钢结构优点：
钢结构具有优越的强度、韧性或延展性、强度重量比，一般能很好地抵抗地震和震害。
在地震作用下，钢结构房屋由于钢材材质均匀，强度容易保证，结构可靠性高；质量轻、强度高的特点使得钢结构房屋自重较轻，从而减少了地震对结构的影响；良好的延性使得钢结构具有较大的变形能力，即使在较大的变形下也不会倒塌钢结构抗震等级划分，保证了结构的抗震安全性。
地震灾害及分析
1995年日本阪神大地震，大量钢结构遭受局部损坏，日本建筑协会对神户市988栋钢结构住宅进行了调查。
1. 节点销毁
美国北岭地震的节点破坏形式如下（见下图）：
（a）焊缝与柱界面完全断开；
（b）焊缝与柱界面处部分断开；
(c) 沿柱缘向上延伸，至完全折断；
(d) 沿柱缘向上延伸并部分断开；
（e）梁法兰在焊趾处出现裂纹；
（f）柱法兰的层状撕裂；
（g）柱法兰有裂纹；
(h) 裂缝穿透柱翼缘和部分腹板。
日本阪神地震的节点破坏形式如下（见下图）：
（a）工艺孔下方的法兰处发生断裂；
（b）焊接热影响区内母材断裂；
（c）焊缝金属断裂；
(d) 从起弧板到热影响区隔断侧出现裂纹；
（e）从起弧板到隔板内侧有裂纹。
节点销毁的原因有：
（1）焊缝金属冲击韧性低。
（2）焊缝存在缺陷，特别是下翼缘梁端部现场焊缝中部，由于腹板妨碍焊接和检查，出现不连续现象。
（3）梁翼缘端部全熔透坡口焊缝的衬板边缘处形成一条人工焊缝，在弯矩作用下该焊缝发生扩展。
（4）梁端部焊缝通过的孔边缘处产生应力集中，使裂纹向平板材料方向扩展。
（5）裂缝主要出现在下翼缘，这是因为梁的上翼缘有楼板加固，而上翼缘焊缝处没有腹板，妨碍焊接。
节点损坏的典型形式有：
焊缝断裂、螺栓断裂、铆钉断裂、加强筋断裂、屈曲及腹板断裂等。
在调查的1000多栋建筑中，美国有100多栋建筑被毁。其毁坏特点如下：
Ø 梁下翼缘裂缝（见下图a、b）占80%～95%，上翼缘裂缝占15%～20%；
Ø 90%~99%的裂纹起源于焊缝，而只有1%~10%的裂纹起源于母材；
Ø裂缝多处向柱子延伸，有的严重穿透柱子（见下图c），有的向梁子延伸（见下图d），还有的沿连接螺栓线延伸。
2. 元件损坏
3. 地基锚固损坏
钢构件与基础之间的锚固破坏主要表现为柱脚锚栓脱落、混凝土压碎导致锚固破坏、连接板断裂等。
例如，一座11层钢筋混凝土结构的柱脚的四个锚栓全部断裂，柱脚水平移动了25厘米，但建筑物并没有倒塌。柱脚倒塌的主要原因可能是设计时没有预计到柱子在地震时会产生相当大的拉力，以及地震开始时会产生的垂直振动。
一般要求
1.结构规模及抗震等级
结构型式的选择关系到结构的安全性、实用性和经济性，可根据结构总体高度和抗震设防烈度确定结构型式和最大使用高度。
钢结构房屋应根据设防类别、烈度和建筑高度采用不同的抗震水平，并应遵守相应的计算和构造措施。丙类建筑的抗震水平应按下表确定。
2.结构布置及支撑设计要求
Ø采用框架结构时，甲、乙类建筑的高层框架结构、多层框架结构不宜采用单跨框架结构，其他多层框架结构不宜采用单跨框架结构。
Ø多层钢结构的结构平面布置和竖向布置应符合抗震概念设计中的结构布置规律性原则。
Ø设计时若出现平面或竖向不规则现象，应按规范要求进行水平地震作用计算及内力调整，对薄弱部位应采取有效的抗震构造措施，不应采用严重不规则的设计方案。
Ø由于钢结构所能承受的结构变形比混凝土结构大，一般不宜设置抗震缝。当需要设置抗震缝时，其缝宽不应小于相应钢筋混凝土结构房屋缝宽的1.5倍。
Ø选择结构类型时，除考虑结构总高度、高宽比外，还需根据各结构类型抗震性能的差异及设计要求进行选择。
