超詳細(xì)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計全流程解析

超詳細(xì)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計全流程解析

隨著鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的急劇增長，結(jié)構(gòu)形式日益豐富，不同的結(jié)構(gòu)體系和截面特性的

鋼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)延性差異較大，為貫徹國家提出的“鼓勵用鋼、合理用鋼"的經(jīng)濟政策,

根據(jù)現(xiàn)行？建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?GB500n（簡稱“抗規(guī)〃）及？構(gòu)筑物抗震設(shè)計標(biāo)

準(zhǔn)?GB50191規(guī)定的抗震設(shè)計原那么，針對鋼結(jié)構(gòu)特點，？鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?GB50017-

2021（簡稱“新鋼標(biāo)”）增加了鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計內(nèi)容.根據(jù)性能設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)，

其抗震設(shè)計準(zhǔn)那么為：驗算本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震作用的構(gòu)件承載力和結(jié)構(gòu)

彈性變形（小震不壞）、根據(jù)其延性驗算設(shè)防地震作用下的承載力（中震可修）、驗

算罕遇地震作用的彈塑性變形（大震不倒）.對于很多結(jié)構(gòu)，地震作用并不是結(jié)構(gòu)設(shè)計

的主要限制因素,其構(gòu)件實際具有的受震承載力很高，因此,抗震構(gòu)造可適當(dāng)?shù)慕档?從

而降低能耗,節(jié)省造價.抗震設(shè)計的本質(zhì)是限制地震施加給建筑物的能量,彈性變形與

塑性變形（延性）均可消耗能量.在能量輸入相同的條件下，結(jié)構(gòu)延性越好，彈性承載力

要求越低，反之,結(jié)構(gòu)延性差,那么彈性承載力要求高,在新鋼標(biāo)中簡稱為“高延性-低

承載）｝"和“低延性-高承載力〃兩種抗震設(shè)計思路，均可達成大致相同的設(shè)防目標(biāo).

結(jié)構(gòu)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的延性等級確定對應(yīng)的地震作用設(shè)計方法，稱為“性能化設(shè)計方

法”.

結(jié)構(gòu)遵循現(xiàn)有的抗震標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,采用的也是某種性能化設(shè)計的手段,不同點僅在

于地震作用按小震設(shè)計意味著延性僅有一種選擇，由于設(shè)計條件及要求的多樣化，實際

工程根據(jù)某類特定延性的要求實施,有時將導(dǎo)致設(shè)計不合理,甚至難以實現(xiàn).大局部鋼

結(jié)構(gòu)由薄壁板件構(gòu)成,針對結(jié)構(gòu)體系的多樣性及其不同的設(shè)防要求,采用合理的抗震設(shè)

計思路才能在保證抗震設(shè)防目標(biāo)的前提下減少結(jié)構(gòu)的用鋼量.雖然大局部多高層結(jié)構(gòu)

適合采用高延性-低承載力的設(shè)計思路，但是對于多層鋼框架結(jié)構(gòu),在低烈度區(qū),采用低

延性-高承載力的抗震思路可能更合理，單層工業(yè)廠房也更適合采用低延性-高承載力

的抗震設(shè)計思路.對于高烈度區(qū)的結(jié)構(gòu)及較高的鋼框架結(jié)構(gòu),設(shè)計中不應(yīng)采用低延性結(jié)

構(gòu)，建議采用高延性-低承載力的抗震設(shè)計思路.

性能化設(shè)計的核心思想，即通過：“高延性-低承載力”或“低延性-高承載力〃的抗

震設(shè)計思路,在結(jié)構(gòu)的延性和承載力之間找到一個平衡點，到達最優(yōu)設(shè)計結(jié)果,對高延

性結(jié)構(gòu)可適當(dāng)放寬承載力要求，對高承載力結(jié)構(gòu)可適當(dāng)放寬延性要求.注意：如果根據(jù)

新鋼標(biāo)的抗震性能做了設(shè)計，就無需再滿足抗規(guī)及?構(gòu)筑物抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?GB50191規(guī)

定的特定結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求及規(guī)定.

