鋼結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)

1、第四章抗震性能設(shè)計(jì)4.2b綜述適用于鋼構(gòu)件、鋼節(jié)點(diǎn)、鋼連接的幾種滯回模型和損傷指數(shù)。（重點(diǎn)闡述有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)容）答：(a)ShortBrace(b)IntermediateBrace反復(fù)荷載作用下軸心受力鋼構(gòu)件滯回模型1、滯回模型（1）鋼構(gòu)件的滯回模型a、軸心受力構(gòu)件b、受彎構(gòu)件反復(fù)荷載作用下受彎鋼構(gòu)件的滯回模型C、鋼板If反復(fù)荷載作用下受彎鋼構(gòu)件板的滯回模型2）鋼連接的幾種滯回模型線性模型非線性模型3）鋼節(jié)點(diǎn)的滯回性能模型捏攏模型反復(fù)荷載作用下受彎鋼節(jié)點(diǎn)的幾種滯回模型2、損傷指數(shù)綜述為了定量描述結(jié)構(gòu)防止在地震中倒塌的安全度，提出了損傷指數(shù)的概念。對(duì)結(jié)構(gòu)在其壽命周期內(nèi)所能承受的地震破壞總量的預(yù)

2、測(cè)由損傷指數(shù)（DamageIndex）控制，而損傷指數(shù)由剛度、強(qiáng)度和延性確定。對(duì)于其中的延性而言，損傷指數(shù)分別從構(gòu)件級(jí)別、樓層級(jí)別和整體結(jié)構(gòu)級(jí)別代表了塑性鉸的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力。（1）構(gòu)件損傷指數(shù)可以由所需塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力和可提供的塑性主動(dòng)能力之間的比值計(jì)算得出。I&dmra2）樓層損傷指數(shù)描述整個(gè)結(jié)構(gòu)的損傷指數(shù)，包括地震作用下的結(jié)構(gòu)整體性能。4.3c綜述屈曲約束支撐（無(wú)粘結(jié)支撐、防屈曲支撐）的特點(diǎn)、類型、設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展和工程應(yīng)用現(xiàn)狀。答：1、特點(diǎn)在普通支撐外部設(shè)置套管，約束支撐的受壓屈曲，構(gòu)成屈曲約束支撐。屈曲約束支撐僅芯板與其他構(gòu)件連接，所受的荷載全部由芯板承擔(dān)，外套筒和填充材料僅約

3、束芯板受壓屈曲，使芯板在受拉和受壓下均能進(jìn)入屈服，因而，屈曲約束支撐的滯回性能優(yōu)良。.屈曲約束支撐與普通支撐滯回性能對(duì)比優(yōu)點(diǎn)：（1）承載力與剛度分離普通支撐因需要考慮其自身的穩(wěn)定性，使截面和支撐剛度過(guò)大，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度過(guò)大，這就間接地造成地震力過(guò)大，形成了不可避免的惡性循環(huán)。選用防屈曲支撐，即可避免此類現(xiàn)象，在不增加結(jié)構(gòu)剛度的情況下滿足結(jié)構(gòu)對(duì)于承載力的要求。（2）承載力高抗震設(shè)計(jì)中，普通支撐和屈曲約束支撐的軸向承載力設(shè)計(jì)值為：-1十03壯金中：心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)上一支撐的截面面積；f一支撐材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值.*他一支撐的正則化長(zhǎng)細(xì)比，心空壓2支提長(zhǎng)細(xì)比，丸一材屈服強(qiáng)度；三一材彈性模量-中抗麗

4、設(shè)計(jì)中，屈曲約束支撐的軸向卓載力設(shè)計(jì)值再；中芯=0.9為血（1-25式中：厶一:勺乗屈服段的鋼材截面面積；/l.一板鋼材的屈脆強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)a（3）延性與滯回性能好屈曲約束支撐在彈性階段工作時(shí),就如同普通支撐可為結(jié)構(gòu)提供很大的抗側(cè)剛度，可用于抵抗小震以及風(fēng)荷載的作用。屈曲約束支撐在彈塑性階段工作時(shí),變形能力強(qiáng)、滯回性能好，就如同一個(gè)性能優(yōu)良的耗能阻尼器，可用于結(jié)構(gòu)抵御強(qiáng)烈地震作用。（4）保護(hù)主體結(jié)構(gòu)屈曲約束支撐具有明確的屈服承載力，在大震下可起到保險(xiǎn)絲的作用，用于保護(hù)主體結(jié)構(gòu)在大震下不屈服或者不嚴(yán)重破壞，并且大震后，經(jīng)核查，可以方便地更換損壞的支撐。（5）減小相鄰構(gòu)件受力采用屈曲約束支撐，支撐受拉

