13第十三讲 钢结构房屋抗震设计规定 蔡益燕jqb.docx

第十三讲讲 钢钢结构房房屋抗震震设计规规定蔡益燕一、多层层和高层层钢结构构房屋1 前言我国899年版抗抗震规范范，除单单层钢结结构厂房房外，没没有其它它钢结构构内容。我我国过去去钢材产产量有限限，钢结结构在工工程中应应用很少少。随着着钢材产产量的增增加，国国家要求求积极发发展钢结结构，新新规范除除保留单单层钢结结构房屋屋外，还还增加了了第八章章“多层与与高层钢钢结构房房屋”，使钢钢结构抗抗震设计计的内容容大大充充实，以以适应钢钢结构发发展的需需要。我国钢钢结构设设计规范范GBBJ177不包含含抗震内内容。因因此，地地震区的的房屋钢钢结构设设计，除除应符合合钢结构构设计规规范外，还还应符合合抗震规规范的有有关规定定。与行行业标准准高层层民用建建筑钢结结构技术术规程（以以下简称称高钢钢规程）相相比，新新的抗震震规范第第八章对对高层钢钢结构的的设计与与施工作作出了不不少新规规定。今今后，凡凡是高高钢规程程中与与抗震规规范不一一致之处处，应按按抗震规规范的规规定执行行，且不不应比其其低。但但抗震规规范中未未列入而而高钢钢规程中中已列入入的，在在该规程程修订前前仍可执执行。本章在适适用的高高层钢结结构体系系中未列列入钢框框架混混凝土剪剪力墙（核核心筒），是是考虑到到对这种种体系的的性能尚尚未进行行系统研研究。19944年的美美国北岭岭(Noorthhriddge)地震和和19995年的的日本阪阪神地震震是两次次震害特特别严重重的地震震，尤其其是钢结结构焊接接刚架连连接的破破坏十分分严重。美美国该地地区的钢钢框架房房屋破坏坏达1000多幢幢，日本本破坏的的也不少少，震后后两国都都进行了了大量研研究，对对破坏原原因进行行了分析析，采取取了相应应措施，制制订了新新标准。由由于美、日日是钢结结构应用用最多的的国家，它它们的新新标准引引起了各各国钢结结构设计计、施工工和研究究人员的的关注，在在这次我我国抗震震规范修修订中也也有若干干反映。本介绍对对于行业业标准高高层民用用建筑钢钢结构技技术规程程中已已有规定定而这次次变更不不大的内内容只作作一般介介绍，着着重说明明这次修修订中的的新内容容。多层工业业建筑钢钢结构的的抗震设设计另有有规定，列列入本章章附录，这这里不拟拟作介绍绍。2 材料对抗震钢钢结构钢钢材的基基本要求求, 是是参考AAISCC钢结构构房屋抗抗震规定定提出的的。这些些要求是是:强屈比比大于11.2; 有明显显的屈服服台阶;伸长率率大于220%(标距550mmm); 有良好好可焊性性。AIISC的的这些要要求，在在它的历历次规范范版本中中都是如如此，994年地地震后也也无变化化。我国国对抗震震钢结构构钢材的的规定，与与美国规规定是一一致的。规定的前前三条都都是关于于塑性的的要求，它它是抗震震钢结构构对钢材材的最主主要要求求。可焊焊性当然然是钢结结构制作作所必需需的。高高层钢结结构要用用厚钢板板，而厚厚板的可可焊性一一般较差差。当硫硫的含量量较高就就会出现现焊接裂裂缝,引引起层状状撕裂,所以厚厚钢板要要控制硫硫含量,满足国国家标准准厚度度方向性性能钢板板的要要求。高钢规程规定50mm以上的钢板要满足上述标准的要求，本规范考虑我国钢材的实际情况，将50mm以上改为40mm以上。现在国家家冶金工工业局已已经制订订了高高层建筑筑结构用用钢板YYB 44104420000标标准，它它是参考考日本JJIS G 33136619994建建筑结构构用钢材材标准结结合国内内实际情情况制订订的，与与我国现现在采用用的结构构钢相比比，降低低了硫、磷磷含量和和焊接碳碳当量，提提高了屈屈服点和和冲击功功，可保保证厚度度方向性性能Z115至ZZ35级级。今后后可以按按该标准准选用适适合的国国产钢材材。3. 高高层钢结结构体系系和最大大适用高高度3.1 结构体体系本节给出出了高层层民用建建筑钢结结构不同同结构体体系在各各设防烈烈度时的的合理高高度限值值, 与与行业标标准高高层民用用建筑钢钢结构技技术规程程中的的规定大大体一致致, 补补充了目目前已在在我国采采用的巨巨型框架架体系。筒筒体结构构中列入入了框架架筒、筒筒中筒、束束筒和桁桁架筒等等已在实实际工程程中采用用的各种种筒体结结构形式式。