13第十三講 鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)規(guī)定 蔡益燕

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1、第十三講 鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)規(guī)定 蔡益燕 一、多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋 1． 前言 我國89年版抗震規(guī)范，除單層鋼結(jié)構(gòu)廠房外，沒有其它鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)容。我國過去鋼材產(chǎn)量有限，鋼結(jié)構(gòu)在工程中應(yīng)用很少。隨著鋼材產(chǎn)量的增加，國家要求積極發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)，新規(guī)范除保留單層鋼結(jié)構(gòu)房屋外，還增加了第八章“多層與高層鋼結(jié)構(gòu)房屋”，使鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的內(nèi)容大大充實(shí)，以適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的需要。 我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ17不包含抗震內(nèi)容。因此，地震區(qū)的房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除應(yīng)符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范外，還應(yīng)符合抗震規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《高鋼

2、規(guī)程》）相比，新的抗震規(guī)范第八章對(duì)高層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工作出了不少新規(guī)定。今后，凡是《高鋼規(guī)程》中與抗震規(guī)范不一致之處，應(yīng)按抗震規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行，且不應(yīng)比其低。但抗震規(guī)范中未列入而《高鋼規(guī)程》中已列入的，在該規(guī)程修訂前仍可執(zhí)行。 本章在適用的高層鋼結(jié)構(gòu)體系中未列入鋼框架－混凝土剪力墻（核心筒），是考慮到對(duì)這種體系的性能尚未進(jìn)行系統(tǒng)研究。 1994年的美國北嶺(Northridge)地震和1995年的日本阪神地震是兩次震害特別嚴(yán)重的地震，尤其是鋼結(jié)構(gòu)焊接剛架連接的破壞十分嚴(yán)重。美國該地區(qū)的鋼框架房屋破壞達(dá)100多幢，日本破壞的也不少，震后兩國都進(jìn)行了大量研究，對(duì)破壞原因進(jìn)行了分析，采取了相應(yīng)措

3、施，制訂了新標(biāo)準(zhǔn)。由于美、日是鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用最多的國家，它們的新標(biāo)準(zhǔn)引起了各國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工和研究人員的關(guān)注，在這次我國抗震規(guī)范修訂中也有若干反映。 本介紹對(duì)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中已有規(guī)定而這次變更不大的內(nèi)容只作一般介紹，著重說明這次修訂中的新內(nèi)容。 多層工業(yè)建筑鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)另有規(guī)定，列入本章附錄，這里不擬作介紹。 2． 材料 對(duì)抗震鋼結(jié)構(gòu)鋼材的基本要求, 是參考AISC鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震規(guī)定提出的。這些要求是:⑴強(qiáng)屈比大于1.2; ⑵有明顯的屈服臺(tái)階;⑶伸長率大于20%(標(biāo)距50mm); ⑷有良好可焊性。AISC的這些要求，在它的歷次規(guī)范版本中都是如此，94年地

4、震后也無變化。我國對(duì)抗震鋼結(jié)構(gòu)鋼材的規(guī)定，與美國規(guī)定是一致的。 規(guī)定的前三條都是關(guān)于塑性的要求，它是抗震鋼結(jié)構(gòu)對(duì)鋼材的最主要要求。可焊性當(dāng)然是鋼結(jié)構(gòu)制作所必需的。高層鋼結(jié)構(gòu)要用厚鋼板，而厚板的可焊性一般較差。當(dāng)硫的含量較高就會(huì)出現(xiàn)焊接裂縫,引起層狀撕裂,所以厚鋼板要控制硫含量,滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《厚度方向性能鋼板》的要求。《高鋼規(guī)程》規(guī)定50mm以上的鋼板要滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的要求，本規(guī)范考慮我國鋼材的實(shí)際情況，將50mm以上改為40mm以上。 現(xiàn)在國家冶金工業(yè)局已經(jīng)制訂了《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》YB 4104－2000標(biāo)準(zhǔn)，它是參考日本JIS G 3136－1994建筑結(jié)構(gòu)用鋼材標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合國內(nèi)實(shí)際情況制

5、訂的，與我國現(xiàn)在采用的結(jié)構(gòu)鋼相比，降低了硫、磷含量和焊接碳當(dāng)量，提高了屈服點(diǎn)和沖擊功，可保證厚度方向性能Z15至Z35級(jí)。今后可以按該標(biāo)準(zhǔn)選用適合的國產(chǎn)鋼材。 3. 高層鋼結(jié)構(gòu)體系和最大適用高度 3.1 結(jié)構(gòu)體系 本節(jié)給出了高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)體系在各設(shè)防烈度時(shí)的合理高度限值, 與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定大體一致, 補(bǔ)充了目前已在我國采用的巨型框架體系。筒體結(jié)構(gòu)中列入了框架筒、筒中筒、束筒和桁架筒等已在實(shí)際工程中采用的各種筒體結(jié)構(gòu)形式?；炷梁诵耐?鋼框架等混合結(jié)構(gòu)暫不列入。 鋼框架－混凝土核心筒（剪力墻）混合結(jié)構(gòu)，1964年阿拉斯加地震曾出現(xiàn)倒塌事故，

6、美國在地震區(qū)不采用，并認(rèn)為當(dāng)高度超過150m（45層）時(shí)是很不經(jīng)濟(jì)的。日本的第一幢高層鋼結(jié)構(gòu)霞關(guān)大廈是1968年建成的，日本地震烈度高，也不采用這種體系。為了降低人工費(fèi)，1992年建造了兩幢砼核心筒－鋼框架混合結(jié)構(gòu)，其高度分別為78m和107m，結(jié)合這兩幢工程展開了一些研究，將其列為特種結(jié)構(gòu)，采用要經(jīng)日本建筑中心評(píng)定和建設(shè)大臣批準(zhǔn)。據(jù)報(bào)導(dǎo)，至今尚未出現(xiàn)第三幢。 我國自80年代在不設(shè)防的上海希爾頓大酒店采用混合結(jié)構(gòu)以來，應(yīng)用較多。由于這種體系主要由混凝土核心筒承擔(dān)地震作用，國內(nèi)對(duì)其抗震性能和合理高度尚缺乏系統(tǒng)的研究，故本次修訂暫不列入。（目前可按《高鋼規(guī)程》規(guī)定的高度限值執(zhí)行，并遵守雙重抗側(cè)力

7、體系的有關(guān)抗震設(shè)計(jì)規(guī)定。） 為了促進(jìn)多層鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，使小高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較方便，又不違背防火規(guī)范關(guān)于層高劃分的規(guī)定，本章對(duì)不超過12層的建筑的抗震設(shè)計(jì)適當(dāng)放寬要求。為了表達(dá)方便，在條文中采用了12層以下和超過12層的用語。在結(jié)構(gòu)體系上，8.1.5條對(duì)不超過12層的鋼結(jié)構(gòu)房屋作了較靈活規(guī)定，即可采用框架結(jié)構(gòu)、框架－支撐結(jié)構(gòu)或其它類型的結(jié)構(gòu)。 3.2 適用的最大高度 結(jié)構(gòu)體系 6、7度 8度 9度 框架 110 90 50 框架-支撐（剪力墻板） 220 200 140 筒體（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒） 和巨型框架 300 200

8、 180 8.1.1條將不同結(jié)構(gòu)體系適用的最大高度列于表8.1.1 。 表8.1.1 適用的鋼結(jié)構(gòu)房屋最大高度(m) 注:適用高度指規(guī)則結(jié)構(gòu)的高度, 為室外地坪至檐口的高度 鋼框架體系的經(jīng)濟(jì)高度是30m，這在很多文獻(xiàn)中都有說明。若取高層建筑平均層高為3.6m, 則為110m。考慮到框架體系抗震性能很好, 對(duì)6、7度設(shè)防和非抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)均規(guī)定不超過110m, 8、9度設(shè)防時(shí)高限適當(dāng)減小?？蚣?支撐(剪力墻板)體系是高層鋼結(jié)構(gòu)的常用體系, 剪力墻板有與支撐類似的性能，在抗震建筑中可采用延性好的帶豎縫墻板、內(nèi)藏鋼支撐混凝土墻板和鋼抗震墻板等。參考我國已建成這種體系的建筑,北

