 年，我国钢产量首次突破亿吨大关；1998 年我国钢产量已达 11434 万 t，而且每年增产 300 万 t.钢产量的增长为发展我国建筑钢结构建设事业创造了极好的时机。我国于 1997 年建成的上海金茂大厦为 95 层，建筑高度 421m，结构高度 395m，也跻身于世界最高行列。如果上海浦东环球中心大厦（95 层 460m）建成，则堪称世界最高，实为我国一大光荣。深圳赛格广场大厦 70 层、高 2
9、79m，为世界上最高的全部采用钢管混凝土的超高层建筑，这又是我国的一大光荣。2.2 我国已经具备发展钢结构的条件（一）我国建筑业持续、稳定的发展 我国经济持续快速发展，建筑业作为国民经济的支柱产业，更是发展迅速。据国家统计局统计，从 2002 年到 2006 年，我国固定资产投资从 43500 亿增加至 109870 亿，年均增长 26%；同期，建筑业总产值由 18527 亿元增加到 40975 亿元，年均增长 22%，建筑业增加值由 7005 亿元增加到 11653 亿元，年均增长 13.6%.20042006 年，建筑业增加值占 GDP 的比重稳定在 5%7%，成为拉动国民经济快速增长的重
10、要力量。 （二）建筑钢材数量、品种、质量已基本满足钢结构行业发展的需要 2005 年钢材产量达到 3.71 亿吨，2006 年钢材产量己达到 4.18 亿吨，预计 2007 年粗钢产量达 4.9 亿吨左右，人均消费 300 公斤左右。马钢、莱钢生产的热轧 H 型钢从零开始到 2006 年底产量达到 500 多万吨。2006 年彩涂板产量 212 万吨，实际己达 500 万吨。其他钢结构用的型钢、钢管、高频焊接 H 型钢、冷弯型钢及镀层钢板等都有明显增长。（三）钢结构企业发展迅速、应用领域不断扩大 南京工业大学毕业设计（论文）5最近各地成立了一些钢结构设计研究所，专门从事钢结构的结构设计、详图设
11、计和咨询工作。涌现出一大批优秀钢结构设计机构，设计软件和科研成果不断开发，修订了钢结构设计、施工质量验收规范、编写技术规程、设计图集等 90 多本，出版了大量钢结构专业教材、论文著作和应用手册。30 多家特级钢结构制造企业（年产量超过 5 万吨的企业称为特级企业）走在行业前头，有的年产量己超过 20 万吨，制造水平达到了国际先进水平。近千家中小企业发挥自己的特长，形成钢结构加工行业百舸争流的大好形势。 30 多家有实力的钢结构安装企业承担了国内重点大型钢结构工程的安装。新技术、新工法、新设备层出不穷，其施工安装水平达到了国际先进水平。 钢结构配套产品齐全（包括高强螺栓、栓钉、各类焊接材料、各种
12、连接件及保温隔热材料），加工设备制造厂发展迅速，满足了钢结构行业的需求。 （四）我国钢结构总量及预测 我过钢结构总量及预测具有以下特点： 1.上海、浙江、江苏地区钢结构加工量约为 350 万吨以上，约占全国钢结构加工量的1/3以上。 2.2005 年中治集团下属冶金建设公司钢结构加工总量达 200 万吨。 3.工业建筑（厂房）钢结构用量约为 230 万吨，民用建筑（房屋）约为 150 万吨，它们之间的比例约为 6：4。 4.所用钢材品种的比例：中厚板（包括特厚板）约占 50以上，热轧 H 型钢占 15左右，彩涂板（包括镀锌板）占 12，管材占 3.5左右，其他型钢及冷弯型钢约占 19。 （五）
13、政府加强了钢结构发展的政策引导和支持 1.编制行业规范及导则 目前，我国已基本编制修订完成建筑钢结构的钢材设计、制造、施工等有关国家行业标准、规范约 90 本，并编制了住宅性能评定指标体系、公共建筑节能设计标准健康住宅建筑技术标准 等标准。建设部编制 2010 年建设事业技术政策纲要，并于 2001 年底发布了钢结构住宅建筑产业化技术导则。 2.编制“十一五”建筑钢结构发展目标 第二章 钢结构的发展6（1）积极扩展建筑钢结构用钢材的品种，提高产品性能。研究和开发高性能建筑专用钢材系列产品，包括优质焊接结构钢、高强度优质厚板、优质可焊铸钢等；扩大冷弯型钢和热轧 H 型钢的品种和规格，包括大截面冷
