抗震课件3.4 钢结构房屋抗震设计.pdf

框架梁、柱截面按弹性设计，设计时应考 罕遇地震作用下框架将转入塑性工作，必须保 阶段的延性，使其不致倒塌。 a)特别要注意防止梁、柱发生整体和局部失 稳，故梁、柱板件的宽厚比应不超过其在塑 性设计时的限值。 b）应将框架设计成强柱弱梁体系。 c）要考虑到塑性铰出现在柱端的可能性而采取 措施，以保证其承载力。

目的： （1）小震下（弹性阶段）由于层间变形过大而造成非结 构构件的破坏，限值1/300 （2）大震下（弹塑性阶段）造成结构的倒塌，限值1/50 采取的措施： 减少梁的变形，但必须注意，一且增加梁的承载力， 塑性铰可能由梁上转移至柱上： 减少节点区的变形，改用腹板较厚的重型柱或局部加 固节点区来达到： 增加柱子数量；

梁、柱、支撑构件及其节点的合理设计， 包括以下方面： I、对于会形成塑性铰的截面数据标准，应避免其在未 达到塑性弯矩时发生局部失稳或破坏，同时塑 性铰应具有足够的转动能力，以保证体系能形 成塑性倒塌机构： I、避免梁、柱构件在塑性铰之间发生局部失 稳或整体失稳； II、构件之间的连接要设计成能传递剪力与弯 矩、并能允许框架构件充分发挥塑性性能的形 式。

破坏形式：侧向整体失稳和局部失稳 钢梁在反复荷载下的极限荷载比单调荷载小，但楼 的约束作用文将使其承载力有明显提高三钢梁承载力计 与一般静力荷载作用下的钢梁相同，计算时取截面塑性 展系数 =,1 承载力抗震调整系数 RE = O.75。 为使梁在塑性铰转动过程中始终保持极限抗弯能力 →>避免板件的局部失稳及构件的侧向扭转失稳

板件的局部失稳：限制板件的宽厚比，香下表

反件的局部失稳：限制板件的宽厚比，查下表

其中： M,：为塑性铰相距为1, 的侧向支撑点处的 弯距，当长度1,内为同向曲率时，M1/M 为正，反向曲率时，M,/M为负。 Mβ：M,=Wox·f 其中Wx为对中性轴x的毛截 面抵抗矩 在罕遇地震下可能出现塑性铰处，梁 上、下翼缘均应设有支撑点

2、钢柱的抗震设计 （1）钢柱的强度与延性： 钢柱的工作性能取决于下列因素： ①柱两端约束; ②柱轴向压力的大小; ③柱的长细比; 4截面尺寸； 5抗扭刚度。

究表明： 柱的强度与延性随着轴压比 的上升而下降; 相同轴压比下，柱长细比愈 大，其弯曲变形能力愈小，易失 稳。

开究表明： 柱的强度与延性随着轴压比 的上升而下降; 相同轴压比下，柱长细比愈 大，其弯曲变形能力愈小，易失 稳。

（2）钢柱的抗震设计 柱的计算长度系数Ⅱ 纯框架体系，可按《钢结构设计规范》中有侧 移时的μ值取用; 对于有支撑或剪力墙体系，如层间位移不超过 限值（1／300层高），可取μ=1.0。 为了实现“强柱弱梁”的设计原则，柱 截面的塑性抵抗矩应满足下列关系：

式中：肠c、Wb为交汇于节点的柱和梁的截面塑 性抵抗矩； fyc、fyb为柱和梁钢材的屈服强度; a=N/Ac为轴力N起的柱平均轴向应 力，其中N按多遇地震作用的荷载组合计算; Ac为柱毛截面面积; n为强柱系数，6度IV类场地和7度时可耳 1.0，8度时取1.05，9度时取1.15。

注：表列数值适用于Q235钢，其他钢号应乘以235／J

3、支撑构件的抗震设计

反复荷载作用下的性能与长细比关系很大： 当支撑构件采用圆钢或扁钢时，入极大 只能受拉而不能受压二柔性支撑 当支撑构件采用型钢时，入一般较小，能 承受一定的压力二刚性支撑 在水平荷载反复作用下，支撑杆件受压失 稳后，其承载能力降低，刚度退化，吸能能力 随之降低

（1）中心支撑构件设计 入<200时，应考虑拉、压两杆的共同工作： 入≥200时只起拉杆作用 根据试验，交叉支撑中拉杆内力N：

式中：V伪为支撑架节间的地震剪力; Φ为支撑斜杆的轴心受压稳定系数： 亚c为压杆卸载系数； α为支撑斜杆与水平所成的角度。

计算人支撑和形支撑的斜杆内力时，因 斜杆受压屈曲后使横梁产生较大变形，同时体 系的抗剪能力发生较大退化，为提高斜撑的承 载能力，其地震内力应乘以增大系数1.5。 支撑斜杆在多遇地震作用效应组合下的抗压验 算，可按下式进行：

nf PA RE 1 n= 1+0.352 2 7 n 元

PA RE 1 n= 1+0.352 2 2 /E n 元

中心支撑的形式： 盲采用十字交文体系、单斜杆体系和人字 支撑（V形支撑）体系； 不宜采用K形斜杆体系在地震作用下，受 压斜撑屈曲或受拉斜撑屈服引起较大的侧向变 形，易使柱首先破坏； 当采用只能受拉的单斜杆体系时，应同时 设不同倾斜方向的两组单斜杆，且每组中不后 方向单斜杆的截面面积在水平方向的投影面积 之差不得大于10%

