抗震结构第六章.ppt

o6.1 多高层钢结构的主要震害特征多高层钢结构的主要震害特征o6.2 多高层钢结构的选型与结构布置多高层钢结构的选型与结构布置o6.3 多高层钢结构的抗震概念设计多高层钢结构的抗震概念设计o6.4 多高层钢结构的抗震计算要求多高层钢结构的抗震计算要求o6.5 多高层钢结构抗震构造要求多高层钢结构抗震构造要求第六章多高层建筑钢结构抗震设计主要内容66.1 1 多高层钢结构的主要震害特征多高层钢结构的主要震害特征强度高、延性好、重量轻、抗震性能好强度高、延性好、重量轻、抗震性能好 钢结构特性：钢结构特性：总体来说，在同等场地、烈度条件下，总体来说，在同等场地、烈度条件下，钢结构房屋的震害较钢筋混凝土结构房屋的震害要小钢结构房屋的震害较钢筋混凝土结构房屋的震害要小 震害举例及比较震害举例及比较 19851985年墨西哥城地震中钢结构和钢筋混凝土结构的破坏情况年墨西哥城地震中钢结构和钢筋混凝土结构的破坏情况 建造年份建造年份钢结钢结构构钢钢筋混凝土筋混凝土结结构构倒塌倒塌严严重重破坏破坏倒塌倒塌严严重重破坏破坏1957年以前年以前71271619571976年年3151231976年以后年以后0046多高层钢结构在地震中的破坏形式有三种多高层钢结构在地震中的破坏形式有三种 节点连接破坏节点连接破坏；构件破坏构件破坏；结构倒塌结构倒塌 一、一、节点连接破坏节点连接破坏1.1.支撑连接破坏支撑连接破坏 图图 圆钢支撑连接的破坏圆钢支撑连接的破坏 图图 角钢支撑连接的破坏角钢支撑连接的破坏 2.2.梁柱连接破坏梁柱连接破坏 图图 美国美国NorthridgeNorthridge地震地震 日本阪神地震日本阪神地震 19781978年日本宫城县远海地震（里氏年日本宫城县远海地震（里氏7.47.4级）级）19781978年日本宫城县远海地震年日本宫城县远海地震钢结构建筑钢结构建筑破坏类型统计破坏类型统计 结结 构构 数数 量量 破破 坏坏 类类 型型破破 坏坏 等等 级级*统统 计计总总数数百分比百分比(%)过过度弯曲度弯曲柱柱22117.4梁梁1梁、柱局部梁、柱局部屈曲屈曲2112连连接破坏接破坏支撑支撑连连接接613256311980.4梁柱梁柱连连接接21柱脚柱脚连连接接421其它其它连连接接11基基础础失效失效不均匀沉降不均匀沉降24121812.2总计总计8233483148100支撑连接更易遭受地震破坏支撑连接更易遭受地震破坏级：支撑连接出现裂级：支撑连接出现裂 纹，但没有不可纹，但没有不可 恢复的屈曲变形恢复的屈曲变形级：出现小于级：出现小于1/301/30 层高的永久层高的永久 层间变形层间变形级：出现大于级：出现大于1/301/30 层高的永久层高的永久 层间变形层间变形级：倒塌或无法级：倒塌或无法 继续使用继续使用 震害调查发现，梁柱连接的破坏大多数发生在梁的震害调查发现，梁柱连接的破坏大多数发生在梁的下翼缘下翼缘处，处，而上翼缘的破坏要少得多而上翼缘的破坏要少得多 可能的原因：可能的原因：1.1.楼板与梁共同变形导致下翼缘应力增大楼板与梁共同变形导致下翼缘应力增大 2.2.下翼缘在腹板位置焊接的中断是一个显著的焊缝缺陷的来源下翼缘在腹板位置焊接的中断是一个显著的焊缝缺陷的来源 震后观察到的在梁柱焊缝连接处的失效模式震后观察到的在梁柱焊缝连接处的失效模式 1.1.美国美国NorthridgeNorthridge地震地震2.2.日本阪神地震日本阪神地震 模式模式11翼缘断裂翼缘断裂模式模式2 2，3 3 热影响区断裂热影响区断裂模式模式44横膈板断裂横膈板断裂 梁柱刚性连接裂缝或断裂破坏的原因（梁柱刚性连接裂缝或断裂破坏的原因（4 4点）：点）：1.1.焊缝缺陷焊缝缺陷2.2.三轴应力三轴应力这些缺陷将成为裂缝开展直至断裂的起源这些缺陷将成为裂缝开展直至断裂的起源 梁柱连接的焊缝变形由于受到梁和柱约束，梁柱连接的焊缝变形由于受到梁和柱约束，施焊后焊缝残存三轴拉应力，使材料变脆施焊后焊缝残存三轴拉应力，使材料变脆 如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等3.3.构造缺陷构造缺陷 出于焊接工艺的要求，梁翼缘与柱连接处设有衬板，实际出于焊接工艺的要求，梁翼缘与柱连接处设有衬板，实际工程中衬板在焊接后就留在结构上，这样衬板与柱翼缘之间就工程中衬板在焊接后就留在结构上，这样衬板与柱翼缘之间就形成一条形成一条“人工人工”裂缝，成为连接裂缝发展的起源。