第八章 多层和高层钢结构房屋抗震设计新规定 郁银泉 yuyq@cbs.com.cn; 13901290516 3 4 2011年5月
参加本章修订的单位: 中国建筑标准设计研究院 中国建筑设计研究院 中国建筑西北设计研究院 中国建筑科学研究院 同济大学 哈尔滨工业大学
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的调整; (3)适度放宽了钢结构阻尼比和层间位移角限值的规定; (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。 对于2001规范中已有规定而这次变更不大的内容,只作一般介绍,着重说明本次修订中的新规定。
一、一般规定 8.1.1条 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 6、7度 (0.10g) 7 度 (0.15g) 8度 9度 (0.40g) 非抗震设防 (0.20g) (0.30g) 框架 110 90 70 50 框架-中心支撑 220 200 180 150 120 240 框架偏心支撑(延性墙板) 160 260 筒体(框筒,筒中筒,桁架筒, 束筒)和巨型框架 300 280 360 注: 1 2 3 房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分); 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; 表内的筒体不包括混凝土筒。
一、一般规定 2.框架-支撑结构分中心支撑与偏心支撑两类,以及按设计地震加速度进行了细化。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。 5.本规范增加了两种结构类型:钢支撑-混凝土框架和钢框架-混凝土筒体结构。列入了附录G,做出了原则性规定。 6.本条和2001规范不同的还有:取消了建造于Ⅳ类场地的钢结构适用高度适当降低的要求。
一、一般规定 8.1.2条 没做改动。只是更加明确了塔形建筑底部有大底盘时,高宽比的计算办法。
一、一般规定 8.1.3条 1.钢结构房屋的抗震等级 2.本条对2001规范的强制性条文作了深化,引入了抗震等级。原来的条文操作性不强。 房屋高度 烈 度 6 7 8 9 ≤50m —— 四 三 二 >50m 一 注: 1高度接近或等于高度分界时,应允许结合房屋不规则程度和场地、地基条件确定抗震等级; 2 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。
一、一般规定 3. 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。 4.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。 5.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。 6.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。
一、一般规定 8.1.4条 取消了2001规范中的前半句话。可按3.4.3条执行。3.4.3条对混凝土结构和钢结构均有效。 8.1.5条 作了改动。主要是对超过50m,8、9度地区的钢结构房屋,推荐耗能性能好的体系。同时对单跨框架结构做出了限制。主要是参照混凝土结构新增加的。 8.1.6条 1.把2001规范8.4.1条列入了第3款; 2.增加了一款对屈曲约束支撑布置的要求。作为一种消能部件的设计方法根据本规范第12.3节设计; 3.屈曲约束支撑可分为承载型、耗能承载型和阻尼器3种类型。
一、一般规定 8.1.7条 是2001规范的8.1.8条,主要是作了文字修改。 8.1.8条 1.是2001规范的8.1.7条; 2.对楼板需要设置水平支撑的情况作了明确:转换层楼盖或楼板有很大洞口。 8.1.9条 1.将2001规范的8.1.9、8.1.10条进行了合并; 2.对第1款作了文字修改,增加了“……其竖向荷载应直接传至基础。”目的是使传力变成简单、直接。
