1、從汶川地震災(zāi)禍看鋼構(gòu)造在地震區(qū)的運(yùn)用李國強(qiáng) 同濟(jì)大學(xué)汶川地震中房屋建筑的破壞汶川地震中房屋建筑的破壞o砌體構(gòu)造砌體構(gòu)造o鋼筋混凝土構(gòu)造鋼筋混凝土構(gòu)造o磚木構(gòu)造磚木構(gòu)造四川汶川地震震后的映秀鎮(zhèn)航拍秀水鎮(zhèn)民興中學(xué)砌體構(gòu)造砌體構(gòu)造 土門鎮(zhèn)中學(xué)土門鎮(zhèn)中學(xué)漩口中學(xué)某教學(xué)樓都江堰某公共建筑框架構(gòu)都江堰某公共建筑框架構(gòu)造部分垮塌造部分垮塌 南壩鎮(zhèn)南壩鎮(zhèn)-強(qiáng)梁弱柱導(dǎo)致柱頂強(qiáng)梁弱柱導(dǎo)致柱頂產(chǎn)生塑性鉸產(chǎn)生塑性鉸 磚木構(gòu)造磚木構(gòu)造土門鎮(zhèn)麓棠村小學(xué)土門鎮(zhèn)麓棠村小學(xué)磚木構(gòu)造磚木構(gòu)造綿竹供星鎮(zhèn)一農(nóng)居都江堰九洲體育館都江堰九洲體育館 o震害很輕，主要發(fā)生在維護(hù)構(gòu)造震害很輕，主要發(fā)生在維護(hù)構(gòu)造江油體育館屋頂江油體育館屋頂 鋼

2、構(gòu)造抗震的優(yōu)越性鋼構(gòu)造抗震的優(yōu)越性o鋼構(gòu)造分量輕鋼構(gòu)造分量輕o鋼構(gòu)造延性好鋼構(gòu)造延性好o鋼構(gòu)造滯回特性好鋼構(gòu)造滯回特性好鋼構(gòu)造分量輕鋼構(gòu)造分量輕強(qiáng)度：強(qiáng)度：鋼材強(qiáng)度：鋼材強(qiáng)度：Q235Q235Q420Q420混凝土強(qiáng)度：混凝土強(qiáng)度：C20C20C60C60鋼材強(qiáng)度約是混凝土強(qiáng)度的鋼材強(qiáng)度約是混凝土強(qiáng)度的8 8倍。倍。密度：密度：鋼材密度：鋼材密度：7850kg/m37850kg/m3混凝土密度：混凝土密度：2450kg/m32450kg/m3鋼材密度約是混凝土密度的鋼材密度約是混凝土密度的3.23.2倍。倍。鋼構(gòu)造分量輕鋼構(gòu)造分量輕截面特性：截面特性：鋼構(gòu)件鋼構(gòu)件 混凝土構(gòu)件混凝土構(gòu)件鋼構(gòu)件截

3、面利用率高于混凝土構(gòu)件鋼構(gòu)件截面利用率高于混凝土構(gòu)件鋼構(gòu)造自重鋼構(gòu)造自重= =1/23/51/23/5混凝土構(gòu)造自重混凝土構(gòu)造自重鋼構(gòu)造地震作用相對(duì)小鋼構(gòu)造地震作用相對(duì)小GF鋼構(gòu)造分量輕鋼構(gòu)造分量輕鋼構(gòu)造延性好鋼構(gòu)造延性好應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)變伸長率伸長率2020混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系抗壓強(qiáng)度對(duì)應(yīng)應(yīng)變： 0.2%鋼構(gòu)造延性好鋼構(gòu)造延性好 利用構(gòu)造延性抵抗地震作用，鋼構(gòu)造利用構(gòu)造延性抵抗地震作用，鋼構(gòu)造的承載力可減小。的承載力可減小。鋼構(gòu)造延性好鋼構(gòu)造延性好121Pe 彈性承載力要求彈性承載力要求Py 彈塑性承載力要求彈塑性承載力要求(mm)604020406020P(kN)600600