本文系統(tǒng)梳理性能設(shè)計，同時結(jié)合算例展示PKPM軟件如何實現(xiàn)對于鋼結(jié)構(gòu)性能設(shè)計的

實現(xiàn)及對新鋼標(biāo)中支撐產(chǎn)生的不平衡力對梁設(shè)計的影響.

1.新鋼標(biāo)對性能設(shè)計的相關(guān)要求

1.1抗震性能設(shè)計的性能等級和目標(biāo)確實定

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能化設(shè)計根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度、場地條件、結(jié)構(gòu)

類型和不規(guī)那么性,結(jié)構(gòu)構(gòu)件在整個結(jié)構(gòu)中的作用、使用功能和附屬設(shè)施功能的要求、

投資大小、震后損失和修復(fù)難易程度等，經(jīng)綜合分析、比擬后選定其抗震性能目標(biāo).鋼

標(biāo)對構(gòu)件塑性耗能區(qū)的抗震承載性能等級及其在不同地震動水準(zhǔn)下的性能目標(biāo)的劃分

根據(jù)如以下圖1進行的劃分.

求裁性能觸斑動水推

等緘多遇膽震沒防地震早遇地直

性熊1完好完好根本完好

~完好

件能2根本完好根本亮好一稍微變形

實際承我力滿足而性儺系數(shù)

性他31完好釋微空監(jiān)

的四求

震際承載力淹足較高拄能系

性能」酶“輕傲變形…中等變形

短的要求

實際承黃力滿足中性能系數(shù)

完好中等變毋

的要求

實際承教力猴足抵性能系數(shù)

性能6根本完好中等變解一粘著變招

的愛求

雯際承技力滿足最眥性能系

性能？根本完好顯著變形

數(shù)的要求-

▲圖1構(gòu)件塑性耗能區(qū)的抗震承載性能等級和目標(biāo)

1.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件最低延性等級確實定

根據(jù)新鋼標(biāo)要求,結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點的延性等級應(yīng)根據(jù)設(shè)防類別和塑性耗能區(qū)最低承載

性能等級根據(jù)以下圖2所示的方法確定，確定不同設(shè)防類別不同性能目標(biāo)下的構(gòu)件延

性等級.

塞性耗能區(qū)最低承載性能等掇

設(shè)防費朝

性能1性能￡性能3性能4性能5性能6性能7

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適度設(shè)防類

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標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防美師類）r級W綻瓜級□級1級

重點設(shè)防類憶麴V畿國皴班級1[線1級—

特殊設(shè)防類（甲[E

N豫IW1級—-n

類）綠

▲圖2結(jié)構(gòu)構(gòu)件最低延性等級

1.3結(jié)構(gòu)構(gòu)件的板件寬厚比限值的限制根據(jù)圖2確定出結(jié)構(gòu)構(gòu)件最低的延性等級,再

根據(jù)圖3規(guī)定對不同延性等級的相應(yīng)要求,確定對應(yīng)的寬厚比等級,再采取相應(yīng)的抗震

構(gòu)造舉措.

結(jié)構(gòu)構(gòu)件延忤等級IV級II級1級

栽面板件寬厚比他低等級CC1S3S2S]

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Vpb（未設(shè)矍縱向加勁物］玄Q,5”

▲圖3構(gòu)件延性等級對應(yīng)的塑像耗能區(qū)截面板件寬厚比等級

1.4結(jié)構(gòu)塑性耗能區(qū)不同承載性能等級對應(yīng)的性能系數(shù)最小值

新鋼標(biāo)對框架結(jié)構(gòu)、中央支撐結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的塑性耗能區(qū)不同承載

性能等級對應(yīng)的性能系數(shù)最小值根據(jù)圖4要求執(zhí)行，對于不規(guī)那么結(jié)構(gòu)的塑性耗能區(qū)

