多層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì).ppt

第8章 多層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì),返回總目錄,教學(xué)提示：多層鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系主要有框架體系、框架-支撐(抗震墻板)體系等，它們的區(qū)別在于抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的形式不同。同混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的強(qiáng)度和韌性，抗震能力較強(qiáng)。但也必須重視焊接、連接、冷加工等工藝技術(shù)以及腐蝕環(huán)境對(duì)鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震性能影響。多層鋼結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算采用兩階段設(shè)計(jì)法，第一階段設(shè)計(jì)時(shí)，其地震作用效應(yīng)采用彈性方法計(jì)算，根據(jù)不同情況，可采用底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法以及時(shí)程分析法；第二階段的抗震驗(yàn)算應(yīng)采用時(shí)程分析法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析，其結(jié)構(gòu)計(jì)算模型可以采用桿系模型、剪切型層模型、剪彎型模型或剪彎協(xié)同工作模型。 教學(xué)要求：本章要求學(xué)生了解多層鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系、鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震規(guī)定、抗震計(jì)算要點(diǎn)及構(gòu)造措施。, 8.1 概述 8.2 多層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定 8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算 8.4 多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震構(gòu)造要求 8.5 多層鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震設(shè)計(jì) 8.6 習(xí)題,本章內(nèi)容,8.1.1 多層鋼結(jié)構(gòu)的體系與布置,多層鋼結(jié)構(gòu)的體系主要有框架體系、框架-支撐(抗震墻板)體系等。 1. 框架體系 框架體系是由沿縱橫向方向的多榀框架構(gòu)成及承擔(dān)水平荷載的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，它也是承擔(dān)豎向荷載的結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力主要決定于梁柱構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度與延性，故節(jié)點(diǎn)常采用剛性連接節(jié)點(diǎn)。 2. 框架-支撐體系 框架-支撐體系是在框架體系中沿結(jié)構(gòu)的縱、橫兩個(gè)方向均勻布置一定數(shù)量的支撐所形成的結(jié)構(gòu)體系。在框架-支撐體系中，框架是剪切型結(jié)構(gòu)，底部層間位移大；支撐為彎曲型結(jié)構(gòu)，底部層間位移小，兩者并聯(lián)，可以明顯減少建筑物下部的層間位移，因此在相同的側(cè)移限值標(biāo)準(zhǔn)的情況下，框架-支撐體系可以用于比框架體系更高的房屋。 支撐體系的布置由建筑要求及結(jié)構(gòu)功能來(lái)確定，一般布置在端框架中、電梯井周圍處。支撐類型的選擇與是否抗震有關(guān)，也與建筑的層高、柱距以及建筑使用要求，如人行通道、門洞和空調(diào)管道設(shè)置等有關(guān)，因此需要根據(jù)不同的設(shè)計(jì)條件選擇適宜的類型。常用的支撐體系有中心支撐和偏心支撐。,8.1 概 述,(1)中心支撐。中心支撐是指斜桿與橫梁及柱匯交于一點(diǎn)，或兩根斜桿與橫桿匯交于一點(diǎn)，也可與柱子匯交于一點(diǎn)，但匯交時(shí)均無(wú)偏心距。根據(jù)斜桿的不同布置形式，可形成X形支撐、單斜支撐、人字形支撐、K形支撐及V形支撐等類型，如圖8.1所示。中心支撐是常用的支撐類型之一，因具有較大的側(cè)向剛度，對(duì)減小結(jié)構(gòu)的水平位移和改善結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布是有效的，但在往復(fù)的水平地震作用下，會(huì)產(chǎn)生下列后果：支撐斜桿重復(fù)壓曲后，其抗壓承載力急劇降低；支撐的兩側(cè)柱子產(chǎn)生壓縮變形和拉伸變形時(shí)，由于支撐的端節(jié)點(diǎn)實(shí)際構(gòu)造做法并非鉸接，引發(fā)支撐產(chǎn)生很大的內(nèi)力和應(yīng)力；斜桿從受壓的壓曲狀態(tài)變?yōu)槭芾鞝顟B(tài)，將對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊作用力，使支撐及其節(jié)點(diǎn)和相鄰的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力；同一層支撐框架內(nèi)的斜桿輪流壓曲又不能恢復(fù)(拉直)，樓層的受剪承載力迅速降低。因此對(duì)于地震區(qū)建筑，不得采用K形中心支撐，因K形支撐的斜桿因受壓屈曲或受拉屈服時(shí)，將使柱子發(fā)生屈曲甚至嚴(yán)重破壞。當(dāng)采用單斜支撐且按受拉設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)同時(shí)設(shè)置不同傾斜方向的兩組單斜桿，且每層中不同方向單斜桿的面積在水平方向的投影面積之差不得大于10%。,8.1 概 述,(a) X型支撐1 (b) X型支撐2 (c) 人字形支撐 (d) V形支撐 圖8.1 中心支撐類型,8.1 概 述,圖8.2 偏心支撐類型,(2) 偏心支撐。偏心支撐是指支撐斜桿的兩端，至少有一端與梁相交(不在柱節(jié)點(diǎn)處)，另一端可在梁與柱交點(diǎn)處連接，或偏離另一根支撐斜桿一段長(zhǎng)度與梁連接，并在支撐斜桿桿端與柱子之間構(gòu)成一消能梁段，或在兩根支撐斜桿之間構(gòu)成一消能梁段的支撐，如圖8.2所示。,8.1 概 述,采用偏心支撐的主要目的是改變支撐斜桿與梁(消能梁段)的先后屈服順序，即在罕遇地震時(shí)，消能梁段在支撐失穩(wěn)之前就進(jìn)入彈塑性階段以利用非彈性變形進(jìn)行消能，從而保護(hù)支撐斜桿不屈曲或屈曲在后。因此，偏心支撐與中心支撐相比具有較大的延性，它是適宜用于高烈度地區(qū)的一種新型支撐體系。 3. 框架-抗震墻板體系 框架-抗震墻板體系是以鋼框架為主體，并配置一定數(shù)量的抗震墻板。由于抗震墻板可以根據(jù)需要布置在任何位置上，布置靈活。另外抗震墻板可以分開布置，兩片以上抗震墻并聯(lián)體較寬，從而可減小抗側(cè)力體系等效高寬比，提高結(jié)構(gòu)的抗推和抗傾覆能力。抗震墻板主要有以下三種類型。 (1) 鋼抗震墻板。鋼抗震墻板一般需采用厚鋼板，其上下兩邊緣和左右兩邊緣可分別與框架梁和框架柱連接，一般采用高強(qiáng)度螺栓連接。鋼板抗震墻板承擔(dān)沿框架梁、柱周邊的地震作用，不承擔(dān)框架梁上的豎向荷載。非抗震設(shè)防及按6度抗震設(shè)防的建筑，采用鋼板抗震墻可不設(shè)置加勁肋。按7度及7度以上抗震設(shè)防的建筑，宜采用帶縱向和橫向加勁肋的鋼板抗震墻，且加勁肋宜兩面設(shè)置。,8.1 概 述,(2) 內(nèi)藏鋼板支撐抗震墻板。內(nèi)藏鋼板支撐抗震墻是以鋼板為基本支撐，外包鋼筋混凝土墻板的預(yù)制構(gòu)件。內(nèi)藏鋼板支撐可做成中心支撐也可做成偏心支撐，但在高烈度地區(qū)，宜采用偏心支撐。預(yù)制墻板僅在鋼板支撐斜桿的上下端節(jié)點(diǎn)處與鋼框架梁相連，除該節(jié)點(diǎn)部位外與鋼框架的梁或柱均不相連，留有間隙，因此，內(nèi)藏鋼板支撐抗震墻仍是一種受力明確的鋼支撐。由于鋼支撐有外包混凝土，故可不考慮平面內(nèi)和平面外的屈曲。墻板對(duì)提高框架結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度，以及在強(qiáng)震時(shí)吸收地震能量方面均有重要作用。 (3) 帶豎縫混凝土抗震墻板。普通整塊鋼筋混凝土墻板由于初期剛度過(guò) 高，地震時(shí)首先斜向開裂，發(fā)生脆性破壞而退出工作，造成框架超載而破壞，為此提出了一種帶豎縫的抗震墻板。