4、PP(a)梁(b)柱(mm)-20-101020010-10PN(m m )6040 2040 6020P(kN )600600PP(a)梁(b)柱(m m )-20-101020010-10PNVVV(d )節(jié) 點(diǎn) 域a梁幾種鋼構(gòu)件的滯回曲線幾種鋼構(gòu)件的滯回曲線 鋼構(gòu)造滯回特性好鋼構(gòu)造滯回特性好幾種典型的鋼筋混凝土構(gòu)件的滯回曲線幾種典型的鋼筋混凝土構(gòu)件的滯回曲線 P骨架曲線(a)受彎構(gòu)件PoA(b)壓彎構(gòu)件oMNP骨架曲線A(c)剪力墻PPA骨架曲線構(gòu)造地震輸入能量的耗費(fèi)構(gòu)造地震輸入能量的耗費(fèi) outinEE構(gòu)造滯回性能越好，構(gòu)造地震反響越小。構(gòu)造滯回性能越好，構(gòu)造地震反響越小。VVV(d)

5、節(jié)點(diǎn)域哈哈哈哈dtmvEin221pyoutuFE鋼構(gòu)造滯回特性好鋼構(gòu)造滯回特性好鋼構(gòu)造震害小鋼構(gòu)造震害小 總體來說，在同等場(chǎng)地、烈度條件下，鋼構(gòu)造房屋的總體來說，在同等場(chǎng)地、烈度條件下，鋼構(gòu)造房屋的震害較鋼筋混凝土構(gòu)造房屋的震害要小震害較鋼筋混凝土構(gòu)造房屋的震害要小 1985年墨西哥城年墨西哥城8.1級(jí)地震中不同建筑的破壞情況級(jí)地震中不同建筑的破壞情況 建造年份建造年份鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)倒塌倒塌嚴(yán)重嚴(yán)重破壞破壞倒塌倒塌嚴(yán)重嚴(yán)重破壞破壞1957年以年以前前71271619571976年年3151231976年以年以后后0046鋼構(gòu)造在地震區(qū)的運(yùn)用鋼構(gòu)造在地震區(qū)的運(yùn)用o日本

6、日本o臺(tái)灣地域臺(tái)灣地域日本構(gòu)造方式比例日本構(gòu)造方式比例 位于震中央的臺(tái)中縣霧峰鄉(xiāng)光復(fù)國中教室倒塌毀壞臺(tái)灣集集大地震臺(tái)灣集集大地震2019年年9月月21日日中寮國小(SRC) 臺(tái)灣在集集地震后采用鋼構(gòu)造建造臺(tái)灣在集集地震后采用鋼構(gòu)造建造了許多學(xué)校了許多學(xué)校 乾峰國小鋼構(gòu)造乾峰國小-完工后鋼構(gòu)造在地震中的破壞鋼構(gòu)造在地震中的破壞o梁柱節(jié)點(diǎn)銜接破壞梁柱節(jié)點(diǎn)銜接破壞o支撐破壞支撐破壞一、梁柱銜接破壞一、梁柱銜接破壞 圖圖 美國美國NorthridgeNorthridge地震地震 日本阪神地震日本阪神地震 地震下剛性銜接節(jié)點(diǎn)脆性破壞地震下剛性銜接節(jié)點(diǎn)脆性破壞前往二、支撐破壞二、支撐破壞 支撐壓屈支撐壓屈

7、 新型抗震鋼構(gòu)造新型抗震鋼構(gòu)造o半剛性銜接鋼構(gòu)造半剛性銜接鋼構(gòu)造o屈曲約束支撐與屈曲約束組合墻屈曲約束支撐與屈曲約束組合墻組合節(jié)點(diǎn)組合節(jié)點(diǎn) 連接（Connection）節(jié)點(diǎn)（Joint）節(jié)點(diǎn)區(qū)（Nodal Zone）柱節(jié)點(diǎn)域腹板(Panel Zone)pb tp pp e peee bememep e ph bh sese sese半剛性銜接鋼構(gòu)造半剛性銜接鋼構(gòu)造pM+鉸接半剛接半剛接剛接鉸接q28LMpq28LL82q剛接qqq均布荷載作用下不同端部約束梁的內(nèi)力與組合梁承載力 ppMM結(jié)構(gòu)形式 梁尺寸 柱尺寸 鋼材用鋼量(kg) 比較 鉸接鋼框架 HN450 x200 x9x14 HW200

