抗震结构第六章幻灯片

1、1o6.1 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26 6. .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

2、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构钢结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构倒塌倒塌严重严重破坏破坏倒塌倒塌严重严重破坏破坏1957年以前年以前71271619571976年年3151231976年以后年以后00463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

3、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 42.2.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 519781978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 计计总数总数百分比百分比(%)过度弯曲过度弯曲柱柱22117.4梁梁1梁、柱局部梁、柱局部屈

4、曲屈曲2112连接破坏连接破坏支撑连接支撑连接613256311980.4梁柱连接梁柱连接21柱脚连接柱脚连接421其它连接其它连接11基础失效基础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6 震害调查发现，梁柱连

5、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782.2.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

6、影响区断裂模式模式44横膈板断裂横膈板断裂 9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103. 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

7、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 11二、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

8、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12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.

9、 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，13建造建造年份年份严重破严重破坏或倒坏或倒塌塌中等中等破坏破坏轻微轻微破坏破坏完完 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

10、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 结构倒塌是地震中结构破坏结构倒塌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。 146 6. .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

11、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15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

12、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 163. 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 174. 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）

13、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 18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（剪力墙板）支撑（剪力墙板）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

14、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最大高宽比最大高宽比6.56.56.06.05.55.519二、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： 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

15、20l l，l l，l l，bb的限值的限值 l/bl/bmaxl l/bl l/ 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213. 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 e偏心距xy22偏心率可按下列公式计算：偏心率可按下列公式计算：

16、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: : exyxre结构结构x x方向的弹性半径方向的弹性半径 eyxyrextexkkr结构结构y y方向的弹性半径方向的弹性半径 yteykkrxeye、分别为分别为x和和y方向楼层方向楼层 质心到结构刚心的距离质心到结构刚心的距离 xkyk、分别为所计算楼层各分别为所计算楼层各 抗侧力构件在抗侧力构件在x和和y方向方向 的侧向刚度之和的侧向刚度之和 其中：其中：其中：其中：232) 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

17、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%244. 4. 高层建筑钢结构不宜设置防震缝，但薄弱部位应注意采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。取措施提高抗震能力。 如结构平面不规则，可设置防震缝，将平

18、面不规则的结如结构平面不规则，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。构，分解为几个结构平面较规则的部分。25三、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

19、 立面收进立面收进 264. 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

20、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、外伸臂框架或其它消能支撑内藏钢板支撑、外伸臂框架或其它消能支撑 273. 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 混凝土叠合层组成的楼板；混凝土叠合层组成的楼板；楼板与钢梁应采用栓钉或楼板与钢

21、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286.3 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

22、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 29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

23、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： 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

24、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 30二、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

25、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 31 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32三、强

26、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331. 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

27、力，应符合下列要求： pumm2 . 1021.3()puhmvvlywwufthv58. 0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： pm梁（梁贯通时为柱）的全塑性受弯承载力梁（梁贯通时为柱）的全塑性受弯承载力 （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: : 0v竖向荷载作用下梁端剪力设计值竖向荷载作用下梁端剪力设计值 nl 梁的净跨（梁贯通时取该楼层柱的净高）梁的净跨（梁贯通时取该楼层柱的净高） whwt、梁腹板的高度和厚度梁腹板的高度和厚度 yf钢材屈服强度钢材屈服强度 342. 2. 支撑连接要求支撑连接

28、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： 1.2ubrynafa 支撑截面的毛面积支撑截面的毛面积 yf支撑钢材的屈服强度支撑钢材的屈服强度 3. 3. 梁、柱构件的拼接要求梁、柱构件的拼接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：ywwfth58. 0vuwhwt、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 pumm2 . 1有轴力时有轴力时 pcumm2 . 1pm无轴力时构件截面塑性弯矩无轴力时构件截面塑性弯矩 pcm有轴力时

29、构件截面塑性弯矩有轴力时构件截面塑性弯矩 35螺栓连接板的极限承压强度螺栓连接板的极限承压强度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 uwfufan 角焊缝受剪角焊缝受剪 uwfufav58. 0 wfa焊缝的有效受力面积焊缝的有效受力面积 uf构件母材的抗拉强度最小值构件母材的抗拉强度最小值 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 bubefbvufann58. 0bcubcuf tdnbvunbcun、分别为

30、一个高强度螺栓的极限受剪承载力和对应的板件极限承压力分别为一个高强度螺栓的极限受剪承载力和对应的板件极限承压力 fn螺栓连接的剪切面数量螺栓连接的剪切面数量 bea螺栓螺纹处的有效截面面积螺栓螺纹处的有效截面面积 buf螺栓钢材的抗拉强度最小值螺栓钢材的抗拉强度最小值 d螺栓杆直径螺栓杆直径 t同一受力方向的钢板厚度之和同一受力方向的钢板厚度之和 bcuf36四、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

31、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nnnn37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： ybpbcycpcfwanfw/pcwpbw、分别为柱和梁的塑性截面模量分别为柱和梁的塑性截面模量 n柱轴向压力设计值；柱轴向压力设计值； ca柱截面面积柱截面面积 ycfybf、分别为柱和梁的