它在墻板中設(shè)有若干條豎縫，將墻分割成一系列延性較好的壁柱。多遇地震時(shí)，墻板處于彈性階段，側(cè)向剛度大，墻板如同由壁柱組成的框架板承擔(dān)水平抗震。罕遇地震時(shí)，墻板處于彈塑性階段而在柱壁上產(chǎn)生裂縫，壁柱屈服后剛度降低，變形增大，起到耗能減震的作用。,8.1 概 述,8.1.2 鋼結(jié)構(gòu)房屋的震害及破壞形式,同混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的強(qiáng)度、韌性或延性、強(qiáng)度重量比，總體上看抗震性能好、抗震能力強(qiáng)。盡管如此，由于焊接、連接、冷加工等工藝技術(shù)以及腐蝕環(huán)境的影響，鋼材材性的優(yōu)點(diǎn)將受到影響。如果在設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)等方面出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)造成損害或者破壞。震害調(diào)查表明(見表8-1)，鋼結(jié)構(gòu)較少出現(xiàn)倒塌破壞情況，主要震害表現(xiàn)有構(gòu)件整體或者局部失穩(wěn)、節(jié)點(diǎn)破壞、基礎(chǔ)連接破壞、構(gòu)件破壞等。,表8-1 唐山鋼鐵廠震害調(diào)查資料,8.1 概 述,在地震作用下，鋼結(jié)構(gòu)房屋由于鋼材的材質(zhì)均勻，強(qiáng)度易于保證，因而結(jié)構(gòu)的可靠性大；輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，使鋼結(jié)構(gòu)房屋的自重輕，從而結(jié)構(gòu)所受的地震作用減小；良好的延性性能，使鋼結(jié)構(gòu)具有很大的變形能力，即使在很大的變形下仍不致倒塌，從而保證結(jié)構(gòu)的抗震安全性。但是，鋼結(jié)構(gòu)房屋如果設(shè)計(jì)與制造不當(dāng)，在地震作用下，可能發(fā)生構(gòu)件的失穩(wěn)和材料的脆性破壞以及連接破壞，而使其優(yōu)良的材性得不到充分的發(fā)揮，結(jié)構(gòu)未必具有較高的承載力和延性。,8.1 概 述,一般來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)房屋在強(qiáng)震作用下，強(qiáng)度方面是足夠的，但其側(cè)向剛度一般不足。鋼結(jié)構(gòu)在地震作用下，雖然很少整體倒塌，但常發(fā)生局部破壞和材料的脆性破壞。例如，1985年9月19日，墨西哥城發(fā)生8.1級(jí)大地震，震后發(fā)現(xiàn)，1957年以前采用的鋼結(jié)構(gòu)體系(如交叉支撐結(jié)構(gòu))發(fā)生嚴(yán)重破壞，而以后普遍采用的抗彎框架體系和抗彎框架-支撐體系則破壞較輕，其中抗彎框架體系的破壞主要發(fā)生在梁柱連接處，以及框架梁的受壓斜桿屈曲?？箯澘蚣?支撐體系除了Pino Suarez綜合樓發(fā)生倒塌外，只有兩棟結(jié)構(gòu)有損傷。1994年美國(guó)諾斯里奇(Northrige)發(fā)生6.7級(jí)地震，震后未發(fā)現(xiàn)倒塌的鋼結(jié)構(gòu)建筑，鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式主要為： 框架節(jié)點(diǎn)區(qū)的梁柱焊接連接破壞； 豎向支撐的整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)； 柱腳焊縫破壞以及錨栓失效。1995年1月17日日本阪神發(fā)生的7.2級(jí)大地震中，鋼結(jié)構(gòu)建筑中震害嚴(yán)重和數(shù)量較多的主要是年久失修的簡(jiǎn)易型低層鋼結(jié)構(gòu)，但也有建于20世紀(jì)70年代后期的鋼結(jié)構(gòu)建筑遭受破壞，而在1981年新的抗震規(guī)范頒布后按新規(guī)范設(shè)計(jì)的建筑很少破壞。其主要破壞形式為： 鋼柱脆斷； 支撐以及其連接板的破壞； 梁柱節(jié)點(diǎn)的破壞。那次地震中，由于鋼結(jié)構(gòu)具有良好的延性，相對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞程度要小，同時(shí)也表明考慮抗震設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)建筑很少破壞。而有些鋼結(jié)構(gòu)建筑的倒塌和鋼柱的脆性斷裂，以及支撐屈曲和數(shù)量較多的梁柱節(jié)點(diǎn)破壞，已引起了工程界的重視，并進(jìn)行了相應(yīng)的研究。,8.1 概 述,8.1.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能,鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能的好壞取決于結(jié)構(gòu)體系構(gòu)造、構(gòu)件及其連接的抗震性能。常用的鋼結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)、框架-抗震墻板結(jié)構(gòu)以及筒體結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)等。 鋼框架結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳力明確，側(cè)移剛度沿高度分布均勻，結(jié)構(gòu)整體側(cè)向變形為剪切型(多層)，抗側(cè)移能力主要取決于框架梁、柱的抗彎能力。如構(gòu)造設(shè)計(jì)合理，在強(qiáng)震發(fā)生時(shí)，結(jié)構(gòu)陸續(xù)進(jìn)入屈服的部位是框架節(jié)點(diǎn)域、梁、柱構(gòu)件，結(jié)構(gòu)的抗震能力取決于塑性屈服機(jī)制以及梁、柱、節(jié)點(diǎn)的耗能及延性性能。當(dāng)層數(shù)較多時(shí)，控制結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計(jì)參數(shù)不再是構(gòu)件的抗彎能力，而是結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度和延性。因此，從經(jīng)濟(jì)角度看，這種結(jié)構(gòu)體系適合于建造20層以下的中低層房屋。另外，研究及震害調(diào)查表明，以梁鉸屈服機(jī)制設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)抗震性能較好，易于實(shí)現(xiàn)“小震不壞、大震不倒”的經(jīng)濟(jì)型抗震設(shè)防目標(biāo)。,8.1 概 述,鋼框架-支撐體系可分為中心支撐類型和偏心支撐類型。中心支撐結(jié)構(gòu)使用中心支撐構(gòu)件，增加了結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度，可更有效的利用構(gòu)件的強(qiáng)度，提高抗震能力，適合于建造更高的房屋結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)烈地震作用下，支撐結(jié)構(gòu)率先進(jìn)入屈服，可以保護(hù)或者延緩主體結(jié)構(gòu)的破壞，這種結(jié)構(gòu)具有多道抗震防線。中心支撐框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件簡(jiǎn)單，實(shí)際工程應(yīng)用較多。但是由于支撐構(gòu)件剛度大，受力較大，容易發(fā)生整體或者局部失穩(wěn)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)總體剛度和強(qiáng)度降低較快，不利于結(jié)構(gòu)抗震能力的發(fā)揮，必須注意其構(gòu)造設(shè)計(jì)。帶有偏心支撐的框架-支撐結(jié)構(gòu)，具備中心支撐體系側(cè)向剛度大、具有多道抗震防線的優(yōu)點(diǎn)，還適當(dāng)減少了支撐構(gòu)件的軸向力，進(jìn)而減小了支撐失穩(wěn)的可能性。由于支撐點(diǎn)位置偏離框架接點(diǎn)，便于在橫梁內(nèi)設(shè)計(jì)用于消耗地震能量的消能梁段。強(qiáng)震發(fā)生時(shí)，耗能梁段率先屈服，消耗大量地震能量，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，形成了新的抗震防線，使得結(jié)構(gòu)整體抗震性能，特別是結(jié)構(gòu)延性大大加強(qiáng)。這種結(jié)構(gòu)體系適合于在高烈度地區(qū)建造高層建筑。