8、 x200 x8x12 4938 1.04 剛接鋼框架 HN400 x150 x8x13 HW250 x250 x9x14 4756 1.00 半剛性連接鋼框架 HN400 x150 x8x13 HW200 x200 x8x12 4047 0.85 鉸接組合框架 HN350 x175x7x11 HW200 x200 x8x12 3794 0.80 剛接組合框架 HN300 x150 x6.5x9 HW250 x250 x9x14 3956 0.83 半剛性連接組合框架 HN300 x150 x6.5x9 HW200 x200 x8x12 3247 0.68 三層兩跨框架的經(jīng)濟(jì)性比較 組合節(jié)點(diǎn)的

9、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒M合節(jié)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?實(shí)驗(yàn)安裝圖實(shí)驗(yàn)安裝圖 P銜接彎矩轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線銜接彎矩轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線-80-60-40-20020406080100-120-100-80-60-40-20020406080100CJ3Left ConnectionM（kN.m） (mRad)-60-40-20020406080-120-100-80-60-40-20020406080100CJ4Right ConnectionM（kN.m） (mRad)a 0.06rad 節(jié)點(diǎn)延性破壞節(jié)點(diǎn)延性破壞l 普通支撐的缺陷：由于支撐受壓屈曲，支撐的滯回普通支撐的缺陷：由于支撐受壓屈曲，支撐的滯回 耗能性能較差耗能性能較差支撐

10、屈曲支撐滯回曲線屈曲約束支撐屈曲約束支撐屈曲約束支撐屈曲約束支撐 屈曲約束支撐構(gòu)件組成表示圖 經(jīng)過外加套筒，約束支撐不發(fā)生屈曲。屈曲約束支撐的優(yōu)點(diǎn)屈曲約束支撐的優(yōu)點(diǎn) 屈曲約束支撐與普通支撐滯回曲線的對(duì)比 l 滯回耗能性滯回耗能性能優(yōu)越能優(yōu)越l 小震下像普小震下像普通支撐任務(wù)，通支撐任務(wù)，大震下像耗能大震下像耗能構(gòu)件任務(wù)構(gòu)件任務(wù) 2019年神戶地震后，屈曲約束支撐構(gòu)造在年神戶地震后，屈曲約束支撐構(gòu)造在日本被大量運(yùn)用。日本被大量運(yùn)用。1994年北嶺地震后，美國也年北嶺地震后，美國也開場(chǎng)接受這種構(gòu)造。目前日本已有開場(chǎng)接受這種構(gòu)造。目前日本已有400余棟建筑、余棟建筑、臺(tái)灣地域已在各種建筑采用了約臺(tái)灣

11、地域已在各種建筑采用了約1萬根屈曲約束萬根屈曲約束支撐。支撐。 國內(nèi)外運(yùn)用情況國內(nèi)外運(yùn)用情況 新日鐵開發(fā)的屈曲約束支撐運(yùn)用實(shí)例a立面b銜接節(jié)點(diǎn)國內(nèi)外運(yùn)用情況國內(nèi)外運(yùn)用情況目前存在的問題目前存在的問題 1、產(chǎn)品規(guī)范問題、產(chǎn)品規(guī)范問題國內(nèi)尚無屈曲約束支撐產(chǎn)品規(guī)范。國內(nèi)尚無屈曲約束支撐產(chǎn)品規(guī)范。2、產(chǎn)品國產(chǎn)化問題、產(chǎn)品國產(chǎn)化問題 目前在國內(nèi)外工程中運(yùn)用的屈曲約束目前在國內(nèi)外工程中運(yùn)用的屈曲約束支撐主要為境外廠家產(chǎn)品。支撐主要為境外廠家產(chǎn)品。TJI型屈曲約束支撐的設(shè)計(jì)與構(gòu)造型屈曲約束支撐的設(shè)計(jì)與構(gòu)造 TJI型屈曲約束支撐的技術(shù)特點(diǎn)1、組成方式 套筒與芯板之間無填充資料。 2、芯板用材 芯板用材可以選用

