钢结构与钢骨结构的破坏对城市灾害与抗震防灾对策的影响

钢材是适宜建造抗震结构的材料，其强度高、自重轻、材质均匀，因此结构的可靠性大；钢材的延性好，使结构具有很大的变形能力，即使在很大的变形下仍不倒塌，可以保证结构的安全性。因此在世界各国的高层及超高层建筑中被广泛采用，如图6.18所示。

图6.18　采用钢结构建造的高层建筑

但是若钢结构房屋设计和制造不当，在地震作用下，仍可能发生构件的失稳、材料的脆性破坏以及连接破坏。例如，1976年唐山大地震后，总面积3.67万m2的唐山钢铁厂的全钢结构房屋没有发生倒塌和严重破坏现象，但是产生了支撑失稳和围护墙倒塌等震害现象。

在对钢结构建筑进行设计时，其强度宜自下而上逐渐减小，避免形成薄弱部位产生应力集中和塑钢性结变构形房；屋钢可结采构用房框屋架的结楼构盖、宜框采架 用-支压撑型结钢构板或、其现他浇结混构凝类土型组，合超楼过板1或2非层组时合，楼宜板采；用不偏超心过支1 2撑，层的带竖缝钢筋混凝土抗震墙板、内藏钢筋混凝土墙板、筒体结构及其他消能支撑；此外钢结构房屋宜设置地下室，以提高上部结构的抗震稳定性、抗倾覆能力，增加结构下部整体性，减小沉降。

钢骨结构又称型钢混凝土结构，其研究始于20世纪初的欧美，现已成为组合结构的主要形式之一。与普通钢筋混凝土结构相比，型钢混凝土组合结构具有承载能力高、抗震性能好、经济指标好等优点，因此被越来越广泛地应用于高层与高耸结构、大跨结构和转换层结构等。

下面将结合图例对钢结构及钢骨结构的破坏及注意事项等情况进行分析和说明。

图6.19所示为柱子破坏导致结构整体倒塌的实例及其示意图。在1995年的阪神地震中，该建筑下部的柱子首先发生了屈曲破坏，从而导致了整个建筑的倒塌。由于结构楼层屈服强度系数和抗侧刚度沿高度分布不均匀造成了结构的薄弱层。我国《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）中8.1.6条规定，采用屈曲约束支撑时，宜采用人字支撑、成对布置的单斜杆支撑等形式，不应采用K形或X形，支撑与柱的夹角宜在35°～55°之间。屈曲约束支撑受压时，其设计参数、性能检验和作为一种消能部件的计算方法可按相关要求设计。

图6.19　柱子破坏导致整体结构倒塌及其示意图

图6.20所示为建筑物支撑节点破坏实例及其示意图。地震时，成X形交叉的支撑下翼缘处出现了断裂的现象，丧失了其原有的作用。由于节点传力集中，构造复杂，施工难度大，易造成应力集中、强度不均衡的现象，再加上螺栓连接的一些构造缺陷，极易出现节点破坏。在高烈度区可采用骨形连接节点，验算钢框架节点处的抗震承载力，使在节点以外出现受弯塑性铰，保证节点处免于破坏。

图6.20　支撑节点破坏及其示意图(www.xing528.com)

图6.21和图6.22所示为钢骨结构在地震作用下的破坏实例。地震作用下，简易钢骨结构房屋的抗震能力较差，承载能力不足。因此，在地震多发带应尽量避免采用简易钢骨结构。若不可避免地需要采用此类结构时，应增强结构的刚度和延性。

图6.21　钢骨结构的破坏

图6.22　简易钢骨房屋的破坏

图6.23所示为钢骨造建筑的残余变形及其示意图。1995年的阪神地震中，此钢骨建筑由于底层柱子失效产生了较大的残余变形，使整个建筑结构产生了一定程度的倾斜。为避免这种现象出现，梁柱构件的受压翼缘应根据需要设置侧向支承，在出现塑性铰的截面，上、下翼缘均应设置侧向支承；加强支承柱的承载能力，采取加固的措施防止其失效。

图6.23　钢骨造建筑的残余变形及其示意图

图6.24所示为钢骨造结构梁、柱接合部位的破坏图。在地震作用下，冷弯成型的角形钢管柱与H形断面梁的连接部位发生了破坏。由于加劲肋设置不合理，梁柱构件结合处发生破坏。钢结构的梁柱构件受压翼缘应根据需要设置侧向支承，若柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时宜采用箝形截面，并在梁翼缘连接处设置隔板。

地震时一些年代较久的钢结构在其与表面材料结合的部位，即外墙部位极易发生裂缝、剥落等现象（图6.25），而结构本身并未破坏。由于建筑结构的建造年代较为久远，混凝土外墙与钢骨间的黏合力下降导致混凝土外墙的剥落或裂缝的产生。对于此现象应加强混凝土外墙与结构体本身的连接，或掺入某种混合材料以增强混凝土外墙与钢骨结构间的黏结力。

图6.24　钢骨造结构梁、柱接合部位的破坏

图6.25　装饰外墙的剥落