,8.1 概 述,圖8.3 地震作用下中心支撐的變形 圖8.4 偏心支撐框架的耗能機(jī)制,鋼框架-抗震墻板結(jié)構(gòu)，使用帶豎縫或帶水平縫剪力墻板、內(nèi)藏支撐混凝土墻板、鋼抗震墻板等，提供需要的側(cè)向剛度。其中，帶縫剪力墻板在彈性狀態(tài)下具有較大的抗側(cè)移剛度，在強(qiáng)震下可進(jìn)入屈服階段并耗能。這種結(jié)構(gòu)具有多道抗震防線，同實(shí)體剪力墻板相比，其特點(diǎn)是剛度退化過(guò)程平緩，整體延性好，在日本使用較多。,8.1 概 述,8.2.1 鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)類型的選擇及所使用的結(jié)構(gòu)尺度,結(jié)構(gòu)類型的選擇關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性?？筛鶕?jù)結(jié)構(gòu)總體高度和抗震設(shè)防烈度確定結(jié)構(gòu)類型和最大使用高度。表8-2為建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的多層鋼結(jié)構(gòu)民用房屋使用的最大高度。,表8-2 鋼結(jié)構(gòu)房屋適用的最大高度(m),8.2 多層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定,影響結(jié)構(gòu)宏觀性能的另一個(gè)尺度是結(jié)構(gòu)高寬比，即房屋總高度與結(jié)構(gòu)平面最小寬度的比值，這一參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、側(cè)移、振動(dòng)模態(tài)有直接影響。建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)民用房屋的最大高寬比不宜超過(guò)表8-3的限定。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)尺度參數(shù)的選擇要同時(shí)滿足表8-2和表8-3的要求。,表8-3 鋼結(jié)構(gòu)民用房屋適用的最大高寬比,8.2 多層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定,根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)的思想，多層鋼結(jié)構(gòu)要根據(jù)安全性和經(jīng)濟(jì)性的原則按多道防線設(shè)計(jì)。在上述結(jié)構(gòu)類型中，框架結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)成梁鉸機(jī)制，有利于消耗地震能量、防止倒塌，梁是這種結(jié)構(gòu)的第一道抗震防線；框架-支撐(抗震墻板)體系以支撐或者抗震墻板作為第一道抗震防線；偏心支撐體系是以梁的耗能段作為第一道防線。在選擇結(jié)構(gòu)類型時(shí)，除考慮結(jié)構(gòu)總高度和高寬比之外，還要根據(jù)各結(jié)構(gòu)類型抗震性能的差異及設(shè)計(jì)需求加以選擇。一般情況下，對(duì)不超過(guò)12層的鋼結(jié)構(gòu)房屋可采用框架結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)類型；超過(guò)12層的鋼結(jié)構(gòu)房屋，8度、9度時(shí)，宜采用偏心支撐、帶豎縫鋼筋混凝土抗震墻板、內(nèi)藏鋼支撐鋼筋混凝土墻板或其他消能支撐及筒體結(jié)構(gòu)。,8.2 多層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定,8.2.2 結(jié)構(gòu)平、立面布置以及防震縫的設(shè)置,多層鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)平面布置、豎向布置應(yīng)遵守抗震概念設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)布置規(guī)則性的原則。設(shè)計(jì)中如出現(xiàn)平面不規(guī)則或者豎向不規(guī)則的情況，應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行水平地震作用計(jì)算和內(nèi)力調(diào)整，并對(duì)薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。由于鋼結(jié)構(gòu)可耐受的結(jié)構(gòu)變形比混凝土結(jié)構(gòu)大，一般不宜設(shè)防震縫。需要設(shè)置防震縫時(shí)，縫的寬度應(yīng)不小于相應(yīng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的1.5倍。,8.2 多層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定,8.2.3 支撐的設(shè)計(jì)要求,在框架-支撐體系中，可使用中心支撐或偏心支撐。不論是哪一種支撐，均可提供較大的抗側(cè)移剛度。因此，其結(jié)構(gòu)平面布局應(yīng)遵循抗側(cè)移剛度中心與結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心盡可能接近的原則。以減少結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)。支撐框架之間樓蓋的長(zhǎng)寬比不宜大于3，以防止樓蓋平面內(nèi)變形影響對(duì)支撐抗側(cè)剛度的準(zhǔn)確估計(jì)。另外，還可以使用支撐構(gòu)件改進(jìn)結(jié)構(gòu)剛度中心與質(zhì)量中心偏差較大的情況。 中心支撐構(gòu)造簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)施工方便。在大震作用下支撐可能失穩(wěn)，所產(chǎn)生的非線性變形可消耗一定的地震能量，但由于其力-位移曲線并不飽滿，耗能并不理想。偏心體系在小震及正常使用條件下與中心支撐體系具有相當(dāng)?shù)目箓?cè)剛度，在大震條件下靠梁的受彎段耗能，具有與強(qiáng)柱弱梁型框架相當(dāng)?shù)暮哪苣芰?，但?gòu)造相對(duì)復(fù)雜。因此，對(duì)超過(guò)12層的鋼結(jié)構(gòu)宜采用偏心支撐，但在頂層可采用中心支撐。,8.2 多層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定,中心支撐框架宜采用交叉支撐、人字支撐、斜桿支撐，不宜采用K形支撐，因?yàn)楹笳邔?duì)柱子易形成抗剪集中現(xiàn)象。支撐的軸線應(yīng)交匯于梁柱構(gòu)件軸線的焦點(diǎn)，確有困難時(shí)偏離中心不應(yīng)超過(guò)支撐桿件的寬度，并計(jì)入由此產(chǎn)生的附加彎矩。 偏心支撐框架的每根支撐至少有一根與框架梁相連接，消能梁段應(yīng)設(shè)計(jì)成具有飽滿滯回能力的塑性鉸消能機(jī)構(gòu)。,8.2 多層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定,8.2.4 鋼結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)布置要求,鋼結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定的抗震設(shè)計(jì)基本要求。鋼結(jié)構(gòu)房屋應(yīng)盡量采用規(guī)則的建筑方案，當(dāng)采用不規(guī)則建筑方案時(shí)，應(yīng)設(shè)抗震縫，且縫寬應(yīng)不小于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的1.5倍。 多層鋼結(jié)構(gòu)一般采用框架結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)。采用框架-支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，支撐框架的兩個(gè)方向的布置均宜基本對(duì)稱，支撐框架之間樓蓋的長(zhǎng)寬比不宜大于3。多層鋼結(jié)構(gòu)宜采用中心支撐，有條件時(shí)也可采用偏心支撐等消能支撐。中心支撐框架宜采用交叉支撐，也可采用人字形支撐或者單斜桿支撐，不宜采用K形支撐；支撐的軸線應(yīng)交匯于梁柱構(gòu)件軸線的交點(diǎn)，確有困難時(shí)偏離中心不應(yīng)超過(guò)支撐桿件寬度，并應(yīng)計(jì)入由此產(chǎn)生的附加彎矩。偏心支撐框架的每根支撐應(yīng)至少有一端與框架梁連接，并在支撐與梁交點(diǎn)和柱之間或同一跨內(nèi)另一支撐與梁交點(diǎn)之間形成消能梁段。