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1、3 4 第八章第八章 多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋 多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì),是在2001規(guī) 范首次列入的,本次修訂,主要做了如下改進(jìn): (1)調(diào)整了適用范圍,增加7度(0.15g)和8度(0.3g)的 適用高度要求; (2)新增抗震等級(jí)規(guī)定,將2001規(guī)范的內(nèi)力調(diào)整和長(zhǎng)細(xì)比、 寬厚比等構(gòu)造要求,按抗震等級(jí)做了劃分和局部調(diào)整; (3)適度放寬了鋼結(jié)構(gòu)阻尼比和層間位移角的規(guī)定; (4)改進(jìn)了“強(qiáng)柱弱梁”和“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)方法, 并相應(yīng)調(diào)整了構(gòu)件承載力抗震調(diào)整系數(shù)RE的取值; (5)改進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接構(gòu)造; (6)新增鋼支撐-混凝土框架和鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu) 抗震設(shè)計(jì)
2、的原則規(guī)定(附錄G); 總體上,修訂后的鋼結(jié)構(gòu),地震作用有所降低, 承載力抗震調(diào)整系數(shù)有所減小,長(zhǎng)細(xì)比和寬厚比的 構(gòu)造要求更加體現(xiàn)延性的特點(diǎn),可比2001規(guī)范更加 經(jīng)濟(jì)些。 一、結(jié)構(gòu)體系和最大適用高度修訂 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) 的合理高度取值,與2001年規(guī)范的規(guī)定大體一致。 1.鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大適用高度(m) 結(jié) 構(gòu) 類 型 6、7度 (0.10g) 7 度 (0.15g) 8度 9度 (0.40g) 非抗 震設(shè)防 (0.20g)(0.30g) 框架11090907050110 框架-中心支撐220200180150120240 框架-偏心支撐(延 性墻板) 2402
3、20200180160260 筒體(框筒,筒中筒, 桁架筒, 束筒)和巨型框架 屈曲約束支撐框架 300280260240180360 注: 1 2 房屋高度指室外地面到主要屋面板板頂?shù)母叨龋ú话ň植客怀鑫蓓敳?分); 超過(guò)表內(nèi)高度的房屋,應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證,采取有效的加強(qiáng)措施。 一、結(jié)構(gòu)體系和最大適用高度修訂 2.框架-支撐結(jié)構(gòu)分中心支撐與偏心支撐兩類。有混 凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu)另列入了附錄G。 3.將7度的適用高度按設(shè)計(jì)基本加速度0.1g和0.15g 區(qū)分。關(guān)于0.15g和0.30g的規(guī)定,分別在7、8度 和8、9度之間內(nèi)插。 4.各類筒體的使用高度未做變化。 二、鋼結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)概念引
4、入 1.鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震等級(jí) 房屋高度烈 度 6789 50m四三二 50m四三二一 注: 1高度接近或等于高度分界時(shí),應(yīng)允許結(jié)合房屋不規(guī)則程度和 場(chǎng)地、地基條件確定抗震等級(jí); 2 一般情況,構(gòu)件的抗震等級(jí)應(yīng)與結(jié)構(gòu)相同;當(dāng)某個(gè)部位各 構(gòu)件的承載力均滿足2倍地震作用組合下的內(nèi)力要求時(shí),79 度的構(gòu)件抗震等級(jí)應(yīng)允許按降低一度確定。 二、鋼結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)概念引入 2. 對(duì)不同類別、不同烈度、不同高度的抗震措施, 用抗震等級(jí)的不同來(lái)描述,使規(guī)定更簡(jiǎn)潔明了, 并具體化。 3.有助于熟悉混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)者進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu) 的抗震設(shè)計(jì)。 4.引進(jìn)抗震等級(jí),使鋼結(jié)構(gòu)能用不同的抗震等級(jí)體 現(xiàn)不同的延性要求。 5.