12、國產(chǎn)低碳鋼Q235/Q195和國產(chǎn)低屈服點(diǎn)鋼fy225N/mm2。加載制度加載制度加載制度TJI型屈曲約束支撐實(shí)驗(yàn)型屈曲約束支撐實(shí)驗(yàn) 采用位移控制，依次以1/300、1/200、1/150、1/100、1/80支撐長度L的變形往復(fù)加載，每個(gè)變形幅值循環(huán)加載3次。1 /3 0 01 /2 0 01 /1 0 0-1 /3 0 0-1 /2 0 0-1 /1 0 0L /LTJI型屈曲約束支撐性能實(shí)驗(yàn)型屈曲約束支撐性能實(shí)驗(yàn)與國外屈曲約束支撐綜合對(duì)比與國外屈曲約束支撐綜合對(duì)比 1、性能相當(dāng)、性能相當(dāng)2、價(jià)錢廉價(jià)、價(jià)錢廉價(jià)1/2以上以上3、供貨周期縮短約一半、供貨周期縮短約一半 日本新日鐵支撐TJI型

13、(Q195)支撐上海世博中心上海世博中心TJI型屈曲約束支撐的運(yùn)用型屈曲約束支撐的運(yùn)用屈曲約束鋼板墻研討屈曲約束鋼板墻研討鋼板鋼板試件組合板高寬比2:1組合板高寬比3:1組合板高寬比4:1純鋼板高寬比3:1鋼板開橢圓孔，混凝土板和鋼板可以產(chǎn)生相對(duì)位移，防止在大位移時(shí)混凝土碎裂，保證對(duì)鋼板的屈曲約束作用實(shí)驗(yàn)架帶混凝土板的鋼板剪力墻實(shí)驗(yàn)框架和反力架剛加載就有屈曲最終屈曲情況純鋼板墻實(shí)驗(yàn)純鋼板墻實(shí)驗(yàn)?zāi)髷n景象嚴(yán)重照片實(shí)驗(yàn)前混凝土板實(shí)驗(yàn)前混凝土板實(shí)驗(yàn)終了后混凝土板實(shí)驗(yàn)終了后混凝土板沒有捏攏景象彎曲桿下板帶中板帶上板帶 圖1 典型開縫鋼板剪力墻示意圖fig.1 Typical steel plate sh

14、ear wall with slitstBs高強(qiáng)螺栓加勁肋nmblh魚尾板柱梁彎曲桿的 寬厚比 b/t 高寬比 l/b鋼板鋼板開縫鋼板組合墻開縫鋼板組合墻b/t = 37.5l/b = 3b/t = 45l/b = 3我國抗震規(guī)范對(duì)采用鋼構(gòu)造不利我國抗震規(guī)范對(duì)采用鋼構(gòu)造不利o注重小震階段設(shè)計(jì)注重小震階段設(shè)計(jì)o輕視構(gòu)造體系延性要求輕視構(gòu)造體系延性要求地震烈度的隨機(jī)性地震烈度的隨機(jī)性 我國現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范我國現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范2019o采用采用“小震不壞、中震可修、大震不倒的設(shè)小震不壞、中震可修、大震不倒的設(shè)計(jì)原那么計(jì)原那么o“小震不壞小震不壞進(jìn)展構(gòu)件承載力與構(gòu)造變形驗(yàn)進(jìn)展構(gòu)件承載力與構(gòu)造變形驗(yàn)算算o“中震可修中震可修無定量要求無定量要求o“大震不倒大震不倒要求不高，執(zhí)行不嚴(yán)要求不高，執(zhí)行不嚴(yán) 計(jì)算小震地震作用所取阻尼比 混凝土構(gòu)造 12層鋼構(gòu)造 12層鋼構(gòu)造 05. 0035. 002. 0 鋼構(gòu)造與混凝土構(gòu)造地震作用比值平均值 12層 1.126 1.0871.107 12層 1.319 1.2151.267gTT 0 . 15gTTgTT50 . 1幾點(diǎn)建議幾點(diǎn)建議o 抗震計(jì)算與設(shè)計(jì)的重點(diǎn)宜放在根本烈度或抗震計(jì)算與設(shè)計(jì)的重點(diǎn)宜放在根本烈度或大震烈度上，而非小震烈度大震烈度上，而