9、京京城大廈(地上52層, 高183.5m), 京廣中心(地上53層, 高208m), 現(xiàn)規(guī)定8度地區(qū)高限為200m, 對(duì)6、7度地區(qū)和非抗震設(shè)防地區(qū)適當(dāng)放寬, 9度地區(qū)適當(dāng)減小。各類筒體在超高層建筑中應(yīng)用較多, 世界一批最高的建筑大多采用筒體結(jié)構(gòu), 其中著名的如紐約世界貿(mào)易中心(框筒, 110層, 高411m／413m), 芝加哥西爾斯大廈(束筒, 110層,443m), 芝加哥約翰·漢考克大廈(桁架筒, 100層, 344m)等。巨形框架適用于大開間要求, 典型的如東京市政府大廈( 地上48層, 243m), 高雄國際廣場(chǎng)大廈(65層, 342.37m)。考慮到我國對(duì)超高層建筑經(jīng)驗(yàn)不多,

10、 故本條規(guī)定筒體結(jié)構(gòu)和巨型框架的最大適用高度為 6、7度地區(qū)為300,高烈度區(qū)適當(dāng)減小。以上高度限值規(guī)定，與《高鋼規(guī)程》中的規(guī)定相同。超過上述高限時(shí)，按建設(shè)部規(guī)定應(yīng)進(jìn)行超限審查。 3.3 適用的最大高寬比 關(guān)于高層鋼結(jié)構(gòu)的高寬比，早期的著名建筑中紐約世界貿(mào)易中心6.5是高寬比較大的,也有 一定代表性，超過此值的不多?？紤]到高寬比太大會(huì)使高層鋼結(jié)構(gòu)在大風(fēng)中的位移過大，舒適度難以滿足要求，一般不宜放得過寬，特殊情況尚可專門研究。另一方面，在確定合理高寬比方面，隨結(jié)構(gòu)體系不同如何確定尚缺少根據(jù)，考慮我國實(shí)際情況，8.1.2條暫按抗震設(shè)防烈度大致劃分，不同結(jié)構(gòu)體系采用統(tǒng)一值，即高寬比限值6

11、、7度取6.5, 8度取6.0, 9度取5.5。若執(zhí)行中有不妥，下次修訂時(shí)再改。與《高鋼規(guī)程》相比作了簡(jiǎn)化和放寬。 4．層間位移角限值 加州規(guī)范規(guī)定, 基本自振周期大于0.7s的結(jié)構(gòu), 彈性階段的位移限值為層高的 1／250或0.03／Rw(Rw為結(jié)構(gòu)的延性指標(biāo))。純框架結(jié)構(gòu)Rw最大可達(dá)12, 即限值可為層高的1／400?！陡咪撘?guī)程》參考美國規(guī)定采用了上限層高的1／250, 是因?yàn)樵撘?guī)程反應(yīng)譜的地震影響系數(shù)下限較高, 為了避免鋼材用量過多，層間位移角限值取了較大值?？紤]到長周期建筑的水平地震作用在本規(guī)范中已作了調(diào)整, 有所降低, 第5章5.5節(jié)將多、高層鋼結(jié)構(gòu)彈性層間位移角

12、限值改為層高的1／300。罕遇地震作用下層間位移限值,在美國ATC3-06中規(guī)定為層高1/67,《高鋼規(guī)程》取層高的1／70,考慮到我國規(guī)定的小震與罕遇地震在7度時(shí)相差約6倍, 位移角限值也須與此相應(yīng), 該章將彈塑性層間位移角限值調(diào)整為1／50。 5.結(jié)構(gòu)布置的一般規(guī)定 與《高鋼規(guī)程》相比，主要有以下變更： 1）.關(guān)于樓板，8.1.7條規(guī)定了超過12層的鋼結(jié)構(gòu)房屋，宜采用壓型鋼板組合樓板和現(xiàn)澆或整體式鋼筋混凝土樓板，并與鋼梁有可靠連接；必要時(shí)可設(shè)置水平支撐。不超過12層的鋼結(jié)構(gòu)房屋，除上述形式外，尚可采用裝配整體式鋼筋混凝土樓板、裝配式樓板或其它輕型樓蓋，但強(qiáng)調(diào)了應(yīng)將樓板預(yù)埋件與鋼梁

13、焊接，或采取其它保證樓蓋整體性的措施。 2）.地下室設(shè)置，8.1.9和8.1.10條規(guī)定了超過12層的鋼結(jié)構(gòu)房屋應(yīng)設(shè)置地下室，對(duì)12層以下的則不作限定。另外，鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)置地下室時(shí)，規(guī)定框架柱至少伸至地下一層；框架-支撐(抗震墻板)結(jié)構(gòu)中,豎向連續(xù)布置的支撐或抗震墻板應(yīng)延伸至基礎(chǔ)。與《高鋼規(guī)程》的規(guī)定相比，對(duì)于高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置地下室時(shí)是否用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)層不作限定,允許對(duì)不同情況作不同處理。 3）.關(guān)于基礎(chǔ)埋深,8.1.10條規(guī)定了采用天然地基時(shí)不宜小于房屋高度的1/15,采用樁基時(shí)承臺(tái)埋深不宜小于房屋總高度的1/20,后者與《高鋼規(guī)程》的1／18相比略有放松,是考慮了某些軟地基的工程現(xiàn)實(shí)。

14、 6．主要計(jì)算規(guī)定 6.1 一般規(guī)定 8.2.1條規(guī)定,構(gòu)件截面和連接的抗震驗(yàn)算時(shí),凡本章未規(guī)定者,應(yīng)符合現(xiàn)行有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。由于鋼結(jié)構(gòu)的非抗震設(shè)計(jì)應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，而高層鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和連接抗震設(shè)計(jì)的很多方法都在《高鋼規(guī)程》中有規(guī)定，本章不再重復(fù)，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)與這兩本標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)使用?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)的地震作用效應(yīng)，考慮到它的短時(shí)間作用,除以小于1的承載力抗震調(diào)整系數(shù)。第5章表5.4.2對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的承載力抗震調(diào)整系數(shù)作了調(diào)整，對(duì)不同類型鋼結(jié)構(gòu)采用統(tǒng)一數(shù)值，介于89抗震規(guī)范和《高鋼規(guī)程》規(guī)定值之間。 6.2 結(jié)構(gòu)阻尼比 鋼結(jié)構(gòu)在多遇地震下的阻尼比，對(duì)超過12層的仍采用0.0

15、2,不超過12層的擬采用0.35。鋼結(jié)構(gòu)房屋阻尼比, 實(shí)測(cè)表明小于混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)ISO規(guī)定，低層建筑阻尼比大于高層建筑，據(jù)此作了適當(dāng)規(guī)定。在罕遇地震下的分析，仍采用0.05。 6.3 彈塑性位移增大系數(shù) 對(duì)鋼框架和框架-支撐結(jié)構(gòu)彈塑性位移增大系數(shù),在大量算例的基礎(chǔ)上編制成表,對(duì)10～20層規(guī)則結(jié)構(gòu)的層間位移可查表得出,簡(jiǎn)化了彈塑性位移計(jì)算。 6.4 節(jié)點(diǎn)域剪切形的影響 高層鋼框架的特點(diǎn), 是節(jié)點(diǎn)域剪切變形對(duì)框架位移影響較大, 可達(dá)10～20%, 通常不能忽略。8.2.3條1款規(guī)定工字形截面柱宜計(jì)入腹板剪切變形對(duì)框架位移的影響,但對(duì)箱型柱不作規(guī)定。這是因?yàn)? 箱形柱有兩個(gè)腹板, 而