構(gòu)件性能系數(shù)最小值,宜比規(guī)那么結(jié)構(gòu)增加15%?50%

承載性能等級性能】性能2性能3性能4性能與性能6性能7

性能系數(shù)最小值L109070aS50.350.28

▲圖4規(guī)那么結(jié)構(gòu)塑性耗能區(qū)不同承載性能等級對應(yīng)的性能系數(shù)最小值

1.5性能設(shè)計對于框架柱長細(xì)比的構(gòu)造要求

根據(jù)新鋼標(biāo)相關(guān)要求,對于框架柱的長細(xì)比限值限制根據(jù)圖5的要求執(zhí)行,根據(jù)確定的

延性等級進行相應(yīng)的長細(xì)比限值限制.

[V稅1線，口級,01級

I結(jié)構(gòu)梅件延性等級

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▲圖5框架柱長細(xì)比限值要求

1.6柱節(jié)點域受剪正那么化長細(xì)比限值限制

框架結(jié)構(gòu)梁柱采用剛接連接時,H形和箱形截面柱的節(jié)點域受剪正那么化寬厚比入ns

限值應(yīng)符合圖6規(guī)定的要求執(zhí)行.

結(jié)構(gòu)構(gòu)件選性等級1級，U級in級IVSV級

0,40.&0.B1.3

▲圖6H形和箱形截面柱節(jié)點域受剪正那么化寬厚比入ns限值

1.7支撐結(jié)構(gòu)與框架一支撐結(jié)構(gòu)支撐長細(xì)比及寬厚比等級的限制

鋼結(jié)構(gòu)性能設(shè)計對支撐構(gòu)件的長細(xì)比、截面板件寬厚比限值等的限制均依據(jù)結(jié)構(gòu)

構(gòu)件的延性等級.對長細(xì)比、板件寬厚比限值限制根據(jù)圖7執(zhí)行.

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▲圖7支撐長細(xì)比、截面板件寬厚比等級

2.使用軟件實現(xiàn)新鋼標(biāo)性能設(shè)計的完整流程

根據(jù)新鋼標(biāo)的要求,要實現(xiàn)完整的鋼結(jié)構(gòu)性能設(shè)計,需要遵循以下的設(shè)計流程.

2.1多遇地震下承載力與變形驗算

對設(shè)計高度低于100m的鋼結(jié)構(gòu)進行多遇地震作用下的驗算，驗算內(nèi)容包含結(jié)構(gòu)承載力

及側(cè)向變形是否滿足抗規(guī)要求，即查看結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度應(yīng)力比、穩(wěn)定應(yīng)力比等是否均

滿足新鋼標(biāo)要求，同時查看結(jié)構(gòu)在風(fēng)和地震作用下的彈性層間位移角是否均滿足抗規(guī)

及新鋼標(biāo)1/250的要求.只有在滿足小震下承載力和變形的情況下才能進行抗震性能

設(shè)計.如果此時構(gòu)件的寬厚比、高厚比及長細(xì)比均不滿足抗震標(biāo)準(zhǔn)的要求，那么有必要

進行性能設(shè)計.如果根據(jù)對應(yīng)鋼標(biāo)的某性能目標(biāo)設(shè)計，滿足了中震下承載力要求,可以

根據(jù)對應(yīng)的寬厚比等級及延性等級放松寬厚比、高厚比及長細(xì)比的限制.

2.2確定結(jié)構(gòu)塑性耗能區(qū)的性能等級

結(jié)合設(shè)計的結(jié)構(gòu)高度及設(shè)防烈度,初步確定塑性耗能區(qū)承載性能等級范圍,根據(jù)圖8

的參考表選擇,然后可初步在性能等級范圍內(nèi)選擇確定某一個具體的性能等級,根據(jù)

確定的性能等級可以進行后續(xù)的參數(shù)確定及相關(guān)設(shè)計.圖8的該表可未必嚴(yán)格執(zhí)行,

實際工程中可以根據(jù)實際情況做微調(diào).