①一般不超过50m的钢结构房屋，可采用框架结构、框支结构或其他结构型式；
②对于高度超过 50m 的钢结构房屋，一、二级抗震结构宜采用偏心支撑、带竖向接头的钢筋混凝土抗震墙板、内置钢支撑或弯曲约束支撑的钢筋混凝土墙板等耗能支撑及筒体结构。
多层钢结构一般采用框架结构、框架支撑结构。
采用框架支撑结构时，应符合下列规定：
（1）两个方向支撑架的布置宜基本对称，且支撑架之间的楼面长宽比不宜大于3。
（2）高度不超过50m的钢结构宜采用中心支撑，必要时可采用偏心支撑、屈曲抑制支撑等耗能支撑。
（3）中心支撑架宜采用十字支撑、人字形支撑或单斜支撑，不宜采用K形支撑；支撑轴线应交于梁柱轴线交点处。若偏离交点，其偏心距不应超过支撑杆件的宽度，并应考虑产生的附加弯矩。当中心支撑采用仅能承受拉力的单斜杆体系时，应同时设置两组倾斜方向不同的斜杆，每组内不同方向的单斜杆截面积与水平方向投影面积之差不应超过10%。
(4)偏心支撑框架的每个支撑至少有一端与框架梁连接，且支撑与梁与柱的交叉处或同一跨度内另一支撑与梁的交叉处应形成消能梁段。
偏心支撑具有弹性阶段刚度接近中心支撑框架，弹塑性阶段延性及耗能能力接近延性框架的特点，是一种抗震性能较好的结构，常用的偏心支撑形式如下图所示。
偏心支撑框架的设计原则：
强柱强支撑弱耗能梁段，即耗能梁段在大地震作用下屈服形成塑性铰钢结构抗震等级划分，具有稳定的滞回性能，即使耗能梁段进入应变硬化阶段，支撑斜拉杆、柱等梁段仍保持弹性。
钢结构楼板设计：
钢结构楼面宜采用波形钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或钢筋混凝土楼板。
Ø 对于不超过50m的钢结构，也可采用装配整体钢筋混凝土楼板、装配式楼板或其他轻型楼板；
Ø对于超过50m的钢结构，可根据需要设置水平支撑。
Ø采用波形钢板钢筋混凝土组合板、现浇钢筋混凝土板时，应与钢梁可靠连接。
Ø采用装配式、拼装整体式或轻型楼板时，应将楼板预埋件与钢梁焊接连接，或采取其他措施保证楼板的整体性。
钢结构房屋地下室设计：
Ø 设置地下室时，框架支撑结构中的竖向支撑应延伸至基础；框架柱应至少延伸至地下一层。地下室支撑是否改为混凝土抗震墙，取决于是否设计钢筋混凝土结构层。
Ø 设置钢筋混凝土结构层时，以混凝土墙段配合，抗震墙由钢支撑+混凝土组成还是混凝土墙由设计确定。
Ø带地下室的钢结构房屋，当采用天然地基时，基础埋置深度不应小于房屋总高度的1/15；当采用桩基础时，桩帽埋置深度不应小于房屋总高度的1/20。
钢结构房屋抗震设计
1. 一般计算原则
Ø确定多层钢结构建筑的抗震计算模型时，一般假定楼板在其自身平面内是绝对刚度的；
Ø当结构呈规则排列，质量与刚度沿高度方向均匀分布，且不考虑扭转时，可采用平面结构计算模型；
Ø当结构平面或立面不规则、形状复杂，无法划分平面抗侧力单元，或为圆筒结构时，应采用空间结构计算模型。
钢结构进行多地震计算时，阻尼比宜按下列规定采用：
（1）当高度不大于50m时，可取0.04；当高度大于50m而小于200m时，可取0.03；当高度不小于200m时，建议采用0.02。
(2) 当偏心支撑框架承受的地震倾覆矩大于结构总地震倾覆矩的 50% 时，其阻尼比可比 (1) 增加 0.005。
(3) 在罕遇地震作用下的弹塑性分析中，阻尼比可取0.05。
地震作用下钢结构内力与变形分析应符合下列规定：