二、计算要点 8.2.1条 没作改动,只是个别文字修改。 8.2.2条 钢结构的阻尼比的修改 2001规范的阻尼比按12层划分:12层以下0.035,12层以上0.02。 本次修订,反映了随房屋高度增大,阻尼比减小的规律,并考虑了设计上的需要。 高度不大于50m时可取0.04;高度大于50m且小于200m时可取0.03;高度不小于200m时保持0.02。
二、计算要点 偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%以上时,其阻尼比相应增加0.005。 屈曲约束支撑的钢结构,其阻尼比应按消能减震设计的要求处理。 罕遇地震下的弹塑性分析,阻尼比可取0.05。 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%。
二、计算要点 8.2.3条 8.2.3-1 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。 假想水平力是反映了几何缺陷和其它因素对柱稳定性的不利影响。 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。
二、计算要点 8.2.3-2 提出了工字型柱,宜计入梁柱节点域剪力变形的影响。并且在本条说明中给出了相应公式。箱型柱框架、支撑框架和不超过50m的钢结构,可不考虑,但应按框架轴线计算分析。 节点域剪切变形角的楼层平均值:
二、计算要点 8.2.3-3 修订过程中主要研究的是框架-支撑结构的框架剪力分担率 框架-支撑体系中,支撑框架是第一道防线,纯框架是第二道防线; 框架-支撑结构中,框架部分承担的地震剪力如何确定,有许多不同意见; 争论焦点有二:其一,按照底部总剪力还是楼层剪力调整;其二,调整值的大小; 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。
二、计算要点 8.2.3-4 主要修订的是支撑杆件内力调整。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; 8.2.3-5 偏心支撑中,斜杆轴力与消能梁段相连的框架梁,框架柱的内力调整系数,本次修订略有减小,并按抗震等级做了调整: 框架斜杆轴力增大系数,一、二、三级分别取1.4,1.3和1.2;2001规范,8度及以下≥1.4,9度≥ 1.5。 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。 2001规范,8度及以下≥1.5,9度≥ 1.6。
二、计算要点 8.2.3-7 钢结构转换构件下的钢框架柱,应乘以增大系数1.5。其目的是对重要构件按性能化的要求设计。 水平转换构件的地震内力应按3.4.4-2(1)执行乘以增大系数1.25~2.0。 8.2.4条 本条没有修改,同2001规范。 本条里的抗剪连接件主要可采用《电弧螺柱焊用圆柱头螺钉》GB/T10433-2002,起抗剪锚固作用,加强与楼板的整体性。
二、计算要点 8.2.5条 本条主要是实现“强柱弱梁”抗震概念设计的基本要求。 8.2.5-1强柱弱梁的验算 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 端部翼缘变截面梁 ,该公式为新增加的。
二、计算要点 S值与梁截面具体形式有关,建议取净跨的1/10和梁高二者的较大值; 强柱系数η,本次修订,基本保持2001规范的系数。一、二、三级分别取1.15,1.10和1.05。 η实际隐含了1.15系数,实际强柱系数可分别达到:1.32、1.27和1.21,均大于1.2。 ,强柱弱梁条件: 验算公式略去1.15,可将η值取小一些。
二、计算要点 8.2.5-2 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Vp。 节点域柱腹板的最小厚度: ,保证局部稳定。 关于 ——折减系数,三、四级取0.6, 一、二级取0.7; 为节点域两侧梁的总屈服承载力,因此采用 对地震作用进行折减。 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。