16、且每個(gè)腹板的厚度一般均較工字形截面柱的腹板為厚, 其對(duì)框架位移的影響相對(duì)較小。為了適應(yīng)小高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展，考慮到層高較少時(shí)影響不大，還規(guī)定了對(duì)不超過12層的建筑可不計(jì)入。計(jì)算方法可參見《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》,此處不再贅述。節(jié)點(diǎn)域剪切變形對(duì)框架-支撐體系影響較小，研究表明可忽略不計(jì)。 6.5雙重體系中鋼框架的剪力分擔(dān)率 在多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)分析, 規(guī)定了雙重抗側(cè)力體系中框架承擔(dān)的總地震力不小于結(jié)構(gòu)底部剪力的25%, 是參考了美國UBC的規(guī)定。UBC的原規(guī)定是:”框架應(yīng)設(shè)計(jì)成能獨(dú)立承擔(dān)至少25%的底部設(shè)計(jì)剪力”。該規(guī)定的目的是發(fā)揮框架部分的二道防線作用。但是在設(shè)計(jì)中在與抗側(cè)力構(gòu)件

17、組合的情況下,符合該規(guī)定很困難?？拐鹨?guī)范審查組建議參照混凝土結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用雙重標(biāo)準(zhǔn)，將8.2.3條2款改為“框架部分按計(jì)算得到的地震剪力應(yīng)乘以調(diào)整系數(shù)，達(dá)到不小于結(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”?；炷两Y(jié)構(gòu)對(duì)雙重抗側(cè)力體系的規(guī)定，相應(yīng)為不小于地震剪力的20%和框架部分地震剪力最大值的1.5倍,鑒于鋼結(jié)構(gòu)要求25%,故規(guī)定不大于地震剪力的1.8倍。美國設(shè)計(jì)單位的做法,是在進(jìn)行內(nèi)力分析后,進(jìn)行二次分析,此時(shí)忽略抗側(cè)力構(gòu)件,只考慮框架,檢驗(yàn)它是否能承受25%的底部設(shè)計(jì)剪力。據(jù)悉這樣計(jì)算時(shí),符合上述要求并不困難。 6.6 強(qiáng)柱弱梁驗(yàn)算。8.2.5條1款對(duì)強(qiáng)柱弱

18、梁要求作了規(guī)定。通常認(rèn)為，框架柱屈服后在地震下出現(xiàn)大位移時(shí)，柱可能失去側(cè)向抗力，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌。AISC規(guī)范指出，這并不是說框架中不能出現(xiàn)任何柱子屈服。過去的設(shè)計(jì)中，有很多框架柱的塑性鉸是首先出現(xiàn)在柱上的,事實(shí)表明仍能發(fā)揮承載力。而且在設(shè)計(jì)中要完全消除“強(qiáng)梁弱柱”很難辦到。但柱出現(xiàn)過多塑性鉸肯定是很不利的。更加重要的是，強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)使柱足夠強(qiáng)，可以做到使若干層的框架梁在大震下出現(xiàn)塑性鉸, 達(dá)到耗能的目的。耗能是很重要的，如果結(jié)構(gòu)不能有效地耗能，將使它受到的地震力增大，十分不利。另外，弱柱框架的性能一般欠佳,特別是在彈塑性階段形成軟弱層,成為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，所以柱仍然是保證大震不倒的關(guān)鍵構(gòu)件。

19、強(qiáng)柱弱梁要求滿足下列條件: 該條件式與《高鋼規(guī)程》中采用的基本相同，是以塑性鉸出現(xiàn)在梁端為前提的，所不同的是增加了強(qiáng)柱系數(shù)，它大于1。該式要求，交匯于節(jié)點(diǎn)的框架柱受彎承載力之和，應(yīng)大于梁的受彎承載力之和，并乘以系數(shù)。AISC在97年以前的規(guī)定沒有系數(shù),我國《高鋼規(guī)程》參照采用了。諾斯里奇地震后美國根據(jù)震害情況增加了調(diào)整系數(shù),對(duì)柱進(jìn)行了加強(qiáng)，規(guī)范組結(jié)合我國情況作了適當(dāng)規(guī)定。 對(duì)于強(qiáng)柱弱梁公式，需作一點(diǎn)說明。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計(jì)的公式, 在主平面內(nèi)受彎的工字形截面壓彎構(gòu)件, 其受彎承載力應(yīng)按下式計(jì)算: 該式表明, 以上的強(qiáng)柱弱梁表達(dá)式中, 忽略了系數(shù)1.

20、15已使柱具有1.15倍的安全儲(chǔ)備。諾斯里奇地震后, 1997年發(fā)表的美國AISC鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)規(guī)定, 系數(shù)取1.1, 其中是鋼材的超強(qiáng)系數(shù), 即鋼材實(shí)際屈服強(qiáng)度與其標(biāo)準(zhǔn)值的比值。增大柱內(nèi)力是出于下列考慮:⑴ 在彈性分析時(shí)水平力可能取小了; ⑵計(jì)算時(shí)對(duì)傾覆力估計(jì)過低;⑶未明確規(guī)定的豎向加速度會(huì)同時(shí)出現(xiàn)。美國鋼材超強(qiáng)情況由來已久,并已成為1994年諾斯里奇地震鋼框架震害的原因之一, 因?yàn)檫B接的承載力沒有相應(yīng)提高。1994年美國型鋼生產(chǎn)商研究會(huì)(SSPC)對(duì)型鋼產(chǎn)品的性能進(jìn)行了調(diào)查,提出了用于抗彎連接計(jì)算的平均屈服強(qiáng)度的建議值。據(jù)此97年規(guī)定的對(duì)A36鋼取1.5, 對(duì)A572鋼取1.3,對(duì)其

21、它鋼材取1.1。對(duì)常鋼材A36和A572,強(qiáng)柱調(diào)整系數(shù)分別達(dá)到1.65和1.43，是很可觀的。日本用鋼材連接系數(shù)α表示鋼材的超強(qiáng), 在1998年公布的《鋼結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)指針》中, 對(duì)系數(shù)α也進(jìn)行了調(diào)整,對(duì)SS 400取α為1.25,對(duì)SM 490、SN 400B、SN 400C、SN 490B、和SN 490C取α為1.15。日本過去用的α值對(duì)低碳鋼取1.2,對(duì)高強(qiáng)度低合金鋼取1.3, 這次調(diào)整對(duì)低碳鋼升了,對(duì)低合金鋼降了,反映材料產(chǎn)品性能的變化。由此可見, 該系數(shù)的調(diào)整并非普遍提高, 而是各國考慮了各自鋼材的實(shí)際情況進(jìn)行了調(diào)整。我國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范編制組1998年對(duì)鋼材抗力分項(xiàng)系數(shù)按國標(biāo)規(guī)定

22、的鋼板厚度分級(jí)重新進(jìn)行了統(tǒng)計(jì), 其結(jié)果與過去采用的Q235鋼為1.087和16Mn鋼為1.111的強(qiáng)度系數(shù)在數(shù)值上相差不多?！陡咪撘?guī)程》編制時(shí)考慮與其它國家的多數(shù)規(guī)定一致,采用了1.2, 是偏于安全的, 這次不擬修改。剪力計(jì)算用1.3是計(jì)入了局部荷載剪力效應(yīng)的近似表達(dá)?？紤]我國情況,強(qiáng)柱弱梁公式中的強(qiáng)柱系數(shù)η取得太大將使柱鋼材用量增加過多,對(duì)我國推廣鋼結(jié)構(gòu)不利, 故對(duì)6、7度取1.0,對(duì)8度取1.05, 9度取1.15。 抗震規(guī)范參考AISC－97的抗震規(guī)定，結(jié)合我國情況提出框架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)值與柱全截面面積與鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積的比值不

23、大于0.4,或當(dāng)時(shí), 可將荷載組合中的地震作用引起的柱軸力加大一 倍, 使此時(shí)的柱軸力滿足。 在此情況下可不進(jìn)行強(qiáng)柱弱梁驗(yàn)算. 單層房屋和多層房屋的頂層，不需要符合強(qiáng)柱弱梁，因?yàn)樗鼈冊(cè)诜菑椥噪A段出現(xiàn)軟弱層沒有什么實(shí)際意義。 6.7 框架節(jié)點(diǎn)域的驗(yàn)算, 節(jié)點(diǎn)域驗(yàn)算包括節(jié)點(diǎn)域的穩(wěn)定性驗(yàn)算、強(qiáng)度驗(yàn)算和屈服程度驗(yàn)算。穩(wěn)定性驗(yàn)算借鑒美國規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)公式, 即板域厚度不小于其高度與寬度之和的1／90。 在編制《高鋼規(guī)程》時(shí)，同濟(jì)大學(xué)和哈建大作過試驗(yàn)，結(jié)果都表明板域穩(wěn)定按厚度不小于高、寬度之和的1／70控制較合理?？紤]兩校所作試驗(yàn)的試件厚度偏小, 故高層鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)仍按美國規(guī)定采用，即不小于其高度與寬度之