14、弯管材、大截面 H 型钢和轻型 H 型钢等；合理推广采用耐候钢、耐火钢、Z 向钢和药芯焊条等。2010 年，将基本实现建筑钢结构用钢国产化的目标。 （2）大力推动建筑钢结构的发展，进一步提高应用技术水平。高层和超高层建筑优先采用合理的钢结构或钢-混凝土结构体系；大跨度建筑积极采用空间网格结构、立体桁架结构、索膜结构以及施加预应力的结构体系；低层建筑大力推广采用经济适用的轻型钢结构体系。2010 年，建筑钢结构用钢量争取达到国家总产钢量的 6%，同时，建筑钢结构的综合技术水平接近或达到国际先进水平，并逐步实现产业化。 （六）重视和发展钢结构建筑逐渐得到了认同 钢结构建筑是一种新型的节能环保的建筑
15、体系，被誉为 21 世纪的“绿色建筑“之一，是一种节能环保型、能循环使用的建筑结构，符合发展省地节能建筑和经济持续健康发展的要求，在高层建筑、大型工厂、大跨度空间结构、交通能源工程、住宅建筑中更能发挥其自身优势。 2.3 我国钢结构行业发展的趋势 （一）我国钢结构行业发展的趋势 在今后一段时间内，在下列几个领域内钢结构用量将会增加： 1.由于火力电厂建设速度还会不断加快，主厂房和锅炉钢架用钢量会增加。 2.交通工程中的桥梁会有所增加。铁路桥梁均采用钢结构，公路桥梁采用钢结构已也 成为近几年来的一个发展趋势，因此，随着桥梁建设项目的增加，也会加大钢结构用量。 3.市政建设中采用钢结构的量会增加。
16、地铁和轻轨工程、城市立交桥、高架桥、环保工程、城市公共设施及临时房屋等都越来越多的采用钢结构，尤其在北京、上海、天津、重庆和各大省会城市以及经济发达的中型城市，钢材消耗量会明显增加。北京奥运会、上海世博会、广州亚运会、深圳世青会的配套设施都采用大量钢结构建筑。 南京工业大学毕业设计（论文）74.钢结构住宅将增加。国家提倡建设节能省地住宅，而有关钢结构住宅的设计规范及配 套技术、材料基本具备。如我国每年竣工 6 亿平方米的城镇住宅建设有 5%采用钢结构，按多层、高层建筑平均每平方米用钢 50 公斤计算，用钢量将达到每年 150 万吨。 5.由于中国钢材价格、劳动力成本都比国际低，而且钢结构质量优
17、良，因此，在国际工程市场上有较强的竞争力。这几年国外企业在中国采购钢结构量有所增加，许多钢构厂都承接了海外订单。 经过唐山大地震、汶川地震的洗礼，钢结构房屋的抗震性好，毋庸置疑。我国如何更好提高钢结构房屋的抗震设计，值得反思。第三章 钢结构房屋抗震设计8第三章 钢结构房屋抗震设计3.1 概述钢材强度高用以建造房屋可减轻结构的质量，从而减轻结构所受的地震作用；钢材的材质匀，强度易于保证，因此结构的可靠件人；钢材的延件好，V 使结构只有很大的变形能力，即使在很大的变位下仍不致倒塌，从而可保证结构的抗震安全性。总之，钢材是一种很适宜于建造抗震结构的材料。但出钢材建成的结构物，如果设计与制造不当，则其
18、优良的材性将得不到充分的发挥，在地震作用下未必具有较高的承载力和延性。这主要是因为钢结构可能发生构件的失稳和材料的脆性破坏。二.钢结构对房屋的震害一般说来，钥结构房屋在强震作用下在承载力方圆是足够的。根据震害调夯一些多层及高层钢结构房屋，即使在设计时并末考虑抗震，在强震下承载力仍足够，但其侧向刚度一舱不足，以致窗户及隔墙受到破坏。在世界历次强震中，钢结构的多层及高层建筑，只要是合理进行没计、制造和安装的，均未发生倒塌。钢结构单层厂房，根据我国震害调查，在 9 度区承重结构本身均无任何破坏；唐山地震中，位于 10 度区未经抗震设防的钢结构厂房也仍能保持完好。钢结构在地震作用下虽极少整体倒塌，但常