,8.2 多層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定,鋼結(jié)構(gòu)房屋的樓板主要有在壓型鋼板上現(xiàn)澆混凝土形成的組合樓板(如圖8.5所示)和非組合樓板、裝配整體式鋼筋混凝土樓板、裝配式樓板等。一般宜采用組合樓板或者非組合樓板；對(duì)不超過(guò)12層的鋼結(jié)構(gòu)尚可采用裝配整體式鋼筋混凝土樓板，亦可采用裝配式樓板或者其他輕型樓蓋。,8.2.5 鋼結(jié)構(gòu)房屋的樓板,圖8.5 壓型鋼板組合樓板,采用壓型鋼板鋼筋混凝土組合樓板和現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板時(shí)，應(yīng)與鋼梁有可靠連接。采用裝配式、裝配整體式或輕型樓板時(shí)，應(yīng)將樓板預(yù)埋件與鋼梁焊接，或采取其他保證樓蓋整體性的措施。,8.2 多層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定,鋼結(jié)構(gòu)房屋根據(jù)工程情況可設(shè)計(jì)或不設(shè)計(jì)地下室，設(shè)置地下室時(shí)，框架-支撐結(jié)構(gòu)中豎向布置的支撐應(yīng)延伸至基礎(chǔ)；框架柱應(yīng)至少延伸至地下一層。 支撐在地下室是否改為混凝土抗震墻形式，與是否設(shè)計(jì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層有關(guān)，設(shè)置鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層時(shí)采用混凝土墻段協(xié)調(diào)。該抗震墻是否由鋼支撐外包混凝土構(gòu)成還是采用混凝土墻，由設(shè)計(jì)確定。 設(shè)置地下室的鋼結(jié)構(gòu)房屋的基礎(chǔ)埋置深度，當(dāng)采用天然地基時(shí)不宜小于房屋總高度的1/15；當(dāng)采用樁基時(shí)，樁承臺(tái)埋深不宜小于房屋總高度的1/20。,8.2.6 鋼結(jié)構(gòu)房屋的地下室,8.2 多層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定,多層建筑鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)采用兩階段設(shè)計(jì)方法，即第一階段設(shè)計(jì)應(yīng)按多遇地震計(jì)算地震作用，第二階段設(shè)計(jì)應(yīng)按罕遇地震計(jì)算地震作用。 第一階段設(shè)計(jì)時(shí)，地震作用應(yīng)考慮下列原則。 (1) 通常情況下，應(yīng)在結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向分別計(jì)入水平地震作用，各方向的水平地震作用應(yīng)全部由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)。 (2) 當(dāng)有斜交抗側(cè)力構(gòu)件時(shí)，宜分別計(jì)入各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。 (3) 質(zhì)量和剛度明顯不均勻、不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入水平地震作用的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。 (4) 按9度抗震設(shè)防的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)，或者按8度和9度抗震設(shè)防的大跨度和長(zhǎng)懸臂構(gòu)件，應(yīng)計(jì)入豎向地震作用。,8.3.1 一般計(jì)算原則,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,1. 多層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，采用阻尼比為0.02的地震影響系數(shù) 曲線表示，如圖8.6所示。 值應(yīng)根據(jù)近震、遠(yuǎn)震、場(chǎng)地類別及結(jié)構(gòu)自振周期計(jì)算， 值不小于0.2 。 及特征周期Tg按表8-4和表8-5的規(guī)定采用，系數(shù) 按下列公式確定： 當(dāng)0T0.1時(shí) =1+3.5T (8-1) 當(dāng)0.1T2時(shí) =3.5T (8-2) 當(dāng)T2時(shí) =3.5T +0.2Tg -0.1 T (8-3),8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,圖8.6 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù) 式中： 地震影響系數(shù)； 地震影響系數(shù)最大值； T結(jié)構(gòu)自振周期； Tg場(chǎng)地特征周期。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,表8-4 抗震設(shè)計(jì)水平地震影響系數(shù)最大值,表8-5 特征周期,(s),當(dāng)主要抗側(cè)力構(gòu)件為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，地震影響系數(shù)應(yīng)按建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定采用。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,2. 水平地震作用計(jì)算 多層建筑鋼結(jié)構(gòu)的地震作用計(jì)算方法有：底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)不同情況，分別采用不同的地震作用計(jì)算方法。 (1) 底部剪力法。 底部剪力法適用于高度小于等于60 m且平面和豎向較規(guī)則的高層建筑。底部剪力法根據(jù)建筑物的總策略荷載計(jì)算結(jié)構(gòu)底部的總剪力，然后按一定的比例分配到各樓層，得到各樓層的水平地震作用后，即可按靜力方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，使用較方便。 采用底部剪力法計(jì)算水平地震作用時(shí)，各樓層可僅按一個(gè)自由度計(jì)算，如圖8.7所示。與結(jié)構(gòu)的總水平地震作用等效的底部剪力標(biāo)準(zhǔn)值由下式計(jì)算： (8_4),8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,圖8.7 底部剪力法計(jì)算圖形,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,在質(zhì)量沿高度分布基本均勻、剛度沿高度分布基本均勻或向上均勻減小的結(jié)構(gòu)中，各層水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值按下式比例分配： (8-5) 頂部附加水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)為 (8-6) (8-7) 式中： 相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期T1(按s計(jì))的水平地震影響系數(shù)； 結(jié)構(gòu)的等效總策略荷載，取總重力荷載代表值的80%；,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,分別為第i、j層重力荷載代表值；抗震計(jì)算中重力荷載代表值為恒載和活載組合值之和，但雪荷載取標(biāo)準(zhǔn)值的50%，樓面活荷按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值第六組合值系數(shù)取值，一般民用建筑應(yīng)取0.5，書庫(kù)、檔案庫(kù)建筑應(yīng)取0.8； 分別為第i、j層樓蓋距底部固定端的高度； 第i層的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值； 頂部附加地震作用系數(shù)； 頂部附加水平地震作用； 結(jié)構(gòu)的基本自振周期；在初步計(jì)算時(shí)，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式估算： (8-8) 對(duì)于重量及剛度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，可用下式近似計(jì)算： (8-9),8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,式中： 結(jié)構(gòu)頂層假想側(cè)移(m)，即假想將結(jié)構(gòu)各 層的重力荷載作為樓層的集中水平力， 按彈性靜力方法計(jì)算所得到的頂層側(cè)移值； 計(jì)算周期修正系數(shù)，可取=0.9。 