二、计算要点 8.2.6条 本条第1款未变,第2款文字作了修改,并增加了构造做法。 8.2.6-1 支撑斜杆的受压承载力应按下式验算: 其中, 为轴心受压构件的稳定系数,γRE ——支撑屈曲稳定承载力抗震调整系数,取0.8。
二、计算要点 考虑循环荷载时的强度降低系数,是高钢规编制时陈绍蕃教授提出的。考虑到中心支撑长细比限制改动较大,所以还是保留了这个系数。 在罕遇地震作用下,支撑斜杆反复受拉压,在构件屈服后变形增加很大。在受拉时,变形不能完全拉直,杆件继续发生受压时承载力将降低,长细比越大,承载力的降低幅度越大。上式中的 就是因此设置,其值主要与杆件长细比有关。
二、计算要点 8.2.6-2 当人字支撑的腹杆在大震下受压屈曲后,其承载力将下降,导致横梁在支撑处出现向下的不平衡集中力,可能引起横梁破坏和楼板下降,可在横梁两端出现塑性铰。 和2001抗规相比,更加明确了不平衡力的取法。“按受拉支撑的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”。仅考虑竖向分量,不考虑超强系数和应变硬化系数。 有设计单位反映,考虑不平衡力后,梁截面过大,所以提出了构造措施。
二、计算要点 对承载型屈曲约束支撑(BRB)就不存在不平衡力的问题。
二、计算要点 8.2.7条 本条和2001规范相同,没有改变。 本条中的N(轴向力)是由支撑斜杆在水平力作用下的内力对梁的影响产生的,是水平分力,并且主要由梁的翼缘承受。 支撑斜杆与消能梁段连接的承载力不得小于支撑的承载力。
二、计算要点 8.2.8条 构件连接验算 钢结构构件的连接,应遵守“强连接,弱构件”的概念设计原则,保证结构大震不倒。 8.2.8条 构件连接验算 钢结构构件的连接,应遵守“强连接,弱构件”的概念设计原则,保证结构大震不倒。 采用二次设计法:取构件的承载力设计值进行连接承载力的验算;然后按连接的极限承载力进行二次验算。 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。
二、计算要点 本次修订中,配合连接系数的引入,修改了γRE。 本次修订在构件连接计算方法中,采用更合理的系数ηj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。
二、计算要点 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 Q235 1.40 1.45 1.25 1.30 埋入式 1.2 Q345 1.35 1.20 外包式 Q345GJ 1.15 外露式 1.1
二、计算要点 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。
二、计算要点 8.2.8-3 梁与柱刚性连接的极限承载力公式变化 2001规范规定采用腹板全截面屈服时的剪力过于保守; 2001规范用1.3代替了1.2考虑重力荷载代表值影响往往偏小; 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。
二、计算要点 其它 1. 这里再补充一下,《高钢规程》里关于高强螺栓群连接计算的内容: 美国、日本在震后进行了重要补充。 过去只考虑螺栓受剪和构件承压两种破坏模式,是单个螺栓连接的破坏模式。 补充整块剪坏(block sheer)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。 《高钢规程》JGJ99修订稿列入了这些破坏模式及其简化计算方法。将使我国高强螺栓连接的设计更符合实际情况,也更加安全。
二、计算要点
二、计算要点 2.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。