（1）钢结构应考虑重力的二阶效应，进行二阶效应弹性分析时，应按照现行国家标准《钢结构设计规范》的有关规定，在各柱顶端增加一个假想的水平力。
(2)对于框架梁，可按梁端内力进行设计，而不考虑柱轴线处内力。对于工字形柱，应考虑梁柱节点域剪切变形对结构侧向位移的影响；对于箱柱框架、中支框架及高度不大于50m的钢结构，层间位移计算可不考虑梁柱节点域剪切变形的影响，可近似按框架轴线进行分析。
(3)钢框架-支撑结构的斜拉杆可按端部铰接杆计算，按框架部分刚度分布计算的地震层剪力应乘以增大系数，其值不应小于 1.15，且不应小于结构总地震剪力的 25%与框架部分计算的最大层剪力的 1.8 倍中的较小值。
(4) 当中心支撑框架的斜拉杆轴线与梁柱轴线交点的偏移不超过支撑杆件的宽度时，仍可按中心支撑框架进行分析，但应考虑由此产生的附加弯矩。
(5)偏心支撑框架中，与消能梁截面连接的构件内力设计值宜按下列要求调整：
①支撑斜拉杆轴力设计值应为支撑斜拉杆轴力与与支撑斜拉杆连接的消能梁截面达到剪切承载力时的增大系数的乘积，增大系数第一级不应小于1.4，第二级不应小于1.3；
② 消能梁截面同一跨度内的框架梁内力设计值应抵消消能梁截面达到抗剪承载力时的框架梁内力与增大系数的乘积；增大系数第一级不宜小于1.3，第二级不宜小于1.2；
③框架柱内力设计值应取消柱内力与能量梁截面达到抗剪承载力时的增大系数的乘积；增大系数第一级不宜小于1.3，第二级不宜小于1.2。
（6）内置钢支撑的钢筋混凝土墙板和设有竖缝的钢筋混凝土墙板，应按有关规定计算。设有竖缝的钢筋混凝土墙板只能承受水平荷载产生的剪力，不能承受垂直荷载产生的压力。
(7) 对于钢结构转换构件下的钢框架柱，其地震内力应乘以放大系数，其值可取1.5。
2.钢框架构件及节点抗震承载力验证
钢框架构件及节点的抗震承载力验算应符合下列规定：
（1）除下列情况之一外，节点左、右梁端、上、下柱端的全塑性承载力应满足下列要求：
①柱所在楼面的抗剪承载力较相邻上部楼面抗剪承载力高出25%；
②柱轴压比不超过0.4；
③当柱轴力满足要求时（地震作用增加一倍时，柱抗震组合轴力设计值）；
④ 与支撑斜拉杆连接的节点。
（2）为保证柱、梁连接处的节点区腹板在大地震作用下不至于局部失稳，以吸收和耗散地震能量，在柱、梁连接处应设置与梁上下翼缘位置相对应的加劲肋，使柱翼缘所围成的节点区腹板形成梁柱节点区。
节点域不宜过厚，也不宜过薄，过厚则节点域起不到吸收能量的作用，过薄则车架的侧向位移过大。
（3）为保证工字形柱、箱形柱节点区的稳定，节点区腹板厚度应满足下列要求：
3.框架钢梁
1.弯曲强度的计算
2. 剪切强度验证
3. 整体稳定性验证
为了避免构件侧向扭转失稳，除按一般要求设置侧向支撑外，还应在塑性铰处设置侧向支撑。
《建筑抗震设计规范》规定，在出现塑性铰的截面处，梁柱构件的上下翼缘应设置侧向支撑。随着地震方向的变化，塑性弯矩的方向也随之变化。相邻支撑点之间构件的长细比应符合《钢结构设计规范》关于塑性设计的有关规定。
4. 钢柱
1.截面强度验证
2. 平面内整体稳定性验证
3. 平面外整体稳定性验证
当钢柱轴压比较大时，在重复荷载作用下的强度降低十分显著。与钢梁设计类似，在柱可能出现塑性铰的区域，应限制板的宽厚比和侧向支撑的间距。为保证塑性铰的转动能力，在塑性铰区域，应按下表确定板的宽厚比限值。
5. 中央支持
人字形、V形支撑的横梁在支撑连接处应保持连续，横梁应承受支撑斜拉杆传递的内力，其重力荷载和支撑屈曲时不平衡力下的承载力应按不考虑支撑支点影响的梁进行校核。不平衡力应按受拉支撑最小屈服承载力和受压支撑最大屈曲承载力的0.3倍计算。必要时，人字形、V形支撑可采用竖向交替布置或采用拉链柱以减小支撑梁的截面。