裂缝，成为连接裂缝发展的起源。4.4.焊缝金属冲击韧性焊缝金属冲击韧性 低的冲击韧性使低的冲击韧性使得连接很易产生脆性得连接很易产生脆性破坏，成为引发节点破坏，成为引发节点破坏的重要因素破坏的重要因素 图图“人工人工”裂缝裂缝 二、二、构件破坏构件破坏多高层建筑钢结构构件破坏的主要形式有多高层建筑钢结构构件破坏的主要形式有 1.1.支撑压屈支撑压屈 支撑在地震中所受的压力超过其屈支撑在地震中所受的压力超过其屈曲临界力时，即曲临界力时，即压屈破坏压屈破坏 梁或柱在地震作用下反复受弯，梁或柱在地震作用下反复受弯，在弯矩最大截面处附近由于过度弯曲在弯矩最大截面处附近由于过度弯曲可能发生翼缘局部失稳破坏可能发生翼缘局部失稳破坏 2.2.梁柱局部失梁柱局部失稳稳支撑压曲支撑压曲梁柱局部失稳梁柱局部失稳母材的断裂母材的断裂 支撑处的断裂支撑处的断裂 7 7根钢柱在与支撑连接处断裂，根钢柱在与支撑连接处断裂，3737根钢柱在拼接焊缝处断裂根钢柱在拼接焊缝处断裂 位于阪神地震区芦屋市海滨城的位于阪神地震区芦屋市海滨城的5252栋高层钢结构住栋高层钢结构住其中其中1313根钢柱为母材断裂，根钢柱为母材断裂，3.3.柱水平裂缝或断裂破坏柱水平裂缝或断裂破坏 19951995年日本阪神地震年日本阪神地震 宅，有宅，有5757根钢柱发生断裂，根钢柱发生断裂，建造建造年份年份严严重破重破坏或倒坏或倒塌塌中等中等破坏破坏轻轻微微破坏破坏完完 好好19711971年年以前以前5 50 02 20 01971-1971-19821982年年0 00 03 35 519821982年年以后以后0 00 01 17 719951995年日本阪神地震中年日本阪神地震中Chou WardChou Ward地震钢结构房屋震害情况地震钢结构房屋震害情况 钢结构房屋在地震中钢结构房屋在地震中严重破坏或倒塌严重破坏或倒塌与与结构抗震设计水平结构抗震设计水平 关系很大关系很大19711971年，日本钢结构设计规范修订；年，日本钢结构设计规范修订；19821982年，日本建筑标准法实施年，日本建筑标准法实施返回目录返回目录三、结构倒塌三、结构倒塌 结构倒塌结构倒塌是地震中结构破坏是地震中结构破坏最严重最严重的形式的形式 钢结构建筑尽管抗震性能好，但在地震中也有倒塌事例发生。钢结构建筑尽管抗震性能好，但在地震中也有倒塌事例发生。66.2 2 多高层钢结构的选型与结构布置多高层钢结构的选型与结构布置一、结构选型一、结构选型 在结构选型上，多层和高层钢结构无严格界限在结构选型上，多层和高层钢结构无严格界限 将超过将超过1212层的建筑归为层的建筑归为 高层高层钢结构建筑钢结构建筑为区分结构的重要性对结构抗震构造措施的要求不同为区分结构的重要性对结构抗震构造措施的要求不同我国建筑抗震设计规范（我国建筑抗震设计规范（GB50011GB5001120012001）规定：规定：将不超过将不超过1212层的建筑归为层的建筑归为 多层多层钢结构建筑钢结构建筑有抗震要求的多高层建筑钢结构可采用以下结构体系：有抗震要求的多高层建筑钢结构可采用以下结构体系：1.1.纯框架结构纯框架结构 延性好，但抗侧力刚度较差延性好，但抗侧力刚度较差 2.2.框架框架中心支撑结构体系中心支撑结构体系 通过支撑提高框架的刚度，但支撑受压会屈曲，通过支撑提高框架的刚度，但支撑受压会屈曲，支撑屈曲将导致原结构承载力降低支撑屈曲将导致原结构承载力降低 3.3.框架框架偏心支撑结构体系偏心支撑结构体系 可通过偏心梁段剪切屈服限制支撑受压屈曲，使结构可通过偏心梁段剪切屈服限制支撑受压屈曲，使结构具有稳定的承载能力和良好的耗能性能，抗侧力刚度介于具有稳定的承载能力和良好的耗能性能，抗侧力刚度介于纯框架和中心支撑框架之间纯框架和中心支撑框架之间 4.4.