32、钢材屈服强度分别为柱和梁的钢材屈服强度 强柱系数，强柱系数， 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1.151.1538 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

33、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：392. 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

34、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，值应进行调整，调整要求调整要求如下：如下： 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 40六、其他抗震特殊要求六、

35、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 41、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 90)(cbwhhtrevpbbfvmm)34()(21bhch分别为梁腹板高度和柱腹板高度分别为梁腹板高度和柱腹板高度wt柱在节点域的腹板厚度柱在节点域的腹板厚度 1bm2bm、分别为节点域两侧梁的弯矩设计值分别为节点域两侧梁的弯矩设计

36、值 pv节点域的体积节点域的体积 re节点域承载力抗震调整系数，可采用节点域承载力抗震调整系数，可采用0.85 42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43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： 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

37、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 44支撑承载力抗震调整系数，支撑承载力抗震调整系数，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： rebrfan/n35. 011其中，其中，efyn/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

38、的正则化长细比： bra支撑斜杆的截面面积；支撑斜杆的截面面积； 轴心受压构件的稳定系数；轴心受压构件的稳定系数； e支撑斜杆材料的弹性模量；支撑斜杆材料的弹性模量； re0.8re 453. 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

39、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466 6. .4 4 多高层钢结构的抗震计算要多高层钢结构的抗震计算要求求一、计

40、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：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472. 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

41、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，此时楼板可作为梁翼缘的一部分计算梁的弹性截面特性此时楼板可作为梁翼缘的一部分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483. 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

42、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

43、的弦杆时，则应考虑轴力的影响杆时，则应考虑轴力的影响496. 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

44、. 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 50二、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

45、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 51三、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p

46、p效应效应 pvh1 . 0 多遇地震作用下楼层层间位移多遇地震作用下楼层层间位移 h 楼层层高楼层层高 p计算楼层以上全部竖向荷载之和计算楼层以上全部竖向荷载之和 v计算楼层以上全部多遇水平地震作用之和计算楼层以上全部多遇水平地震作用之和 此时该楼层的位移和所有构件的内力均应乘以下式放大系数此时该楼层的位移和所有构件的内力均应乘以下式放大系数vph11523. 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

47、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，托柱梁及承托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536.5 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: : 54 由于几何非线性（由于几何非线性（p p-效应）的影响，柱的效

48、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 55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 562. 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 57b/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

49、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：58框架柱的转动变形能力要求比框架梁的的转动变形能力要求低框架柱的转动变形能力要求比框架梁的的转动变形能力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

50、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缘外工字形截面翼缘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缘外伸箱型截面翼缘外伸部分部分箱型截面翼缘箱型截面翼缘在两腹板间的部分在两腹板间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1136103293093072 100/bn af72 100/bn afafnb/11080afnb/1208559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

51、度8度度9度度柱柱工字形截面翼缘外工字形截面翼缘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缘外伸箱型截面翼缘外伸部分部分箱型截面翼缘箱型截面翼缘在两腹板间的部分在两腹板间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1136103293093072 100/bnaf72 100/bnafafnb/11080afnb/12085注：注：1.1. 表列数值适用于表列数值适用于q235，当材料为其他牌号钢材时，应乘以，当材料为其他牌号钢材时，应乘以yf235 2. 2. 表中表中n n

52、b 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 603. 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）梁与柱的连宜采用柱贯通型）梁与柱的连宜采用柱贯通型 （2 2）柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时，宜采用箱形截面；）柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时，宜采用箱形截面； 当仅在一方向刚接时，宜采用工字型截面，并将柱腹板置当仅在一方向刚接时，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

53、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二列；当计算仅需一列时，梁腹板与柱的连接螺栓不得小于二列；当计算仅需一列时， 仍应布置二列，且此时螺栓总数不得小于计算值的仍应布置二列，且此时螺栓总数不得小于计算值的1.51.5倍倍 （4 4）柱在梁翼缘对应位置应设置横向加劲肋，）柱在梁翼缘对应位置应设置横向加劲肋， 且加劲肋厚度不应小于梁翼缘厚度且加劲肋厚度不应小于梁翼缘厚度 61为防止框架梁柱连接处发生脆性断裂，可以采用如下措施：为防止框架梁柱

54、连接处发生脆性断裂，可以采用如下措施： 1 1）严格控制焊接工艺操作，重要的部位由技术等级高的工人施焊，减少）严格控制焊接工艺操作，重要的部位由技术等级高的工人施焊，减少 梁柱连接中的焊接缺陷梁柱连接中的焊接缺陷 2 2）8 8度乙类建筑和度乙类建筑和9 9度时，应检验梁翼缘处全焊透坡口焊缝度时，应检验梁翼缘处全焊透坡口焊缝v v形切口的冲击形切口的冲击 韧性，其冲击韧性在韧性，其冲击韧性在20c20c时不低于时不低于27j 27j 3 3）补充梁腹板与抗剪连接板之间的）补充梁腹板与抗剪连接板之间的 焊缝焊缝 图图 梁腹板补焊梁腹板补焊 62 4 4）采用梁端加盖板和加腋，或梁柱采用全焊接方式