5、依據(jù)抗震性能化設(shè)計(jì)的方法,當(dāng)按提高一度的地 震內(nèi)力進(jìn)行構(gòu)件抗震承載力(包括強(qiáng)度和穩(wěn)定) 驗(yàn)算時(shí),則可以按降低了的抗震等級(jí)檢查該構(gòu)件 的延性構(gòu)造要求。 三、內(nèi)力變形分析有關(guān)規(guī)定的修訂 1.重力二階效應(yīng)的考慮 本次修訂中,明確提出要計(jì)入重力二階效應(yīng)。進(jìn) 行二階效應(yīng)的彈性分析時(shí),應(yīng)按GB50017的有關(guān)規(guī) 定,在每層柱頂附加假想水平力。 假想水平力是反映了幾何缺陷和其它因素對(duì)柱穩(wěn) 定性的不利影響。 當(dāng)結(jié)構(gòu)的高寬比較大以及柱的長(zhǎng)細(xì)比較大時(shí),此 情況可能發(fā)生。 三、內(nèi)力變形分析有關(guān)規(guī)定的修訂 2.節(jié)點(diǎn)域剪切變形的影響 節(jié)點(diǎn)域屈服承載力驗(yàn)算,只考慮了彎矩的影響, 忽略軸力和剪力對(duì)節(jié)點(diǎn)域變形的影響。 當(dāng)豎向
6、荷載很大,承載力接近由強(qiáng)度控制時(shí),應(yīng) 考慮軸力影響。 考慮節(jié)點(diǎn)剪切變形影響的方法是將未計(jì)入節(jié)點(diǎn)域 變形的層間位移角與由節(jié)點(diǎn)域在相應(yīng)樓層設(shè)計(jì)彎 矩下的剪切變形角的平均值相加求得總位移角。 節(jié)點(diǎn)域剪切剪切變形角的樓層平均值: 12 ()/(4/3) pbpbpyv MMVf , , 1 ,(1) j i i pe ji M jn nGV 三、內(nèi)力變形分析有關(guān)規(guī)定的修訂 3.框架-支撐結(jié)構(gòu)的框架剪力分擔(dān)率 框架-支撐體系中,支撐框架是第一道防線,純框 架是第二道防線; 框架-支撐結(jié)構(gòu)中,框架部分承擔(dān)的地震剪力如何 確定,有許多不同意見; 爭(zhēng)論焦點(diǎn)有二:其一,按照底部總剪力還是樓層 剪力調(diào)整;其二,調(diào)
7、整值的大?。?經(jīng)過(guò)反復(fù)協(xié)商和討論,以底部總剪力為基礎(chǔ)進(jìn)行 調(diào)整,取總地震剪力的25%和框架部分按剛度分配 的地震剪力最大值1.8倍二者的較小值; 今后,對(duì)有關(guān)問(wèn)題還需要繼續(xù)研究和探討。 三、內(nèi)力變形分析有關(guān)規(guī)定的修訂 4.支撐桿件內(nèi)力調(diào)整 中心支撐中,參考AISC-2005的有關(guān)規(guī)定,取消了 2001規(guī)范單斜桿支撐和交叉支撐系數(shù)1.3;人字形和 V形支撐的系數(shù)1.5也取消; 偏心支撐中,斜桿軸力與消能梁段相連的框架梁, 框架柱的內(nèi)力調(diào)整系數(shù),本次修訂略有減小,并按 抗震等級(jí)做了調(diào)整: 框架斜桿軸力增大系數(shù),一、二、三級(jí)分別取 1.4,1.3和1.2; 相連框架梁、框架柱內(nèi)力增大系數(shù),一、二、
8、三級(jí)分別取1.3、1.2和1.1。 三、內(nèi)力變形分析有關(guān)規(guī)定的修訂 5.鋼結(jié)構(gòu)的阻尼比修改 2001規(guī)范的阻尼比按12層劃分:12層以下0.035,12層以上 0.02。 本次修訂,反映了隨房屋高度增大,阻尼比減小的規(guī)律,并 考慮了設(shè)計(jì)上的需要。 高度不大于50m時(shí)可取0.04;高度大于50m且小于200m時(shí)可取 0.03;高度不小于200m時(shí)保持0.02。 偏心支撐框架部分承擔(dān)的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆 力矩的50%以上時(shí),其阻尼比相應(yīng)增加0.005。 屈曲約束支撐的鋼結(jié)構(gòu),其阻尼比應(yīng)按消能減震設(shè)計(jì)的要求 處理。 注意:按本規(guī)范第5章的修訂,阻尼比小于0.05的結(jié)構(gòu),其地 震作用比20
9、01規(guī)范有所減小,阻尼比0.02時(shí),最大降低幅度 可達(dá)18%。 四、鋼結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算 1.強(qiáng)柱弱梁的驗(yàn)算 對(duì)不需要進(jìn)行強(qiáng)柱弱梁驗(yàn)算的條件進(jìn)行修改。2001 規(guī)范“作為軸心受壓構(gòu)件在2倍地震力下穩(wěn)定性得到 保證時(shí),可不驗(yàn)算強(qiáng)柱弱梁”,修改為“2倍地震作 用下的地震組合軸力設(shè)計(jì)值”,即還要考慮重力荷 載代表值引起的柱軸力,使該項(xiàng)要求能發(fā)揮應(yīng)有的 控制作用。 強(qiáng)柱弱梁驗(yàn)算公式 等截面梁與柱連接時(shí) 端部翼緣變截面梁 ,該公 式為新增加的。 ybpbcycpc fWANfW)/( (/)() pb pcyccybpb WfNAWfV S 四、鋼結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算 1.強(qiáng)柱弱梁的驗(yàn)算 S值與梁截面具體形式有關(guān),建