24、和的1／90，但多層鋼結(jié)構(gòu)則取1/70。本規(guī)范沒有對(duì)多層下定義，僅規(guī)定地面以上小于或等于12層的結(jié)構(gòu)，板域穩(wěn)定性應(yīng)按1／70計(jì)算。 節(jié)點(diǎn)域的強(qiáng)度驗(yàn)算,我們采用了日本的表達(dá)式, 是考慮它較簡(jiǎn)單且較直觀。公式來源參見《高鋼規(guī)程》的條文說明，此處不再贅述。節(jié)點(diǎn)域厚度對(duì)鋼框架性能影響較大, 太薄了會(huì)使鋼框架的位移增大過多,太厚了會(huì)使節(jié)點(diǎn)域不能發(fā)揮耗能作用。因此既不能太厚也不能太薄。參考日本的研究成果, 取節(jié)點(diǎn)域屈服彎矩為梁端屈服彎矩之和的0.7倍,可使節(jié)點(diǎn)域切變形對(duì)框架位移的影響不太大, 同時(shí)又能滿足耗能要求。考慮到按此規(guī)定計(jì)算可能使節(jié)點(diǎn)域普遍加厚, 對(duì)于廣大的7度地區(qū), 適當(dāng)降低了

25、要求, 用0.6代替0.7。在強(qiáng)柱弱梁情況下, 節(jié)點(diǎn)域首先屈服, 然后是梁屈服, 最后是柱屈服。 7. 支撐設(shè)計(jì) 7.1中心支撐 8.1.6條規(guī)定,支撐框架在兩個(gè)方向的布置宜基本對(duì)稱,支撐框架之間樓蓋的長寬比不宜大于3,它指導(dǎo)支撐合理布置,使它的抗側(cè)力作用能較好地發(fā)揮。 該條還規(guī)定不超過12層的鋼結(jié)構(gòu)宜采用中心支撐，因?yàn)榇藭r(shí)地震作用一般不大，中心支撐較簡(jiǎn)單。當(dāng)設(shè)置門窗要求較大孔口時(shí)，可采用人字支撐。 中心支撐的軸線應(yīng)交匯于梁柱構(gòu)件軸線的交點(diǎn)。偏離交點(diǎn)不超過支撐桿件寬度時(shí)，仍可視為中心支撐，但此時(shí)連接應(yīng)計(jì)入由此產(chǎn)生的附加彎矩。中心支撐的計(jì)算圖形是兩端鉸接，但在多層和高層建筑中在構(gòu)

26、造上一般作成剛接。中心支撐的抗震計(jì)算，應(yīng)考慮在循環(huán)荷載下承載力的降低, 采用與長細(xì)比有關(guān)的強(qiáng)度降低系數(shù), 與《高鋼規(guī)程》規(guī)定的方法相同。 人字支撐的斜桿受壓屈曲后承載力急劇降低,在支撐與橫梁連接處將出現(xiàn)不平衡力。規(guī)范規(guī)定，此不平衡力可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％，這是參考美國有關(guān)規(guī)定采用的。人字支撐在受壓斜桿屈曲時(shí)樓板要下陷，V形支撐斜桿屈曲時(shí)樓板要向上隆起，為了防止這種情況出現(xiàn),橫梁設(shè)計(jì)很重要。橫梁設(shè)計(jì)除應(yīng)考慮設(shè)計(jì)內(nèi)力外，還應(yīng)按中間無支座的簡(jiǎn)支梁驗(yàn)算在上述不平衡力及樓面荷載作用下的承載力。在彈塑性階段梁端將出現(xiàn)塑性鉸，斜桿屈曲后中間支座將失去支承作用。人字支撐設(shè)

27、計(jì)時(shí)，斜桿內(nèi)力應(yīng)乘增大系數(shù)1.5。 7.2偏心支撐。 7.2.1 概述 偏心支撐具有在彈性階段接近中心支撐框架，彈塑性階段的的延性和消能能力接近延性框架的特點(diǎn)，是一種良好的抗震結(jié)構(gòu)。按8、9度抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)宜采用偏心支撐。8.1.6條規(guī)定,偏心支撐框架的每根支撐應(yīng)至少有一端與框架連接,并在支撐與梁交點(diǎn)一柱之間或同一跨內(nèi)另一支撐與梁交點(diǎn)之間形成消能梁段。常用的偏心支撐形式如圖8.1.6所示。 偏心支撐的設(shè)計(jì)原則是強(qiáng)柱、強(qiáng)支撐和弱消能梁段，在大震時(shí)消能梁段屈服形成塑性鉸，支撐斜桿、柱和其余梁段仍保持彈性。消能梁段以本身的屈服耗能保證了結(jié)構(gòu)其他部分的安全，起到了保險(xiǎn)絲的作用。與《高鋼規(guī)程》

28、的規(guī)定相比，本章的偏心支撐框架設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)定，主要參考AISC于97年頒布的《鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震規(guī)程》，并根據(jù)我國情況作了適當(dāng)調(diào)整。 偏心支撐框架設(shè)計(jì)，首先要確定構(gòu)件的布置后，然后計(jì)算構(gòu)件內(nèi)力。在確定構(gòu)件內(nèi)力的設(shè)計(jì)值時(shí)，要對(duì)支撐斜桿、柱和其余梁段的內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整，以確保消能梁段屈服并進(jìn)入應(yīng)變硬化階段后，這些構(gòu)件仍能保持彈性。 圖8.1.6 偏心支撐框架的形式 偏心支撐框架的側(cè)向剛度，主要取決于消能梁段的長度與梁長度之比。隨著消能梁段變短，框架剛度變大，并接近于中心支撐框架的剛度。隨著消能梁段的增長，框架柔性增加并接近于純剛架的剛度。

29、 7.3.2 偏心支撐框架的消能梁段 設(shè)計(jì)偏心支撐框架，首先要確定它的形狀和消能梁段長度，后者與其截面特性有關(guān)。偏心支撐框架形狀的選擇，應(yīng)使消能梁段能承受較大剪力。為使框架剛度較大，通常采用較短的消能梁段。支撐的夾角，為了構(gòu)造方便，通常應(yīng)為35至50度。夾角太小了會(huì)使支撐內(nèi)力增大，并使消能梁段產(chǎn)生很大的軸向分量。當(dāng)建筑上沒有限制時(shí)，采用人字支撐取消能梁段的長度為0.15L是適合的，L是梁的總長。消能梁段的長度常用表示,大多數(shù)設(shè)計(jì)中?。?.3～1.6），以保證它有良好的剪切屈服性能。這里,表示它的全塑性受彎承載力，其中下標(biāo)表示消能梁段，表示塑性；表示它的屈服剪力。 7.3.3 偏心支撐框架構(gòu)

30、件內(nèi)力設(shè)計(jì)值 為了保證偏心支撐框架中,支撐斜桿、柱和其余梁段在消能梁段屈服并進(jìn)入應(yīng)變硬化時(shí)保持彈性，對(duì)這些構(gòu)件的設(shè)計(jì)內(nèi)力必需進(jìn)行調(diào)整。本規(guī)范承載力抗震調(diào)整系數(shù)的規(guī)定：消能梁段取0.85， 支撐為0.80,梁、柱為0.75。據(jù)此,對(duì)構(gòu)件內(nèi)力設(shè)計(jì)值按下列規(guī)定進(jìn)行了調(diào)整。 1）支撐斜桿的軸力設(shè)計(jì)值，應(yīng)取與支撐斜桿相連的消能梁段達(dá)到其受剪承載力時(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)應(yīng)不小于1.4，9度時(shí)應(yīng)不小于1.5。 2)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)到其受剪承載力時(shí)框架梁內(nèi)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1.6。 3)框架