框筒结构体系框筒结构体系（2 2）框架结构的梁柱节点宜采用刚接框架结构的梁柱节点宜采用刚接（1 1）实际上是密柱框架结构）实际上是密柱框架结构（3 3）由于梁跨小，刚度大，使周圈柱）由于梁跨小，刚度大，使周圈柱 近似构成一个整体受弯的薄壁筒体近似构成一个整体受弯的薄壁筒体（4 4）具有较大的抗侧刚度和承载力）具有较大的抗侧刚度和承载力因而框筒结构多用于因而框筒结构多用于高层建筑高层建筑 各种钢结构体系建筑的适用高度各种钢结构体系建筑的适用高度 结结 构构 体体 系系设设 防防 烈烈 度度6 6、7 78 89 9框框 架架11011090905050框架框架支撑（剪力支撑（剪力墙墙板）板）220220200200140140筒体（框筒、筒中筒、束筒体（框筒、筒中筒、束筒）和巨型框架筒）和巨型框架300300260260180180适用的钢结构房屋最大高度（适用的钢结构房屋最大高度（m m）各种钢结构体系建筑的适用各种钢结构体系建筑的适用高宽比高宽比 适用的钢结构房屋最大高宽比适用的钢结构房屋最大高宽比 烈烈 度度6 6、7 78 89 9最大高最大高宽宽比比6.56.56.06.05.55.5二、结构平面布置二、结构平面布置多高层钢结构的平面布置应尽量满足下列要求：多高层钢结构的平面布置应尽量满足下列要求：1.1.建筑平面宜简单规则，并使结构各层的抗侧力刚度中心建筑平面宜简单规则，并使结构各层的抗侧力刚度中心 与质量中心接近或重合，同时各层刚心与质心接近在同与质量中心接近或重合，同时各层刚心与质心接近在同 一竖直线上一竖直线上L，l，l，B的限值的限值 L/BL/Bmaxl/bl/BmaxB/Bmax541.510.52.2.建筑的开间、进深宜统一，其常用平面的尺寸关系应建筑的开间、进深宜统一，其常用平面的尺寸关系应 符合下表和图的要求符合下表和图的要求3.3.宜避免结构平面不规则布置宜避免结构平面不规则布置如在平面布置上具有下列情况之一者，为平面不规则结构：如在平面布置上具有下列情况之一者，为平面不规则结构：1)1)任意层的偏心率大于任意层的偏心率大于0.150.15应计算结构扭转影响应计算结构扭转影响 偏心率可按下列公式计算：偏心率可按下列公式计算：所计算楼层在所计算楼层在x x和和y y方向的偏心率方向的偏心率:结构结构x x方向的弹性半径方向的弹性半径 结构结构y y方向的弹性半径方向的弹性半径、分分别为别为x和和y方向楼方向楼层层 质质心到心到结结构构刚刚心的距离心的距离、分分别为别为所所计计算楼算楼层层各各 抗抗侧侧力构件在力构件在x和和y方向方向 的的侧侧向向刚刚度之和度之和 其中：其中：其中：其中：2)2)结构平面形状有凹角结构平面形状有凹角3)3)楼面不连续或刚度突变楼面不连续或刚度突变4)4)抗水平力构件既不平行于又不对称于抗侧力体系的抗水平力构件既不平行于又不对称于抗侧力体系的 两个互相垂直的主轴两个互相垂直的主轴 应在凹角出采用加强措施应在凹角出采用加强措施 应采用相应的计算模型应采用相应的计算模型 应计算结构扭转影响应计算结构扭转影响 凹角凹角的伸出部分在一个方向的长度，超过该方向建筑总尺寸的的伸出部分在一个方向的长度，超过该方向建筑总尺寸的25%25%包括开洞面积超过该层楼面面积的包括开洞面积超过该层楼面面积的50%50%4.4.高层建筑钢结构不宜设置防震缝，但薄弱部位应注意采取高层建筑钢结构不宜设置防震缝，但薄弱部位应注意采取措施提高抗震能力。措施提高抗震能力。如结构平面不规则，可设置防震缝，将平面不规则的结构，如结构平面不规则，可设置防震缝，将平面不规则的结构，分解为几个结构平面较规则的部分。分解为几个结构平面较规则的部分。三、结构竖向布置三、结构竖向布置 多高层钢结构的多高层钢结构的 竖向布置竖向布置 应尽量满足下列要求：应尽量满足下列要求：1.1.楼层刚度大于其相邻上层刚度的楼层刚度大于其相邻上层刚度的70%70%，且连续三层总的刚度降低不超过，且连续三层总的刚度降低不超过50%50%2.2.相邻楼层质量之比不超过相邻楼层质量之比不超过1.51.5 （屋顶层除外）（屋顶层除外）3.3.立面收进立面收进尺寸的比例尺寸的比例L1/LL1/L0.750.75 图图 立面收进立面收进 4.4.任意楼层抗侧力构件的总受剪承载力大于其相邻上层的任意楼层抗侧力构件的总受剪承载力大于其相邻上层的80%80%5.5.框架框架支撑结构中，支撑（或剪力墙板）宜竖向连续布置，支撑结构中，支撑（或剪力墙板）宜竖向连续布置，除底部楼层和外伸刚臂所在楼层外，支撑的形式和布置在除底部楼层和外伸刚臂所在楼层外，支撑的形式和布置在 竖向宜一致竖向宜一致 四、结构布置的其他要求四、结构布置的其他要求 1.1.高层钢结构宜设置地下室高层钢结构宜设置地下室 在框架在框架-支撑（剪力墙板）体系中，竖向连续布置支撑（剪力墙板）体系中，竖向连续布置 的支撑（剪力墙板）应延伸至基础；设置地下室时，的支撑（剪力墙板）应延伸至基础；设置地下室时，框架柱应至少延伸到地下一层框架柱应至少延伸到地下一层 2.82.8、9 9度时，宜采用度时，宜采用 偏心支撑、带缝钢筋混凝土剪力墙板、偏心支撑、带缝钢筋混凝土剪力墙板、内藏钢板支撑、内藏钢板支撑、外伸臂框架外伸臂框架或其它消能支撑或其它消能支撑 3.3.