10、議取凈跨的1/10和 梁高二者的較大值; 強(qiáng)柱系數(shù),本次修訂,基本保持2001規(guī)范的系 數(shù)。一、二、三級(jí)分別取1.15,1.10和1.05。 實(shí)際隱含了1.15系數(shù),實(shí)際強(qiáng)柱系數(shù)可分別達(dá) 到:1.32、1.27和1.21,均大于1.2。 四、鋼結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算 2. 節(jié)點(diǎn)域驗(yàn)算 節(jié)點(diǎn)域屈服承載力是檢驗(yàn)節(jié)點(diǎn)域的屈服性能, ,本次未變僅增加了圓管柱 的Vp。 節(jié)點(diǎn)域柱腹板的最小厚度: 關(guān)于 折減系數(shù),三、四級(jí)取0.6, 一、二級(jí) 取0.7; 12 ()/(4/3) pbpbpyv MMVf 90/ )( cbw hht 四、鋼結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算 3. 構(gòu)件連接驗(yàn)算 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接,應(yīng)遵守“強(qiáng)連接,弱構(gòu)件”
11、 的概念設(shè)計(jì)原則,保證結(jié)構(gòu)大震不倒。 采用二次設(shè)計(jì)法:取構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行連 接承載力的驗(yàn)算;然后按連接的極限承載力進(jìn)行 二次驗(yàn)算。 分別給出梁柱剛接、支撐與框架連接以及梁,柱 ,支撐的拼接的極限承載力驗(yàn)算公式。 四、鋼結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算 4. 構(gòu)件承載力抗震驗(yàn)算 本次修訂中,配合連接系數(shù)的引入,修改了RE。 2001規(guī)范系數(shù)RE為:梁、柱0.75,支撐0.80,栓 接0.85,焊接0.90。 本次修訂在構(gòu)件連接計(jì)算方法中,采用更合理的系 數(shù)j予以體現(xiàn)。RE按強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)均取0.75,按穩(wěn) 定驗(yàn)算時(shí)均取0.80。 這樣修改,使用方便,較符合鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)的習(xí) 慣。驗(yàn)算的結(jié)果,用鋼量有所減小。 四、
12、鋼結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算 引入連接系數(shù) :連接系數(shù)的影響因素有:鋼材類 別、屈服強(qiáng)度、超強(qiáng)系數(shù)、應(yīng)變硬化系數(shù)、連接類別 (焊接、螺栓連接)、連接的部位、對(duì)塑性發(fā)展的要 求等。 鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的連接系數(shù) j 母材牌號(hào) 梁柱連接時(shí)支撐連接構(gòu)件拼接 柱腳 焊接螺栓連接焊接螺栓連接 Q2351.401.451.251.30埋入式1.2 Q3451.301.351.201.25外包式1.2 Q345GJ1.251.301.151.20外露式1.1 j 四、鋼結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算 連接系數(shù)對(duì)梁柱連接要求最高,對(duì)支撐連接,構(gòu) 件拼接相對(duì)低些;隨鋼材冶煉方法的改進(jìn)和強(qiáng)度 的增高而降低(與超強(qiáng)系數(shù)降低有關(guān));高強(qiáng)螺 栓連接的連接
13、系數(shù)高于焊接連接(因螺栓的強(qiáng)屈 比較低)。 我國(guó)過(guò)去對(duì)連接系數(shù)偏于籠統(tǒng),對(duì)梁柱連接要求 過(guò)高。這次作了修訂。 四、鋼結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算 5.梁與柱剛性連接的極限承載力公式變化 l2001規(guī)范規(guī)定采用腹板全截面屈服時(shí)的剪力過(guò)于保 守; l2001規(guī)范用1.3代替了1.2考慮重力荷載代表值影響 往往偏?。?l式中連接系數(shù)取1.2,是考慮框架梁一般為彎矩控 制,梁腹板的塑性變形小于翼緣的變形要求較多; l當(dāng)梁截面受剪力控制時(shí),該系數(shù)宜適當(dāng)加大。 Gbnp j u VlMV)/2(2 . 1 四、鋼結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算 6.層間位移角限值修改 l本次修訂將層間位移角的限值由2001規(guī)范的1/300改為 1/250。
