【建筑精品】钢结构—— 郁银泉

第十三讲多层和高层钢结构房屋抗震设计新规定2010年10月15日;多层和高层钢结构房屋抗震设计，是在2001规范首次列入的，本次修订，主要做了如下改进：（1）调整了适用范围，增加7度（0.15g）和8度（0.3g）的适用高度要求；（2）新增抗震等级规定，将2001规范的内力调整和长细比、宽厚比等构造要求，按抗震等级做了划分和局部调整；（3）适度放宽了钢结构阻尼比和层间位移角的规定；（4）改进了“强柱弱梁”和“强节点弱构件”的设计方法，并相应调整了构件承载力抗震调整系数γRE的取值；（5）改进了钢结构构件的连接构造；（6）新增钢支撑-混凝土框架和钢框架-混凝土核心筒结构抗震设计的原则规定（附录G）；总体上，修订后的钢结构，地震作用有所降低，承载力抗震调整系数有所减小，长细比和宽厚比的构造要求更加体现延性的特点，可比2001规范更加经济些。一、结构体系和最大适用高度修订高层民用建筑钢结构不同结构体系在各设防烈度时的合理高度取值，与2001年规范的规定大体一致。1.钢结构房屋的最大适用高度（m）结构类型震设防(0.20g)(0.30g)框架110框架-中心支撑2220240框架偏心支撑(延性墙板)2460260桁架筒,束筒)和巨型框架屈曲约束支撑框3180360超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。

一、结构体系和最大适用高度修订2.框架-支撑结构分中心支撑与偏心支撑两类。有混凝土剪力墙的钢结构另列入了附录G。3.将7度的适用高度按设计基本加速度0.1g和0.15g区分。关于0.15g和0.30g的规定，分别在7、8度和8、9度之间内插。4.各类筒体的使用高度未做变化。二、钢结构的抗震等级概念引入1.钢结构房屋的抗震等级房屋高度一般情况，构件的抗震等级应与结构相同；当某个部位各构件的承载力均满足2倍地震作用组合下的内力要求时，7~9度的构件抗震等级应允许按降低一度确定。二、钢结构的抗震等级概念引入对不同类别、不同烈度、不同高度的抗震措施，用抗震等级的不同来描述，使规定更简洁明了，并具体化。3.有助于熟悉混凝土结构设计的设计者进行钢结构的抗震设计。4.引进抗震等级，使钢结构能用不同的抗震等级体现不同的延性要求。5.依据抗震性能化设计的方法，当按提高一度的地震内力进行构件抗震承载力（包括强度和稳定）验算时，则可以按降低了的抗震等级检查该构件的延性构造要求。三、内力变形分析有关规定的修订1.重力二阶效应的考虑本次修订中，明确提出要计入重力二阶效应。进行二阶效应的弹性分析时，应按GB50017的有关规定，在每层柱顶附加假想水平力。

当结构的高宽比较大以及柱的长细比较大时，此情况可能发生。三、内力变形分析有关规定的修订2.节点域剪切变形的影响考虑节点剪切变形影响的方法是将未计入节点域变形的层间位移角与由节点域在相应楼层设计弯矩下的剪切变形角的平均值相加求得总位移角。pbpbpeji三、内力变形分析有关规定的修订3.框架-支撑结构的框架剪力分担率经过反复协商和讨论，以底部总剪力为基础进行调整，取总地震剪力的25%和框架部分按刚度分配的地震剪力最大值1.8倍二者的较小值；今后，对有关问题还需要继续研究和探讨。三、内力变形分析有关规定的修订4.支撑杆件内力调整中心支撑中，参考AISC-2005的有关规定，取消了2001规范单斜杆支撑和交叉支撑系数1.3；人字形和V形支撑的系数1.5也取消；框架斜杆轴力增大系数，一、二、三级分别取1.4,1.3和1.2；相连框架梁、框架柱内力增大系数，一、二、三级分别取1.3、1.2和1.1。三、内力变形分析有关规定的修订5.钢结构的阻尼比修改注意：按本规范第5章的修订，阻尼比小于0.05的结构，其地震作用比2001规范有所减小，阻尼比0.02时，最大降低幅度可达18%。四、钢结构抗震验算对不需要进行强柱弱梁验算的条件进行修改。

2001规范“作为轴心受压构件在2倍地震力下稳定性得到保证时，可不验算强柱弱梁”，修改为“2倍地震作用下的地震组合轴力设计值”，即还要考虑重力荷载代表值引起的柱轴力，使该项要求能发挥应有的控制作用。强柱弱梁验算公式等截面梁与柱连接时，该公式为新增加的。ybpbycpcpbpcycybpb验算公式略去1.15，可将η值取小一些。1.15pcpcycpcpb四、钢结构抗震验算2.节点域验算节点域屈服承载力是检验节点域的屈服性能，，本次未变仅增加了圆管柱的V关于——折减系数，三、四级取0.6,一、二级取；我国有广大地区，JGJ99-98考虑此情况，规定7度可用0.6，现在8度50m以下为三级，将0.6推广到8度的多层房屋，设计对此应考虑具体情况合理应用。pbpb四、钢结构抗震验算3.构件连接验算分别给出梁柱刚接、支撑与框架连接以及梁，柱，支撑的拼接的极限承载力验算公式。四、钢结构抗震验算4.构件承载力抗震验算本次修订中，配合连接系数的引入，修改了γRE2001规范系数γRE为：梁、柱0.75，支撑0.80，栓接0.85，焊接0.90。予以体现。γRE按强度验算时均取0.75，按稳定验算时均取0.80这样修改，使用方便，较符合钢结构构件设计的习惯。