5、與受壓承載力差異很小，可大大減小與支撐相鄰構(gòu)件的內(nèi)力（包括基礎(chǔ)），減小構(gòu)件截面尺寸，降低結(jié)構(gòu)造價(jià)。不足：在安裝屈曲約束支撐的部位，也少不了影響使用空間，影響采光和觀瞻。施工中，節(jié)點(diǎn)連接處理是個(gè)關(guān)鍵，也是個(gè)難點(diǎn)，處理不好可能導(dǎo)致屈曲約束支撐起不到耗能的作用。傳統(tǒng)屈曲約束支撐存在自重過(guò)大、構(gòu)造復(fù)雜、某些部位容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的問(wèn)題。各種不同類型的屈曲約束支撐都有各自的專利權(quán)，比如臺(tái)北縣政府大樓改造和美國(guó)鹽湖城Bennett聯(lián)邦大樓抗震加固工程均使用的是日本新日鐵公司的產(chǎn)品，均支付了很高的費(fèi)用。屈曲約束支撐專利權(quán)的存在又在一定程度上制約了它更廣泛的使用。2、類型（1）承載型屈曲約束支撐：作為承載構(gòu)件使

6、用，指通過(guò)引入屈曲約束機(jī)制來(lái)提高支撐構(gòu)件的設(shè)計(jì)承載力，保證支撐在屈服前不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞，從而充分發(fā)揮鋼材強(qiáng)度，稱之為“承載型屈曲約束支撐”（2）耗能型屈曲約束支撐：作為耗能構(gòu)件使用，指在彈性階段利用屈曲約束的原理來(lái)提高支撐的設(shè)計(jì)承載力，在彈塑性階段利用芯板鋼材的拉壓屈服滯回來(lái)耗能的消能減震結(jié)構(gòu)構(gòu)件，稱之為“耗能型屈曲約束支撐”（3）屈曲約束支撐型阻尼器：作為拉壓屈服型軟鋼阻尼器使用，一般控制在小震屈服，稱之為“屈曲約束支撐型阻尼器”3、設(shè)計(jì)要點(diǎn)屈曲約束支撐有三種承載力，即設(shè)計(jì)承載力、屈服承載力與極限承載力，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中適用于不同的情況。（1）設(shè)計(jì)承載力屈曲約束支撐的設(shè)計(jì)承載力是按下式計(jì)算得到的

7、：式中，A一屈曲約束支撐芯材截面面積：f一芯材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按照下表確定：芯板鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值芯材型號(hào)/(N/mm2)BLY16025BLY223剛QJ95175Q235213屈服承載力屈服承載力用于結(jié)構(gòu)的彈塑性分析，為屈曲約束支撐首次進(jìn)入屈服的軸向力，是按下式計(jì)算得到的：式中，A一屈曲約束支撐芯材截面面積：fy芯材屈服強(qiáng)度，按照下表確定：芯板鋼材的屈服強(qiáng)度材料型號(hào)BLYI60ELY225Q95195Q235235極限承載力國(guó)家規(guī)范中規(guī)定的鋼材強(qiáng)度為下限，計(jì)算屈曲約束支撐極限承載力時(shí)應(yīng)考慮鋼材的超強(qiáng)系數(shù)，且屈曲約束支撐的芯材在地震作用下拉壓屈服會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)，考慮應(yīng)變強(qiáng)化后，支撐的最大承載力為

8、極限承載力，可按下式計(jì)算：式中，Ry芯板鋼材的超強(qiáng)系數(shù)，根據(jù)下表確定；w一應(yīng)變強(qiáng)化調(diào)整系數(shù),根據(jù)下表確定；Nby一屈曲約束支撐屈服承載力。(4)外套筒抗彎剛度要求為保證承載型屈曲約束支撐在軸力作用下不發(fā)生整體失穩(wěn)，其套筒抗彎剛度應(yīng)滿足下式要求：捕料型號(hào)耳1.142ABLY225L6Q1951.15Q2351.15或式中，I一屈曲約束支撐套筒的弱軸慣性矩；E一套筒鋼材彈性模量；1一支撐長(zhǎng)度；Nby一承載型屈曲約束支撐的屈服承載力。為保證耗能型屈曲約束支撐在大震作用下不發(fā)生整體失穩(wěn)，其套筒抗彎剛度應(yīng)滿足下式要求：或式中，I一屈曲約束支撐套筒的弱軸慣性矩；E一套筒鋼材彈性模量；1一支撐長(zhǎng)度；Nbu耗