注：表列数值适用于Q235钢，其他钢号应乘以/235／J

1）耗能梁段设计： 可通过调整耗能段的长度e，使该段梁 的屈服先于支撑杆的失稳 设计中应使梁段发生剪切屈服型：梁腹 板发生剪切屈服时，梁受剪段两端所受的弯 距尚未达到塑性弯距，这样可发挥腹板优良 的剪切变形性能。适管强震区。 否则为弯曲屈服型

般当e符合下式时即为剪切屈服型：

e ≤1.6M. /V

M。、V为耗能梁段的塑性抗弯和抗剪承载力

Vs=h 1 4 M,=W,fav

W.为梁段截面塑性抵抗矩，fv=0.58fy。 当梁段长e=1～1.3MV时，该梁段对偏心支撑 框架的承载力、刚度和耗能特别有效

剪力设计值； A1b为耗能梁段的截面面积; f为耗能梁段钢材的抗拉强度设计值： Vs为耗能梁段的受剪承载力，取下面两式的较 小值：

1 V. =2M./e

当Nb >0.15A1bf 时，由于轴向力的影响，要 适当降低梁段的受剪承载力，以保证梁段具有 稳定的滞回性能：

Vcs为耗能梁段考虑轴力影响的受剪承载力，按 下式计算：（取小值)

耗能梁段的构造： 其截面宜与同一跨内框架梁相同，腹板应设置 加劲肋，其间距不得超过30tw～ho/5（t为腹 板厚度；ho为腹板计算高度）。 2）支撑斜杆及框架梁、柱设计： 偏心支撑斜杆内力，可按两端铰接计算，其强 度按下式计算：

N br DA, YRE

为使偏心支撑框架仪在耗能梁段屈服，同时 《抗震规范》若虑耗能梁段设置加劲肋会有 1.5的实际有效超强系数，并根据各构件的 抗震调整系数 规定：三者的内力设计 值，应取耗能梁段达到受剪承载力时各自的 内力乘以增大系数。（系数按规范：一般

对于偏心支撑斜杆的轴力设计值：

N =n br V 6

对于设有偏心支撑框架耗的轴力设计值：

对于设有偏心支撑框架柱的弯矩设计值：

（1）梁与柱连接的工作性能： 常采用全部焊接或焊接与螺栓连接联合使 用。试验表明：其强度由于应变硬化，均可超 出计算值很多。如果设计与构造合适，可以承 受较强烈的反复荷载，具有很高的吸能能力。

（2）梁与柱连接的抗震设计 1）设计要求： 框架节点的抗震设计中，应考虑在距梁端 或柱端「1/10跨长或两倍截面高度|范围内构件 进入塑性区，设计时验算： A。构件塑性区的板件宽厚比： B.受弯构件塑性区侧向支承点间的距离; C。节点连接的极限承载力。

（2）梁与样莲接的抗震设计

计算连接件（焊缝、高强螺栓等）→以 便将梁的内力传递至柱； 验算柱在节点处的强度和刚度

梁能充分发挥其强度与延性二→确定梁的抗 弯、抗剪能力时应考虑钢材强度的变异，也应 考虑局部荷载的剪力→立 梁柱节点连接的 承载能力应满足下式要求：

M. ≥1.2M 1

系数1.2是考虑钢材的实际屈服强度可能高于规 定值而采用的修正系数。 抗剪计算采用1.3，是再考虑跨中荷载的影响

）柱翼缘的变形 （b）节点核心区的变形

1）节点区的拉、压强度验算：

梁柱节点，梁弯矩对柱的作用可以近似地用作 用于梁翼缘的力偶表示，而不计腹板内力。此 作用力T=f·A（f,及A为翼缘屈服强度及截 面积）。 设T以1：2.5的斜率向腹板深处扩散，则在工 字钢翼缘填角尽端处腹板应力为：

为了保证柱腹板的承载力，应使上述应力小 于柱腹板的屈服强度，即当梁与柱采用同 钢材时，应使：

Af > t, +5k

为了防止柱与梁受压翼缘相接处柱腹板的 高部失稳，柱腹板厚度尚应满足下列稳定性 要求：

tw ≥(hn + h.)/90

为了防止柱与梁受拉翼缘相接处柱翼缘及 接焊缝的破，对于宽翼缘工字钢，耗翼缘 的厚度t。应满足下列条件：

包装标准a）无加劲板（b）水平加劲板（c）竖首加劲板（d）T形加劲板

节点域剪切变形及强度验算：

在框架中间节点，当两边的梁端弯矩 方向相同，或方向不同但弯矩不等时，节 点域的柱腹板将受到剪力的作用，使节点 区发生剪切变形

作用于节点的弯矩及剪力见图a。取上部 水平加劲肋处柱腹板为隔离体如图b所示：

设工字形柱腹板厚度为tw，高度为hc，则柱 腹板中的平均剪应力为：

应小于钢材抗剪强度设计值f暖通空调施工组织设计，即

T = f, / Y RE

司时，按7度以上抗震设防的结构，为不使节 点板域厚度太大，影响地震能量吸收三节点域 的屈服承载力尚应符合下列公式要求： 承载力； 为折减系数，6度IV类场地和7度时取 0.6，8、9度时可取0.7;