6.偏心支撑
u 消能梁截面腹板上宜设置加劲肋，防止腹板过早屈曲，使腹板充分发挥其抗剪能力，减少腹板反复屈曲变形引起的刚度退化。
u 支撑斜拉杆连接处腹板两侧均应设置加劲肋，对于剪切屈服型梁截面，中间加劲肋间距不应大于30tw-h0/5（腹板厚度为腹板计算高度）。
2.支撑斜杆、框架梁、柱的设计
在确定支座轴力设计值时，考虑到吸能梁截面上的加劲肋将增加梁截面的极限剪切强度。为保证梁截面进入非弹性变形阶段，支座不至于屈曲，支座的设计轴压能力应大于吸能梁截面达到屈服强度时的支座轴力。《建筑抗震设计规范》规定，此增大系数在8°及以下时应不小于1.4，在9°时应不小于1.5。
同样，为使偏心支框架仅在耗能梁段屈服，而耗能梁段和柱段不保持弹性，梁、柱内力增大系数在8阶及以下时不小于1.5，在9阶时不小于1.6。
7.梁柱连接
1.梁柱连接强度校核
梁与柱之间的连接应使梁能充分发挥其强度和延性。确定梁的弯曲和剪切承载力时：
①应考虑钢材强度的变化，即其实际强度可能超过设计强度；
②应考虑应变硬化的影响，分别增强20%和30%。
2. 节点域强度验证
梁柱节点域的失效模式为：
①柱腹板在梁受压翼缘的压力作用下局部失稳，或柱翼缘在梁受拉翼缘的拉力作用下发生过度弯曲变形，导致柱腹板处的连接焊缝破坏；
②当节点域中存在较大的剪力时，该区域将发生剪切屈服或失稳破坏；
3.焊接极限承载力计算
Ø焊缝的极限强度高于母材的抗拉强度，计算时取焊缝的极限强度等于母材的最小抗拉强度；
Ø角焊缝的极限剪切强度也高于母材的极限剪切强度，梁腹板连接角焊缝的极限剪切承载力等于母板的极限剪切强度乘以角焊缝的有效剪切面积。
4 高强度螺栓连接极限抗剪承载力计算
钢结构抗震构造措施
1.钢框架结构施工措施
1.框架柱的长细比
2. 梁柱板宽厚比
如果梁的受压翼缘的宽厚比或腹板的高厚比较大，在受力过程中会出现局部不稳定的情况，板的局部不稳定会降低构件的承载力，限制板的宽厚比是防止板失稳的有效方法。
3 梁柱构件侧向支撑应符合下列要求:
(1)梁柱构件的受压翼缘应根据需要设置侧向支撑。
(2) 出现塑性铰的梁柱构件，其上下翼缘均应设置侧向支撑。
(3)相邻侧向支撑点之间构件的长细比应符合现行国家标准《钢结构设计规范》的有关规定。
4 梁柱连接结构要求
Ø梁与柱之间的连接宜采用柱穿式连接方式；
Ø当柱与梁在两个互相垂直的方向上刚性连接时，宜采用箱形截面，当仅在一个方向上刚性连接时，宜采用工字形截面，且柱腹板应置于刚架平面内。
Ø梁、柱之间的连接宜采用刚接连接，也可根据需要采用半刚接连接。
Ø 梁与柱间采用刚接连接：可采用现场将梁直接连接到柱翼缘上，也可以采用在柱上预焊梁的悬臂段的方式将梁在现场拼接起来。
Ø 工字形柱（翼缘）、箱形柱与梁刚性连接时，应满足下列要求，如下图所示，在有足够基础的情况下，也可采用其他结构形式。
（1）梁翼缘与柱翼缘之间应采用全熔透坡口焊缝，对1级和2级应进行V型缺口冲击韧性试验，其Chiappa冲击韧性在-20℃时不应小于27J。
（2）在梁翼缘相应位置设置横向加劲肋（隔板），加劲肋（隔板）厚度不宜小于翼缘厚度，且其强度应与梁翼缘相同。
（3）梁的腹板宜通过连接板与柱连接，采用摩擦型高强螺栓（如工艺试验合格，能保证现场焊接质量，可采用气体保护焊进行焊接）；腹板转角处应设焊接孔，孔形应使孔端部完全脱离梁翼缘与柱翼缘间的满焊坡口焊缝。