9、能型屈曲約束支撐的極限承載力。屈曲約束支撐型阻尼器的外套筒抗彎剛度要求可參考耗能型屈曲約束支撐。連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)對(duì)于高強(qiáng)螺栓型連接節(jié)點(diǎn)，應(yīng)保證與屈曲約束支撐相連節(jié)點(diǎn)在地震作用下不發(fā)生滑移，其連接高強(qiáng)度摩擦型螺栓的數(shù)量珂可由下式確定：式中，nf傳力摩擦面數(shù)目；m摩擦面的抗滑移系數(shù)；P每個(gè)高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力；N連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)用屈曲約束支撐承載力代表值，對(duì)承載型屈曲約束支C撐為屈服承載力Nb:對(duì)耗能型屈曲約束支撐和屈曲約束支撐型阻尼器為極限承by載力Nbu。摩擦面的抗滑移系數(shù)值連接處構(gòu)杵的鋼號(hào)構(gòu)件襲面的址理方袪Q195Q235Q345BLY160HLY225(丸)0.40045CJ5035每個(gè)高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉

10、力P值(kN)式要求：對(duì)承載型:對(duì)于耗能型和阻尼器：%沁式中，Nby一承載型屈曲約束支撐的屈服承載力；Nbu一耗能型屈曲約束支撐的極限承載力。U當(dāng)節(jié)點(diǎn)與支撐采用對(duì)接焊縫連接時(shí)，節(jié)點(diǎn)鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)不低于屈曲約束與節(jié)點(diǎn)相連端鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。(6)小震驗(yàn)算不同類型的屈曲約束支撐有不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對(duì)承載型屈曲約束支撐和耗能型屈曲約束支撐,在小震階段只要屈曲約束支撐在風(fēng)載或小震作用下與其它靜力荷載的基本組合的最大軸力值(受拉或者受壓)小于屈曲約束支撐的設(shè)計(jì)承載力Nb,即滿足設(shè)計(jì)要求。式中，N屈曲約束支撐在風(fēng)載或小震作用下與其它靜力荷載的基本組合的最大軸力值（受拉或者受壓）；Nb屈曲約束支撐的設(shè)計(jì)承載

11、力。對(duì)屈曲約束支撐型阻尼器，由于設(shè)計(jì)時(shí)在小震階段其芯板鋼材就已經(jīng)進(jìn)入屈服耗能；因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制在“小震屈服”（7）中震和大震驗(yàn)算由于承載型屈曲約束支撐在抗震設(shè)計(jì)中的性能目標(biāo)應(yīng)達(dá)到“中震不屈服，大震不屈曲”因此，對(duì)承載型屈曲約束支撐應(yīng)進(jìn)行“中震不屈服”的設(shè)計(jì)，同時(shí)還應(yīng)滿足大震下不屈曲的性能目標(biāo)要求。耗能型屈曲約束支撐由于在中震和大震下其芯板要進(jìn)入屈服,通過(guò)芯板的拉壓滯回來(lái)耗能；因此，此兩階段的驗(yàn)算要采用彈塑性分析方法。目前的彈塑性分析方法主要有靜力彈塑性分析方法和動(dòng)力彈塑性分析方法,耗能型屈曲約束支撐的滯回模型可選用如下圖所示的雙線性恢復(fù)力模型。屈曲約束支撐雙線性恢復(fù)力模型其中，Bb一屈曲約束

12、支撐屈服承載力；dy屈曲約束支撐初始塑性變形；byyk一屈曲約束支撐的剛度；可按照后k=（EA）/I取值；E一鋼材彈性模量；Aee一屈曲約束支撐芯板考慮軸向變剛度后等效截面積；1一支撐長(zhǎng)度；q芯板鋼材的強(qiáng)化系數(shù)，可取為1%。對(duì)屈曲約束支撐型阻尼器，由于在中震和大震作用下阻尼器早已進(jìn)入屈服,因此，其變形能力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。4、國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展和工程應(yīng)用現(xiàn)狀（1）TJ型屈曲約束支撐是同濟(jì)大學(xué)研發(fā)、上海藍(lán)科鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司總經(jīng)銷，具有完全獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、已在上海世博中心、上海虹橋交通樞紐磁浮車站、東方體育中心、阿富汗Marriot酒店等多個(gè)重大工程中應(yīng)用的成熟產(chǎn)品。TJ型屈曲約束支撐通過(guò)多