混凝凝土核心心筒-钢钢框架等等混合结结构暂不不列入。钢框架混凝土土核心筒筒（剪力力墙）混混合结构构，19964年年阿拉斯斯加地震震曾出现现倒塌事事故，美美国在地地震区不不采用，并并认为当当高度超超过1550m（445层）时时是很不不经济的的。日本本的第一一幢高层层钢结构构霞关大大厦是119688年建成成的，日日本地震震烈度高高，也不不采用这这种体系系。为了了降低人人工费，119922年建造造了两幢幢砼核心心筒钢钢框架混混合结构构，其高高度分别别为788m和1107mm，结合合这两幢幢工程展展开了一一些研究究，将其其列为特特种结构构，采用用要经日日本建筑筑中心评评定和建建设大臣臣批准。据据报导，至至今尚未未出现第第三幢。我国自880年代代在不设设防的上上海希尔尔顿大酒酒店采用用混合结结构以来来，应用用较多。由由于这种种体系主主要由混混凝土核核心筒承承担地震震作用，国国内对其其抗震性性能和合合理高度度尚缺乏乏系统的的研究，故故本次修修订暂不不列入。（目目前可按按高钢钢规程规规定的高高度限值值执行，并并遵守双双重抗侧侧力体系系的有关关抗震设设计规定定。）为了促进进多层钢钢结构的的发展，使使小高层层钢结构构设计较较方便，又又不违背背防火规规范关于于层高划划分的规规定，本本章对不不超过112层的的建筑的的抗震设设计适当当放宽要要求。为为了表达达方便，在在条文中中采用了了12层层以下和和超过112层的的用语。在在结构体体系上，88.1.5条对对不超过过12层层的钢结结构房屋屋作了较较灵活规规定，即即可采用用框架结结构、框框架支支撑结构构或其它它类型的的结构。3.2 适用的的最大高高度结构体系系6、7度度8度9度框架110 900 500框架-支支撑（剪剪力墙板板） 2220 2000 1400筒体（框框筒、筒筒中筒、桁桁架筒、束束筒）和巨型框框架 3000 2000 18008.1.1条将将不同结结构体系系适用的的最大高高度列于于表8.1.11 。表8.11.1 适适用的钢钢结构房房屋最大大高度(m)注:适用用高度指指规则结结构的高高度, 为室外外地坪至至檐口的的高度钢框架体体系的经经济高度度是300m，这这在很多多文献中中都有说说明。若若取高层层建筑平平均层高高为3.6m, 则为为1100m。考考虑到框框架体系系抗震性性能很好好, 对对6、77度设防防和非抗抗震设防防的结构构均规定定不超过过1100m, 8、99度设防防时高限限适当减减小。框框架-支支撑(剪剪力墙板板)体系系是高层层钢结构构的常用用体系, 剪力力墙板有有与支撑撑类似的的性能，在在抗震建建筑中可可采用延延性好的的带竖缝缝墙板、内内藏钢支支撑混凝凝土墙板板和钢抗抗震墙板板等。参参考我国国已建成成这种体体系的建建筑,北北京京城城大厦(地上552层, 高1183.5m), 京京广中心心(地上上53层层, 高高2088m), 现规规定8度度地区高高限为2200mm, 对对6、77度地地区和非非抗震设设防地区区适当放放宽, 9度地地区适当当减小。各各类筒体体在超高高层建筑筑中应用用较多, 世世界一批批最高的的建筑大大多采用用筒体结结构, 其中著著名的如如纽约世世界贸易易中心(框筒, 1110层, 高4411mm4113m), 芝芝加哥西西尔斯大大厦(束束筒, 1100层,4443mm), 芝加哥哥约翰··汉考克克大厦(桁架筒筒, 1100层层, 3344mm)等。巨巨形框架架适用于于大开间间要求, 典型型的如东东京市政政府大厦厦( 地地上488层, 2433m), 高雄雄国际广广场大厦厦(655层, 3422.377m)。考考虑到我我国对超超高层建建筑经验验不多, 故本本条规定定筒体结结构和巨巨型框架架的最大大适用高高度为 6、77度地区区为3000,高高烈度区区适当减减小。以以上高度度限值规规定，与与高钢钢规程中中的规定定相同。超超过上述述高限时时，按建建设部规规定应进进行超限限审查。3.3 适用的的最大高高宽比关于高层层钢结构构的高宽宽比，早早期的著著名建筑筑中纽约约世界贸贸易中心心6.55是高宽宽比较大大的,也也有 一一定代表表性，超超过此值值的不多多。考虑虑到高宽宽比太大大会使高高层钢结结构在大大风中的的位移过过大，舒舒适度难难以满足足要求，一一般不宜宜放得过过宽，特特殊情况况尚可专专门研究究。