55、来加强连接的强度）采用梁端加盖板和加腋，或梁柱采用全焊接方式来加强连接的强度 图图 梁柱连接的加强梁柱连接的加强 5 5）利用节点域的塑性变形能力，为此节点域可先设计成先于梁端屈服，）利用节点域的塑性变形能力，为此节点域可先设计成先于梁端屈服， 但仍需满足有关公式的要求但仍需满足有关公式的要求 63 6 6）利用）利用“强节点弱杆件强节点弱杆件”的抗震概念，将梁端附近截面局部削弱的抗震概念，将梁端附近截面局部削弱 梁端狗骨式设计梁端狗骨式设计 具有优越的抗震性能，可将框架的屈服控制具有优越的抗震性能，可将框架的屈服控制在削弱的梁端截面处在削弱的梁端截面处 上下翼缘两侧开上下翼缘两侧开4个圆形切

56、个圆形切口，切口与圆形平行并磨光口，切口与圆形平行并磨光设计制作时：设计制作时：a. a. 月牙形切削的切削面应刨光月牙形切削的切削面应刨光b. b. 起点可距梁端约起点可距梁端约150150mmmmc. c. 切削后梁翼缘最小截面积切削后梁翼缘最小截面积不宜大于原截面积的不宜大于原截面积的90%90%应能承受按弹性设计的多遇地震下的组合内力应能承受按弹性设计的多遇地震下的组合内力15015064 为进一步提高梁端的变形延性，根据梁端附近的弯矩分布，对梁端为进一步提高梁端的变形延性，根据梁端附近的弯矩分布，对梁端截面削弱进行更细致的设计截面削弱进行更细致的设计使得梁在一个较长的区段（同步塑性区

57、）使得梁在一个较长的区段（同步塑性区）能同步地进行塑性耗能能同步地进行塑性耗能 同步塑性设计同步塑性设计：建议梁的同步塑性区建议梁的同步塑性区l l3 3的长度取为梁高的一半的长度取为梁高的一半使梁的同步塑性区各截面的塑性抗弯承载力比弯矩设计值同等地低使梁的同步塑性区各截面的塑性抗弯承载力比弯矩设计值同等地低5%-10%5%-10%在同步塑性区两端各有一个在同步塑性区两端各有一个l l2 2l l4 4100mm100mm左右光滑左右光滑 过渡区，过渡区离柱表面过渡区，过渡区离柱表面l l1 150-100mm50-100mm以避开热影响区以避开热影响区65二、中心支撑框架抗震构造措施二、中心

58、支撑框架抗震构造措施 1. 1. 受拉支撑的布置要求受拉支撑的布置要求 地震作用方向是任意的，且为反复作用地震作用方向是任意的，且为反复作用 中心支撑采用只能受拉的斜杆体系时中心支撑采用只能受拉的斜杆体系时两组斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不得大于两组斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不得大于10%10% 应同时设置两组不同倾斜方向的斜杆应同时设置两组不同倾斜方向的斜杆2. 2. 受压支撑杆件的要求受压支撑杆件的要求 地震作用下，支撑杆件可能会经历反复的压曲拉直作用地震作用下，支撑杆件可能会经历反复的压曲拉直作用支撑杆件不宜采用焊接截面，应尽量采用支撑杆件不宜采用焊接截面，应尽量采

59、用轧制型钢轧制型钢 若采用焊接若采用焊接h h型截面作支撑构件时，在型截面作支撑构件时，在8 8、9 9度区，度区，其翼缘与腹板的连接宜采用全焊透连接焊缝其翼缘与腹板的连接宜采用全焊透连接焊缝 66 为限值为限值支撑压曲支撑压曲造成的支撑板件的局部屈曲对支撑承载力及造成的支撑板件的局部屈曲对支撑承载力及耗能能力的影响，对支撑板件的耗能能力的影响，对支撑板件的宽厚比宽厚比需限值更严，应不大于下需限值更严，应不大于下表规定的限值：表规定的限值： 钢结构中心支撑板件宽厚比限值钢结构中心支撑板件宽厚比限值 板件名称板件名称不超过不超过12层层超过超过12层层7度度8度度9度度6度度7度度8度度9度度翼

60、缘外伸部分翼缘外伸部分工字型截面腹板工字型截面腹板箱型截面腹板箱型截面腹板1333311130289272592523823218232172119圆管外径与壁厚比圆管外径与壁厚比42404038注：表列数值适用于注：表列数值适用于q235q235钢，采用其他牌号钢材应乘以钢，采用其他牌号钢材应乘以yf235 67 为使支撑杆件最低具有一定的耗能性能，为使支撑杆件最低具有一定的耗能性能，中心支撑中心支撑杆件的杆件的长细比长细比不宜大于下表的限值：不宜大于下表的限值： 钢结构中心支撑板件长细比限值钢结构中心支撑板件长细比限值 类型类型6、7度度8度度9度度不超过不超过12层层按压杆设计按压杆设计