13、年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一套完整、成熟的設(shè)計(jì)、加工、安裝體系，且已通過(guò)IS09001質(zhì)量管理體系論證。（2）上海藍(lán)科建筑減震科技有限公司宮海，同濟(jì)大學(xué)王彥博等人為了研究腹板開(kāi)孔H型鋼預(yù)埋件受力性能，采用ABAQUS軟件對(duì)該類節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了大量的研究。提出了：腹板開(kāi)孑LH型鋼預(yù)埋件的整體受力性能優(yōu)于錨固式埋件節(jié)點(diǎn)，通過(guò)改變H型鋼的長(zhǎng)度、厚度與開(kāi)孔寬度，該類型連接的承載力可達(dá)20005000KN。（3）屈曲約束支撐對(duì)已有的結(jié)構(gòu)的加固并不僅僅局限于鋼結(jié)構(gòu)體系，還可以運(yùn)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。美國(guó)UniversityofSouthernCalifornia在一座未滿足現(xiàn)行美國(guó)規(guī)范抗震設(shè)計(jì)要求的教學(xué)樓進(jìn)行加固處理。

14、（4）2004年CoreBrace公司將屈曲約束支持運(yùn)用于OSHPD項(xiàng)目中，并在UCSD做了目前規(guī)模最大的屈曲約束支撐試驗(yàn)以及工程項(xiàng)目的技術(shù)支持（試驗(yàn)施加于支撐的軸力達(dá)到4892.8KN，超過(guò)美國(guó)的規(guī)范的規(guī)定）。最近日本提出屈曲約束支撐也可以用于屋架和網(wǎng)架、網(wǎng)殼等空間結(jié)構(gòu)。在這些結(jié)構(gòu)局部受力較為不利位置，引入了屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)，將會(huì)改善其受力性能，起到提高承載力的作用。（5）承載型屈曲約束支撐：上海東方體育中心為2011年世界游泳錦標(biāo)賽而建，由三個(gè)主要場(chǎng)館組成：綜合館、游泳館、跳水館，其中屋蓋結(jié)構(gòu)為一個(gè)“半月”形平面室外跳水館，是上海東方體育中心的一大亮點(diǎn)。上海東方體育中心跳水館跳水館除端跨外

15、，其他各跨之間采用直徑100mm的鋼索連接，兩個(gè)端跨處采用了剛性連接，若采用普通鋼支撐，由于穩(wěn)定性能的需要，采用了直徑為300mm的圓鋼管，與其他各跨在建筑表現(xiàn)力性能較差，為解決既能剛性連接，又能減小外觀尺寸的問(wèn)題，采用了承載力為400kN的承載型屈曲約束支撐，外觀直徑200mm，基本解決了建筑和結(jié)構(gòu)的雙重難題。承壓型屈曲約束支撐安裝圖上海世博中心耗能型屈曲約束支撐：上海世博中心，該結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類，為提高結(jié)構(gòu)抗震性能，設(shè)置了屈曲約束支撐作為耗能構(gòu)件。d屈舶約束支揮複間布置(d)大空間豁檢飆向屈曲釣克支撐布童采用屈曲約束支撐后。由于地震作用的減小，不僅減少了結(jié)構(gòu)用鋼量，也減少了地基

16、基礎(chǔ)和節(jié)點(diǎn)連接的費(fèi)用。此外，罕遇地震作用下的動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析表明，采用耗能型屈曲約束支撐后，支撐耗能效果顯著，結(jié)構(gòu)大震作用下的層問(wèn)位移角滿足規(guī)范的要求。屈曲約束支撐阻尼器：上海董家渡1#倉(cāng)庫(kù)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震加固考慮設(shè)置屈曲約束支撐阻尼器以增大結(jié)構(gòu)的阻尼比，降低地震作用。上海董家渡1#倉(cāng)庫(kù)改造后效果圖屈曲約束支撐型阻尼器安裝照片4.4a偏心支撐鋼框架的有哪些類型？耗能機(jī)理如何？抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)和應(yīng)注意的問(wèn)題？國(guó)內(nèi)外工程應(yīng)用實(shí)例？與最新的耗能減震設(shè)計(jì)理念和技術(shù)相比，還存在哪些不足之處？答：偏心支撐框架(EBF)則充分利用支撐與柱、或支撐與支撐之間的梁段形成耗能梁段,是一種非常剛勁的結(jié)構(gòu)體系,具有極好

17、的耗能能力以抵抗大的地震影響,還可保護(hù)支撐斜桿免遭過(guò)早屈曲,相應(yīng)地延長(zhǎng)和有效地保持結(jié)構(gòu)抗震能力的持續(xù)時(shí)間,且可有效地節(jié)約鋼材。1、偏心支撐分類偏心支撐鋼框架的一個(gè)顯著特點(diǎn)是每一個(gè)支撐至少有一端是與梁相連接，支撐斜桿與梁、柱的軸線不是交匯于一點(diǎn)，而是偏心連接，梁中較短的一段形成一個(gè)先于支撐斜桿屈服的耗能梁段耗能梁段。常見(jiàn)的偏心支撐鋼框架形式如下圖所示：D形支揮K形支撐V形支撐Y形支撐其中D支撐框架通常用于跨度較小的部位（比如樓梯間），但為了保證整體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱反應(yīng),此類支撐應(yīng)成對(duì)布置;對(duì)于跨度較大的結(jié)構(gòu),通常采用另外三種式。特別是分K支撐框架，因其支撐本身的對(duì)稱性,且耗能梁段不直接與柱相連從而避免