采用底部剪力法時(shí)，突出屋面小塔樓的地震作用效應(yīng)宜乘以增大系數(shù)3。增大影響宜向下考慮12層，但不再往下傳遞。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,(2) 振型分解反應(yīng)譜法。 不符合底部剪力法適用條件的其他高層鋼結(jié)構(gòu)，宜采用振型分解反應(yīng)譜法。 對(duì)體形比較規(guī)則，簡(jiǎn)單，可不計(jì)扭轉(zhuǎn)影響的結(jié)構(gòu)，振型分解反應(yīng)譜法僅考慮平移作用下的地震效應(yīng)組合，沿主軸方向，結(jié)構(gòu)第j振型第i質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，按下列公式計(jì)算： (8-10) (8-11) 式中： 相應(yīng)于j振型計(jì)算周期Tj的地震影響系數(shù)； j振型的參與系數(shù)； j振型第i質(zhì)點(diǎn)的水平相對(duì)位移。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,根據(jù)各振型的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值Fji，即可按下式計(jì)算水平地震作用響應(yīng)(彎矩、剪 力、軸力和變形)： (8-12) 式中：S水平地震作用效應(yīng)； Sjj振型水平地震作用產(chǎn)生的效應(yīng)，可只取前2個(gè)3個(gè)振型；當(dāng)基本自振周期大于1.5s時(shí)或房屋高寬比大于5時(shí)，振型個(gè)數(shù)可適當(dāng)增加。 在復(fù)雜體型或不能按平面結(jié)構(gòu)假定進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)按空間協(xié)同工作或空間結(jié)構(gòu)計(jì)算空間振型。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,(3) 時(shí)程分析法。 豎向特別不規(guī)則的建筑及高度較大的建筑，宜采用時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算。采用時(shí)程分析法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)時(shí)，應(yīng)輸入典型的地震波進(jìn)行計(jì)算。不同的地震波會(huì)使相同結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同的反應(yīng)，這與地震波的頻譜、幅值及時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。采用的能反映當(dāng)?shù)貓?chǎng)地特征的地震加速度波不能少于4條，其中宜包括一條本地區(qū)歷史上發(fā)生地震時(shí)的實(shí)測(cè)記錄。 地震波的持續(xù)時(shí)間不宜過(guò)短，宜取10s20s或更長(zhǎng)。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,8.3.2 地震作用下鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移計(jì)算,1. 地震作用下的內(nèi)力與位移計(jì)算 1) 多遇地震作用下 結(jié)構(gòu)在第一階段多遇地震作用下的抗震設(shè)計(jì)中，其地震作用效應(yīng)采用彈性方法計(jì)算?？筛鶕?jù)不同情況，采用底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法以及時(shí)程分析法。 實(shí)驗(yàn)研究表明，鋼結(jié)構(gòu)房屋的阻尼比小于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)于超過(guò)12層的鋼結(jié)構(gòu)可采用0.02，對(duì)于不超過(guò)12層的鋼結(jié)構(gòu)可采用0.035，對(duì)于單層鋼結(jié)構(gòu)仍采用0.05。 鋼結(jié)構(gòu)在進(jìn)行內(nèi)力和位移計(jì)算時(shí)，對(duì)于框架-支撐、框架-抗震墻板以及框筒等結(jié)構(gòu)常采用矩陣位移法。對(duì)于工字形截面柱，宜計(jì)入梁柱節(jié)點(diǎn)域剪切變形對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響；對(duì)中心支撐框架和不超過(guò)12層的鋼結(jié)構(gòu)，其層間位移計(jì)算可不計(jì)入梁柱節(jié)點(diǎn)域剪切變形的影響?？蚣?支撐結(jié)構(gòu)的斜桿可按端部鉸接桿計(jì)算；中心支撐框架的斜桿軸線偏離梁柱軸線交點(diǎn)不超過(guò)支撐桿件的寬度時(shí)，仍可按中心支撐框架分析，但應(yīng)計(jì)及由此產(chǎn)生的附加彎矩。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,對(duì)于筒體結(jié)構(gòu)，可將其按位移相等原則轉(zhuǎn)化為連續(xù)的豎向懸臂筒體，采用有限條法對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。 在預(yù)估桿截面時(shí)，內(nèi)力和位移的分析可采用近似方法。在水平載荷作用下，框架結(jié)構(gòu)可采用D值法進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算；框架-支撐(抗震墻)可簡(jiǎn)化為平面抗側(cè)力體系，分析時(shí)將所有框架合并為總框架，所有豎向支撐(抗震墻)合并為總支撐(抗震墻)，然后進(jìn)行協(xié)同工作分析。此時(shí)，可將總支撐(抗震墻)當(dāng)作一懸臂梁。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,2) 罕遇地震作用下 高層鋼結(jié)構(gòu)第二階段的抗震驗(yàn)算應(yīng)采用時(shí)程分析法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析，其結(jié)構(gòu)計(jì)算模型可以采用桿系模型、剪切型層模型、剪彎型模型或剪彎協(xié)同工作模型。在采用桿系模型分析時(shí)，柱、梁的恢復(fù)力模型可采用二折線型，其滯回模型可不考慮剛度退化。鋼支撐和消能梁段等構(gòu)件的恢復(fù)力模型，應(yīng)按桿件特性確定。采用層模型分析時(shí)，應(yīng)采用計(jì)入有關(guān)構(gòu)件彎曲、軸向力、剪切變形影響的等效層剪切剛度，層恢復(fù)力模型的骨架曲線可采用靜力彈塑性方法進(jìn)行計(jì)算，可簡(jiǎn)化為二折線或三折線，并盡量與計(jì)算所得骨架曲線接近。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力塑性計(jì)算時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮水平地震作用與重力載荷。構(gòu)件所用材料的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)新型、特殊的桿件和結(jié)構(gòu)，其恢復(fù)力模型宜通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。分析時(shí)結(jié)構(gòu)的阻尼比可取0.05，并應(yīng)考慮二階段效應(yīng)對(duì)側(cè)移的影響。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,2. 構(gòu)件內(nèi)力調(diào)整與組合 對(duì)于框架梁，可不按柱軸線處的內(nèi)力而按梁段內(nèi)力設(shè)計(jì)，框架-支撐結(jié)構(gòu)中，框架部分按計(jì)算得到的地震剪力不小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的25%和框架部分地震剪力最大值1.8倍二者的較小者。人字形和U型支撐組合的內(nèi)力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以1.5的增大系數(shù)。 