19、发生局部破坏，如梁、柱的局部失稳与整体失稳，交叉支撑的破坏，节点的破坏等。交叉支撑的破坏是钢结构中常见的震害。圆钢拉条的破坏发生在花篮螺栓处、拉条与节点板连接处。型钢支撑受压的由于失稳而导致屈曲破坏，受拉时在端部连接处拉脱或抡断，在框架结构中发生梁、柱焊接连接破坏，亦有发生柱腕性断裂的。此外，还可能发生检与基础连接的破坏，此时铺栓拔出，或在水平向剪坏。三.多层和高层钢结构房屋抗震设计在房屋建筑中，当房屋层数较多而高度较大时，钢结构往往是一种经济有效的结构型式。国外，尤其是美国，在进入 20 世纪以后，建成了大量高层钢结构建筑。在我国，随着经济建设的发展，自 20 世纪 80 年代中期开始至今已
20、建成 50 余幅，丰要分布在上海、北京、深圳等地。目前世界高层钢结构高度最高约 450m，现正向 500m 以上高度发展。四. 钢结构房屋体系南京工业大学毕业设计（论文）9钢结构房屋可以选用各种不同的体系，如纯框架体系、框架一支撑(剪力塌板)体系、简体、巨型框架体系等。在地震区，当设防烈度为 67 度、8 度、9 度时，上述纯框架体系适用的最大高度分别为 Ito、如、50m，后两类体系的适用的最大高度较之纯框架体系可分别增高倍和一倍左右。在 L 述相应的设防烈废下房屋适用的最大岗宽比分别为 65、60、55。1纯框架体系（1）结构特点：一般不超过 12 层的钢结构房屋可采用框架结构。纯框架体系
21、由于在柱子之间不设置支撑或墙板之类的构件，故建筑平面布置及窗户开设等有较大的灵活性。这类结构的抗侧力能力有赖于梁柱构件及其节点的强度与延性故节点必须做成可靠的刚接，但这将导致行点构造的复杂化增加制作和安装费用。（2）工作性能：框架体系的承载力及变形性能，对于最简单的门式框架，其水平荷载与位移之间的滞回曲线。在框架中，柱中无轴力，而在框架中，柱具有轴压力N0.5Ny (其中 Ny 为桂的屈服轴力)。可以看到，由于钢材应变硬化的影响，在塑性阶段的每一循环中，框架承载力均有所提高。前一种框架的滞回曲线饱满呈梭形，后一种框架的滞回曲线则出于校轴压力的存在引起 PA 效应而使框架承载力降低，并日Q 现负
22、斜率 o 这种现象随柱轴压比和长纫比的增加而愈趋明显，当柱板件因宽厚比较大而发生局部失稳及侧向失稳时，负斜率更易出现。对丁单层框架恢复力特性曲线，可采用模型。当柱中无知压力或抽压力很小时可采用模型；当柱中有轴压力，梁发生屈服而校尚保持弹性时可采用模型；当柱中存在高钠压力，柱发生屈服时采用模型。对于多层多跨框架，因梁、柱的屈服是逐渐进行的，故其屈服现象不如上述门式框架明显，其滞问曲线。对应于这类恢复力特性曲线，目前， 一般采用 Ramberg-Os-good型、双线型或二线型，2框架一支耀体系(1)结构特点：纯框架结构抗侧剐废较小，高度较大时，为了满足使用荷载下的刚度要求往往加大截面、使承载能力
23、过大。为 f 提高结构的侧向刚度，对于高层建筑，比较经济的办法是在框架的一部分开问中设置支撑，支探与梁、住组成一竖向的支撑衍架体系，它们通过楼板体系可以与无支撑框架共同抵抗侧力以减小侧向位移。(2)工作性能：刚接框架中设置文撑时，圃框架本身具有一定的抗侧力能力，故整个支撑体系的工作性能取决于刚接框架与支撑杆的共同工作。为中心支撑框架的滞回曲第三章 钢结构房屋抗震设计10线，在后期由于支撑构件失稳，出现滑移现象而其滞回性能与纯框架不同。为偏心支撑框架的滞 N 曲线，因文撑构件不失稳，故其滞回性能很好，接近于纯框架体系。3框架一剪力墙扳体系框架一剪力墙板体系是在钢框架中嵌入剪力墙板而成。剪力墙板可
