首页 国际标准结构工程-公众号 海外工程十五年之四十三——美标钢结构抗震(1)

海外工程十五年之四十三——美标钢结构抗震(1)

引言

自从19世纪末和20世纪初,钢结构被引入建筑结构,工程师们已经认识到,与其他类型的建筑结构相比,钢结构建筑和结构表现得非常出色。1906418日旧金山大地震和火灾中,最早和最具戏剧性的钢结构抗震能力是例子之一。当时,旧金山的城市中心主要由轻型木结构和砖石承重墙组成。此外,该市约有30座高层建筑,采用完整的垂直承重钢架和填充砖墙建造。随后的地震和火灾摧毁了几乎所有的木材和砖石建筑,但留下了钢框架结构。这些钢框架结构大多在设计时没有考虑抗震性能,但经过修复和恢复使用,其中20多个结构至今仍在使用。

通过对1906年旧金山地震中钢框架结构的卓越性能的观察,导致现行建筑规范要求高层建筑必须有完整的竖向承重框架。多年来,由于加州经历了多次地震,工程师们反复观察到钢框架结构的性能优于其他建筑类型。包括旧金山在内的大部分城市都是由旧金山和美国的钢架城市组成的。

20世纪90年代初,美国西部的许多工程师认为,钢结构本身就具有韧性,因此,基本上不会受到重大地震破坏。这反映在当时建筑规范的要求中。与其他建筑类型的建筑相比,钢框架结构被允许采用更小的地震力。此外,相对于其他类型结构的要求,对可用于此类结构的结构类型和构造规定的限制相对较少。

1994117日发生在洛杉矶北部圣费尔南多山谷的6.7级北岭地震改变了这种看法。北岭地震后,工程师们开始发现一些钢框架建筑,包括抗弯框架和支撑框架,都经历了严重的结构损伤,包括支撑框架中支撑的屈曲和断裂,以及焊接钢框架中梁柱连接的断裂。抗弯框架结构所遭受的损害尤其令人震惊,因为很明显,这些断裂不是以延性的方式发生的,而是以脆性的方式发生的。虽然在北岭地震中没有钢架建筑倒塌,但仅仅一年之后,1995117日日本神户6.8级地震中就有50多座钢结构建筑倒塌。

这两个事件导致了日本和美国对钢框架结构抗震性能的大量研究计划。这项研究很快被纳入建筑规范,到1997年,美国钢结构学会(AISC)出版了新版钢结构建筑抗震规定(AISC341),其中包含了许多影响材料的新要求,抗震钢结构的设计和施工。随着美国采用国际建筑规范(IBC),以及该规范对结构抗震设计的广泛要求,AISC 341中包含的设计标准已成为美国许多地区的强制性要求。

为了设计抗震结构,必须了解结构动力学和结构的非线性行为。钢结构继续为抗震结构的设计和施工提供几种经济有效的手段。钢结构建筑的这一事实概述了地震的原因、破坏结构的地震效应、能有效减少损害的结构特性、以及当今美国钢结构抗震设计要求的组织和意图。


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作者: ganggouren

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