另一一方面，在在确定合合理高宽宽比方面面，随结结构体系系不同如如何确定定尚缺少少根据，考考虑我国国实际情情况，88.1.2条暂暂按抗震震设防烈烈度大致致划分，不不同结构构体系采采用统一一值，即即高宽比比限值66、7度度取6.5, 8度取取6.00, 99度取55.5。若若执行中中有不妥妥，下次次修订时时再改。与与高钢钢规程相相比作了了简化和和放宽。 4层层间位移移角限值值加州规范范规定, 基本本自振周周期大于于0.77s的结结构, 弹性阶阶段的位位移限值值为层高高的12500或0.03Rw(Rww为结构构的延性性指标)。纯框框架结构构Rw最最大可达达12, 即限限值可为为层高的的14400。高高钢规程程参考考美国规规定采用用了上限限层高的的12250, 是因因为该规规程反应应谱的地地震影响响系数下下限较高高, 为为了避免免钢材用用量过多多，层间间位移角角限值取取了较大大值。考考虑到长长周期建建筑的水水平地震震作用在在本规范范中已作作了调整整, 有有所降低低, 第第5章55.5节节将多、高高层钢结结构弹性性层间位位移角限限值改为为层高的的13300。罕罕遇地震震作用下下层间位位移限值值,在美美国ATTC3-06中中规定为为层高11/677,高高钢规程程取层层高的11700,考虑虑到我国国规定的的小震与与罕遇地地震在77度时相相差约66倍, 位移角角限值也也须与此此相应, 该章章将弹塑塑性层间间位移角角限值调调整为11500。5.结构构布置的的一般规规定与高钢钢规程相相比，主主要有以以下变更更：1）.关关于楼板板，8.1.77条规定定了超过过12层层的钢结结构房屋屋，宜采采用压型型钢板组组合楼板板和现浇浇或整体体式钢筋筋混凝土土楼板，并并与钢梁梁有可靠靠连接；必要时时可设置置水平支支撑。不不超过112层的的钢结构构房屋，除除上述形形式外，尚尚可采用用装配整整体式钢钢筋混凝凝土楼板板、装配配式楼板板或其它它轻型楼楼盖，但但强调了了应将楼楼板预埋埋件与钢钢梁焊接接，或采采取其它它保证楼楼盖整体体性的措措施。2）.地地下室设设置，88.1.9和88.1.10条条规定了了超过112层的的钢结构构房屋应应设置地地下室，对对12层层以下的的则不作作限定。另另外，钢钢结构房房屋设置置地下室室时，规规定框架架柱至少少伸至地地下一层层；框架架-支撑撑(抗震震墙板)结构中中,竖向向连续布布置的支支撑或抗抗震墙板板应延伸伸至基础础。与高高钢规程程的规规定相比比，对于于高层钢钢结构设设置地下下室时是是否用钢钢骨混凝凝土结构构层不作作限定,允许对对不同情情况作不不同处理理。3）.关关于基础础埋深,8.11.100条规定定了采用用天然地地基时不不宜小于于房屋高高度的11/155,采用用桩基时时承台埋埋深不宜宜小于房房屋总高高度的11/200,后者者与高高钢规程程的11188相比略略有放松松,是考考虑了某某些软地地基的工工程现实实。6主要要计算规规定6.1 一般规规定8.2.1条规规定,构构件截面面和连接接的抗震震验算时时,凡本本章未规规定者,应符合合现行有有关结构构设计规规范的要要求。由由于钢结结构的非非抗震设设计应符符合钢钢结构设设计规范范，而而高层钢钢结构构构件和连连接抗震震设计的的很多方方法都在在高钢钢规程中中有规定定，本章章不再重重复，故故设计时时应与这这两本标标准同时时使用。抗抗震设计计时的地地震作用用效应，考考虑到它它的短时时间作用用,除以以小于11的承载载力抗震震调整系系数。第第5章表表5.44.2对对钢结构构的承载载力抗震震调整系系数作了了调整，对对不同类类型钢结结构采用用统一数数值，介介于899抗震规规范和高高钢规程程规定定值之间间。6.2 结构构阻尼比比钢结构在在多遇地地震下的的阻尼比比，对超超过122层的仍仍采用00.022,不超超过122层的拟拟采用00.355。钢结结构房屋屋阻尼比比, 实实测表明明小于混混凝土结结构。根根据ISSO规定定，低层层建筑阻阻尼比大大于高层层建筑，据据此作了了适当规规定。在在罕遇地地震下的的分析，仍仍采用00.055。6.3 弹塑性位位移增大大系数对钢框架架和框架架-支撑撑结构弹弹塑性位位移增大大系数,在大量量算例的的基础上上编制成成表,对对1020层层规则结结构的层层间位移移可查表表得出,简化了了弹塑性性位移计计算。