24、采用钢板，也可用钢筋混凝土板，后者较经济，应用更普遍。框架一剪力墙板体系也是种有效的结构形式，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。考虑到普通整块钢筋混凝土墙板初期刚度过高，地震时它们将首先斜向开裂，发生脆性破坏而退出工作，造成框架超载而破坏，所以提出了一种带竖缝的剪力墙体它将墙板分割成一系列延性较好的壁柱，这种墙在强震时能与钢框架一起工作。4简体体系简体体系对于超高层建筑是一种经济有效的结构形式，它既能满足结构刚度的要求，并能形成较大的使用空间。简体体系根据结构布置和组成方式的不同，可以分为框架筒、衍架筒、筒中简以及来筒等体系。5巨型框架体系巨型框架体
25、系是由柱距较大的立体析架柱及立体格架梁构成的空间结构体系，在空间衍架层之间设置次框架结构以展翅空间衍架层之间的各层楼面荷载。这种体系可在下部若干层高度范围内设置大空间的元住中庭、展览厅和多功能厅等。3.2 高层钢结构抗震设计高层建筑钢结构的抗震设计采用两阶段设计法。第一阶段为多遇地震作用下的弹性分析，验算构件的承载力和稳定以及结构的层间位移；第二阶段为罕遇地震作用下的弹塑性分析，验算结构的层间侧移和层间侧移延性比。1地震作用计算（1）高层建筑钢结构的自振周期计算 T1 = 0.1n (s)(2)设计反应诺：高层钢结构在弹性阶段的阻尼比取 0.022地震作用下内力与位移计算(1)多遇地震作用下。
26、高层钢结构在多遇地震作用下反应分析可根据不同情况，采用底部剪力法、反应谱振型分解法以及时程分析法等方法。 南京工业大学毕业设计（论文）11(2)罕遇地震下。高层钢结构在罕遇地震作用下应采用时程分析法对结构进行弹塑性时程分析计算薄弱楼层弹塑性变形。计算时，不计人风荷载，竖向荷载宜取重力荷载代表值。对规则结构，可采用弯剪层间模型或平面杆系模型，不规则结构应采用考虑扭转的空间模型。在采用杆系模型分析时，梁、柱的恢复力模型可采用双线型，其滞回模型不考虑刚度退化。分析时结构的阻尼比可取 0.05。3构件设计(1)内力组合：在抗震设计中， 一般建筑结构可不考虑风荷载及竖向地震的作用，们对厂高大于 60m
27、的高层建筑须考虑风荷载的作用，在 9 度区时尚须考虑竖向地震的作用。(2)设汁原则：框架梁、柱截面按弹性设计。设计时应考虑到在罕遇地震作用下框架将转入塑性工作，必须保证这一阶段的延性什能，使其不致倒塌。特别要搀意防止梁、柱发生整体和局部失稳，故粱、柱板件既宽厚比应不超过共存塑性设计时的限值。同时，为位框架具有较大的吸能能力，此使框架在形成例塌机构时塑件铰u出现在梁上而柱子除住脚截面外保持为弹性状态，即将框架设计成强住弱粱体系。也要考虑到塑性铰出现在柱端的可能性而采取措施，以保证其强度 c 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，很唯保证所有塑性铰出现在梁 J：，正 Lb 于构
28、件的实际尺寸、强度以及材性常勺设 11 取值有相当出入，当梁的实际强度大于柱的，塑性铰将转移至仕上。此外，在设计中般不考虑竖向地震作用，即忽略了由此引起的校轴向内力，从而过高估计柱的抗弯能力。4侧移控制钢框架结构应限制并控制其侧移使共不超过一定的数值，以免在小震下(弹性阶段)由于层间变形过大而造成非结构构件的破坏，而在大震下(弹塑性阶段)造成结构的倒塌。为了控制框架侧移不致过大，可采取各种措施：一种是减少梁的变形，囱为结构侧移一般总与梁的 6JL 成反比，减少粱的变形要比减少校的变形经济。但必须注意，一旦增加梁的强度，塑性铰明 6h 梁上转移至柱上。另种办法是减少节点区的变形，这可改用腹板较厚