對(duì)于偏心支撐框架結(jié)構(gòu)，為了確保消能梁段能進(jìn)入彈塑性工作，消耗地震輸入能量，支撐斜桿的軸力設(shè)計(jì)值，應(yīng)取與支撐斜桿相連接的消能梁段達(dá)到受剪隨載力時(shí)支撐斜桿軸力與增大系數(shù)的乘積，其值在8度及以下時(shí)不應(yīng)小于1.4，9度時(shí)不應(yīng)小于1.5；位于消能梁段同一跨的框架梁內(nèi)力設(shè)計(jì)值，應(yīng)取消能梁段達(dá)到受剪承載力與增大系數(shù)的乘積，其值在8度及以下時(shí)不應(yīng)小于1.5，9度時(shí)不應(yīng)小于1.6；框架柱的內(nèi)力設(shè)計(jì)值，應(yīng)取消能段達(dá)到受剪承載力時(shí)柱內(nèi)力與增大系數(shù)的面積，其值在8度及以下時(shí)不應(yīng)小于1.5，9度時(shí)不應(yīng)小于1.6。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,內(nèi)藏鋼支撐鋼筋混凝土墻板和帶豎縫鋼筋混凝土墻板應(yīng)按有關(guān)規(guī)定計(jì)算，帶豎縫鋼筋混凝土墻板可僅承受水平荷載產(chǎn)生的剪力，不承受豎向荷載產(chǎn)生的壓力。 鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層下的鋼框架柱，地震內(nèi)力應(yīng)乘以1.5的增大系數(shù)。 在抗震設(shè)計(jì)中，一般高層鋼結(jié)構(gòu)可不考慮風(fēng)荷載及豎向地震的作用，但對(duì)于高度大于60 m的高層鋼結(jié)構(gòu)須考慮風(fēng)荷載的作用，在9度區(qū)尚需考慮豎向地震的作用。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,3. 側(cè)移控制 在小震下(彈性階段)，過(guò)大的層間變形會(huì)造成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，而在大震下(彈塑性階段)，過(guò)大的變形會(huì)造成結(jié)構(gòu)的破壞或倒塌，因此，應(yīng)限制結(jié)構(gòu)的側(cè)移，使其不超過(guò)一定的數(shù)值。 在多遇地震下，鋼結(jié)構(gòu)的層間側(cè)移標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)不超過(guò)層高的1/300。結(jié)構(gòu)平面端部構(gòu)件的最大側(cè)移不得超過(guò)質(zhì)心側(cè)移的1.3倍。 在罕遇地震下，鋼結(jié)構(gòu)的層間側(cè)移不應(yīng)超過(guò)層高的1/50。同時(shí)結(jié)構(gòu)層間側(cè)移的延性比對(duì)于純框架、偏心支撐框架、中心支撐框架、有混凝土抗震墻的鋼框架應(yīng)分別大于3.5、3.0、2.5和2.0。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,4. 鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定 高層鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定分為傾覆穩(wěn)定和壓屈穩(wěn)定兩種類型。傾覆穩(wěn)定可通過(guò)限制高寬比來(lái)滿足，壓屈穩(wěn)定又分為整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定。當(dāng)鋼框架梁的上翼緣采用抗剪連接件與組合樓板連接時(shí)，可不驗(yàn)算地震作用下的整體穩(wěn)定。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,鋼框架的承載能力和穩(wěn)定性與梁柱構(gòu)件、支撐構(gòu)件、連接件、梁柱接點(diǎn)域都有直接的關(guān)系。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要體現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁的原則，保證接點(diǎn)可靠性，實(shí)現(xiàn)合理的耗能機(jī)制。為此，需要進(jìn)行構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)承載力和穩(wěn)定性驗(yàn)算。驗(yàn)算的主要內(nèi)容有：框架梁柱承載力和穩(wěn)定驗(yàn)算、節(jié)點(diǎn)承載力與穩(wěn)定性驗(yàn)算、支撐構(gòu)件的承載力驗(yàn)算、偏心支撐框架構(gòu)件的抗震承載力驗(yàn)算、構(gòu)件及其連接的極限承載力驗(yàn)算。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,1. 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其節(jié)點(diǎn)的抗震承載力計(jì)算 強(qiáng)柱弱梁是抗震設(shè)計(jì)的基本要求，在地震作用下，塑性效應(yīng)在梁端形成而不應(yīng)在柱端形成，此時(shí)框架具有較大的內(nèi)力重分布和消能能力。為此柱端應(yīng)比梁端有更大的承載能力儲(chǔ)備。對(duì)于抗震設(shè)防框架柱在框架的任一節(jié)點(diǎn)處，柱截面的塑性抵抗矩和梁截面的塑性抵抗矩應(yīng)滿足下式的要求： (8-13),8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,式中： ， 柱和梁的塑性截面模量； N柱軸向壓力設(shè)計(jì)值； Ac柱截面面積； ， 柱和梁的鋼材屈服強(qiáng)度； 強(qiáng)柱系數(shù)，超過(guò)6層的鋼框架，6度IV類場(chǎng)地和7度時(shí)可取 1.0，8度時(shí)可取1.05，9度時(shí)可取1.15。 為了保證在大地震作用下，使柱和梁連接的節(jié)點(diǎn)域腹板不致局部失 穩(wěn)，以利于吸收和耗散地震能量，在柱與梁連接處，柱應(yīng)設(shè)置與梁上下翼緣位置對(duì)應(yīng)的加勁肋，使之與柱翼緣相包圍處形成梁柱節(jié)點(diǎn)域。節(jié)點(diǎn)域柱腹板的厚度，一方面要滿足腹板局部穩(wěn)定要求，另一方面還應(yīng)滿足節(jié)點(diǎn)域的抗剪要求。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,研究表明，節(jié)點(diǎn)域既不能太厚，也不能太薄，太厚了使節(jié)點(diǎn)域不能發(fā)揮耗能作用，太薄了將使框架的側(cè)向位移太大。節(jié)點(diǎn)域的屈服承載力應(yīng)滿足式(8-14)的要求： (8-14) 工字形截面柱 (8-15) 箱形截面柱 (8-16),8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,式中： ， 節(jié)點(diǎn)域兩側(cè)梁的全塑性受彎承載力； Vp節(jié)點(diǎn)域的體積，根據(jù)式(8-15)或式(8-16)確定； fv鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 折減系數(shù)，6度IV類場(chǎng)地和7度時(shí)可 取0.6，8度、9度時(shí)可取0.7； 梁腹板高度和柱腹板高度； 柱在節(jié)點(diǎn)域的腹板厚度。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,為保證工字形截面柱和箱形截面柱的節(jié)點(diǎn)域的穩(wěn)定，節(jié)點(diǎn)域腹板的厚度應(yīng)滿足式(8-17)的要求： (8-17) 節(jié)點(diǎn)域的受剪承載力應(yīng)滿足式(8-18)的要求： (8-18) 式中： 節(jié)點(diǎn)域兩側(cè)梁的彎矩設(shè)計(jì)值； 節(jié)點(diǎn)域承載力抗震調(diào)整系數(shù)，取0.85。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,當(dāng)柱所在樓層的受剪承載力比上一層的受剪承載力高出25%，或柱軸向力設(shè)計(jì)值與柱全截面面積的鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積的比值不超過(guò)0.4，或作為軸心受壓構(gòu)件在2倍地震力下穩(wěn)定性得到保證時(shí)，可不按式(8-18)驗(yàn)算。當(dāng)柱節(jié)點(diǎn)域腹板厚度不小于梁、柱截面高度之和的1/70時(shí)，可不驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)域的穩(wěn)定性。 2. 中心支撐框架構(gòu)件的抗震承載力驗(yàn)算 在反復(fù)荷載作用下，支撐斜桿反復(fù)受壓、受拉，且受壓屈曲后的變形增大較大，轉(zhuǎn)而受拉時(shí)不能完全拉直，造成受壓承載力再次降 低，即出現(xiàn)彈塑性屈曲后承載力退化現(xiàn)象。