6.4节节点域剪剪切形的的影响高层钢框框架的特特点, 是节点点域剪切切变形对对框架位位移影响响较大, 可达达1020%, 通通常不能能忽略。8.22.3条条1款规规定工字字形截面面柱宜计计入腹板板剪切变变形对框框架位移移的影响响,但对对箱型柱柱不作规规定。这这是因为为, 箱箱形柱有有两个腹腹板, 而且每每个腹板板的厚度度一般均均较工字字形截面面柱的腹腹板为厚厚, 其其对框架架位移的的影响相相对较小小。为了了适应小小高层钢钢结构住住宅的发发展，考考虑到层层高较少少时影响响不大，还还规定了了对不超超过122层的建建筑可不不计入。计计算方法法可参见见高层层民用建建筑钢结结构技术术规程,此处不不再赘述述。节点点域剪切切变形对对框架-支撑体体系影响响较小，研研究表明明可忽略略不计。6.5双双重体系系中钢框框架的剪剪力分担担率在多遇地地震作用用下的结结构分析析, 规规定了双双重抗侧侧力体系系中框架架承担的的总地震震力不小小于结构构底部剪剪力的225%, 是参参考了美美国UBBC的规规定。UUBC的的原规定定是:”框架应应设计成成能独立立承担至至少255%的底底部设计计剪力”。该规规定的目目的是发发挥框架架部分的的二道防防线作用用。但是是在设计计中在与与抗侧力力构件组组合的情情况下,符合该该规定很很困难。抗抗震规范范审查组组建议参参照混凝凝土结构构的规定定采用双双重标准准，将88.2.3条22款改为为“框架部部分按计计算得到到的地震震剪力应应乘以调调整系数数，达到到不小于于结构底底部总地地震剪力力的255和框框架部分分地震剪剪力最大大值1.8倍二二者的较较小者”。混凝土土结构对对双重抗抗侧力体体系的规规定，相相应为不不小于地地震剪力力的200%和框框架部分分地震剪剪力最大大值的11.5倍倍,鉴于于钢结构构要求225%,故规定定不大于于地震剪剪力的11.8倍倍。美国国设计单单位的做做法,是是在进行行内力分分析后,进行二二次分析析,此时时忽略抗抗侧力构构件,只只考虑框框架,检检验它是是否能承承受255%的底底部设计计剪力。据据悉这样样计算时时,符合合上述要要求并不不困难。6.6 强柱弱弱梁验算算。8.2.55条1款款对强柱柱弱梁要要求作了了规定。通通常认为为，框架架柱屈服服后在地地震下出出现大位位移时，柱柱可能失失去侧向向抗力，从从而导致致结构倒倒塌。AAISCC规范指指出，这这并不是是说框架架中不能能出现任任何柱子子屈服。过过去的设设计中，有有很多框框架柱的的塑性铰铰是首先先出现在在柱上的的,事实实表明仍仍能发挥挥承载力力。而且且在设计计中要完完全消除除“强梁弱弱柱”很难办办到。但但柱出现现过多塑塑性铰肯肯定是很很不利的的。更加加重要的的是，强强柱弱梁梁设计使使柱足够够强，可可以做到到使若干干层的框框架梁在在大震下下出现塑塑性铰, 达到到耗能的的目的。耗耗能是很很重要的的，如果果结构不不能有效效地耗能能，将使使它受到到的地震震力增大大，十分分不利。另另外，弱弱柱框架架的性能能一般欠欠佳,特特别是在在弹塑性性阶段形形成软弱弱层,成成为结构构的薄弱弱环节，所所以柱仍仍然是保保证大震震不倒的的关键构构件。强强柱弱梁梁要求满满足下列列条件: 该条件件式与高高钢规程程中采采用的基基本相同同，是以以塑性铰铰出现在在梁端为为前提的的，所不不同的是是增加了了强柱系系数，它它大于11。该式式要求，交交汇于节节点的框框架柱受受弯承载载力之和和，应大大于梁的的受弯承承载力之之和，并并乘以系系数。AAISCC在977年以前前的规定定没有系系数,我我国高高钢规程程参照照采用了了。诺斯斯里奇地地震后美美国根据据震害情情况增加加了调整整系数,对柱进进行了加加强，规规范组结结合我国国情况作作了适当当规定。对于强柱柱弱梁公公式，需需作一点点说明。根根据钢结结构塑性性设计的的公式, 在主主平面内内受弯的的工字形形截面压压弯构件件, 其其受弯承承载力应应按下式式计算:该式表明明, 以以上的强强柱弱梁梁表达式式中, 忽略了了系数11.155已使柱柱具有1.115倍的的安全储储备。