設(shè)胡烈度單層H令m50mVHqL

&度儂源戢性能3?7性能4?7性能

7度2,10小性能3-7性能5?7性能6??

7度<0.1~g)性能〃性能5-7性能6-7

名度啟觀審性能1-7性能B?7性能7

▲圖8塑性耗能區(qū)承載性能等級參考選用表

2.3確定構(gòu)件的延性等級

結(jié)合某一確定的性能等級及結(jié)構(gòu)設(shè)防類別,可以根據(jù)鋼標(biāo)表17.1.4-2確定出結(jié)構(gòu)構(gòu)

件的最低延性等級.在軟件中的參數(shù)選擇執(zhí)行“？鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)？GB50017-2021"如

圖9所示，同時根據(jù)確定的延性等級,直接填入如圖10所示的性能設(shè)計參數(shù)中.

碧等限制信息言給力I觸雉構(gòu)件犍型

郎短批阿荷攏值

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▲圖9選擇根據(jù)新鋼標(biāo)進行設(shè)計

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▲圖10鋼結(jié)構(gòu)性能設(shè)計相關(guān)參數(shù)填寫

2.4確定鋼標(biāo)性能設(shè)計的其他參數(shù)

2.4.1性能等級及性能系數(shù)確實定

根據(jù)確定的性能等級，程序會自動根據(jù)新鋼標(biāo)要求,即圖4的要求，自動確定最小的性

能系數(shù),設(shè)計師也可以對該最小的性能系數(shù)進行修改.該性能系數(shù)是對于結(jié)構(gòu)所有構(gòu)

件都限制的，根據(jù)新鋼標(biāo)17.1.5條的要求，對于框架結(jié)構(gòu)，同層框架柱的性能系數(shù)高

于框架梁,關(guān)鍵構(gòu)件的性能系數(shù)不應(yīng)低于一般構(gòu)件；同時新鋼標(biāo)17.1.5條文說明要求

對于關(guān)鍵構(gòu)件的性能系數(shù)不應(yīng)低于0.55,也就是說關(guān)鍵構(gòu)件的承載力性能等級最小不

能低于性能4.對于單構(gòu)件性能系數(shù)不同時的修改在后續(xù)“層塔屬性”及"特殊梁”

“特殊柱〃菜單下均可實現(xiàn)不同層次的修改.2.4.2中震地震影響系數(shù)最大值及中震

阻尼比

程序可以根據(jù)小震下的參數(shù)“地震烈度”自動確定中震下的地震影響系數(shù)最大值.中

震下程序默認(rèn)的阻尼比為2版根據(jù)新鋼標(biāo)17.2.1條第四條所述,對于彈塑性分析的阻

尼比可適當(dāng)增加，采用等效線性化方法不宜大于5%.如果使用彈塑性分析軟件進行了

結(jié)構(gòu)中震下的分析，可以根據(jù)輸出的每條地震波的能量圖，確定出每條地震波下結(jié)構(gòu)

中震彈塑性附加阻尼比.中震下的阻尼比可以取多條地震波中震計算的結(jié)構(gòu)彈塑性附

加阻尼比的平均值加上初始阻尼比.如圖11所示為SAUSAGE軟件計算的某框架結(jié)構(gòu)在

某條地震波中震下的能量圖及結(jié)構(gòu)彈塑性阻尼比情況.

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▲圖11某框架結(jié)構(gòu)中震下某條地震波能量圖及附加彈塑性阻尼比

2.4.3塑性耗能構(gòu)件剛度折減系數(shù)

鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的思路是進行塑性較機構(gòu)限制，由于非塑性耗能區(qū)構(gòu)件和節(jié)點的承載

力設(shè)計要求取決于結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)件塑性耗能區(qū)的性能,因此新鋼標(biāo)僅規(guī)定了構(gòu)件塑性