采用偏心支撑框架时，顶层可为中心支撑采用偏心支撑框架时，顶层可为中心支撑 4.4.楼板宜采用压型钢板（或预应力混凝土薄板）加现浇楼板宜采用压型钢板（或预应力混凝土薄板）加现浇 混凝土混凝土叠合层组成的楼板叠合层组成的楼板；楼板与钢梁应采用栓钉或楼板与钢梁应采用栓钉或其它元件连接（如右图）其它元件连接（如右图）当楼板有较大或较多的开孔时，当楼板有较大或较多的开孔时，可增设水平钢支撑以加强楼板可增设水平钢支撑以加强楼板的水平刚度。的水平刚度。图图 楼板与钢梁的连接楼板与钢梁的连接返回目录返回目录6.3 6.3 多高层钢结构的抗震概念设计多高层钢结构的抗震概念设计完整的建筑结构抗震设计包括三个方面的内容与要求：完整的建筑结构抗震设计包括三个方面的内容与要求：1.1.概念设计概念设计2.2.抗震计算抗震计算 在总体上把握抗震设计的主要原则，弥补由于地震作用及在总体上把握抗震设计的主要原则，弥补由于地震作用及结构地震反应的复杂性而造成抗震计算不准确的不足结构地震反应的复杂性而造成抗震计算不准确的不足 3.3.构造措施构造措施为建筑抗震设计提供定量保证为建筑抗震设计提供定量保证 为保证抗震概念与抗震计算的有效提供保障为保证抗震概念与抗震计算的有效提供保障 上述三个方面的内容是一个不可割裂的整体，忽略任何上述三个方面的内容是一个不可割裂的整体，忽略任何一部分，都可能使抗震设计失效一部分，都可能使抗震设计失效 多高层钢结构抗震设计在总体概念上需把握的主要原则：多高层钢结构抗震设计在总体概念上需把握的主要原则：保证结构的完整性保证结构的完整性，提高结构延性提高结构延性，设置多道结构防线设置多道结构防线 一、优先采用延性好的结构方案一、优先采用延性好的结构方案刚接框架、偏心支撑框架、框筒结构：延性较好刚接框架、偏心支撑框架、框筒结构：延性较好在地震区应在地震区应优先优先采用采用铰接框架铰接框架：施工方便：施工方便在地震区也可采用在地震区也可采用在具体选择结构形式时应注意：在具体选择结构形式时应注意：1.1.多层多层钢结构可采用全刚接框架及部分刚接框架钢结构可采用全刚接框架及部分刚接框架 不允许采用全铰接框架及全铰接框架加支撑的结构形式。不允许采用全铰接框架及全铰接框架加支撑的结构形式。当采用部分刚架框架时，结构外围周边框架应采用刚接框架当采用部分刚架框架时，结构外围周边框架应采用刚接框架 中心支撑框架：刚度大、承载力高中心支撑框架：刚度大、承载力高2.2.高层高层钢结构应采用全刚接框架钢结构应采用全刚接框架当结构刚度不够时，可采用中心支撑框架、钢框架混凝土芯筒或钢当结构刚度不够时，可采用中心支撑框架、钢框架混凝土芯筒或钢框筒结构形式；但在高烈度区（框筒结构形式；但在高烈度区（8 8度和度和9 9度区），宜采用偏心支撑框架度区），宜采用偏心支撑框架和钢框筒结构和钢框筒结构 二、多道结构防线要求二、多道结构防线要求 钢框架支撑结构钢框架支撑结构 钢支撑钢支撑部分的刚度大部分的刚度大 刚度大部分可能承担整体结构绝大部分地震作用力刚度大部分可能承担整体结构绝大部分地震作用力 钢框架混凝土芯筒钢框架混凝土芯筒（剪力墙）结构（剪力墙）结构 混凝土芯筒（剪力墙）混凝土芯筒（剪力墙）部分的刚度大部分的刚度大 为发挥为发挥钢框架钢框架部分延性好的作用，承担起第二道结构抗震部分延性好的作用，承担起第二道结构抗震防线的责任，要求钢框架的抗震承载力不能太小防线的责任，要求钢框架的抗震承载力不能太小但钢支撑或混凝土芯筒（剪力墙）的延性较差但钢支撑或混凝土芯筒（剪力墙）的延性较差min min 结构底部总地震剪力的结构底部总地震剪力的2525 ；框架部分地震剪；框架部分地震剪力最大值力最大值1.81.8倍倍 框架部分按计算得到的地震剪力应乘以调整系数框架部分按计算得到的地震剪力应乘以调整系数达到不小于达到不小于三、强节点弱构件要求三、强节点弱构件要求 要求结构所有要求结构所有节点节点的极限承载力大于的极限承载力大于构件构件在相应节点的极限承载力在相应节点的极限承载力 保证节点不先于构件破坏，防止构件不能充分发挥作用保证节点不先于构件破坏，防止构件不能充分发挥作用 对于多高层钢结构的所有节点连接：对于多高层钢结构的所有节点连接：应按地震组合内力进行弹性设计验算应按地震组合内力进行弹性设计验算且应进行且应进行“强节点弱构件强节点弱构件”原则下的极限承载力验算原则下的极限承载力验算1.1.