29、的重型榨或局部加固节点区来达到。此外，可以采用增加柱子数量酌办法，因为侧移的大小与抵抗层间剪力的柱子数量关系很大。向时增加柱数，梁的跨度就减小，结构刚度也随之增加。在多遇地震下，高层钢结构的层间侧路标准值应不超过层高的 1/300。第三章 钢结构房屋抗震设计12用时程分析法验算罕遇地震下结构的弹塑性位移时，在罕遇地震下、高层钢结构的层间侧移应不超过层高的 150。中国的台湾省属于环太平洋地震带，中国西南边境沿喜马拉雅山脉一线又是地中海南亚地震带的一段，中国大陆正好位于世界两大地震带之间，属于亚欧板块的一部分。东面，太平洋板块向我国大陆挤压；西南面，印度洋板块又与亚欧板块发生剧烈碰撞，在两面夹击
30、的作用下，使我国成为一个多地震的国家。3.3 钢结构的震害特点钢结构的震害主要有节点连接的破坏、构件的破坏以及结构的整体倒塌三种形式。3.3.1 节点连接的破坏框架梁柱节点区的破坏原因1994 年美国诺斯里奇地震和 1995 年的日本阪神地震均造成了很多梁柱刚性节点的破坏。美国在调查的 1000 多栋中破坏 100 多栋。破坏的特点是梁下翼缘裂缝占80%95%；上翼缘裂缝占 15%20%；裂缝起源于焊缝的占 90%99%，而且主要起源于下翼缘焊缝中部；起源于母材的只占 1%10%；不少裂缝像柱子扩展，严重的将柱裂穿；有点向梁扩展；有的沿连接螺栓线扩展。对节点破坏原因的分析1）焊缝金属冲击韧性低
31、；2）焊缝存在缺陷，特别是下翼缘梁端现场焊缝中部，因腹板妨碍焊接和检查，出现不连续；3）梁翼缘端部全熔透坡口焊的边缘形成人工缝，在竖向力作用下扩大；4）裂缝主要出现在下翼缘，是因为梁上翼缘由楼板加强，且上翼缘焊缝无腹板妨碍施焊3.3.2 支撑连接的破坏在多次地震中都出现过支撑与节点板连接的破坏或支撑与柱的连接的破坏。1980 年在日本的宫城县地震中，一栋两层的框架，由于支撑节点的断裂，使仓库的第一层完全倒塌。 采用螺栓连接的支撑破坏形式，包括支撑截面削弱处的断裂、节点板端部剪切滑移破坏、以及支撑杆件螺孔间剪切滑移破坏。南京工业大学毕业设计（论文）133.4 构件的破坏3.4.1 支撑杆件的整体
32、失稳、局部失稳和断裂破坏在框架支撑结构中，这种破坏形式是一种普遍现象。支撑杆件可近似看成两端轴心受力构件，在风荷载和多遇地震作用下，保持弹性工作状态，只要设计得当，一般不会发生整体失稳现象。在罕遇地震作用下，中心支撑构件会遇到巨大的往复拉压运动，一般都会发生整体失稳现象，并进入塑性屈服阶段，损耗能量。当支撑构件的组成板件宽厚比较大时，往往伴随这整体失稳的出现板件的局部失稳现象，进而引发低周疲劳和断裂破坏，这在以往的震害中并不少见。试验研究表明，要防止板件在往复塑性应变作用下发生局部失稳，进而引发低周疲劳破坏，必须对支撑板件的宽厚比进行限制，且应比塑性设计的还要严格。3.4.2 钢柱脆性断裂在
33、1995 年阪神地震中，位于海滨城高层住宅小区的 21 栋巨型钢框架结构的住宅楼中，共有 57 根发生的断裂，分析原因认为：1）竖向地震及倾覆力矩在柱中产生较大的拉力；2）箱形截面柱的壁厚达 50mm，厚板焊接时过热，使焊缝附近钢材延展性降低；3）钢柱暴露于室外，当事正值日本的严冬，钢材温度低于 0 摄氏度。3.5 结构的倒塌破坏1985 年墨西哥大地震中，墨西哥市综合大楼的 3 个 22 层钢结构塔楼之一倒塌，其余两栋也发生的严重破坏，其中一栋已接近倒塌。这 3 栋塔楼的结构体系均为框架支撑结构。分析表明，塔楼发生倒塌和严重破坏的主要原因之一，是由于纵横向垂直支撑偏位设置，导致刚度中心和质量
34、重心相距太大，在地震中产生了较大的扭转效应，致使钢柱的作用 1995 年阪神地震中，也有钢结构房屋倒塌，倒塌的房屋大多是 1971 年以前建造的，当事日本钢结构设计规范尚未修订，抗震设计水平还不高。在同一地震中，按新规范设计建造的钢结构房屋的倒塌数要少的多，说明震害的严重与否，和结构的抗震设计水平有很大关系。第三章 钢结构房屋抗震设计143.6 抗震结构体系在钢结构房屋中用的较多的结构体系有框架结构，框架中心支撑结构和框架偏心支撑结构等。纯钢架结构延性好，抗震性能好，但由于抗侧刚度较差，不宜用于层数太高的建筑。采用能与钢框架抗侧钢度相匹配的内藏钢板剪力墙和带竖缝剪力墙代替支撑，当房屋高度更高时