诺诺斯里奇奇地震后后, 119977年发表表的美国国AISSC钢结结构房屋屋抗震设设计规定定, 系系数取11.1, 其中中是钢材材的超强强系数, 即钢钢材实际际屈服强强度与其其标准值值的比值值。增大大柱内力力是出于于下列考考虑: 在弹弹性分析析时水平平力可能能取小了了; 计算时时对倾覆覆力估计计过低;未明确确规定的的竖向加加速度会会同时出出现。美美国钢材材超强情情况由来来已久,并已成成为19994年年诺斯里里奇地震震钢框架架震害的的原因之之一, 因为连连接的承承载力没没有相应应提高。119944年美国国型钢生生产商研研究会(SSPPC)对对型钢产产品的性性能进行行了调查查,提出出了用于于抗弯连连接计算算的平均均屈服强强度的建建议值。据据此977年规定定的对AA36钢钢取1.5, 对A5572钢钢取1.3,对对其它钢钢材取11.1。对对常钢材材A366和A5572,强柱调调整系数数分别达达到1.65和和1.443，是是很可观观的。日日本用钢钢材连接接系数表示钢钢材的超超强, 在19998年年公布的的钢结结构极限限状态设设计指针针中, 对系系数也进行行了调整整,对SSS 4400取取为1.25,对SSM 4490、SSN 4400BB、SNN 4000C、SSN 4490BB、和SSN 4490CC取为1.15。日日本过去去用的值对低低碳钢取取1.22,对高高强度低低合金钢钢取1.3, 这次调调整对低低碳钢升升了,对对低合金金钢降了了,反映映材料产产品性能能的变化化。由此此可见, 该系系数的调调整并非非普遍提提高, 而是是各国考考虑了各各自钢材材的实际际情况进进行了调调整。我我国钢结结构规范范编制组组19998年对对钢材抗抗力分项项系数按按国标规规定的钢钢板厚度度分级重重新进行行了统计计, 其其结果与与过去采采用的QQ2355钢为11.0887和116Mnn钢为11.1111的强强度系数数在数值值上相差差不多。高高钢规程程编制制时考虑虑与其它它国家的的多数规规定一致致,采用用了1.2, 是偏于于安全的的, 这这次不拟拟修改。剪剪力计算算用1.3是是计入了了局部荷荷载剪力力效应的的近似表表达。考考虑我国国情况,强柱弱弱梁公式式中的强强柱系数数取得太太大将使使柱钢材材用量增增加过多多,对我我国推广广钢结构构不利, 故对对6、77度取11.0,对8度度取1.05, 9度度取1.15。抗震规范范参考AAISCC977的抗震震规定，结结合我国国情况提提出框架架柱所在在楼层的的受剪承承载力比比上一层层的受剪剪承载力力高出225，或或柱轴向向力设计计值与柱柱全截面面面积与与钢材强强度设计计值乘积积的比值值不大于于0.44,或当时时, 可可将荷载载组合中中的地震震作用引引起的柱柱轴力加加大一 倍, 使此时时的柱轴轴力满足足。 在在此情况况下可不不进行强强柱弱梁梁验算.单层房屋屋和多层层房屋的的顶层，不不需要符符合强柱柱弱梁，因因为它们们在非弹弹性阶段段出现软软弱层没没有什么么实际意意义。6.7 框架节节点域的的验算, 节点点域验算算包括节节点域的的稳定性性验算、强强度验算算和屈服服程度验验算。稳稳定性验验算借鉴鉴美国规规范的经经验公式式, 即即板域厚厚度不小小于其高高度与宽宽度之和和的190。 在编制制高钢钢规程时时，同济济大学和和哈建大大作过试试验，结结果都表表明板域域稳定按按厚度不不小于高高、宽度度之和的的1770控制制较合理理。考虑虑两校所所作试验验的试件件厚度偏偏小, 故高层层钢结构构构仍按按美国规规定采用用，即不不小于其其高度与与宽度之之和的11900，但多多层钢结结构则取取1/770。本本规范没没有对多多层下定定义，仅仅规定地地面以上上小于或或等于112层的的结构，板板域稳定定性应按按1770计算算。 节点域的的强度验验算,我我们采用用了日本本的表达达式, 是考虑虑它较简简单且较较直观。公公式来源源参见高高钢规程程的条条文说明明，此处处不再赘赘述。节节点域厚厚度对钢钢框架性性能影响响较大, 太薄薄了会使使钢框架架的位移移增大过过多,太厚了了会使节节点域不不能发挥挥耗能作作用。因因此既不不能太厚厚也不能能太薄。参参考日本本的研究究成果, 取节节点域屈屈服弯矩矩为梁端端屈服弯弯矩之和和的0.7倍,可使节节点域切切变形对对框架位位移的影影响不太太大, 同时又又能满足足耗能要要求。