18、了全彎矩框架的問(wèn)題，因此具有一定的優(yōu)點(diǎn)，甚至梁柱節(jié)點(diǎn)可以設(shè)計(jì)成鉸接。2、耗能機(jī)理耗能梁段是偏心支撐框架的保險(xiǎn)絲，當(dāng)?shù)卣饡r(shí)耗能梁段端部先于支撐和梁柱節(jié)點(diǎn)屈服，通過(guò)耗能梁段的非彈性變形耗能，而支撐不屈曲。利用耗能梁段在反復(fù)地震荷載作用下的良好的滯回耗能性能來(lái)耗散地震能量。下圖給出了兩種偏心支撐在水平荷載作用下梁的典型應(yīng)力分布情況：D支撐分-K支撐從圖中可知，耗能梁段在水平力作用下將承受很高的剪力、桿端彎矩及較低的軸向荷載，同時(shí)在耗能梁段以外的梁也承受了較大的桿端彎矩及軸向力。對(duì)于長(zhǎng)度較小的耗能梁段，隨著水平荷載的增加，在桿端彎曲破壞之前，往往在梁段內(nèi)產(chǎn)生剪切鉸，形成剪切梁段；對(duì)于長(zhǎng)度較大的耗能梁段

19、，其端部的彎矩值較大，在梁段剪切屈服前將產(chǎn)生彎曲屈曲。彎曲屈服型耗能梁段不宜用于支撐與柱之間的原因，除了是因?yàn)楹哪苄阅懿蝗缂羟行土憾沃猓€有一點(diǎn)是目前還沒(méi)有合適的節(jié)點(diǎn)連接。但是耗能兩端并不是越短越好，但耗能梁段越短，塑性變形越大，對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)能力的要求也越高，有可能導(dǎo)致過(guò)早的塑性破壞；而且整體框架的側(cè)向位移也對(duì)耗能梁段的轉(zhuǎn)動(dòng)能力提出了一定的要求，框架的位移轉(zhuǎn)角和耗能梁段的轉(zhuǎn)角關(guān)系具有一定的關(guān)系。因此耗能梁段也不能太短，有關(guān)資料認(rèn)為，當(dāng)梁段長(zhǎng)在11.3Mp/Vp時(shí)，該梁段對(duì)偏心支撐框架的承載力、剛度和耗能特別有效。從以上分析可知，梁耗能的關(guān)鍵是梁必須具有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，但同時(shí)也應(yīng)注意與耗能梁段相連

20、的其它構(gòu)件，一旦這些構(gòu)件首先破壞，設(shè)置支撐將毫無(wú)意義。3、抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)和應(yīng)注意的問(wèn)題（1）確定耗能梁段的長(zhǎng)度耗能梁段是偏心支撐框架塑性變形耗散能量的構(gòu)件，其耗能能力和梁段的長(zhǎng)度和構(gòu)造有關(guān)。剪切型梁段：a1.6Mp/Vp彎曲屈服型：a1.6Mp/Vp其中，a為耗能梁段凈長(zhǎng)度；Mp為梁段塑性抗彎強(qiáng)度；Vp為抗剪強(qiáng)度。從內(nèi)力分布可知，剪切型梁段由于剪力分布均勻，如不考慮局部高應(yīng)變，一旦形成剪切塑性鉸，該鉸的分布范圍將很大，甚至充滿整個(gè)梁段。也就是說(shuō)，剪切型梁段具有非常好的變形能力，因而可以耗散更多的能力，據(jù)Engelhardt和Povov分析，細(xì)部構(gòu)造合理的剪切型梁段，其轉(zhuǎn)動(dòng)角度可達(dá)0.1Rad，而

21、彎曲型梁段的轉(zhuǎn)角僅可達(dá)到0.02Rad。所以，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用剪切型梁段。在地震作用下，偏心支撐框架的支撐斜桿產(chǎn)生軸向力，軸力的水平分量會(huì)成為耗能梁段的周壓力，軸力較大時(shí)，不利于梁段的屈服后性能。所以，軸力較大時(shí)，應(yīng)該減小耗能梁段長(zhǎng)度：當(dāng)訊山16妙時(shí)，消能梁段的拴度應(yīng)符合下列規(guī)定：當(dāng)(AWA1)CL3時(shí)0.3時(shí)w1.15-0*%(仏小)丄6嘰/幾.:p=N/V式中p-消能梁段軸向力設(shè)計(jì)值與剪力設(shè)計(jì)值之比；XV分別為消能梁段的軸向力設(shè)計(jì)值和剪力設(shè)計(jì)値；Aw.4分別為梁段的腹板截面面積和全截面面積。耗能梁段承載力驗(yàn)算驗(yàn)算公式消能梁段的受剪承載力抗震驗(yàn)算按下列公式遲行：(9-14a)(9146j當(dāng)/