35、，可采用沿建筑周边设置密柱深梁框架构成的框筒结构。框筒结构抗侧刚度大，并具有较好的抗震性能。 3.7 抗震设计要求3.7.1 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和低合金高强度结构钢的规定。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：一.钢材的抗拉强度与屈服强度的实测值之比不应小于 1.2；二.钢材的伸长率应大于 20%，且应有明显的屈服台阶；三.钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性；四.偏心支撑框架中的耗能连梁不得采用屈服强度
36、高于 345N/mm 的钢材；（2）采用焊连接的节点，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度的下比冲击功应大于或等于 27J。3.7.2 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。即在进行屋面的平、剖、立面设计和结构体系布置时，应尽可能做到房屋体型简单、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
37、、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。南京工业大学毕业设计（论文）15（2）钢结构房屋应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，防震缝的宽度不应小于相应钢筋混凝土结构房屋的 1.5倍。3.7.3 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
38、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，减少地震作用。（3）应避免部分结构后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。（4）结构应具有必要的抗震承载力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力。例如，为了避免传统的梁柱刚性节点发生脆性破坏，可采用在节点附近消弱梁翼缘截面的办法，或采用在节点处设置加强梁断的办法，使梁中承受最大应力的截面离开梁柱接触表面，充分发挥塑性转动能力和消耗地震能量的能力。（5）对可能出现的
39、薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。例如，应体现强节点弱构件的设计思想，避免诸如支撑的连接点先于杆件破坏所引发的震害。（6）应体现大震不倒、小震不坏的抗震设计目标，采用多遇地震时按弹性设计、罕遇地震时按弹塑性进行变形验算的二阶段设计方法进行抗震设计。在进行小震设计时，钢结构均处于弹性，阻尼比较小，可取为 0.02；大震验算时进入弹塑性状态，阻尼比较大，可取为 0.05。3.8 抗震构造要求我国建筑抗震设计规范的第 8 章、第 9 章和附录 G，针对不同的工业与民用建筑钢结构体系，规定了相应的抗震构造措施。这些措施虽不尽相同，但其目的和手段确是一样的，那就是通过限制受压构件的长细比、梁平面外的长细