支撐桿件屈曲后，最大承載力的降低是明顯的，長(zhǎng)細(xì)比越大，退化程度越嚴(yán)重。在計(jì)算支撐桿件時(shí)應(yīng)考慮這種情況。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,在多遇地震作用效應(yīng)組合下，支撐桿受壓承載力按式(8-19)進(jìn)行： (8-19) (8-20) (8-21) 式中： N支撐斜桿的軸向力設(shè)計(jì)值； Abr支撐斜桿截面面積； 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)； 受循環(huán)荷載時(shí)的強(qiáng)度降低系數(shù)； 支撐斜桿的正則化(歸一化)長(zhǎng)細(xì)比； E支撐斜桿材料的彈性模量； 鋼材屈服強(qiáng)度； 支撐承載力抗震調(diào)整系數(shù)，取0.8； f鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,對(duì)人字形支撐，當(dāng)支撐腹桿在大震下受力壓屈曲后，其承載力將下降，導(dǎo)致橫梁在支撐連接處出現(xiàn)向下的不平衡集中力，可能引起橫梁破壞和樓板下陷，并在橫梁兩端出現(xiàn)塑性鉸；V形支撐的情況類似，僅當(dāng)斜桿失穩(wěn)時(shí)樓板不是下陷而是向上隆起，不平衡力方向相反。因此，設(shè)計(jì)時(shí)要求人字形支撐和V形支撐的橫梁在支撐連接處應(yīng)保持連續(xù)。在驗(yàn)算橫梁時(shí)，除應(yīng)承受支撐斜桿傳來(lái)的內(nèi)力外，尚應(yīng)滿足在不考慮支撐的支點(diǎn)作用將橫梁視為簡(jiǎn)支梁時(shí)在豎向荷載和受壓支撐屈曲后產(chǎn)生的不平衡力作用下的承載力要求。不平衡集中力取受拉支撐的豎向分量減去受壓支撐屈曲壓力豎向分量的30%。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,3. 偏心支撐框架構(gòu)件的抗震承載力驗(yàn)算 偏心支撐框架的設(shè)計(jì)原則是強(qiáng)柱、強(qiáng)支撐和弱消能梁段，即在大地震時(shí)消能梁段屈服形成塑性鉸，且具有穩(wěn)定的滯回性能，即使消能梁段進(jìn)入應(yīng)變硬化階段，支撐斜桿、柱和其余梁段仍保持彈性。設(shè)計(jì)良好的偏心支撐框架，除柱腳有可能出現(xiàn)塑性鉸外，其他塑性鉸均出現(xiàn)在梁段上。偏心支撐框架的每根支撐應(yīng)至少一端與梁連接，并在支撐與梁交點(diǎn)和柱之間或同一跨內(nèi)另一支撐與梁交點(diǎn)之間形成消能梁段。消能梁段的受剪承載力應(yīng)按下列規(guī)定驗(yàn)算。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,當(dāng)N0.15Af時(shí) V (8-22) 式中：V=0.58Awfay或Vl=2Mlp/a，取較小值；其中 (8-23) 當(dāng)N0.15Af時(shí) V (8-24) 式中： 或 ， 取較小值； 系數(shù)，取0.9； V，N消能梁段的剪力設(shè)值和軸力設(shè)計(jì)值； Vl, Vlc消能梁段的受剪承載力和考慮軸力影響的受剪承載力； Mlp消能梁段的全塑性受彎承載力； a, h, tw, tf消能梁段的長(zhǎng)度、截面高度、腹板厚度和翼緣厚度； A，Aw消能梁段的截面面積和腹板截面面積； Wp消能梁段的塑性截面模量； f, fay消能梁段鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和屈服強(qiáng)度； 消能梁段承載力抗震調(diào)整系數(shù)，取0.85。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,消能梁段的屈服強(qiáng)度越高，屈服后的延性越差，消能能力越小，因此消能梁段的鋼材屈服強(qiáng)度不應(yīng)大于345 MPa。 支撐斜桿與消能梁連接的承載力不得小于支撐的承載力。若支撐須抵抗彎矩，支撐與梁的連接應(yīng)采用鋼接，并按抗壓彎連接設(shè)計(jì)。 4. 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的抗震承載力驗(yàn)算 鋼結(jié)構(gòu)連接的設(shè)計(jì)原則是強(qiáng)連接弱桿件，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接應(yīng)按地震組合內(nèi)力進(jìn)行彈性設(shè)計(jì)，并應(yīng)進(jìn)行極限承載力驗(yàn)算。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,1) 梁與柱連接的承載力驗(yàn)算 框架結(jié)構(gòu)的塑性發(fā)展是從梁柱連接處開始的。為使梁柱構(gòu)件能充分發(fā)展塑性形成塑性鉸，構(gòu)件的連接應(yīng)有充分的承載力。梁與柱連接按彈性設(shè)計(jì)時(shí)，梁上下翼緣的端截面應(yīng)滿足連接的彈性設(shè)計(jì)要求，梁腹板應(yīng)計(jì)入剪力和彎矩。 梁與柱連接的極限受彎、受剪承載力，應(yīng)符合下列要求： (8-25) 且 (8-26) 式中： 梁上下翼緣全熔透坡口焊縫的極限受彎承載力； 梁腹板連接的極限受剪承載力，垂直于角焊縫受剪時(shí)，可提高1.22倍； 梁(梁貫通時(shí)為柱)的全塑性受彎承載力； 梁的凈跨(梁貫通時(shí)取該樓層的凈高)； ， 梁腹板的高度和厚度； 鋼材的屈服強(qiáng)度。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,2) 支撐與框架的連接及支撐拼連的承載力計(jì)算 支撐與框架的連接及支撐拼接，須采用螺栓連接。連接在支撐軸線方向的極限承載力應(yīng)不小于支撐凈截面屈服承載力的1.2倍，即 (8-27) 式中： 螺栓連接和節(jié)點(diǎn)板連接在支撐軸線方向的極限承載力； 支撐的截面凈面積； 支撐鋼材的屈服強(qiáng)度。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,3) 梁、柱構(gòu)件拼接處的承載力驗(yàn)算 梁、柱構(gòu)件拼接的彈性設(shè)計(jì)時(shí)，腹板應(yīng)計(jì)入彎矩，且受剪承載力不應(yīng)小于構(gòu)件截面受剪承載力的50%；拼接的極限承載力，應(yīng)符合下列要求。 (8-28) 無(wú)軸向力時(shí) (8-29) 有軸向力時(shí) (8-30) 式中： ， 構(gòu)件拼接的極限受彎、受剪承載力； 構(gòu)件有軸向力時(shí)全截面受彎承載力，按式(8-35) 至(8-36)計(jì)算； ， 拼接構(gòu)件截面腹板的高度和厚度； 被拼接構(gòu)件的鋼材屈服強(qiáng)度。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,拼接采用螺栓連接時(shí)，尚應(yīng)符合下列要求。 翼緣 (8-31) 且 (8-32) 腹板 (8-33) 且 (8-34) 式中： ， 一個(gè)螺栓的極限受剪承載力和對(duì)應(yīng)的板件極限承壓力； 翼端的有效截面面積； 腹板拼接中彎矩引起的一個(gè)螺栓的最大剪力； n 翼緣拼接或腹板拼接一側(cè)的螺栓數(shù)。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,4) 構(gòu)件有軸力時(shí)的全截面受彎承載力計(jì)算 當(dāng)梁柱連接為梁貫通型時(shí)，側(cè)柱與梁的連接除彎矩外，還承受軸力N，柱的抗彎承載力 隨壓力的增加而減少，構(gòu)件有軸向力時(shí)的全截面受彎承載力應(yīng)按式(8-35)和式(8-36)計(jì)算。 (1) 對(duì)工字形截面(繞強(qiáng)軸)和箱形截面。 當(dāng) 0.13時(shí) (8-35) 當(dāng) 0.13時(shí) (8-36),8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,(2) 對(duì)工字形截面(繞弱軸)。 當(dāng) 時(shí) (8-37) 當(dāng) 時(shí) (8-38) 式中： N ， 構(gòu)件的軸向力和軸向屈服承受力； A ， 構(gòu)件截面的面積和腹板截面的面積。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,5) 焊接的極限承載力計(jì)算 焊縫的極限強(qiáng)度高于母材的抗拉強(qiáng)度，計(jì)算時(shí)取其等于母材的抗拉強(qiáng)度最小值；角焊縫的極限抗剪強(qiáng)度也高于母材的極限抗剪強(qiáng)度，梁腹板連接的角焊縫極限受剪承載力取母板的極限抗剪強(qiáng)度乘角焊縫的有效受剪面積。因此，焊縫的極限承載力應(yīng)按式(8-39)和式(8-40)計(jì)算。 