14、參考了美、日有關(guān)規(guī)定,為了不使柱截面過(guò)大 ,采用1/250。 l這次修訂,從經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)要求考慮,仍改用層間 位移角限值1/250。 五、主要構(gòu)造措施 1.鋼構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比 1)框架柱長(zhǎng)細(xì)比 l框架柱最大長(zhǎng)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,是 強(qiáng)條。 l本次修訂中,改為按抗震等級(jí)區(qū)分。 框架柱的長(zhǎng)細(xì)比,一級(jí)不應(yīng)大于 ,二級(jí)不應(yīng)大于 ,三級(jí)不應(yīng)大于 ,四級(jí)時(shí)不應(yīng)大于 。 l 框架柱抗震設(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,高層框架柱按長(zhǎng)細(xì)比限制確定的柱 截面可能不夠,此時(shí)必須增大柱截面。 l 對(duì)于多層框架柱,一
15、般可能由長(zhǎng)細(xì)比控制決定截面,此時(shí), 可采用強(qiáng)度相對(duì)低一些的鋼材,如Q235等。 ay 120 235/ f ay 100 235/ f ay 80 235/ f ay /23560f 五、主要構(gòu)造措施 2)中心支撐的長(zhǎng)細(xì)比 l 2001規(guī)范:對(duì)超過(guò)12層的中心支撐長(zhǎng)細(xì)比限值,6、7 度不大于 ,8度不大于 ,9度不大 于 。 l本次修訂中,改為按抗震等級(jí)區(qū)分。一至三級(jí)應(yīng)按壓 桿設(shè)計(jì),均不大于 ;四級(jí)時(shí)采用壓桿時(shí)仍為 ,也可采用拉桿,其長(zhǎng)細(xì)比不應(yīng)大于180。 l 哈工大試驗(yàn)研究表明,較大長(zhǎng)細(xì)比支撐在地震作用 下有較好性能。 l 編制組采納了AISC-2005對(duì)強(qiáng)震區(qū)采用統(tǒng)一值120的 建議。 a
16、y 120 235/ f ay 120 235/ f ay 120 235/ f ay 90 235/ f ay 60 235/ f 五、主要構(gòu)造措施 2.鋼構(gòu)件的板件寬厚比 1)框架柱板件寬厚比 l框架結(jié)構(gòu)的板件寬厚比,是以結(jié)構(gòu)符合強(qiáng)柱弱梁為前 提的。 l強(qiáng)震區(qū),梁的板件寬厚比要求滿足塑性設(shè)計(jì)的要求, 而柱的規(guī)定則可適當(dāng)放寬。 強(qiáng)柱弱梁不能保證時(shí),對(duì)柱子應(yīng)適當(dāng)從嚴(yán)。 五、主要構(gòu)造措施 五、主要構(gòu)造措施 2)中心支撐板件寬厚比 l本次修訂,中心支撐板件的寬厚比要求,也按照抗震 等級(jí)劃分。 l高度50m以下大體上與2001規(guī)范相當(dāng),高度50m以上局 部有所放寬。 五、主要構(gòu)造措施 3.框架梁的側(cè)
17、向支撐 l框架梁的端部負(fù)彎矩區(qū)下翼緣受壓,在構(gòu)造上設(shè)置側(cè) 向支撐是必要的。 l固端梁下翼緣在梁端0.15倍梁跨附近設(shè)置隅撐。 l梁端采用骨形連接或梁端擴(kuò)大時(shí),應(yīng)在塑性區(qū)外設(shè)置 豎向加勁肋,隅撐與偏置的豎向加勁肋相連。 梁側(cè)向支撐示意圖如下: 六、鋼框架-混凝土核心筒房屋抗震的 設(shè)計(jì)規(guī)定 為適應(yīng)工程建設(shè)的需要,本次修訂,在規(guī)范附錄 中新增加了鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)的 原則規(guī)定。 1.適用高度 l不宜超過(guò)鋼筋混凝土框架-核心筒的最大適用高度和 鋼框架-中心支撐體系最大適用高度二者的平均值。 l參考了高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3的規(guī) 定。 l我國(guó)的鋼框架-混凝土核心筒,主要由鋼筋混凝土墻 體(筒體)承擔(dān)水平力。 六、鋼框架-混凝土核心筒房屋抗震的 設(shè)計(jì)規(guī)定 2.抗震等級(jí) l抗震等級(jí)根據(jù)烈度和房屋高度采用。 l丙類建筑的鋼框架部分,按第8章多高層鋼結(jié)構(gòu)房屋 的規(guī)定確定。 l混凝土核心筒部分按第6章表6.1.2中的框架-核心筒 結(jié)構(gòu)采用,但鋼框架-混凝土核心筒中的核心筒的抗 震等級(jí)在8度時(shí)應(yīng)按提高一級(jí)執(zhí)行。 六、鋼框架-混凝土核心筒房屋抗震的 設(shè)計(jì)規(guī)定 3.結(jié)構(gòu)布置 l鋼框架和混凝土筒體間存在較大差異變形,所以樓蓋 梁一般應(yīng)兩端做成鉸接。我國(guó)的習(xí)慣做法是,樓蓋梁 與周邊框架剛接,與墻體鉸接。 l使鋼框架與混凝土核心筒能協(xié)調(diào)工作,要提高樓板的 剛度和大震
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