31、柱的內(nèi)力設(shè)計(jì)值,應(yīng)取消能梁段達(dá)到其受剪承載力時(shí)柱內(nèi)力與增大系數(shù)的乘積,其值在8度及以時(shí)不應(yīng)小于1.5,9度時(shí)不應(yīng)小于1.6 7.2.4 消能梁段的承載力計(jì)算 消能梁段的承載力應(yīng)按下式計(jì)算，主要區(qū)分軸力較小和較大兩種情況。當(dāng)它的軸力較小時(shí)，受剪承載力可不計(jì)軸力的影響；但當(dāng)軸力較大時(shí)，必須計(jì)入軸力的影響。8.2.7條對(duì)消能梁段的受剪承載力規(guī)定如下: 當(dāng)時(shí) 或，取較小值 當(dāng)時(shí) 取0。9 或 ，取較小值 式中，系數(shù)取0.9。 7.3.5 消能梁段的構(gòu)造要求

32、圖8.5.3 偏心支撐構(gòu)造 消能梁段的鋼材屈服強(qiáng)度不應(yīng)大于345Mpa，因屈服強(qiáng)度太高將降低鋼材延性，不能保證屈服。對(duì)板件寬厚比也作了較嚴(yán)格規(guī)定，翼緣外伸部分寬厚比一律不得大于9，以保證梁段屈服時(shí)的穩(wěn)定。而且腹板上不得貼焊補(bǔ)強(qiáng)板，不得開洞(圖8.5.3)。至于偏心支撐框架的中的支撐斜桿，因?yàn)楸３謴椥?，它?duì)長細(xì)比和板件寬厚比要求不高，符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求就行。 8．主要構(gòu)造規(guī)定 8.1 構(gòu)件長細(xì)比和板件寬厚比 不同設(shè)防烈度下的構(gòu)件長細(xì)比和板件寬厚比要求區(qū)別對(duì)待，它們都與材料的屈服強(qiáng)度有關(guān)。 為了方便起見，以下介紹的規(guī)定均取屈服強(qiáng)度為時(shí)的值。不同屈服強(qiáng)度時(shí)的值可進(jìn)行簡(jiǎn)單換算

33、，見規(guī)范中的表注。 美國對(duì)鋼框架柱的長細(xì)比限值，抗震設(shè)計(jì)取60, 非抗震設(shè)計(jì)取120。8.3.1條規(guī)定,對(duì)超過12層的鋼框架柱長細(xì)比限值，6、7、8、9度分別為120、80、60、60。對(duì)不超過12層的,6～8度時(shí)不應(yīng)大于120,9度時(shí)不應(yīng)大于100.與《高鋼規(guī)程》相比，對(duì)低烈度區(qū)作了適當(dāng)放寬,并對(duì)12層以下放寬要求?？蚣苤淖畲箝L細(xì)比是為了保證結(jié)構(gòu)在計(jì)算中未考慮的作用力,特別是大震時(shí)的豎向地震作用下的安全，是至關(guān)重要的?？拐鹨?guī)范把它列為強(qiáng)制性條款。 應(yīng)當(dāng)指出,框架柱的抗震設(shè)計(jì)還包括應(yīng)滿足強(qiáng)柱弱梁要求等,在很多情況下根據(jù)強(qiáng)柱弱梁要求,按長細(xì)比限值確定的柱截面可能不夠,特別是對(duì)12層以下房屋

34、,此時(shí)必須增大柱截面. 對(duì)抗震鋼結(jié)構(gòu)低碳鋼中心支撐，美國規(guī)定最大長細(xì)比為120，日本規(guī)定約為32，兩國相差較大，與國情有關(guān)。支撐長細(xì)比越小，它在反復(fù)拉壓荷載下的承載力降低越少?？拐鹨?guī)范規(guī)定在6、7、8、9度時(shí)分別取中心支撐最大長細(xì)比為120、120、80、40，與《高鋼規(guī)程》的規(guī)定相同。 框架構(gòu)件板件寬厚比的規(guī)定, 考慮了強(qiáng)柱弱梁的要求，即塑性鉸通常出現(xiàn)在梁上, 框架柱一般不出現(xiàn)塑性鉸。因此在強(qiáng)震區(qū)，梁的板件寬厚比要求滿足塑性設(shè)計(jì)要求, 而柱的規(guī)定剛可適當(dāng)放寬，但當(dāng)強(qiáng)柱弱梁不能保證時(shí)，應(yīng)適當(dāng)從嚴(yán)。與《高鋼規(guī)程》相比，抗震規(guī)范突出了板件寬厚比隨烈度的變化，特別是對(duì)低烈度時(shí)有所放寬?？蚣芰旱耐?/p>

35、伸翼緣最大寬厚比在6、7、8、9度時(shí)現(xiàn)分別取11、10、9、9（《高鋼規(guī)程》6度為11， 7度及以上為9，）；框架柱的外伸翼緣最大寬厚比在6、7、8、9度時(shí)現(xiàn)分別取13、11、10、9（《高鋼規(guī)程》7度為11， 8、9度為10，建議強(qiáng)柱弱梁不能保證時(shí)將11和10分別改為10和9 ）；工形框架柱腹板最大寬厚比對(duì)不同烈度均規(guī)定為43，與《高鋼規(guī)程》規(guī)定相同，但建議強(qiáng)柱弱梁不保證時(shí)對(duì)6、7度和8、9度分別取40和36；箱型柱壁板最大寬厚比，在6、7、8、9度時(shí)分別規(guī)定為39、37、35、33（《高鋼規(guī)程》7度為37， 8、9度為33）。其余不擬一一對(duì)比。 支撐板件的寬厚比, 根據(jù)近年國內(nèi)外的研究成

36、果作了當(dāng)調(diào)整。中心支撐外伸翼緣最大寬厚比現(xiàn)規(guī)定為6、7、8、9度時(shí)分別為9、8、8、7，《高鋼規(guī)程》一律取8。 8.3 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 本章的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與《高鋼規(guī)程>相比,是修改較多的一部分。一方面，是因?yàn)?994年北嶺地震和1995年阪神地震使焊接鋼框架節(jié)點(diǎn)遭受嚴(yán)重破壞，破壞的范圍很廣，涉及到節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中的很多重要方面，需要借鑒他們的經(jīng)驗(yàn)，采取相應(yīng)措施。另一方面，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)方法僅計(jì)算節(jié)點(diǎn)連接在罕遇地震下的極限承載力，不作彈性階段下連接的抗震計(jì)算，且計(jì)算方法存在不安全因素，美、日等國都是如此。我們以前沿用國際上的做法，多少認(rèn)為罕遇地震都能經(jīng)受，小震更沒有問題了?，F(xiàn)在注意到，罕遇地震不壞的連接按

37、彈性階段的內(nèi)力設(shè)計(jì)不一定沒有問題，原因是兩個(gè)階段的要求不同。例如，高強(qiáng)度螺栓在彈性階段要求磨擦面不滑動(dòng)，而在罕遇地震下要求螺栓不剪斷。焊縫在彈性階段要求應(yīng)力不大于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，而在罕遇地震下不斷裂就行?？紤]到在彈性階段高強(qiáng)度螺栓出現(xiàn)滑移不符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定，而按以往規(guī)定梁端螺栓計(jì)算方法與實(shí)際情況相差太大，得出的螺栓數(shù)往往太少，成為不安全因素，故此作了修改，現(xiàn)分別說明如下。 8.3.1 美、日大震后框架梁－柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的改進(jìn) 1)美、日震害的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn) (1)震害情況。1994年美國北嶺地震和1995年日本阪神地震, 使鋼框架梁-柱連接節(jié)點(diǎn)遭受廣泛和嚴(yán)重破壞, 美國在調(diào)查的1000多

