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高层钢结构震害现象及其原因分析

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钢结构被认为具有卓越的抗震性能,在历次的地震中,钢结构房屋的震害要小于钢筋混凝土结构房屋。很少发生整体破坏或倒塌现象。尽管如此,由于焊接、连接、冷加工等工艺技术以及外部环境的影响,钢材材料的优点将受到影响。特别是因设计、施工以及维护不当,就很可能造成结构的破坏。根据钢结构在历次地震中的破坏形态,可能破坏形式分为以下几类:

1、 结构倒塌

结构倒塌是地震中结构破坏最严重的形式。造成结构倒塌的主要原因是结构薄弱层的形成,而薄弱层的形成是由于结构楼层屈服强度系数和抗变4刚度沿高度分布不均匀造成的。这就要求在设计过程中应尽量避免上述不利因素的出现。

2、 节点破坏

节点破坏是地震中发生最多的一种破坏形式。剐性连接的结构构件一般采用铆接或焊接形式连接。如果在节点的设计和施工中,构造及焊缝存在缺陷,节点区就可能出现应力集中、受力小均的现象,在地震中很容易出现连接破坏。梁柱节点可能出现的破坏现象主要表现为:铆接断裂,焊接部位位脱,加劲板断型、屈曲,腹板断裂、屈曲等。

3、 构件破坏

在以往所有地震中,多高层建筑钢结构构件破坏的主要形式有支撑的破坏与失稳以及梁柱局部破坏两种。(1)支撑的破坏与失稳。当地震强度较大时,支撑承受反复拉压的轴向力作用,一旦压力超出支撑的屈曲临界力时,就会出现破坏或失稳。(2)梁柱局部破坏。对于框架柱,主要有翼缘屈曲、翼缝撕裂,甚至框架柱会出现水平裂缝或断裂破坏。对于框架梁,主要有翼缘屈曲、腹板屈曲和开裂、扭转屈曲等破坏形态。

4、基础锚固破坏

钢构件与基础的锚固破坏主要表现为柱脚处的地脚螺栓脱开、混凝土破碎导致锚固失效、连接板断裂等,这种破坏形式曾发生多起,根据对上述钢结构房屋震害特征的分析可知,尽管钢结构抗震性能较好,但在历次的地震中,也会出现不同程度的震害。究其原因,元素是和结构设计、结构构造、施工质量、材料质量、日常维护等有关,为了预防以上震害的出现,减轻震害带来的损失,多高层钢结构房屋抗震设计必须严格遵循有关规程进行。

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