考考虑到按按此规定定计算可可能使节节点域普普遍加厚厚, 对对于广大大的7度度地区, 适当当降低了了要求, 用00.6代替00.7。在在强柱弱弱梁情况况下, 节点域域首先屈屈服, 然后是是梁屈服服, 最最后是柱柱屈服。7. 支支撑设计计7.1中中心支撑撑8.1.6条规规定,支支撑框架架在两个个方向的的布置宜宜基本对对称,支支撑框架架之间楼楼盖的长长宽比不不宜大于于3,它它指导支支撑合理理布置,使它的的抗侧力力作用能能较好地地发挥。该条还规规定不超超过122层的钢钢结构宜宜采用中中心支撑撑，因为为此时地地震作用用一般不不大，中中心支撑撑较简单单。当设设置门窗窗要求较较大孔口口时，可可采用人人字支撑撑。中心支撑撑的轴线线应交汇汇于梁柱柱构件轴轴线的交交点。偏偏离交点点不超过过支撑杆杆件宽度度时，仍仍可视为为中心支支撑，但但此时连连接应计计入由此此产生的的附加弯弯矩。中中心支撑撑的计算算图形是是两端铰铰接，但但在多层层和高层层建筑中中在构造造上一般般作成刚刚接。中中心支撑撑的抗震震计算，应应考虑在在循环荷荷载下承承载力的的降低, 采用用与长细细比有关关的强度度降低系系数, 与高高钢规程程规定定的方法法相同。人字支撑撑的斜杆杆受压屈屈曲后承承载力急急剧降低低,在支支撑与横横梁连接接处将出出现不平平衡力。规规范规定定，此不不平衡力力可取受受拉支撑撑的竖向向分量减减去受压压支撑屈屈曲压力力竖向分分量的330，这这是参考考美国有有关规定定采用的的。人字字支撑在在受压斜斜杆屈曲曲时楼板板要下陷陷，V形形支撑斜斜杆屈曲曲时楼板板要向上上隆起，为为了防止止这种情情况出现现,横梁梁设计很很重要。横横梁设计计除应考考虑设计计内力外外，还应应按中间间无支座座的简支支梁验算算在上述述不平衡衡力及楼楼面荷载载作用下下的承载载力。在在弹塑性性阶段梁梁端将出出现塑性性铰，斜斜杆屈曲曲后中间间支座将将失去支支承作用用。人字字支撑设设计时，斜斜杆内力力应乘增增大系数数1.55。7.2偏偏心支撑撑。7.2.1 概述偏心支撑撑具有在在弹性阶阶段接近近中心支支撑框架架，弹塑塑性阶段段的的延延性和消消能能力力接近延延性框架架的特点点，是一一种良好好的抗震震结构。按按8、99度抗震震设防的的结构宜宜采用偏偏心支撑撑。8.1.66条规定定,偏心心支撑框框架的每每根支撑撑应至少少有一端端与框架架连接,并在支支撑与梁梁交点一一柱之间间或同一一跨内另另一支撑撑与梁交交点之间间形成消消能梁段段。常用用的偏心心支撑形形式如图图8.11.6所所示。偏心支撑撑的设计计原则是是强柱、强强支撑和和弱消能能梁段，在在大震时时消能梁梁段屈服服形成塑塑性铰，支支撑斜杆杆、柱和和其余梁梁段仍保保持弹性性。消能能梁段以以本身的的屈服耗耗能保证证了结构构其他部部分的安安全，起起到了保保险丝的的作用。与与高钢钢规程的的规定相相比，本本章的偏偏心支撑撑框架设设计计算算规定，主主要参考考AISSC于997年颁颁布的钢钢结构房房屋抗震震规程，并并根据我我国情况况作了适适当调整整。偏心支撑撑框架设设计，首首先要确确定构件件的布置置后，然然后计算算构件内内力。在在确定构构件内力力的设计计值时，要要对支撑撑斜杆、柱柱和其余余梁段的的内力进进行调整整，以确确保消能能梁段屈屈服并进进入应变变硬化阶阶段后，这这些构件件仍能保保持弹性性。 图图8.11.6 偏心心支撑框框架的形形式偏心支撑撑框架的的侧向刚刚度，主主要取决决于消能能梁段的的长度与与梁长度度之比。随随着消能能梁段变变短，框框架刚度度变大，并并接近于于中心支支撑框架架的刚度度。随着着消能梁梁段的增增长，框框架柔性性增加并并接近于于纯刚架架的刚度度。7.3.2 偏偏心支撑撑框架的的消能梁梁段设计偏心心支撑框框架，首首先要确确定它的的形状和和消能梁梁段长度度，后者者与其截截面特性性有关。偏偏心支撑撑框架形形状的选选择，应应使消能能梁段能能承受较较大剪力力。为使使框架刚刚度较大大，通常常采用较较短的消消能梁段段。支撑撑的夹角角，为了了构造方方便，通通常应为为35至至50度度。夹角角太小了了会使支支撑内力力增大，并并使消能能梁段产产生很大大的轴向向分量。当当建筑上上没有限限制时，采采用人字字支撑取取消能梁梁段的长长度为00.155L是适适合的，LL是梁的的总长。