38、幢中破壞100多幢。破壞的特點(diǎn)是梁下翼緣裂縫占80％～95％，上翼緣裂縫15％～20％；裂縫起源于焊縫的占90％～99％，而且主要起源于下翼緣焊縫中部，起源于母材的只占1％～10％；不少裂縫向柱子擴(kuò)展，嚴(yán)重的將柱裂穿；有的向梁擴(kuò)展；有的沿連接螺栓線擴(kuò)展。檢查修復(fù)費(fèi)用高，每條裂縫檢查費(fèi)用至少800～1000美元。美國成立了專門機(jī)構(gòu)SAC進(jìn)行調(diào)研究和開展試驗(yàn)，發(fā)表了大量文獻(xiàn)。日本關(guān)于破壞情況的報(bào)導(dǎo)沒有美國系統(tǒng)，有一些梁端部斷裂，少數(shù)柱子脆性斷裂，也發(fā)現(xiàn)很多裂縫起源于下翼緣焊縫，較多的是梁端焊接孔斷裂。主要涉及梁翼緣焊接、腹板用螺栓連接的混合連接。 (2)對(duì)節(jié)點(diǎn)破壞原因的分析 〇焊縫金屬?zèng)_擊韌性

39、低； 〇焊縫存在缺陷，特別是下翼緣梁端現(xiàn)場(chǎng)焊縫中部，因腹板妨礙焊接和檢查，出現(xiàn)不連續(xù)； 〇梁翼緣端部全熔透坡口焊的襯板邊緣形成人工縫，在豎向力作用下擴(kuò)大； 〇梁端焊縫通過孔邊緣出現(xiàn)應(yīng)力集中，引發(fā)裂縫，向平材擴(kuò)展； 〇裂縫主要出現(xiàn)在下翼緣，是因?yàn)榱荷弦砭売袠前寮訌?qiáng)，且上翼緣焊縫無腹板妨礙施焊。 此外，還有一些其它原因，如美國認(rèn)為現(xiàn)在采用的構(gòu)造，梁端出現(xiàn)三軸應(yīng)力狀態(tài)，不能形成塑性鉸，日本則未提出這種看法；美國鋼材實(shí)際屈服點(diǎn)過高，使連接的實(shí)際承載力偏低 ；節(jié)點(diǎn)域較弱，影響腹板連接承載力的發(fā)揮，導(dǎo)致翼緣連接超載，也是原因之一。 (3)兩國的構(gòu)造差異.兩國梁-柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造雖大同小異，但仍有若

40、干差異, 如： 〇美國慣常采用工字形柱, 日本主要采用箱形柱； 〇美國在梁翼緣對(duì)應(yīng)位置的柱加勁肋厚度按傳遞設(shè)計(jì)內(nèi)力的需要確定,一般為梁翼緣厚度之半, 并認(rèn)為節(jié)點(diǎn)域弱一點(diǎn)，有利于調(diào)整地震內(nèi)力；而日本取梁翼緣厚度加一個(gè)等級(jí),認(rèn)為在這里多用一點(diǎn)鋼材是值得的。 〇兩國梁端腹板焊縫通過孔形狀不同，它與焊接是否方便以及受力性能有一定關(guān)系。 〇美國對(duì)梁腹板與連接板的連接的抗剪用焊縫加強(qiáng), 日本規(guī)定腹板螺栓不少于2～3列，用增加螺栓數(shù)量來加強(qiáng)；以上構(gòu)造差異特別是前3項(xiàng)，與破壞情況有明顯關(guān)系。 (4)美、日的改進(jìn)措施 震后，在節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方面，日本對(duì)改進(jìn)了梁端的焊縫通過孔構(gòu)造，以便減小應(yīng)力集中和破

41、壞，在1996年就發(fā)表了新工法。美國作了試驗(yàn)研究，認(rèn)為現(xiàn)行節(jié)點(diǎn)構(gòu)造大震時(shí)不能在梁端出現(xiàn)塑性鉸，采取了將塑性鉸外移的措施。推薦的典型構(gòu)造是將梁翼緣局部削弱的所謂骨式連接（dog-bone）。這種連接是臺(tái)灣早此時(shí)侯提出的，現(xiàn)在臺(tái)灣也采用。 圖 美國的骨式連接 在消除梁下翼緣焊縫焊接襯板邊緣的人工縫方面，兩國都很重視。日本規(guī)定了襯板在不同情況下的形式和焊接要求。美國對(duì)下翼緣采用焊后切除襯板，清根補(bǔ)作焊根的方法，認(rèn)為這樣還可消除焊縫缺陷。為了節(jié)省費(fèi)用，對(duì)上翼緣焊縫采取保留襯板焊接邊緣的方法。 對(duì)節(jié)點(diǎn)域，美國提出了加強(qiáng)的想法。 (5)我國采取的對(duì)策 〇抗震規(guī)范8.3.4條2款規(guī)定, 梁翼緣

42、與柱翼緣間的全熔透焊縫,“8度乙類焊縫和9度時(shí),應(yīng)檢驗(yàn)V形切口的沖擊韌性,其恰帕沖擊值在-20℃時(shí)不低于27J”。北嶺地震后，美國研究發(fā)現(xiàn)，框架節(jié)點(diǎn)破壞的首要因素是關(guān)鍵部位焊縫的沖擊韌性太低，并規(guī)定應(yīng)改用優(yōu)質(zhì)焊條，使焊縫的沖擊韌性不低于－29℃時(shí)27J?？紤]到我國在高層鋼結(jié)構(gòu)施工中，過去沒有要求過檢驗(yàn)焊縫沖擊韌性。若要求關(guān)鍵部位焊縫普遍符合上述規(guī)定，在我國目前情況下設(shè)計(jì)施工人員都難以接受，故僅要求在高烈度和重要結(jié)構(gòu)的上述情況下執(zhí)行。至于由－29℃改為－20℃，是因?yàn)槲覈摬臉?biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢驗(yàn)－20℃和－40℃下的沖擊韌性，與美國規(guī)定相比較雖降低了要求，但符合我國習(xí)慣。 〇在構(gòu)造改進(jìn)方面，總體上參考

43、了日本的規(guī)定，一般情況不采用將塑性鉸外移的方法。這是因?yàn)?，我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)初期由日本設(shè)計(jì)的較多,《高鋼規(guī)程》規(guī)定的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造基本上是參考日本規(guī)定, 表現(xiàn)在: 普遍采用箱形柱; 梁翼緣處的柱加勁肋與梁翼緣等厚, 梁端用的扇形切角形式都是按日本規(guī)定采用的等等。 ○結(jié)合我國國情，8.3.4條3款規(guī)定:柱在梁對(duì)應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置橫向加勁肋,且加勁肋厚度不應(yīng)小于梁翼緣厚度.與《高鋼規(guī)程》規(guī)定相比，將與梁翼緣等厚改為不小于梁翼緣厚度，是考慮到它的重要性。 ○8.3.4條3款規(guī)定:”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少于二列;當(dāng)計(jì)算僅需一列時(shí),應(yīng)布置二列,且此

44、時(shí)螺栓總數(shù)不得少于計(jì)算數(shù)的1.5倍”。該規(guī)定綜合參考美國和日本的規(guī)定采用。我國《高鋼規(guī)程》缺少類似規(guī)定，使梁－柱混合連接的腹板螺栓數(shù)量偏少，這是抗震規(guī)范作出的改進(jìn)?，F(xiàn)除采取了上述規(guī)定外，還補(bǔ)充規(guī)定了腹板抗剪連接不得小于腹板的屈服受剪承載力，即此時(shí)要求 且 ○焊縫通過孔的改進(jìn)，主要參考了日本96年公布的《鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)指針─工場(chǎng)制作篇》中的"新技術(shù)和新工法"，選取了一種開口較小的構(gòu)造(詳見圖8.3.4-1)。 ○8.3.4條5款列入了梁-柱剛性連接也可采用帶懸臂梁段,懸臂梁段的翼緣和腹板與柱應(yīng)預(yù)先分別用全熔透焊縫和角焊縫連接,梁的現(xiàn)場(chǎng)拼接可采用翼緣焊接腹板栓接(圖8.3.4