40、比、构件组成板件的宽厚比、采取措施增强连接节点的承载能力以及控制制作和施工质量等手段，达到结构在罕第三章 钢结构房屋抗震设计16遇地震作用下能承受较大的往复塑性变形、吸收和消散地震输入的能量而不倒塌的目的。南京工业大学毕业设计（论文）17第四章 钢结构发展前景4.1 钢结构发展,应关注三大领域 根 据 行 业 发 展 状 况 ， 刘 军 认 为 ， 海 洋 石 油 工 程 装 备 、 钢 结 构 住 宅 、 钢 结 构 桥 梁 等3 个 领 域 的 发 展 应 当 引 起 国 家 有 关 主 管 部 门 的 关 注 ， 如 果 受 到 重 视 和 政 策 鼓 励 ， 完 全可 以 实 现 产
41、业 倍 增 的 目 标 。 刘 军 指 出 ， 海 洋 石 油 的 产 量 在 2015 年 要 达 到 1 亿 吨 ， 海 洋 工 程 装 备 企 业 的 目 标是 要 为 深 海 1500 米 3000 米 的 开 采 提 供 大 量 装 备 ， 产 业 水 平 及 规 模 必 须 提 高 ； 钢 结构 住 宅 符 合 绿 色 环 保 、 节 能 减 排 和 循 环 经 济 政 策 ， 其 工 业 化 、 标 准 化 的 钢 结 构 住 宅 产品 具 有 广 阔 和 无 限 的 市 场 空 间 ； 目 前 ， 全 国 59 万 座 公 路 桥 梁 中 钢 结 构 桥 梁 不 足1%， 铁
42、路 系 统 高 速 发 展 ， 新 建 线 路 以 桥 代 路 ， 80%均 是 预 应 力 钢 筋 混 凝 土 桥 梁 。 而 钢结 构 桥 梁 在 日 本 占 到 41%， 美 国 占 到 33%， 由 此 可 见 我 国 钢 结 构 桥 梁 的 市 场 需 求 和 产业 发 展 与 发 达 国 家 还 有 很 大 差 距 。 中 国 钢 结 构 产 业 在 近 10 余 年 期 间 发 展 迅 速 ， 已 成 为 全 球 钢 结 构 用 量 最 大 、 制 造施 工 能 力 最 强 、 产 业 规 模 第 一 、 企 业 规 模 第 一 的 钢 结 构 大 国 。 钢 结 构 企 业 ：
43、 须 重 视 “十 二 五 ”发 展 刘 军 指 出 ， 各 地 重 大 钢 结 构 工 程 的 成 功 建 设 ， 说 明 我 国 的 钢 结 构 综 合 技 术 水 平 已处 于 国 际 先 进 水 平 。 但 我 国 的 钢 结 构 产 业 在 信 息 化 、 自 动 化 、 标 准 化 、 科 研 创 新 方 面同 发 达 国 家 相 比 还 有 不 小 的 差 距 。 2011 年 是 国 家 “十 二 五 ”规 划 起 始 之 年 ， 国 家 有关 部 委 、 行 业 协 会 及 企 业 集 团 、 钢 结 构 企 业 都 在 进 行 调 研 、 分 析 市 场 及 未 来 发 展
44、 趋 势 。国 家 发 改 委 、 工 信 部 、 科 技 部 也 正 在 研 究 有 关 战 略 性 新 型 产 业 确 定 和 规 划 目 标 ， 对 具有 国 际 先 进 水 平 、 自 主 创 新 能 力 强 、 国 际 竞 争 实 力 强 大 并 可 以 占 领 更 多 市 场 的 产 业 ，将 列 入 规 划 并 给 予 支 持 、 扶 持 政 策 。 机 遇 也 是 挑 战 ， 我 国 钢 结 构 产 业 能 否 上 台 阶 、 上规 模 ， “十 二 五 ”期 间 的 发 展 至 关 重 要 。 刘 军 介 绍 说 ， 中 国 钢 结 构 协 会 经 过 调 查 研 究 ， 在