消消能梁段段的长度度常用表表示,大大多数设设计中取取（1.311.6），以保证它有良好的剪切屈服性能。这里,表示它的全塑性受弯承载力，其中下标表示消能梁段，表示塑性；表示它的屈服剪力。7.3.3 偏偏心支撑撑框架构构件内力力设计值值为了保证证偏心支支撑框架架中,支支撑斜杆杆、柱和和其余梁梁段在消消能梁段段屈服并并进入应应变硬化化时保持持弹性，对对这些构构件的设设计内力力必需进进行调整整。本规规范承载载力抗震震调整系系数的规规定：消消能梁段段取0.85， 支撑为为0.880,梁梁、柱为为0.775。据据此,对对构件内内力设计计值按下下列规定定进行了了调整。1）支撑撑斜杆的的轴力设设计值，应应取与支支撑斜杆杆相连的的消能梁梁段达到到其受剪剪承载力力时支撑撑斜杆轴轴力与增增大系数数的乘积积，其值值在8度度及以下下时应不不小于11.4，99度时应应不小于于1.55。2)位于于消能梁梁段同一一跨的框框架梁内内力设计计值,应应取消能能梁段达达到其受受剪承载载力时框框架梁内内力与增增大系数数的乘积积.其值值在8度度及以下下时不应应小于11.5,9度时时不应小小1.66。3)框架架柱的内内力设计计值,应应取消能能梁段达达到其受受剪承载载力时柱柱内力与与增大系系数的乘乘积,其其值在88度及以以时不应应小于11.5,9度时时不应小小于1.67.2.4 消消能梁段段的承载载力计算算消能梁段段的承载载力应按按下式计计算，主主要区分分轴力较较小和较较大两种种情况。当当它的轴轴力较小小时，受受剪承载载力可不不计轴力力的影响响；但当当轴力较较大时，必必须计入入轴力的的影响。88.2.7条对对消能梁梁段的受受剪承载载力规定定如下:当时 或，取较较小值当时 取0。99 或或 ，取取较小值值式中，系系数取00.9。7.3.5 消能梁段段的构造造要求 图图8.55.3 偏心支支撑构造造消能梁段段的钢材材屈服强强度不应应大于3345MMpa，因因屈服强强度太高高将降低低钢材延延性，不不能保证证屈服。对对板件宽宽厚比也也作了较较严格规规定，翼翼缘外伸伸部分宽宽厚比一一律不得得大于99，以保保证梁段段屈服时时的稳定定。而且且腹板上上不得贴贴焊补强强板，不不得开洞洞(图88.5.3)。至至于偏心心支撑框框架的中中的支撑撑斜杆，因因为保持持弹性，它它对长细细比和板板件宽厚厚比要求求不高，符符合钢结结构设计计规范的的要求就就行。8主要要构造规规定 8.11 构件件长细比比和板件件宽厚比比不同设防防烈度下下的构件件长细比比和板件件宽厚比比要求区区别对待待，它们们都与材材料的屈屈服强度度有关。 为了方方便起见见，以下下介绍的的规定均均取屈服服强度为为时的值值。不同同屈服强强度时的的值可进进行简单单换算，见见规范中中的表注注。美国对钢钢框架柱柱的长细细比限值值，抗震震设计取取60, 非抗抗震设计计取1220。88.3.1条规规定,对对超过112层的的钢框架架柱长细细比限值值，6、77、8、99度分别别为1220、880、660、660。对对不超过过12层层的,668度度时不应应大于1120,9度时时不应大大于1000.与与高钢钢规程相相比，对对低烈度度区作了了适当放放宽,并并对122层以下下放宽要要求。框框架柱的的最大长长细比是是为了保保证结构构在计算算中未考考虑的作作用力,特别是是大震时时的竖向向地震作作用下的的安全，是是至关重重要的。抗抗震规范范把它列列为强制制性条款款。应当指出出,框架架柱的抗抗震设计计还包括括应满足足强柱弱弱梁要求求等,在在很多情情况下根根据强柱柱弱梁要要求,按按长细比比限值确确定的柱柱截面可可能不够够,特别别是对112层以以下房屋屋,此时时必须增增大柱截截面.对抗震钢钢结构低低碳钢中中心支撑撑，美国国规定最最大长细细比为1120，日日本规定定约为332，两两国相差差较大，与与国情有有关。支支撑长细细比越小小，它在在反复拉拉压荷载载下的承承载力降降低越少少。抗震震规范规规定在66、7、88、9度度时分别别取中心心支撑最最大长细细比为1120、1120、880、440，与与高钢钢规程的的规定相相同。框架构件件板件宽宽厚比的的规定, 考虑虑了强柱柱弱梁的的要求，即即塑性铰铰通常出出现在梁梁上, 框架柱柱一般不不出现塑塑性铰。