(4)当梁翼缘的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的70%时，连接梁腹板与柱的螺栓数量不应少于两排。当计算仅需一排时，仍应布置两排，且螺栓总数不应少于计算值的1.5倍。
（5）对于一级和二级，应采用能将塑性铰从梁端向外移动的框架连接。
Ø当梁、柱为刚接连接时，梁翼缘上下500mm节点范围内的柱翼缘与柱腹板之间或箱形柱壁板之间的连接焊缝宜采用全熔透坡口焊。
Ø框架光束采用悬臂梁截面与柱子牢固地连接，悬臂梁截面应通过全焊接进行预先连接。
Ø设置在盒子截面柱的相应位置的隔板应通过全穿透性对接焊缝连接到壁板。
5.节点区域加固和结构措施附近
Ø当节点区域的体积不符合稳定性要求时，应采取措施来增稠节点面积或焊接钢筋。
Ø为焊接的复合柱，应加厚节点板，并应在节点区域中用较厚的板代替柱网。
Ø对于滚动的H形柱，可以根据钢筋的厚度焊接加固板。
6.列之间的连接
Ø框架柱接头和框架梁顶部之间的距离可以是较小的13m和一半的柱状高度；
Ø上和下柱的对接接头应采用完整的穿透焊缝，柱剪接接头应在100mm的上方和下方。
ØFull渗透焊缝应用于法兰和I截面柱之间的焊缝以及盒子截面柱的角墙板之间的焊缝。
7.只需连接脚柱
Ø是三种主要类型的钢结构柱底座：嵌入，外部包裹和暴露。
Ø钢结构的刚性柱底座应嵌入或外部包装；
直径为6或7度并且高度不超过50m时，也可以使用暴露类型。
2.钢框架中心支撑结构的抗震结构测量
1.张力对角线杆的布置
当中央支撑采用只能承受张力的倾斜杆系统时，应同时设置两组具有不同倾斜方向的倾斜杆，并且在每个组的不同方向及其水平方向的单个倾斜杆的横截面区域之间的差异不得大于10％。
2.中央支撑构件和板块宽度比的细长比率
（1）支持成员的细长比率
支撑杆的细长比不应大于
当第四层采用比拉杆设计时，第一，第二和第三级的支持不得采用比率的设计。
（2）支撑杆和板的宽度比
板的宽度比是影响局部屈曲的重要因素，它直接影响支撑杆的轴承能力和能量耗散能力。
3.中央支持节点构建要求
（1）对于1、2和3的水平，应将滚动的H形钢支撑在框架，圆柱和支撑层之间的连接时，应将两端连接到框架上。
（2）在支撑和框架之间的连接下，应将支撑杆的末端制成弧。
（3）应在梁的交汇处和V形支撑或人骨支撑物上提供侧向支撑。
（4）如果支撑和框架是通过毛板板连接的，则该连接应符合当前的国家标准“钢结构设计代码”的规定，即在连接杆的每个侧面，均应在一个和第二的距离上，从支撑端到距离距离的距离均不小于距离固定的距离，该杆的角度应不少于30°。杆不应少于毛the板的厚度的两倍。
4.框架部分的结构性地震措施
对于中央支持结构的框架部分，当建筑物高度不高于100m时，框架部分的地震作用不超过结构底部的总地震剪切力的25％，可以根据将帧结构减少一度的相应要求来采用第一层和第二层的地震结构测量。
3.钢框架式支撑结构的地震结构措施
偏心支撑的框架能量耗散束的屈服强度不应大于345MPA。
1.支撑杆的结构要求
2.能量耗散光束部分的结构要求
3.横向稳定性要求
（1）在能量耗散束截面的两端的上和下缘上应提供侧支架。
（2）应在偏心支撑的框架梁的非能量耗散梁截面的上和下缘上提供侧支架。
4.框架的结构要求
对于框架的框架部分，当建筑物的高度不高于100m时，框架部分所承担的地震作用不超过结构底部的总地震剪切力的25％，因此，第一和第二级的地震结构测量值可以根据框架结构的相应测量构图来降低框架结构的相应要求。
-结束-