45、 听 取 有 关 专 家 意 见 和 建 议 后 ， 草拟 了 关 于 钢 结 构 产 业 在 国 家 “十 二 五 ”规 划 的 战 略 思 考 及 建 议 草 案 ， 在 征 求 有关 人 员 的 意 见 后 ， 协 会 将 组 织 有 关 专 家 具 体 落 实 、 完 善 ， 以 促 进 “十 二 五 ”期 间 钢结 构 行 业 取 得 更 大 发 展 。（1）高层钢结构建筑是一个国家经济实力和科技水平的反映，又往往被当作一个城市的标志性建筑。从 20 世纪 80 年代至今已建成和在建高层钢结构达 80 多幢，总面积约 600第四章 钢结构发展前景18万平方米，钢材用量 60 多万吨。
46、北京和上海新建和在建高层钢结构就超过 10 幢。如上海环球金融中心（101 层、高 492 米、用钢量 6.5 万吨）、中关村金融中心（建筑面积11 万平方米、高度为 150 米、用钢量 1.5 万吨）、LG 大厦（建筑面积 25 万平方米、高度为 110 米、用钢量 1.0 万吨）等。今后，全国每年将有 200300 万平方米高层钢结构建筑施工，用钢量约 45 万吨。 （2）.近年来，以网架和网壳为代表的空间结构继续大量发展，不仅用于民用建筑，而且用于工业厂房、候机楼、体育馆、大剧院、博物馆等。无论在使用范围、结构型式、安装施工工法等方面均具有中国建筑结构的特色。如杭州、成都、西安、长春、上
47、海、北京、武汉、济南、郑州等地的飞机航站楼、机库、会展中心等建筑，都采用圆钢管、矩型钢管制作为空间桁架、拱架及斜拉网架结构，其新颖和富有现代特色的风格使它们成为了所在城市的标志性建筑。据中国钢结构协会空间结构分会统计：网架和网壳的生产近三年已趋于平稳状态，每年建造 1500 座，约 250 万平方米，用钢约 7 万吨；空间桁架，2001 年建造 20 座，60万平方米；悬索结构，1991 年至今建造 7 座，15218 平方米；膜结构，2001 年建造 40 座，11.7 万平方米；悬索和膜结构目前处于发展阶段，用量还不大，专家预计每年将以 20%的速度增加。 网架和网壳的设计规程正在修订，将
48、合二为一；膜结构设计规程己经出版，而高中档膜材（如 PTFE、ETFE）如今仍需进口。目前，国内已有多家膜结构工程公司，承担着众多体育场馆、机场、公园和街道景观的设计和施工。 （三）轻钢结构 轻钢结构是相对于重钢结构而言的，其类型有门式刚架、拱型波纹钢屋盖结构等，用钢量（不含钢筋用量）一般为每平方米约 30 公斤。门式刚架房屋跨度一般不超过 40 米，个别达到 70 多米，单跨或多跨均用，单层为主，也可用于二层或三层建筑，厂房单体面积已超过 10 万平方米；拱型波纹钢屋盖结构跨度一般为 8 米，每平方米自重仅为 20 公斤，每年增长约 100 万平方米，用钢 4 万吨。门式刚架和拱型波纹钢屋盖
49、都有相应的设计施工规程、专用软件和通用图集。 （四）钢-混凝土组合结构 南京工业大学毕业设计（论文）19钢-混凝土组合结构是充分发挥钢材和混凝土两种材料各自优点的合理组合，不但具有优良的静、动力工作性能，而且能大量节约钢材、降低工程造价和加快施工进度，同时,对环境污染也较小，符合我国建筑结构发展的方向。 自上世纪 80 年代开始，钢-混凝土组合结构在我国发展十分迅速，已广泛应用于冶金、造船、电力、交通等部门的建筑中，并以迅猛的势头进入了桥梁工程和高层与超高层建筑中。 上世纪 90 年代，我国采用这种组合结构建成了世界跨度最大的公路拱桥，如广州丫鬓沙大桥，桥长 360 米，重庆万州长江大桥，跨度 420 米，前者为钢管混凝土拱桥，后者为劲性钢管混凝土骨架拱桥。全国已建成的组合结构拱桥已超过 300 座。 在高层建筑方面，建成了全部采用组合结构的超高层建筑-深圳赛格广场大厦，高 291.6 米，属世界最高的钢-混凝土组合结构。全国已建成的采用组合结构的高层建筑也已超过 40 幢。 （五）钢结构住宅 发挥钢