22、Vw0-】5期時(shí)，卩w護(hù)巧/了叭當(dāng)Ar0.15V時(shí)：W爭(zhēng)也/*f：式中v消能樂(lè)段的剪力設(shè)計(jì)值；r7HE系數(shù)，可取0跖消能梁段承載力抗震調(diào)整系數(shù)，取0.85:消能梁段N0A5Af時(shí)的受剪承載力.取試(9-15a)和(9-156較小值V=O,58Aw/,y丄=2/p/a(9-15：(g-iM仏一釉力設(shè)計(jì)值A(chǔ)T0J5V時(shí)，計(jì)人軸力影響的消能梁段的受勇哦截力,取式頭16。)和(9-1齢)的較小值：K=0.5MJ町7T二厶=2.4叫商/()/口(9-1紀(jì)式中%消能槃廉的全塑性受彎蜃載力；叫二時(shí)(9-Wp消能梁段的朝性截面模最；扌、A,一分別為消能逛段鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)俏和屈服強(qiáng)度；A.仏一分別為消能篥段

23、截面曲秧和腹板的截面面積；二(hr2ti)tv(9-U)“、h、分別為消能梁段的長(zhǎng)度、截血髙度、腹板厚度和翼緣厚啜偏心支撐其他桿件內(nèi)力設(shè)計(jì)及驗(yàn)算a、偏心支撐其他桿件內(nèi)力設(shè)計(jì)值為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱、強(qiáng)梁、強(qiáng)支撐、若耗能梁段的目標(biāo)，柱、梁和支撐設(shè)計(jì)值應(yīng)取耗能梁段剪切屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的內(nèi)力乘以增大系數(shù)：*叨力設(shè)計(jì)值和V0J5Afnf的嗖:旳何潯矩計(jì)界值和增丈匠的彎矩迓fMi分別為消能梁殿的-分別肯柱的繭不利紐合吧、嘰分別為拄的最不利組合棘力計(jì)算值和增大后的軸力設(shè)計(jì)值；-WUwb分別為與消能菜段同跨內(nèi)框架梁的最卓利組含彎患計(jì)算值和壇大后的彎矩設(shè)汁值；昨分別為與消能梁段同一跨內(nèi)框架梁的最不利組合剪力計(jì)算值和增大厲的曲

24、力設(shè)計(jì)值；皚、分別為支撐斜桿的嚴(yán)不利組合軸力計(jì)算值和增大后的軸力設(shè)計(jì)值；環(huán)、張分別肉柱內(nèi)力增大系數(shù)和梁內(nèi)力增大系數(shù)設(shè)附烈度期8囉及8度及以下時(shí)不小于1上，9度時(shí)不小于1幣；卯一一支薦斜桿的軸力增大系數(shù)，渝防烈度為B度及8度及以卜時(shí)不小于149度時(shí)不小Th50(2)當(dāng)消能梁段的軸力SinnAf0.154faj,J19-19),l頭N),(9-2!)憶用計(jì)人軸力匪響的消能黑段前受列祇離力代辭。b、與耗能梁段同一跨梁的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算梁的抗彎強(qiáng)度按下武驗(yàn)算:(9-1Mk式中M-統(tǒng)%軸的彎矩設(shè)計(jì)值；wnt一f截面蠟性發(fā)展系數(shù)：-對(duì)實(shí)軸的降截面抵抗矩，卄F迥軟和沓則按下忒腕禪梃鑒蜓的穩(wěn)定:（9_鋼材抗彎

25、強(qiáng)度設(shè)計(jì)值族設(shè)計(jì)比應(yīng)除府載力抗?fàn)钫麆┝诵?+75,和梟梁設(shè)叫剛件怖板川可不貓穩(wěn)加式中機(jī)一加*映映;海粉如曲漪c、支撐斜桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算臥1式中支揮桿件軸力設(shè)計(jì)值常A”-吩別為桿件毛裁面面稅和凈截面面秋；/鋼材的抗壓.骯拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值*抗桎設(shè)計(jì)時(shí)./應(yīng)除眞載力抗克碣整系KZjtE，取U.KO;平一軸心受斥溝件幣體銳定系數(shù).按（鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定農(nóng)用.式（9-9和式“也站用于榊心覺(jué)壓柱的強(qiáng)度州憶定臉?biāo)悖?）設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題a、設(shè)置加勁肋在剪切型耗能梁段的腹板設(shè)置加勁肋可以使腹板的抗剪能力得到加強(qiáng),從而推遲了梁腹板剪切屈服的開(kāi)始,使梁轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍更大。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意,加勁肋與梁腹板同高且在梁段內(nèi)等距