對(duì)接焊接受拉 (8-39) 角焊縫受剪 (8-40) 式中： 焊縫的有效受力面積； 構(gòu)件母材的抗拉強(qiáng)度最小值。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,6) 高強(qiáng)度螺栓連接的極限受剪承載力計(jì)算 高強(qiáng)度螺栓連接的極限受剪承載力，應(yīng)取下列二式計(jì)算的較小者： (8-41) (8-42) 式中： ， 一個(gè)高強(qiáng)度螺栓的極限受剪承載力和對(duì)應(yīng)的極限承壓力； 螺栓連接的剪切面數(shù)量； 螺栓螺紋處的有效截面面積； 螺栓鋼材的抗拉強(qiáng)度最小值； 螺栓桿直徑； 同一受力方向的鋼板厚度之和； 螺栓連接板的極限承壓強(qiáng)度，取。,8.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震計(jì)算,8.4.1 鋼框架構(gòu)造措施,1. 框架柱的長(zhǎng)細(xì)比 長(zhǎng)細(xì)比和軸壓比均較大的柱，其延性較小，并容易發(fā)生全框架整體失穩(wěn)。對(duì)柱的長(zhǎng)細(xì)比和軸壓比作些限制，就能控制二階段效應(yīng)對(duì)柱極限承載力的影響。為了保證框架柱具有較好的延性，地震區(qū)柱的長(zhǎng)細(xì)比不宜太大，不超過(guò)12層的鋼框架柱的長(zhǎng)細(xì)比，6度8度時(shí)不應(yīng)大于，9度時(shí)不應(yīng)大于。 2. 梁柱板件的寬厚比 在鋼框架設(shè)計(jì)中，為了保證梁的安全承載，除了承載力和整體穩(wěn)定問(wèn)題外，還必須考慮梁的局部穩(wěn)定問(wèn)題。如果梁的受壓翼緣寬厚比或腹板的高厚比較大，則在受力過(guò)程中它們就會(huì)出現(xiàn)局部失穩(wěn)。板件的局部失穩(wěn)，降低了構(gòu)件的承載力。防止板件失穩(wěn)的有效方法是限制它的寬厚比。對(duì)按7度及7度以上抗震設(shè)防的框架梁，要求梁出現(xiàn)塑性鉸后還有轉(zhuǎn)動(dòng)能力，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布，因此，對(duì)板件的寬厚比有嚴(yán)格的限制；對(duì)設(shè)防烈度為6度和非抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，要求梁截面出現(xiàn)塑性鉸，但不要求太大的轉(zhuǎn)動(dòng)能力。,8.4 多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震構(gòu)造要求,框架柱當(dāng)根據(jù)強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)時(shí)，柱中一般不會(huì)出現(xiàn)塑性鉸，僅考慮柱在后期出現(xiàn)少量塑性不需要很高的轉(zhuǎn)動(dòng)能力。因此，對(duì)柱板件的寬厚比不需要像梁那樣嚴(yán)格。因此，正確地確定板件寬厚比，可以使結(jié)構(gòu)達(dá)到安全而合理的設(shè)計(jì)。 總高度不超過(guò)12層框架梁、柱板件寬厚比應(yīng)符合表8-6的要求。,表8-6 不超過(guò)12層框架的梁柱板件寬厚比限值,11 36,10 32,9 30,8.4 多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震構(gòu)造要求,框架梁柱板件寬厚比的規(guī)定是以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合強(qiáng)柱弱梁為前提的。如果梁柱構(gòu)件不滿足“節(jié)點(diǎn)承載力驗(yàn)算”的強(qiáng)度條件，則表8-5中工字形柱翼緣外伸部分的11和10應(yīng)分別改為10和9，工字形腹板的43應(yīng)分別改為40(7度)和36(8度、9度)。 3. 構(gòu)件的側(cè)向支撐 梁柱構(gòu)件在出現(xiàn)塑性鉸截面處，其上下翼緣均應(yīng)設(shè)置側(cè)向支承。相鄰兩支承點(diǎn)間的構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比，應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于塑性設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定。 4. 梁柱連接的構(gòu)造要求 下面提出的梁柱連接構(gòu)造要求，是在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和近年來(lái)幾次大震害調(diào)查結(jié)果確定的。,8.4 多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震構(gòu)造要求,梁與柱的連接宜采用柱貫通型連接方式。柱在兩個(gè)互相垂直的方向都與梁剛接時(shí)，宜采用箱形截面。當(dāng)僅在一個(gè)方向剛接時(shí)，宜采用工字形截面，并將柱腹板置于剛接框架平面內(nèi)。梁與柱的連接應(yīng)采用剛性連接，也可根據(jù)需要采用半剛性連接。梁與柱的剛性連接，可將梁與柱翼緣在現(xiàn)場(chǎng)直接連接，也可通過(guò)預(yù)先焊在柱上的梁懸臂段在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行梁的拼接。工字形截面柱(翼緣)和箱形截面柱與梁剛接時(shí)，應(yīng)符合下列要求如圖8.8所示，有充分依據(jù)時(shí)也可采用其他構(gòu)造形式。,圖8.8 框架梁與柱的現(xiàn)場(chǎng)連接,8.4 多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震構(gòu)造要求,(1) 梁翼緣與柱翼緣間應(yīng)采用全熔透坡口焊縫；8度乙類建筑和9度時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)V形切口的沖擊韌性，其恰帕沖擊韌性在-20時(shí)不低于27J。 (2) 柱在梁翼緣對(duì)應(yīng)位置設(shè)置橫向加勁肋，且加勁肋厚度不應(yīng)小于翼緣厚度。 (3) 梁腹板宜采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓通過(guò)連接板與柱連接；腹板角部宜設(shè)置扇形切角，其端部與梁翼緣的全熔透焊縫應(yīng)隔開。 (4) 當(dāng)梁翼緣的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的70% 時(shí)梁腹板與柱的連接螺栓不得小于兩列；當(dāng)計(jì)算僅需一列時(shí)，仍應(yīng)布置兩列，且此時(shí)螺栓總數(shù)不得小于計(jì)算值的1.5倍。 (5) 8度III、IV場(chǎng)地和9度時(shí)，宜采用能將塑性鉸自梁端外移的骨形連接。 框架梁采用懸臂梁段與柱剛性連接時(shí)，如圖8.9所示，懸臂梁段與柱應(yīng)預(yù)先采用全焊接連接，梁的現(xiàn)場(chǎng)拼接可采用翼緣焊接腹板螺栓連接，如圖8.9(a)所示，或全部螺栓連接，如圖8.9(b)所示。,8.4 多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震構(gòu)造要求,翼緣焊接腹板螺栓連接 (b) 全部螺栓連接 圖8.9 框架梁與柱通過(guò)梁懸臂段的連接 箱形截面柱在與梁翼緣對(duì)應(yīng)位置設(shè)置的隔板應(yīng)采用全熔透對(duì)接焊縫與壁板相連。工字形截面柱的橫向加勁肋與柱翼緣應(yīng)采用全熔透對(duì)接焊縫連接，與腹板可采用角焊縫連接。,8.4 多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震構(gòu)造要求,5. 節(jié)點(diǎn)域補(bǔ)強(qiáng)及節(jié)點(diǎn)附近構(gòu)造措施 當(dāng)節(jié)點(diǎn)域的體積不滿足穩(wěn)定要求，應(yīng)采取加厚節(jié)點(diǎn)域貼焊補(bǔ)強(qiáng)板的措施。補(bǔ)強(qiáng)板的厚度及其焊縫應(yīng)按傳遞補(bǔ)強(qiáng)板所分擔(dān)剪力的要求設(shè)計(jì)。 在罕遇地震下，框架節(jié)點(diǎn)可能進(jìn)入塑性區(qū)，應(yīng)保證塑性區(qū)的整體性。因此，梁與柱剛性連接時(shí)，柱在梁翼緣上下各500 mm的節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)，柱翼緣與柱腹板間或箱形柱壁板間的連接焊縫，應(yīng)采用坡口全熔透焊縫。 6. 框架柱接頭構(gòu)造措施 框架柱接頭位置宜設(shè)在框架上方1.3 m附近。柱對(duì)接接頭應(yīng)采用全熔透焊縫，柱拼接接頭上