45、-2(a))或全部螺栓連接(b)。這種連接方式，日本應(yīng)用較多，國內(nèi)在多項(xiàng)工程應(yīng)用過，研究表明，肯有較好的抗震性能。 ○考慮到美國和臺(tái)灣采用的骨式連接(圖)雖然抗震性能較好，能實(shí)現(xiàn)塑性鉸外移，但要求多用鋼材，根據(jù)我國國情,該款規(guī)定在8度Ⅲ、Ⅳ類場(chǎng)地和9度時(shí)采用。 ○為了消除梁翼緣焊縫焊接襯板邊緣缺口效應(yīng)的危害, 根據(jù)我國情況,上翼緣因有樓板加強(qiáng), 震害較少, 不作處理；僅規(guī)定對(duì)梁下翼緣焊接襯板邊緣施焊（圖8.3.4-1）. 8.2.2 梁-柱連接的彈性階段抗震設(shè)計(jì) 1)問題的提出 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì),國際上在規(guī)范中提出的方法是只作大震時(shí)的設(shè)計(jì),保證在構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸時(shí)連接不破壞,未

46、列入彈性階段設(shè)計(jì)。此外，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，梁－柱連接的抗震設(shè)計(jì)采用彎矩由翼緣承受和剪力由腹板承受的所謂常用設(shè)計(jì)法，按梁端出現(xiàn)塑鉸時(shí)的彎矩和剪力設(shè)計(jì)。這種做法隱藏的問題，一是不作連接彈性設(shè)計(jì)會(huì)引起彈性階段連接承載力不足，不符合彈性階段的設(shè)計(jì)要求，出現(xiàn)螺栓連接滑移等問題。另一是腹板連接僅承受剪力不承受彎矩，與實(shí)際情況不符，使腹板連接太弱，連接螺栓太少，將導(dǎo)致嚴(yán)重不安全。 8.2.8條規(guī)定了”鋼構(gòu)件連接應(yīng)按地震組合內(nèi)力進(jìn)行彈性設(shè)計(jì),并應(yīng)極限承載力計(jì)算”,即首先要進(jìn)行彈性設(shè)計(jì).并在該條3款作出了具體規(guī)定。這樣從幾方面下手,將從根本上解決了梁－柱連接較弱的問題，也是對(duì)美、日大震后加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的回應(yīng)。

47、 8.2.3 角焊縫和高強(qiáng)度螺栓的極限承載力 1)角焊縫的抗剪強(qiáng)度, 根據(jù)國內(nèi)外的試驗(yàn), 都大于母材的抗剪強(qiáng)度。1998年日本發(fā)表的《鋼結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)指針》采用了在設(shè)計(jì)中取角焊縫的強(qiáng)度不大于母材抗剪強(qiáng)度的規(guī)定, 這與我國《高鋼規(guī)程》中過去參考日本的做法采用的規(guī)定相同。 日本對(duì)角焊縫連接的最大承載力, 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果用統(tǒng)計(jì)方法得出了下列計(jì)算公式: 正面角焊縫 側(cè)面角焊縫 式中, 為被連接構(gòu)件母材的抗拉強(qiáng)度,為角焊縫的有效截面。該《指針》還給出了其它作者用不同方法得出的公式。如日本仲、加藤、森田等用應(yīng)力函

48、數(shù)進(jìn)行應(yīng)力分析得出了下列承載力公式: A.G.Kamtekar假定焊腳應(yīng)力狀態(tài)為平均應(yīng)力, 由平衡條件導(dǎo)出下列承載力公式: 以上公式中的ΣAw包含正面焊縫和側(cè)面焊縫的有效截面?？梢姴煌瑏碓吹贸龅挠?jì)算公式是接近的。斜角焊縫的最大承載力屆于正面焊縫與側(cè)面焊縫承載力之間,《指針》提出了下列計(jì)算公式: 參考日本的上述規(guī)定, 規(guī)程中取角焊縫的最大受剪承載力為 對(duì)于正面焊縫,

49、考慮到承載力提高幅度較大,予以單列,根據(jù)我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ17的規(guī)定,承載力乘增大系數(shù)1.22。 2)高強(qiáng)度螺栓極限受剪承載力 一個(gè)高強(qiáng)螺栓的極限受剪承載力, 根據(jù)哈建大的試驗(yàn)研究, 其最小值為極限受拉承載力的0.59倍, 日本在1998年的《鋼結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)指針》中公布的試驗(yàn)結(jié)果與此完全相同。當(dāng)高強(qiáng)螺栓位于板疊中, 即在螺栓連接中時(shí), 日本得出的螺栓極限受剪承載力為,式中,、分別為連接中的剪切面數(shù)和螺栓數(shù),為螺栓螺紋處的凈截面面積,為螺栓鋼材的抗拉強(qiáng)度。據(jù)此,日本取一個(gè)高強(qiáng)螺栓的極限受剪承載力為 式中, 為螺栓桿的截面面積。日本

50、對(duì)在該式中采用螺栓桿截面面積而不是螺紋處的凈截面面積的解釋是:高強(qiáng)螺自身的強(qiáng)度很高,螺栓剪切破壞只有在連接構(gòu)件的板厚相當(dāng)大時(shí)才有可能?？紤]到螺紋的長度和板疊厚度的關(guān)系, 連接的剪切面位于螺紋處的很少。設(shè)計(jì)上可取高強(qiáng)螺栓的剪節(jié)破壞出現(xiàn)在螺桿上。 一個(gè)高強(qiáng)螺栓的屈服承載力, 日本根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果按下式計(jì)算: 我國《高鋼規(guī)程》編制時(shí), 根據(jù)當(dāng)時(shí)得到的參考文獻(xiàn), 將該式作為螺栓受剪時(shí)的極限受剪承載力公式, 現(xiàn)在應(yīng)以日本1998年版《指針》的最新解釋為準(zhǔn), 需作更正。根據(jù)哈建大的試驗(yàn)研究結(jié)果，8.2.8條6款取一個(gè)高強(qiáng)螺栓的受剪承載力為

51、 式中, 為螺栓螺紋處的凈截面面積。 規(guī)范用于檢驗(yàn)的螺栓連接最大受剪承載力, 應(yīng)取螺栓受剪和鋼板承壓二者中之較小值。 8.2.4 中心支撐的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 新規(guī)范規(guī)定, 支撐端部至節(jié)點(diǎn)板嵌固點(diǎn)在沿支撐桿件方向的距離(由節(jié)點(diǎn)板與框架件間焊縫的起點(diǎn)垂直于支撐桿軸線的直線至支撐端部的距離),不應(yīng)小于節(jié)點(diǎn)板原度的二倍(圖5),是參考AISC-97的抗震規(guī)定取用的。試驗(yàn)表明，這個(gè)不大的間隙允許節(jié)點(diǎn)板在強(qiáng)震時(shí)有少許屈曲，能顯著減少支撐連接的破壞，有積極作用。 圖8.4.3 支撐的抗震連接 二、多層鋼結(jié)構(gòu)廠房 1. 一般規(guī)定 多層鋼結(jié)構(gòu)

52、廠房的抗震規(guī)定是新增加的, 是考慮到在廠房中有一部分是采用多層鋼結(jié)構(gòu)的。這部分的規(guī)定適應(yīng)于單跨多跨的全鋼結(jié)構(gòu)多層廠房, 通常為框架支撐體系, 不適用于上層為鋼結(jié)構(gòu)下層為鋼筋混土結(jié)構(gòu)的混合型結(jié)構(gòu)廠房。冷彎薄壁型鋼作主要承重結(jié)構(gòu)的房屋，因構(gòu)件截面小自重輕，可不執(zhí)行本規(guī)定。多層鋼結(jié)構(gòu) 廠房與民用多層鋼結(jié)構(gòu)房屋有很大區(qū)別,其抗震設(shè)計(jì)規(guī)定列入本章附錄。 多層鋼結(jié)構(gòu)廠房的抗震設(shè)計(jì)要求與高層鋼結(jié)構(gòu)有許多相近之處，相同部分不再重復(fù)。 多層鋼結(jié)構(gòu)房屋可設(shè)置或不設(shè)置地下室，當(dāng)設(shè)置地下室時(shí)，鋼框架柱宜伸至地下一層。當(dāng)不設(shè)吊車時(shí)，地震作用比較小，可采用較經(jīng)濟(jì)的柔性交叉支撐。 2．計(jì)算要點(diǎn) 本附錄對(duì)