三、抗震构造措施 对地震作用效应进行的设计计算,有一些不确定因素,或是结构构件的很多功能需要通过具体构造才能满足。因此,结构抗震构造措施是保证建筑物具有足够延性的重要条件。钢结构的构造措施对保证结构安全是极其重要的。通过构造措施,实现可靠的连接,保证构件的局部和整体稳定。2010规范按不同的抗震等级采取不同的抗震构造措施。 当风荷载为结构的承载力与变形验算的主要控制荷载时,地震作用不起主导作用,但仍要按当地的设防烈度判断抗震等级并采取相应的抗震构造措施。
三、抗震构造措施 8.3.1 框架柱长细比 框架柱最大长细比是为了保证结构在计算中未考虑的作用力,特别是大震时的竖向地震作用下的安全是至关重要的,是强条。 本次修订中,改为按抗震等级区分。 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值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。 柱的长细比越大,结构的延性越差,设计烈度越高,长细比要求应越严。
三、抗震构造措施 框架柱的计算长度(JGJ99-98修订) 考虑二阶效应第i层杆件的侧移弯矩增大系数 时,可忽略二阶效应 的影响,属于侧移不敏感结构,采用一阶弹性分析(线弹性分析)。 框架柱的计算长度采用计算长度系数法。
三、抗震构造措施 纯框架结构,发生无侧移失稳,计算长度系数: 纯框架结构,发生有侧移失稳,计算长度系数: 有支撑框架的框架柱,其计算长度系数可取1.0。
三、抗震构造措施 时,属于侧移敏感型结构,应采用二阶弹性分析。 二阶弹性分析,按GB50017的有关规定进行。框架柱和支撑的计算长度系数取1.0。 在每层柱顶附加假想水平力 。
三、抗震构造措施 有支撑的框架柱取计算长度系数1.0, 系参考美国《钢结构房屋规范》AISC 360-05的规定。该标准规定:当结构的侧向稳定完全由支撑、剪力墙或其它等效的手段提供时,支撑框架可视为铰接桁架竖向悬臂梁体系,支撑框架构件的计算长度系数应取1.0。该规定忽略了框架梁对柱的约束作用,却避开了复杂的计算,使支撑框架柱的计算长度系数大为简化。 参考《钢结构设计规范》GB50017修订的有关专题论文,进行钢框架压弯杆件平面内稳定验算时,对框架采用二阶弹性分析方法并将柱的计算长度取实际长度,所得验算结果较对框架采用一阶弹性分析,并将柱的计算长度取为框架弹性屈曲长度,所得结果合理,且偏于保守。
三、抗震构造措施 钢结构构件中板件的宽厚比直接影响构件的局部稳定性。很多钢结构工程由于板件的宽厚比过大,造成板件失稳以致破坏,尤其在荷载突然变化,例如发生地震时,非常容易导致构件破坏。日本阪神地震中的实例很多。由于某些原因板件宽厚比不能满足规定限值时,应按照《钢结构设计规范》GB50017的规定设置纵向加劲肋,或设置梁的侧向支承。 8.3.2条 框架柱板件宽厚比 框架结构的板件宽厚比,是以结构符合强柱弱梁为前提的。 强震区,梁的板件宽厚比要求满足塑性设计的要求,而柱的规定则可适当放宽。 强柱弱梁不能保证时,对柱子应适当从严。
三、抗震构造措施
三、抗震构造措施 8.3.3条 框架梁的侧向支撑 框架梁的端部负弯矩区下翼缘受压,在构造上设置侧向支撑是必要的。 固端梁下翼缘在梁端0.15倍梁跨附近设置隅撑。 梁端采用骨形连接或梁端扩大时,应在塑性区外设置竖向加劲肋,隅撑与偏置的竖向加劲肋相连。 梁侧向支撑示意图如下:
三、抗震构造措施 8.3.4条 框架梁柱构造 美、日发生的钢结构震害,框架梁柱连接孔的断裂破坏。 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。
三、抗震构造措施 四条关键性的连接焊接:梁翼缘与柱、梁腹板与柱、剪力板与柱、框架柱拼接。 要求梁与柱连接焊接采用气体保护焊,对梁下翼缘焊接孔孔形作了修改,对梁上翼缘连接强调可采用无焊接孔工法。 梁翼缘与柱的全熔透坡口焊缝,一、二级时,应检验焊缝的V形切口冲击韧性,其夏比冲击韧性在-20℃时不低于27J。 2001规范时是8度乙类建筑和9度,现在改为一、二级抗震等级。
三、抗震构造措施 我国主要采用柱贯通型。 在梁翼缘的对应位置设加 劲肋(连续板)或内隔板。 对柱在梁翼缘对应位置的横向加劲肋(隔板),增加了强度要求与梁翼缘相同。 箱型柱设内隔板采用电渣焊。 梁腹板与柱连接板连接可用高强度螺栓或气保焊焊接。 腹板连接板与柱的焊接,t≤16mm时采用双面角焊缝,t>16mm时,用K型坡口对接焊缝。焊缝采用气保焊,在板端应绕焊。