梁与柱的连接要求梁与柱的连接要求 梁与柱连接的极限受弯、受剪承载力，应符合下列要求：梁与柱连接的极限受弯、受剪承载力，应符合下列要求：且且（1 1）梁上下翼缘全熔透坡口焊缝的极限受弯承载力：梁上下翼缘全熔透坡口焊缝的极限受弯承载力：梁（梁梁（梁贯贯通通时为时为柱）的全塑性受弯承柱）的全塑性受弯承载载力力（2 2）梁腹板连接的极限受剪承载力）梁腹板连接的极限受剪承载力:竖竖向荷向荷载载作用下梁端剪力作用下梁端剪力设计值设计值 梁的梁的净净跨（梁跨（梁贯贯通通时时取取该该楼楼层层柱的柱的净净高）高）、梁腹板的高度和厚度梁腹板的高度和厚度 钢钢材屈服材屈服强强度度 2.2.支撑连接支撑连接要求要求 螺栓连接和节点板连接在支撑轴线方向的极限承载力：螺栓连接和节点板连接在支撑轴线方向的极限承载力：A 支撑截面的毛面积支撑截面的毛面积 支撑支撑钢钢材的屈服材的屈服强强度度 3.3.梁、柱构件的拼接梁、柱构件的拼接要求要求构件拼接的极限受剪承载力：构件拼接的极限受剪承载力：、拼接构件截面腹板的高度和厚度拼接构件截面腹板的高度和厚度 构件拼接的极限受弯承载力构件拼接的极限受弯承载力:无轴力时无轴力时 有轴力时有轴力时 无无轴轴力力时时构件截面塑性弯矩构件截面塑性弯矩 有有轴轴力力时时构件截面塑性弯矩构件截面塑性弯矩 螺栓螺栓连连接板的极限承接板的极限承压压强强度度4 4、连接极限承载力的计算、连接极限承载力的计算焊缝连接的极限承载力可按下列公式计算焊缝连接的极限承载力可按下列公式计算 对接焊缝受拉对接焊缝受拉 角焊缝受剪角焊缝受剪 焊缝焊缝的有效受力面的有效受力面积积 构件母材的抗拉构件母材的抗拉强强度最小度最小值值 高强度螺栓连接的极限受剪承载力，应取下列二式计算的较小者高强度螺栓连接的极限受剪承载力，应取下列二式计算的较小者、分分别为别为一个高一个高强强度螺栓的极限受剪承度螺栓的极限受剪承载载力和力和对应对应的板件极限承的板件极限承压压力力 螺栓螺栓连连接的剪切面数量接的剪切面数量 螺栓螺螺栓螺纹处纹处的有效截面面的有效截面面积积 螺栓螺栓钢钢材的抗拉材的抗拉强强度最小度最小值值 螺栓杆直径螺栓杆直径 同一受力方向的同一受力方向的钢钢板厚度之和板厚度之和 四、强柱弱梁要求四、强柱弱梁要求 塑性铰分布图塑性铰分布图 强柱弱梁型框架屈服时产生塑性变形而耗能的构件比强梁弱柱强柱弱梁型框架屈服时产生塑性变形而耗能的构件比强梁弱柱型框架多型框架多 在同样的结构顶点位移条件下，强柱弱梁型框架的最大层间变在同样的结构顶点位移条件下，强柱弱梁型框架的最大层间变形比强梁弱柱型框架小形比强梁弱柱型框架小 强柱弱梁型框架的抗震性能较强梁弱柱型框架优越强柱弱梁型框架的抗震性能较强梁弱柱型框架优越 （a a）强柱弱梁型框架）强柱弱梁型框架（b b）强梁弱柱型框架）强梁弱柱型框架为保证钢框架为强柱弱梁型，框架的任一梁柱节点处为保证钢框架为强柱弱梁型，框架的任一梁柱节点处需满足下列要求：需满足下列要求：、分分别为别为柱和梁的塑性截面模量柱和梁的塑性截面模量 柱柱轴轴向向压压力力设计值设计值；柱截面面柱截面面积积、分分别为别为柱和梁的柱和梁的钢钢材屈服材屈服强强度度 强强柱系数，柱系数，超过超过6 6度的钢框架，度的钢框架，6 6度度IVIV类场地和类场地和7 7度时可取度时可取1.01.0，8 8度时可取度时可取1.051.05，9 9度时可取度时可取1.151.15 当柱所在楼层的受剪承载力比上一层的受剪承载力高出当柱所在楼层的受剪承载力比上一层的受剪承载力高出25%25%，或柱轴向力设计值与柱全截面面积和钢材抗拉强度设计值，或柱轴向力设计值与柱全截面面积和钢材抗拉强度设计值乘积的比值不超过乘积的比值不超过0.40.4，或作为轴心受压构件在，或作为轴心受压构件在2 2倍地震力下稳倍地震力下稳定性得到保证时定性得到保证时无需满足上式的强柱弱梁要求的情况：无需满足上式的强柱弱梁要求的情况：2.2.位于消能梁段同一跨的框架梁内力设计值，位于消能梁段同一跨的框架梁内力设计值，应取消能梁段达到受剪承载力时框架梁内力与增大系数的乘积应取消能梁段达到受剪承载力时框架梁内力与增大系数的乘积3.3.