26、離布置。對(duì)于高度大于600mm的梁，加勁肋在腹板兩側(cè)成對(duì)布置;當(dāng)梁高小于600mm時(shí)，可僅在一側(cè)設(shè)置加勁肋。加勁肋必須采用角焊縫與梁相連，與梁腹板焊縫的強(qiáng)度須大于或等于加勁肋的豎向名義抗拉強(qiáng)度，與梁翼緣焊縫的強(qiáng)度須大于或等于加勁肋的豎向名義抗拉強(qiáng)度的25%。b、耗能梁段的側(cè)向支撐耗能梁段的每一端必須設(shè)置側(cè)向支撐以限制耗能梁段及其以外的梁段的側(cè)向扭轉(zhuǎn),同時(shí)保證偏心支撐不偏離于框架平面。否則,一旦偏心支撐受壓時(shí),其端部將產(chǎn)生平面外彎矩,對(duì)梁產(chǎn)生一定的扭轉(zhuǎn)作用,受扭的梁段耗能能力將降低。考慮到樓面并不能對(duì)梁上翼緣提供足夠的側(cè)向抗扭剛度,側(cè)向支撐應(yīng)在梁上下翼緣同時(shí)布置,并且要保證側(cè)向支撐能夠承擔(dān)相當(dāng)于

27、梁翼緣名義強(qiáng)度6%的設(shè)計(jì)荷載。C、耗能梁段與柱的拼接對(duì)于耗能梁段直接與柱相連的框架,AISC提出了特殊的要求,認(rèn)為只有剪切型梁段才能采用這種連接方式,節(jié)點(diǎn)拼接時(shí),梁段翼緣必須采用深熔焊縫與柱相連且梁段腹板也必須與柱上的外伸節(jié)點(diǎn)板相焊接才能充分傳遞梁上的剪力、軸力和彎矩,而不能采用栓接腹板的連接方式（見(jiàn)下圖）,因?yàn)樗ń庸?jié)點(diǎn)在循環(huán)剪力作用下,螺栓將產(chǎn)生相對(duì)的滑移,使梁翼緣與柱連接焊縫處產(chǎn)生局部高應(yīng)變,最終導(dǎo)致翼緣與柱連接焊縫開(kāi)裂。而彎曲型梁段由于梁端彎矩很大,普通的抗彎框架節(jié)點(diǎn)難以承受相應(yīng)的塑性鉸的轉(zhuǎn)動(dòng),因此一般不宜采用耗能梁段與柱直接拼接。d、耗能梁段外其它構(gòu)件的性能要求鋼框架設(shè)置偏心支撐的目的

28、是把耗能梁段作為一個(gè)“保險(xiǎn)絲”,即耗能梁段能耗散很多甚至全部由地震產(chǎn)生的能量。但耗能梁段的剪力將在偏心支撐及節(jié)點(diǎn)外梁段中產(chǎn)生較大的軸力和剪力。為達(dá)到設(shè)計(jì)目的,在耗能梁段達(dá)到其最大承載力時(shí)必須保證這一部分構(gòu)件在彈性范圍內(nèi)。AISC認(rèn)為，耗能梁段外的梁應(yīng)能承受1.25倍梁段名義強(qiáng)度引起的軸力、剪力和彎矩。另外,為防止節(jié)點(diǎn)外梁承受大的軸力,偏心支撐與梁的角度應(yīng)不小于35。梁段與支撐的節(jié)點(diǎn)按支撐的名義強(qiáng)度設(shè)計(jì)。在多層輕鋼框架中,為便于安裝,可將節(jié)點(diǎn)設(shè)為鉸接,但節(jié)點(diǎn)板上必須附加抗彎或雙層焊接加強(qiáng)板,因?yàn)樵谌毡疽粋€(gè)6層足尺偏心支撐框架中發(fā)現(xiàn)有類似節(jié)點(diǎn)的破壞。如采用剛性節(jié)點(diǎn),一般是把支撐和梁直接焊接,但不能