三、抗震构造措施 采用冷成型柱和梁贯通型连接。 采用电渣焊内隔板的箱形柱壁板厚度不得小于16mm。 2010规范取消了2001规范中的8.3.4-3(4)条款,主要是在JGJ99-98中增加了可以考虑腹板受弯的计算方法,可以避免此种情况的出现:使腹板螺栓太少。
三、抗震构造措施 8.3.4-3(5) 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)。
三、抗震构造措施 翼缘加宽式、盖板式、翼缘板式、骨式(dog-bone)。 对减轻或避免地震作用下的梁柱连接损坏有明显作用。 今后在高烈度区将推广应用,主要用于一、二级抗震等级。
三、抗震构造措施 8.3.4-4 框架梁采用悬臂梁段与柱刚性连接的规定未变。悬臂梁段与柱的连接方式应采用2010规范图8.3.4-1详图A的形式。 8.3.4-5 与2001规范相比,没作修改。主要交待的是隔板、横向加劲肋与壁板和翼缘的连接要求。
三、抗震构造措施 8.3.5条 与2001规范相同。 主要是不满足8.2.5条2.3款时的补强措施。 加厚节点板,对焊接组合柱,将柱腹板在节点域范围更换为较厚的板件。 对轧制H型柱,可贴焊补强板加强。是否要塞焊,主要是看局部稳定满足否。如轧制H型柱腹板厚度和补强板均已满足1/90的要求,仅是剪应力不足,不需要用塞焊将补强板与柱腹板相连,仅需满足剪力设计要求即可。
三、抗震构造措施 8.3.6条 与2001规范相同,未变。 在罕遇地震作用下,框架节点将进入塑性区。该条规定主要是保证结构在塑性区的整体性。 8.3.7条 与2001规范相比,主要是增加对净高小于2.6m柱的接头位置要求。 本条规定主要考虑柱连接接头放在柱受力小的位置。
三、抗震构造措施 8.3.8条 与2001规范相比,本条要求,对8、9度有所放松。 外露式只能用于6、7度高度不超过50m的情况,且要求按刚接。 高层带有地下室时的柱脚做法有两种: 一种是日本做法:地上底部数层与地下室1~2层采用钢骨混凝土结构,以上为钢结构,以下为钢筋混凝土结构。钢柱脚设置在钢筋混凝土层的顶板部位,成为外包式柱脚。钢骨混凝土结构层的设置,可以达到基础与上部钢结构的刚度过渡的作用。 另一种是美国做法:将自上部延伸至地下室的钢柱的柱脚设置于基础底板或桩基承台上,采用外露式柱 脚,柱脚一般采用刚接。
三、抗震构造措施 其它 钢框架梁柱连接计算方法的改进(JGJ99-98修订稿) 国际上长期未能解决梁腹板与箱形柱壁板连接的受弯计算难题。 框架梁柱连接设计沿用弯矩由翼缘连接承受和剪力由腹板连接承受的常规设计法。 翼缘连接不能承受全部弯矩时,箱形柱和梁的受弯连接难以定量计算。只能依靠腹板连接的构造措施。多用螺栓或添加焊缝。 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。
三、抗震构造措施 按该法进行连接设计是偏于安全的。
三、抗震构造措施 8.4.1-1 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,改为按抗震等级区分。一至三级应按压杆设计,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。
三、抗震构造措施 8.4.1-2 中心支撑板件宽厚比 本次修订,中心支撑板件的宽厚比要求,也按照抗震等级划分。 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。
三、抗震构造措施 8.4.2条 与2001规范相比,本条的几款统筹后只做了文字修改。 8.4.2-3款要求“梁在其与V形支撑或人字形支撑相交处,应设置侧向支承” 主要是为了防止梁下翼缘在与人字形支撑相交处发生梁的扭转失稳。 最好的解决办法是在人字形支撑的垂直方向加设一根梁。 8.4.2-1款要求,一、二、三级时,支撑两端与框架可采用刚接构造。 主要是考虑了美国规定,地面加速度0.15g以上地区,支撑框架的梁与柱连接不应采用铰接。同时考虑到双重抗侧力体系对高层建筑抗震的重要性,且梁柱铰接将使结构位移增大。