框架柱的内力设计值，应取消能梁段达到受剪承载力时柱内力与框架柱的内力设计值，应取消能梁段达到受剪承载力时柱内力与 增大系数的乘积增大系数的乘积其值在其值在8 8度以下时不应小于度以下时不应小于1.51.5，9 9度时不应小于度时不应小于1.6 1.6 其值在其值在8 8度及以下时不应小于度及以下时不应小于1.51.5，9 9度时不应小于度时不应小于1.61.6 对多遇地震作用下偏心支撑框架构件的组合内力设计值对多遇地震作用下偏心支撑框架构件的组合内力设计值应进行调整，应进行调整，调整要求调整要求如下：如下：1.1.支撑斜杆的轴力设计值，应取与支撑斜杆相连接的消能梁段达到支撑斜杆的轴力设计值，应取与支撑斜杆相连接的消能梁段达到 受剪承载力时支撑斜杆轴力与增大系数的乘积受剪承载力时支撑斜杆轴力与增大系数的乘积其值在其值在8 8度以下时不应小于度以下时不应小于1.41.4，9 9度时不应小于度时不应小于1.51.5五、五、偏心支撑框架弱消能梁段要求偏心支撑框架弱消能梁段要求 六、其他抗震特殊要求六、其他抗震特殊要求1.1.节点域的屈服承载力要求节点域的屈服承载力要求 钢框架梁柱节点域具有很好的滞回耗能性能，地震下钢框架梁柱节点域具有很好的滞回耗能性能，地震下让其屈服对结构抗震有利让其屈服对结构抗震有利图图 试件试件 图图 滞回曲线滞回曲线、对于工字形截面柱和箱形截面柱的节点域应按下列公式验算对于工字形截面柱和箱形截面柱的节点域应按下列公式验算 分分别为别为梁腹板高度和柱腹板高度梁腹板高度和柱腹板高度柱在柱在节节点域的腹板厚度点域的腹板厚度、分分别为节别为节点域两点域两侧侧梁的弯矩梁的弯矩设计值设计值 节节点域的体点域的体积积 节节点域承点域承载载力抗震力抗震调调整系数，可采用整系数，可采用0.85 地震作用地震作用2.2.支撑斜杆的抗震承载力支撑斜杆的抗震承载力 中心支撑框架的支撑斜杆中心支撑框架的支撑斜杆反复的轴力作用反复的轴力作用支撑支撑受拉受拉受压受压支撑斜杆的抗震应按支撑斜杆的抗震应按 受压构件受压构件 进行设计进行设计 抗压承载力要小于抗拉承载力抗压承载力要小于抗拉承载力试验发现，支撑在反复轴力作用下有下列现象：试验发现，支撑在反复轴力作用下有下列现象：1.1.支撑首次受压屈曲后，第二次屈曲荷载明显下降，且以后每次的支撑首次受压屈曲后，第二次屈曲荷载明显下降，且以后每次的 屈曲荷载还逐渐下降，但下降幅度趋于收敛屈曲荷载还逐渐下降，但下降幅度趋于收敛 2.2.支撑受压屈曲后的抗压承载力的下降幅与支撑受压屈曲后的抗压承载力的下降幅与 支撑长细比支撑长细比 有关：有关：支撑长细比越大，下降幅度越大，支撑长细比越小，下降幅度越小支撑长细比越大，下降幅度越大，支撑长细比越小，下降幅度越小 支撑承支撑承载载力抗震力抗震调调整系数，整系数，中心支撑框架支撑斜杆抗震承载力验算：中心支撑框架支撑斜杆抗震承载力验算：其中，其中，受循环荷载时的强度降低系数：受循环荷载时的强度降低系数：支撑斜杆的正则化长细比：支撑斜杆的正则化长细比：支撑斜杆的截面面支撑斜杆的截面面积积；轴轴心受心受压压构件的构件的稳稳定系数；定系数；支撑斜杆材料的支撑斜杆材料的弹弹性模量；性模量；3.3.人字形和人字形和V V形支撑框架设计要求形支撑框架设计要求 支撑斜杆受压屈服后产生的特殊问题：支撑斜杆受压屈服后产生的特殊问题：人字形支撑在受压斜杆屈曲人字形支撑在受压斜杆屈曲V V形支撑在受压斜杆屈形支撑在受压斜杆屈曲曲楼板下陷楼板下陷楼板上隆楼板上隆措施：措施：横梁设计横梁设计除应考虑设计内力外，除应考虑设计内力外，还应按中间无支座的还应按中间无支座的简支梁简支梁验算楼面荷载作用下的承载力验算楼面荷载作用下的承载力考虑弹塑性阶段考虑弹塑性阶段梁端出现塑性铰梁端出现塑性铰横梁支撑处横梁支撑处可考虑支撑受压屈曲提供的一定的与楼面荷载方向相反的反力作用，可考虑支撑受压屈曲提供的一定的与楼面荷载方向相反的反力作用，该反力可取为受压支撑屈曲压力竖向分量的该反力可取为受压支撑屈曲压力竖向分量的30%30%人字形和人字形和V V形支撑形支撑抗震设计时：抗震设计时：斜杆地震内力应乘增大系数斜杆地震内力应乘增大系数1.51.5，以减小楼板下陷或上隆现象的发生，以减小楼板下陷或上隆现象的发生 返回目录返回目录66.4 4 多高层钢结构的抗震计算要求多高层钢结构的抗震计算要求一、计算模型一、计算模型 确定多高层钢结构抗震计算模型时，应注意：确定多高层钢结构抗震计算模型时，应注意：1.1.进行多高层钢结构地震作用下的进行多高层钢结构地震作用下的内力与位移内力与位移分析时，一般可假定楼板分析时，一般可假定楼板 在自身平面内为绝对刚性。在自身平面内为绝对刚性。