验算的结果，用钢量有所减小。四、钢结构抗震验算引入连接系数：连接系数的影响因素有：钢材类别、屈服强度、超强系数、应变硬化系数、连接类别（焊接、螺栓连接）、连接的部位、对塑性发展的要求等。钢结构抗震设计的连接系数母材牌号梁柱连接时支撑连接\构件拼接柱脚焊接螺栓连接焊接螺栓连接Q2351.401.451.251.30埋入式1.2Q3451.301.351.201.25外包式1.2Q345GJ1.251.301.151.20外露式1.1连接系数对梁柱连接要求最高，对支撑连接，构件拼接相对低些；随钢材冶炼方法的改进和强度的增高而降低（与超强系数降低有关）；高强螺栓连接的连接系数高于焊接连接（因螺栓的强屈比较低）。我国过去对连接系数偏于笼统，对梁柱连接要求过高。这次作了修订。四、钢结构抗震验算5.梁与柱刚性连接的极限承载力公式变化式中连接系数取1.2，是考虑框架梁一般为弯矩控制，梁腹板的塑性变形小于翼缘的变形要求较多；当梁截面受剪力控制时，该系数宜适当加大。Gb四、钢结构抗震验算6.高强螺栓群连接计算补充整块剪坏（blocksheer）的模式。包括板边撕脱、连接中部的板件撕脱和单列螺栓沿中心线挤穿。

《钢结构设计规范》GB50017-2003涉及板边撕脱破坏形式。四、钢结构抗震验算四、钢结构抗震验算7.层间位移角限值修改本次修订将层间位移角的限值由2001规范的1/300改为1/250。后者是在JGJ99-98规范程中采用，参考了当时美、日有关规定，为了不使柱截面过大，采用1/250。 这次修订，从经济合理的设计要求考虑，仍改用层间位移角限值1/250。五、主要构造措施 框架柱的长细比，一级不应大于，二级不应大于 ，三级不应大于 ,四级时不应大于 框架柱抗震设计还包括应满足强柱弱梁要求等，在很多情况下，根据强柱弱梁要求，高层框架柱按长细比限制确定的柱截面可能不够，此时必须增大柱截面。 对于多层框架柱，一般可能由长细比控制决定截面，此时，可采用强度相对低一些的钢材，如Q235等。ay 120 235 ay100 235 ay80 235 23560 五、主要构造措施2）中心支撑的长细比 2001规范：对超过12层的中心支撑长细比限值，6、7度不大于，8度不大于 ，9度不大于 本次修订中框架抗震等级，改为按抗震等级区分。一至三级应按压杆设计框架抗震等级，均不大于；四级时采用压杆时仍为 ，也可采用拉杆，其长细比不应大于180。

哈工大试验研究表明，较大长细比支撑在地震作用下有较好性能。 编制组采纳了AISC-2005对强震区采用统一值120的建议。ay 120 235 ay120 235 ay120 235 ay90 235 ay60 235 五、主要构造措施2.钢构件的板件宽厚比 1）框架柱板件宽厚比 强柱弱梁不能保证时，对柱子应适当从严。五、主要构造措施 五、主要构造措施 2）中心支撑板件宽厚比 高度50m以下大体上与2001规范相当，高度50m以上局部有所放宽。五、主要构造措施 3.框架梁的侧向支撑 梁侧向支撑示意图如下：五、主要构造措施 4.框架梁柱连接焊接孔的修改 原因是孔与梁柱连接处存在应力集中：衬板与柱的界面存在实际人工缝；孔端与构件的夹角较大引起垂直于板边的应力分量。 2001规范对框架梁的上翼缘规定了用复合圆弧形的焊接孔型，下翼缘用角焊缝封闭衬板边缘。五、主要构造措施 五、主要构造措施5.框架梁柱连接节点形式 箱型柱设内隔板采用电渣焊。五、主要构造措施 采用电渣焊内隔板的箱形柱壁板厚度不得小于16mm。五、主要构造措施 6.强震区框架梁柱连接形式 翼缘加宽式、盖板式、翼缘板式、骨式（dog-bone）。

五、主要构造措施 今后在高烈度区将推广应用。五、主要构造措施 7.钢框架梁柱连接计算方法的改进 横隔板附近的柱壁板在一定高度范围内可以承受弯矩，将梁腹板的连接划分为受弯区和受剪区，使箱形柱腹板连接的受弯计算得到完善解决。 五、主要构造措施 按该法进行连接设计是偏于安全的。六、钢框架-混凝土核心筒房屋抗震的 设计规定 为适应工程建设的需要，本次修订，在规范附录中新增加了钢框架-混凝土核心筒结构的抗震设计的原则规定。 1.适用高度 我国的钢框架-混凝土核心筒，主要由钢筋混凝土墙体（筒体）承担水平力。六、钢框架-混凝土核心筒房屋抗震的 设计规定 2.抗震等级 混凝土核心筒部分按第6章表6.1.2中的框架-核心筒结构采用，但钢框架-混凝土核心筒中的核心筒的抗震等级在8度时应按提高一级执行。 六、钢框架-混凝土核心筒房屋抗震的 设计规定 3.结构布置 钢框架和混凝土筒体间存在较大差异变形，所以楼盖梁一般应两端做成铰接。我国的习惯做法是，楼盖梁与周边框架刚接，与墙体铰接。 钢框架部分按刚度计算分配的最大楼层地震剪力，不应小于结构总地震剪力的10%。六、钢框架-混凝土核心筒房屋抗震的 设计规定 4.阻尼比 采用振型分解反应谱法时，不同振型的阻尼比可能不同，简化时可取0.045。六、钢框架-混凝土核心筒房屋抗震的 设计规定 5.钢框架的剪力分担率