因因此在强强震区，梁梁的板件件宽厚比比要求满满足塑性性设计要要求, 而柱的的规定刚刚可适当当放宽，但但当强柱柱弱梁不不能保证证时，应应适当从从严。与与高钢钢规程相相比，抗抗震规范范突出了了板件宽宽厚比随随烈度的的变化，特特别是对对低烈度度时有所所放宽。框框架梁的的外伸翼翼缘最大大宽厚比比在6、77、8、99度时现现分别取取11、110、99、9（高高钢规程程6度度为111， 77度及以以上为99，）；框架柱柱的外伸伸翼缘最最大宽厚厚比在66、7、88、9度度时现分分别取113、111、110、99（高高钢规程程7度度为111， 88、9度度为100，建议议强柱弱弱梁不能能保证时时将111和100分别改改为100和9 ）；工工形框架架柱腹板板最大宽宽厚比对对不同烈烈度均规规定为443，与与高钢钢规程规规定相同同，但建建议强柱柱弱梁不不保证时时对6、77度和88、9度度分别取取40和和36；箱型柱柱壁板最最大宽厚厚比，在在6、77、8、99度时分分别规定定为399、377、355、333（高高钢规程程7度度为377， 88、9度度为333）。其其余不拟拟一一对对比。支撑板件件的宽厚厚比, 根据近近年国内内外的研研究成果果作了当当调整。中中心支撑撑外伸翼翼缘最大大宽厚比比现规定定为6、77、8、99度时分分别为99、8、88、7，高高钢规程程一律律取8。8.3 节点点设计本章的节节点设计计与高高钢规程程>相比比,是修修改较多多的一部部分。一一方面，是是因为119944年北岭岭地震和和19995年阪阪神地震震使焊接接钢框架架节点遭遭受严重重破坏，破破坏的范范围很广广，涉及及到节点点设计中中的很多多重要方方面，需需要借鉴鉴他们的的经验，采采取相应应措施。另另一方面面，是因因为传统统设计方方法仅计计算节点点连接在在罕遇地地震下的的极限承承载力，不不作弹性性阶段下下连接的的抗震计计算，且且计算方方法存在在不安全全因素，美美、日等等国都是是如此。我我们以前前沿用国国际上的的做法，多多少认为为罕遇地地震都能能经受，小小震更没没有问题题了。现现在注意意到，罕罕遇地震震不坏的的连接按按弹性阶阶段的内内力设计计不一定定没有问问题，原原因是两两个阶段段的要求求不同。例例如，高高强度螺螺栓在弹弹性阶段段要求磨磨擦面不不滑动，而而在罕遇遇地震下下要求螺螺栓不剪剪断。焊焊缝在弹弹性阶段段要求应应力不大大于强度度设计值值，而在在罕遇地地震下不不断裂就就行。考考虑到在在弹性阶阶段高强强度螺栓栓出现滑滑移不符符合钢结结构设计计规定，而而按以往往规定梁梁端螺栓栓计算方方法与实实际情况况相差太太大，得得出的螺螺栓数往往往太少少，成为为不安全全因素，故故此作了了修改，现现分别说说明如下下。8.3.1 美、日日大震后后框架梁梁柱连连接节点点设计的的改进1)美、日日震害的的经验和和教训(1)震震害情况况。19994年年美国北北岭地震震和19995年年日本阪阪神地震震, 使使钢框架架梁-柱柱连接节节点遭受受广泛和和严重破破坏, 美国在在调查的的10000多幢幢中破坏坏1000多幢。破破坏的特特点是梁梁下翼缘缘裂缝占占80955，上上翼缘裂裂缝155220；裂缝起起源于焊焊缝的占占90999，而而且主要要起源于于下翼缘缘焊缝中中部，起起源于母母材的只只占1100；不不少裂缝缝向柱子子扩展，严严重的将将柱裂穿穿；有的的向梁扩扩展；有有的沿连连接螺栓栓线扩展展。检查查修复费费用高，每每条裂缝缝检查费费用至少少800010000美美元。美美国成立立了专门门机构SSAC进进行调研研究和开开展试验验，发表表了大量量文献。日日本关于于破坏情情况的报报导没有有美国系系统，有有一些梁梁端部断断裂，少少数柱子子脆性断断裂，也也发现很很多裂缝缝起源于于下翼缘缘焊缝，较较多的是是梁端焊焊接孔断断裂。主主要涉及及梁翼缘缘焊接、腹腹板用螺螺栓连接接的混合合连接。(2)对对节点破破坏原因因的分析析焊缝金金属冲击击韧性低低；焊缝存存在缺陷陷，特别别是下翼翼缘梁端端现场焊焊缝中部部，因腹腹板妨碍碍焊接和和检查，出出现不连连续；梁翼缘缘端部全全熔透坡坡口焊的的衬板边边缘形成成人工缝缝，在竖竖向力作作用下扩扩大；梁端焊焊缝通过过孔边缘缘出现应应力集中中，引发发裂缝，向向平材扩扩展；裂缝主主要出现现在下翼翼缘，是是因为梁梁上翼