三、抗震构造措施 8.4.3条 本条实质性的修改主要是“……框架部分按计算分配的地震剪力……”中的“计算分配”。2001版规范是“……框架部分承担的地震作用……”不明确。 另外是将“8、9度”改为“一、二、三级”抗震等 级。
三、抗震构造措施 8.5.1条 偏心支撑抗震构造措施一节与2001规范完全相同,没做修改。本节规定保证消能梁段发挥作用(足够的承载力和稳定的耗能能力)的一系列构造要求。所有其它构件(非耗能梁段、支撑、柱和连接)在地震时基本处于弹性状态。 为使消能梁段有良好的延性和消能能力,其钢材屈服强度不应大于345MPa。国产能够满足要求的有Q235,Q345和Q345GJ。其中Q345GJ比较好,因为Q345GJ钢还规定了屈服强度上限值。 板件宽厚比是参照AISC的规定作了适当调整。宽厚比的要求是一定要满足的。
三、抗震构造措施 8.5.2条 本条规定是基于支撑预计不屈曲,要求长细比不应大于120。支撑板件的宽厚比按弹性设计要求。 8.5.3条 主要是使消能梁段在反复荷载作用下具有良好的滞回性能,而采取的合适构造。 8.5.3-1消能梁段中轴力的存在,不仅降低抗弯和抗剪能力,也降低非弹性变形能力。 当轴力 时, 塑性弯矩 ,受剪承载力 。 除降低梁段受剪承载力外,还需减少该梁段的长度,以保证它具有良好的滞回性能,保证耗能。
三、抗震构造措施 平衡条件为受弯铰和受剪铰 同时出现: 所以短耗能梁段 形成剪力铰, 形成受弯铰。 所以短耗能梁段 形成剪力铰, 形成受弯铰。 试验表明,适当加劲的短耗能梁段可以进入应变硬化,发挥1.5Vp的剪力。受剪屈服的消能梁段端弯矩,由于应变硬化可连续提高形成受弯塑性铰。为了避免高应变引起的消能梁段翼缘低周疲劳破坏,应将端弯矩限制在1.2Mp,所以受剪消能连段的最大长度:
三、抗震构造措施 8.5.3-2 由于腹板上贴焊的补强板不能进入弹塑性变形,因此不能采用贴焊补强板。腹板上开洞也会影响消能梁段的弹塑性变形能力,所以也不得开洞。 8.5.3-3 设置与腹板相连的加劲肋,使传递梁段剪力并推迟腹板屈曲和阻止翼缘的屈曲。 8.5.3-4 是消能梁段设置中间加劲肋的要求,和消能梁段的长度有关。另外,支撑斜杆与梁连接处,支撑与梁的中心线应交在消能梁段的端部或在消能梁段的长度范围。若交点在消能梁段以外,该偏心距与支撑轴力将形成对梁和支撑的附加弯矩,对抗震不利。
三、抗震构造措施 8.5.4条 规定了消能梁段与柱连接的要求 一般希望采用八字形EBF,以避免消能梁段与柱间出现抗弯连接。 因为试验结果表明,在柱与消能梁段间的全刚性连接(特别是消能梁段较长时)很容易出现类似梁柱连接的脆性破坏。 当采用盖板加强消能梁段与柱连接时,加强的那部分消能梁段可能不屈服,这时消能梁段应规定为加强段端部到支撑连接的距离a。 要求 ;加强连接的承载力 倍消能梁段承载力。
三、抗震构造措施 8.5.5条 为了确保稳定的滞回曲线,消能梁段两端应设置侧向支撑,以防止出现平面扭转。同时侧向支撑也对偏心支撑和非消能梁段起支撑作用。支撑按预期消能梁段翼缘轴向承载力设计值的6%设计。 8.5.6条 支撑轴力的水平分量在梁中产生很大的轴力,所以非消能梁段也需要按梁、柱设计。当用侧向支撑提高梁柱的承载力时,此支撑应按承受梁翼缘轴向承载力设计值的2%设计。
三、抗震构造措施 8.5.7条 本条主要是做了一些文字修改。“……框架部分承担的地震作用……”改为“框架部分按计算分配的地震作用……”。 将“8、9度”改为“一、二级”。 其它 偏心支撑框架构件的计算可按《高钢规》JGJ99规程的规定进行。
四、钢支撑-钢筋混凝土框架房屋抗震的 设计规定 为了适应工程建设的需要,在规范附录G中增加了钢支撑-钢筋混凝土框架的抗震设计的原则规定。 G.1.1适应高度 抗震设防烈度为6~8,且超过钢筋混凝土框架结构最大适用高度,可采用钢支撑-混凝土框架结构体系。 适用的最大高度不宜超过混凝土框架结构和混凝土框架-剪力墙结构二者适用高度的平均值。 另外一个用途主要是解决在混凝土框架结构高度范围内,纯框架结构控制层间位移困难的结构。