53、工業(yè)建筑設(shè)備布置時(shí)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系作了規(guī)定。例如, 規(guī)定了設(shè)備或料斗穿過樓層時(shí)的支承條件, 以避免地震時(shí)層間位移對(duì)設(shè)備、料斗產(chǎn)生附加效應(yīng)。 針對(duì)多層鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點(diǎn), 對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算原則提出了規(guī)定。例如,規(guī)定了直接支承有振動(dòng)設(shè)備的結(jié)構(gòu),應(yīng)同時(shí)考慮地震效應(yīng)和動(dòng)力作用效應(yīng), 而簡(jiǎn)接承受動(dòng)力作用的構(gòu)件, 抗震計(jì)算中可不考慮設(shè)備的動(dòng)力作用。 對(duì)結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算要求, 提出了規(guī)定。例如, 對(duì)樓面的檢修荷載最小標(biāo)準(zhǔn)值、重力荷載代表值和組合值系數(shù), 設(shè)備(或設(shè)備支架)共同工作時(shí)的水平地震作用分配,樓板橫隔作用的考慮方法, 構(gòu)件連接的設(shè)計(jì)等, 均提出了規(guī)定。 對(duì)于樓蓋水平支撐的設(shè)置原則和構(gòu)造要求

54、, 針對(duì)不同樓面結(jié)構(gòu)和樓面荷載值作出了規(guī)定。對(duì)于柱間支撐的布置、最大長細(xì)比及支撐板件寬厚比作了規(guī)定。 3．構(gòu)造措施 梁-柱連接扇形切角考慮不好施工，可采用圓弧切角。 三、單層鋼結(jié)構(gòu)廠房 1．一般規(guī)定 單層鋼結(jié)構(gòu)廠房與屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)的單層混凝土結(jié)構(gòu)廠房，有很多相似之處，故將其列入第9章《單層廠房結(jié)構(gòu)》。本節(jié)規(guī)定適用于鋼柱、鋼屋架或?qū)嵏沽撼兄氐膯慰缁蚨嗫绲膯螌訌S房。 單層鋼結(jié)構(gòu)廠房橫向框架的形式, 根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)采取了靈活規(guī)定。框架的抗側(cè)力體系可采用屋蓋橫梁與柱頂剛接或鉸接的框架、門式剛架、懸臂柱或其它結(jié)構(gòu)體系。廠房從向抗側(cè)力體系宜采用柱間支撐，受建筑或運(yùn)輸?shù)葪l件限制時(shí)可采用剛架體系

55、。 規(guī)定了構(gòu)件在可能產(chǎn)生塑性鉸的最大應(yīng)力區(qū)內(nèi)，宜采用螺栓連接，可采用全熔透對(duì)接焊縫，不應(yīng)采用角焊縫和部分熔透的對(duì)接焊縫，因后者有嚴(yán)重應(yīng)力集中。 規(guī)定了屋蓋橫梁與柱頂鉸接時(shí)，宜采用螺栓連接。剛接框架的屋架上弦與柱相連的連接板，不應(yīng)出現(xiàn)塑性變形。按前蘇聯(lián)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn), 鋼屋架上弦桿與框架柱的連接允許出現(xiàn)塑性鉸, 使用中發(fā)現(xiàn),出現(xiàn)塑性鉸后由于構(gòu)件變形過大, 導(dǎo)致使用上的功能障礙, 對(duì)此作了相應(yīng)修改。本節(jié)規(guī)定當(dāng)橫梁為實(shí)腹梁時(shí)，梁與柱的連接以及梁拼接的受彎、受剪極限承載力應(yīng)能分別承受梁全截面屈服時(shí)受彎受剪承載力的1.2倍，與多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)規(guī)定相協(xié)調(diào)。 規(guī)定了柱間撐宜采用整根材料制作。當(dāng)

56、超過材料最大長度規(guī)格時(shí)，允許采用全熔透對(duì)接焊縫等強(qiáng)度連接。柱間支撐與構(gòu)件的連接，不應(yīng)小于支撐桿件塑性承載力的1.2倍,與高層鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)定相同。 2．計(jì)算要點(diǎn) 考慮了實(shí)際使用情況和經(jīng)驗(yàn), 對(duì)有關(guān)計(jì)算規(guī)定作了修改。 1）對(duì)有吊車廠房中吊車的地震作用作了規(guī)定：“當(dāng)按橫向平面框架進(jìn)行抗震計(jì)算時(shí)，可不計(jì)入吊車的影響；當(dāng)縱向按框架進(jìn)行抗震計(jì)算時(shí)，可不計(jì)入吊車的影響；當(dāng)按空間框架進(jìn)行抗震計(jì)算時(shí)，吊車取實(shí)際臺(tái)數(shù)。” 2）對(duì)廠房橫向抗震計(jì)算作了簡(jiǎn)化。 3）對(duì)廠房縱向抗震計(jì)算規(guī)定, 按屋蓋類型和圍護(hù)墻類型分別作了規(guī)定, 較原有規(guī)定明確和易于執(zhí)行。屋蓋支撐桁架的腹桿一般是按長細(xì)比要求選用的，新條文規(guī)定了“

57、屋蓋支撐桁架的腹桿，應(yīng)能承受和傳遞屋蓋水平地震作用，其連接的承載力應(yīng)大于腹桿的內(nèi)力，并應(yīng)滿足構(gòu)造要求”。解決了原有規(guī)定不明確和執(zhí)行困難的問題。 3．構(gòu)造措施 1）單層鋼結(jié)構(gòu)廠房構(gòu)件的板件寬厚比, 考慮了有些工程采用輕型結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況,規(guī)定了當(dāng)?shù)卣鹱饔眯?yīng)組合不起控制作用時(shí), 可僅符合鋼結(jié)構(gòu)彈性設(shè)計(jì)時(shí)的規(guī)定。當(dāng)?shù)卣鹱饔眯?yīng)組合起控制作用時(shí), 按界于靜力彈性時(shí)的設(shè)計(jì)規(guī)定和高層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)的規(guī)定之間的要求考慮其限值, 表達(dá)形式也與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》相協(xié)調(diào)。 2）規(guī)定了框架柱的長細(xì)比對(duì)A235鋼不應(yīng)大于120，與柱軸壓比無關(guān)，表達(dá)形式也與《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》相協(xié)調(diào)。 3）鑒

58、于廠房鋼結(jié)構(gòu)有構(gòu)件尺寸有時(shí)較寬，板件按寬厚比限值要求過厚，規(guī)定了腹板寬厚比可通過設(shè)置縱向加勁肋減小。 4）對(duì)單層廠房柱腳作了規(guī)定：“6、7度時(shí)可采用外露式剛性柱腳（含外包式柱腳）。 8度及以上時(shí)，宜采用插入式柱腳或埋入式柱腳，且應(yīng)保證柱全截面屈服時(shí)的承載力?！? 插入式柱腳近年在廠房設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多，有構(gòu)造較簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。規(guī)定了實(shí)腹式鋼柱在采用插入式柱腳時(shí)的埋深不得小于鋼柱截面高度的2倍。 參考文獻(xiàn) 〔1〕Structural Design of Tall Steel Buildings, SB, 1979 〔2〕竹

59、村寬恭等, 混凝土核心筒-外周鋼框架混合結(jié)構(gòu), (暫稱)日本カ-ボン橫濱工場(chǎng)再開發(fā)計(jì)劃, ピルデンレタ, 1992,12 〔3〕今井三雄等, 采用混凝土核心筒框架結(jié)構(gòu)的高層辦公樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), (暫稱)海老名計(jì)劃,  ピルデンレタ, 1992, 12 〔4〕Haruhito Gomi 等, Overview of Hybrid／Composite Structures in Japan, 第三屆中日建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會(huì)論文集, 深圳, 1997,11 〔5〕R.McPharlin, B.E.Hons, F.I.E.Aust, The State Bank Centre─A concept in Steel, Australian Steel Construction, Vol.22, No.1,1989 〔6〕AISC Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, April 15, 1997 〔7〕鋼構(gòu)造限界狀態(tài)設(shè)計(jì)指針·同解說, 日本建筑學(xué)會(huì), 1998 〔8〕《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(修訂)編制組專題報(bào)告: 關(guān)于美日鋼框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)改進(jìn)的調(diào)研報(bào)告, 2000 13-18