对整体性较差、开孔面积大、有较长的外伸段的楼板，宜采用楼板对整体性较差、开孔面积大、有较长的外伸段的楼板，宜采用楼板平面内的实际刚度进行计算平面内的实际刚度进行计算2.2.进行多高层钢结构进行多高层钢结构多遇地震多遇地震作用下的作用下的反应反应分析时，可考虑分析时，可考虑 现浇混凝土楼板与钢梁的共同作用。现浇混凝土楼板与钢梁的共同作用。在设计中应保证楼板与钢梁间有可靠的连接措施，在设计中应保证楼板与钢梁间有可靠的连接措施，此时此时楼板可作为梁翼缘的一部分楼板可作为梁翼缘的一部分计算梁的弹性截面特性计算梁的弹性截面特性 进行多高层钢结构进行多高层钢结构罕遇地震反应罕遇地震反应分析时，考虑到此时分析时，考虑到此时楼板与梁的连接可能遭到破坏，则不应考虑楼板与梁的共楼板与梁的连接可能遭到破坏，则不应考虑楼板与梁的共同工作同工作3.3.多高层钢结构的抗震计算可采用：多高层钢结构的抗震计算可采用：平面抗侧力结构的空间协同计算模型平面抗侧力结构的空间协同计算模型结构布置规则、质量及刚度沿高度分布均匀、不计扭转效应结构布置规则、质量及刚度沿高度分布均匀、不计扭转效应可采用可采用平面结构计算模型平面结构计算模型结构平面或立面不规则、体型复杂，无法划分平面抗侧力单元结构平面或立面不规则、体型复杂，无法划分平面抗侧力单元的结构以及筒体结构的结构以及筒体结构应采用应采用空间结构计算模型空间结构计算模型4.4.多高层钢结构在地震作用下的内力与位移计算，应考虑多高层钢结构在地震作用下的内力与位移计算，应考虑梁柱梁柱 的弯曲变形和剪切变形，尚应考虑的弯曲变形和剪切变形，尚应考虑柱柱的轴向变形的轴向变形 一般可不考虑一般可不考虑梁梁的轴向变形，但当梁同时作为腰桁架或桁架的弦的轴向变形，但当梁同时作为腰桁架或桁架的弦杆时，则应考虑轴力的影响杆时，则应考虑轴力的影响6.6.应计入梁柱节点域剪切变形（如图）对多高层建筑钢结构应计入梁柱节点域剪切变形（如图）对多高层建筑钢结构 位移的影响位移的影响 可将梁柱节点域当作一个单独的单元进行结构分析，也可按可将梁柱节点域当作一个单独的单元进行结构分析，也可按下列规定作近似计算：下列规定作近似计算：1 1）箱形截面柱框架）箱形截面柱框架可将节点域当作刚域，可将节点域当作刚域，刚域的尺寸取节点域尺寸的一半刚域的尺寸取节点域尺寸的一半2 2）工字形截面柱框架）工字形截面柱框架可不考虑节点域，梁柱长度按轴线间距离确定可不考虑节点域，梁柱长度按轴线间距离确定5.5.柱间支撑两端应为刚性连接，但可按两端铰接计算。偏心支撑柱间支撑两端应为刚性连接，但可按两端铰接计算。偏心支撑 中的耗能梁段应取为单独单元中的耗能梁段应取为单独单元 二、地震作用二、地震作用 阻尼比取值阻尼比取值：多高层钢结构的阻尼比较小，多高层钢结构的阻尼比较小，按按 反应谱法反应谱法 计算时的取值：计算时的取值：多遇地震多遇地震下的地震作用下的地震作用高层钢结构的阻尼比可取为高层钢结构的阻尼比可取为0.020.02 多层（不超过多层（不超过1212层）钢结构的阻尼比可取为层）钢结构的阻尼比可取为0.0350.035 罕遇地震罕遇地震下的地震作用下的地震作用 考虑结构进入弹塑性，考虑结构进入弹塑性，多高层钢结构的阻尼比均可取为多高层钢结构的阻尼比均可取为0.050.05 三、三、计算有关要求计算有关要求进行多高层钢结构抗震计算时，应注意满足下列设计要求：进行多高层钢结构抗震计算时，应注意满足下列设计要求：1 1、进行多遇地震下抗震设计时，框架、进行多遇地震下抗震设计时，框架-支撑（剪力墙板）结构体系中总框架支撑（剪力墙板）结构体系中总框架 任意楼层所承担的地震剪力，不得小于结构底部总剪力的任意楼层所承担的地震剪力，不得小于结构底部总剪力的25%25%2 2、在水平地震作用下，如果楼层侧移满足下式，则应考虑、在水平地震作用下，如果楼层侧移满足下式，则应考虑PP效应效应 多遇地震作用下楼多遇地震作用下楼层层间层层间位移位移 楼楼层层层层高高 计计算楼算楼层层以上全部以上全部竖竖向荷向荷载载之和之和 计计算楼算楼层层以上全部多遇水平地震作用之和以上全部多遇水平地震作用之和 此此时该时该楼楼层层的位移和所有构件的内力均的位移和所有构件的内力均应应乘以下式放大系数乘以下式放大系数3.3.验算在多遇地震作用下整体基础（筏形基础或箱形基础）对验算在多遇地震作用下整体基础（筏形基础或箱形基础）对地基的作用时，可采用底部剪力法计算作用于地基的地基的作用时，可采用底部剪力法计算作用于地基的倾覆力矩倾覆力矩，但宜取但宜取0.80.8的折减系数的折减系数 4.4.