四、钢支撑-钢筋混凝土框架房屋抗震的 设计规定 G.1.2 抗震等级 抗震等级根据烈度和房屋高度采用不同的抗震等级。 如果房屋高度超过了第6.1.1条框架结构的要求,那么钢支撑框架部分均应比第8.1.3条和第6.1.2条框架结构的规定提高一个等级,混凝土框架部分仍按第6.1.2条框架结构确定。如果房屋高度没超过第6.1.1条框架结构的高度,就不需要提高一个等级。
四、钢支撑-钢筋混凝土框架房屋抗震的 设计规定 G.1.3结构布置 钢支撑应在结构两个主轴方向同时布置,是使两个方向刚度接近,周期不相差很大。 竖向支撑连续,上下层刚度不突变。 地震反复作用时,刚度不突变(拉压平衡)。 布置时避免导致扭转效应。 底层的钢支撑框架按刚度分配的地震倾覆力矩大于总倾覆力矩的50%。 本条规定主要参照混凝土框架-抗震结构的要求,将钢支撑框架在整个结构中的地位,类比于混凝土框架-抗震墙结构中的抗震墙。
四、钢支撑-钢筋混凝土框架房屋抗震的 设计规定 G.1.4 简化计算时阻尼比可取0.045。 钢支撑斜杆按铰接杆件计算。但与混凝土梁柱的连接设计建议按构件的屈服承载力的1.2倍设计,符合G.1.5条的连接构造要求——连接不先于支撑破坏,预埋件的拉力、剪力分配按2:1比例。 按照多道防线的概念设计,支撑是第一道防线,混凝土框架需适当增大按刚度分配的地震作用,可取两种模型(框架结构和钢支撑-混凝土框架)计算的较大值。
四、钢支撑-钢筋混凝土框架房屋抗震的 设计规定 钢支撑-混凝土框架的层间位移限值可分为两种情况: 房屋高度超过纯框架结构高度限值的,宜按框架和框架-抗震墙结构内插,且偏安全的取靠近框架-抗震墙结构的值。 房屋高度没超过纯框架结构高度限值的,也可以按内插,但应取靠近框架结构的值1/550。
五、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。 G.2.1 适用高度 对抗震设防烈度6~8度且超过混凝土框架-核心筒结构最大高度限值时,可采用。 不宜超过钢筋混凝土框架-核心筒的最大适用高度和钢框架-中心支撑体系最大适用高度二者的平均值。 参考了《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3的规定。 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。
五、钢框架-混凝土核心筒房屋抗震的 设计规定 G.2.2 抗震等级 抗震等级根据烈度和房屋高度采用。 丙类建筑的钢框架部分,按第8章多高层钢结构房屋的规定确定。 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。
五、钢框架-混凝土核心筒房屋抗震的 设计规定 G.2.3 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。 使钢框架与混凝土核心筒能协调工作,要提高楼板的刚度和大震作用下的整体性,应采用现浇实心板。 底部楼层用钢骨混凝土柱,上部楼层用钢柱,需要设置过渡层,使结构刚度逐渐变化。 混凝土墙体与楼层钢梁连接处可设置构造钢骨。 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%。
五、钢框架-混凝土核心筒房屋抗震的 设计规定 G.2.4 1.阻尼比 可按钢框架和钢筋混凝土核心筒各自在结构总变形能中所占比重折算为等效阻尼比。 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。
五、钢框架-混凝土核心筒房屋抗震的 设计规定 2.钢框架的剪力分担率 除伸臂加强层及相邻楼层外的任意楼层按计算分配的地震剪力应乘以增大系数。 楼层地震剪力达到不小于结构总地震剪力的20%和最大楼层地震剪力1.5倍二者的较小值,且不得小于总地震剪力的15%。 构件的剪力、弯矩、轴力计算值均应进行相应的调整。 3.层间位移限值,采用钢筋混凝土结构的限制,可按JGJ3的规定执行。
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