29、伸入到耗能梁段內(nèi)。設(shè)計(jì)中應(yīng)避免柱的非彈性性能,因?yàn)檫@種反應(yīng)影響了重力結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性,對(duì)有支撐的框架跨中的柱,應(yīng)保證有足夠的強(qiáng)度承擔(dān)重力作用及1.25倍耗能梁段名義剪力引起的彎矩和軸力。4、國(guó)內(nèi)外工程應(yīng)用實(shí)例中國(guó)工商銀行總行營(yíng)業(yè)辦公樓工程中國(guó)工商銀行總行營(yíng)業(yè)辦公樓工程結(jié)構(gòu)為鋼框架偏心支撐體系，總高度54.7米，建筑面積9.6萬(wàn)平方米，鋼結(jié)構(gòu)用鋼量8000噸。中國(guó)工商銀行總行辦公樓（12層、高48.3m）,由于柱網(wǎng)大且不規(guī)則，需要支撐協(xié)同工作，采用了適量的延性較好的偏心支撐是比較合理的。中國(guó)國(guó)際貿(mào)易中心三期主塔樓核心筒采用了由組合柱、鋼梁和鋼斜撐組成的組合支撐框架方案，為了在嚴(yán)格的側(cè)向剛度要求下

30、提供更多的延性機(jī)制，同時(shí)也為了適應(yīng)洞口和管道的需要，核心筒結(jié)構(gòu)即采用了中心斜撐也采用了偏心斜撐。5、與最新的耗能減震設(shè)計(jì)理念和技術(shù)相比，還存在的不足（1）偏心支撐鋼框架的耗能梁段屬于金屬屈服型耗能阻尼器，相對(duì)黏滯型阻尼器（黏性或黏彈性材料制作），黏滯型阻尼器從小振幅到大振幅都可以產(chǎn)生阻尼耗能作用，而金屬屈服型耗能阻尼器只有在較大振幅時(shí)，金屬屈服才會(huì)發(fā)揮其耗能作用；（2）意大利學(xué)者M(jìn)arioni首先研制電感應(yīng)耗能器，其基本原理是將震動(dòng)所產(chǎn)生的地面運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部電流，再通過(guò)電流短路的方式將電能轉(zhuǎn)化為熱能散掉從而保證結(jié)構(gòu)的安全，電感應(yīng)耗能器工作性能好，耗能但一般不發(fā)生破壞。而鋼梁耗能段是利用其塑性變

31、形耗能的，是以耗能梁段的先破壞來(lái)保護(hù)結(jié)構(gòu)的，破話后需要修復(fù)或更換；（3）利用粘滯流體阻尼器耗能減震。利用活塞推動(dòng)油缸中的油通過(guò)節(jié)流孔而產(chǎn)生阻尼力。再通過(guò)控制油的粘度來(lái)設(shè)計(jì)出不同性能的阻尼器，耗能能力比較容易掌握。偏心支撐框架的耗能梁段主要依靠鋼梁腹板剪切變形耗能，其耗能能力無(wú)法準(zhǔn)確把握。4.5b你了解哪些結(jié)構(gòu)抗震“保險(xiǎn)絲”既念、構(gòu)造和結(jié)構(gòu)體系？請(qǐng)綜述其特點(diǎn)、最新研究進(jìn)展和工程應(yīng)用現(xiàn)狀。（重點(diǎn)闡述有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)容,選答本題有附加分）1、概念所謂抗震“保險(xiǎn)絲”的概念實(shí)際上就是一種可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)中的可更換結(jié)構(gòu)構(gòu)件就是典型的抗震“保險(xiǎn)絲”，這是一種耗能抗震構(gòu)件，它的作用如同保險(xiǎn)絲，一旦發(fā)生地震，它將是主要受力點(diǎn)，最大限度消耗地震能量，減少變形，確保建筑安全。它可以在地震時(shí)保護(hù)結(jié)構(gòu)不受破壞,也能幫助人們?cè)诖蟮卣鹬蟊M快恢復(fù)正常生活,是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)理想的新方向。2、結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)中主要包括可更換結(jié)構(gòu)構(gòu)件,搖擺結(jié)構(gòu),以及自復(fù)位結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)體系。（1）搖擺框架和搖擺墻系統(tǒng)研究人員在震害觀測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),一些地震中伴有基礎(chǔ)抬升或者結(jié)構(gòu)搖擺的房屋,在地震后,其結(jié)構(gòu)功能沒(méi)有受到破壞.因此,結(jié)構(gòu)工程界開(kāi)始了一系列搖擺結(jié)構(gòu)體系的研究.搖擺結(jié)構(gòu)體系不是利用結(jié)構(gòu)樓層本身的變形來(lái)耗散地震能量,而是通過(guò)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的搖擺,將變形集中在搖擺界面上,并在這些部位設(shè)置耗能構(gòu)件。搖擺墻是采用特殊構(gòu)造、底部