当在多遇地震作用下进行构件承载力验算时，当在多遇地震作用下进行构件承载力验算时，托柱梁及承托托柱梁及承托钢筋混凝土抗震墙钢筋混凝土抗震墙 的钢框架柱的内力应乘以不小于的钢框架柱的内力应乘以不小于1.51.5的增大的增大系数。系数。返回目录返回目录6.5 6.5 多高层钢结构抗震构造要求多高层钢结构抗震构造要求一、纯框架结构抗震构造措施一、纯框架结构抗震构造措施1.1.框架柱的长细比框架柱的长细比 在一定的轴力作用下，在一定的轴力作用下，柱的弯矩转角关系柱的弯矩转角关系:由于几何非线性（由于几何非线性（P P-效应）的影响，柱的效应）的影响，柱的弯曲变形能力弯曲变形能力与柱的与柱的轴压比轴压比及柱的及柱的长细比长细比有关有关柱的轴压比越大柱的轴压比越大柱的变形能力与轴压比的关系柱的变形能力与轴压比的关系 弯曲变形能力越小弯曲变形能力越小 柱的变形能力与长细比的关系柱的变形能力与长细比的关系 柱的长细比越大柱的长细比越大弯曲变形能力越小弯曲变形能力越小 2.2.梁、柱板件宽厚比梁、柱板件宽厚比 日本所做的一组梁柱试件，研究其在反复加载下的受力变形情况日本所做的一组梁柱试件，研究其在反复加载下的受力变形情况 b/t=8 b/t=8 b/t=11b/t=11 b/t=16 b/t=16 随着构件板件宽厚比的增大随着构件板件宽厚比的增大构件反复受载的承载能力与耗能能力将降低构件反复受载的承载能力与耗能能力将降低 板件宽厚比越大，板件越易发生局部屈曲，从而影响后继承载性能板件宽厚比越大，板件越易发生局部屈曲，从而影响后继承载性能 原因：原因：梁柱试件在反复加载下的受力变形情况：梁柱试件在反复加载下的受力变形情况：框架柱的转动变形能力要求比框架柱的转动变形能力要求比框架梁的的转动变形能力框架梁的的转动变形能力要求低要求低框架框架柱柱的板件宽厚比限值可比框架的板件宽厚比限值可比框架梁梁的板件宽厚比限值大的板件宽厚比限值大宽厚比限值要求：宽厚比限值要求：不超过不超过1212层框架的梁柱板件宽厚比限值层框架的梁柱板件宽厚比限值 板件名称板件名称6度度7度度8度度9度度柱柱工字形截面翼工字形截面翼缘缘外外伸部分伸部分工字型截面腹板工字型截面腹板箱型截面壁板箱型截面壁板13433911433710433594333梁梁工字型截面和工字型截面和箱型截面翼箱型截面翼缘缘外伸外伸部分部分箱型截面翼箱型截面翼缘缘在两腹板在两腹板间间的部分的部分工字型截面和工字型截面和箱型截面腹板箱型截面腹板11361032930930超过超过1212层框架的梁柱板件宽厚比限值层框架的梁柱板件宽厚比限值 板件名称板件名称6度度7度度8度度9度度柱柱工字形截面翼工字形截面翼缘缘外外伸部分伸部分工字型截面腹板工字型截面腹板箱型截面壁板箱型截面壁板13433911433710433594333梁梁工字型截面和工字型截面和箱型截面翼箱型截面翼缘缘外伸外伸部分部分箱型截面翼箱型截面翼缘缘在两腹板在两腹板间间的部分的部分工字型截面和工字型截面和箱型截面腹板箱型截面腹板11361032930930注：注：1.1.表列数表列数值值适用于适用于Q235，当材料，当材料为为其他牌号其他牌号钢钢材材时时，应应乘以乘以 2.2.表中表中N Nb b为梁的轴向力，为梁的轴向力，A A为梁的截面积，为梁的截面积，f f 为梁的钢材抗拉强度设计值为梁的钢材抗拉强度设计值 3.3.梁与柱的连接构造梁与柱的连接构造 梁柱的连接构造，应符合下列要求：梁柱的连接构造，应符合下列要求：（1 1）梁与柱的连宜采用）梁与柱的连宜采用柱贯通型柱贯通型 （2 2）柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时，宜采用箱形截面；，宜采用箱形截面；当仅在一方向刚接时当仅在一方向刚接时，宜采用工字型截面，并将柱腹板置，宜采用工字型截面，并将柱腹板置 于刚接框架平面内于刚接框架平面内（3 3）梁翼缘与柱翼缘应采用全熔透坡口焊缝）梁翼缘与柱翼缘应采用全熔透坡口焊缝（5 5）当梁翼缘的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的）当梁翼缘的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的70%70%时，时，梁腹板与柱的连接螺栓不得小于梁腹板与柱的连接螺栓不得小于二列二列；当计算仅需一列时，；当计算仅需一列时，仍应布置二