耗能區(qū)的抗震性能目標(biāo).對于框架結(jié)構(gòu)，除單層和頂層框架外,塑性耗能區(qū)宜為框架梁

端；對于支撐結(jié)構(gòu)，塑性耗能區(qū)宜為成對設(shè)置的支撐；對于框架-中央支撐結(jié)構(gòu)，塑性

耗能區(qū)宜為成對設(shè)置的支撐、框架梁端；對于框架-偏心支撐結(jié)構(gòu),塑性耗能區(qū)宜為耗

能梁段、框架梁端.結(jié)構(gòu)變形的完好指的是承載力設(shè)計值滿足彈性計算內(nèi)力設(shè)計值的

要求,根本完好是指承載力設(shè)計值滿足剛度適當(dāng)折減后的內(nèi)力設(shè)計值要求或承載力標(biāo)

準(zhǔn)值滿足要求,稍微變形指層間位移約為1/200時塑性耗能區(qū)的變形,顯著變形指層間

側(cè)移為1/50-1/40時,塑性耗能區(qū)的變形.

對于塑性耗能梁及塑性耗能支撐等構(gòu)件，設(shè)計人員可根據(jù)選定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能等級,

定義剛度折減系數(shù)，該剛度折減系數(shù)是針對中震模型下的,小震下不起作用.在SATWE

程序中，如果選擇框架結(jié)構(gòu),程序會自動判斷所有的主梁為塑性耗能構(gòu)件,定義的折減

系數(shù)對于所有的主梁兩端均起作用.如果是框架-支撐結(jié)構(gòu)體系,程序同時判斷默認(rèn)所

有的支撐構(gòu)件與梁均為耗能支撐，該折減系數(shù)同樣對兩者起作用.如果要修改塑性耗

能構(gòu)件單構(gòu)件的剛度折減系數(shù)可以在選擇如圖12所示的“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的性能目

標(biāo)”菜單下，進行單個構(gòu)件剛度折減系數(shù)的定義，塑性耗能支撐構(gòu)件默認(rèn)自動讀取前

面整體參數(shù)中定義的剛度折減系數(shù).

▲圖12根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)選擇單構(gòu)件性能目標(biāo)

2.4.4非塑性耗能區(qū)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)

根據(jù)新鋼標(biāo),對于框架結(jié)構(gòu)與框架-支撐中的非塑性耗能構(gòu)件需要進行中震下的承載

力驗算,驗算的時候?qū)τ谥姓鹣滤降卣鹱饔眠M行內(nèi)力調(diào)整，該調(diào)整系數(shù)與性能等級

及結(jié)構(gòu)體系有關(guān)，應(yīng)根據(jù)如圖13所示的公式即新鋼標(biāo)17.2.2-1進行計算.公式中的

Qmin的值根據(jù)對應(yīng)的性能等級確定.Be的取值根據(jù)圖7.3-8新鋼標(biāo)要求執(zhí)行.

川N自0(17.2.2T)

▲圖13新鋼標(biāo)17.2.2-1公式

A——水平地震作用非般性耗鑿區(qū)內(nèi)力調(diào)整系數(shù).塑性耗能區(qū)構(gòu)件應(yīng)取L0.其余構(gòu)

件不宜小于L1行,支撐系統(tǒng)應(yīng)按式C17.2,2-9）計算確定手

4）支撐系統(tǒng)的水平地震作用非塑性耗能區(qū)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)應(yīng)按下式計算；

詼汨=1」小門十0.了何）（17.2.2-9）

▲圖14新鋼標(biāo)對于非塑性耗能構(gòu)件Be確實定

注意：由于SATWE程序中結(jié)構(gòu)體系沒有支撐系統(tǒng),軟件對于所有的非塑性耗能構(gòu)

件的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)均根據(jù)1.Iny確定.

該處的非塑性耗能區(qū)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)是針對全樓的參數(shù)，但是實際工程中塑性耗能區(qū)對

于不同樓層新鋼標(biāo)要求是不同的.新鋼標(biāo)在17.2.5-3條中明確要求“框架柱應(yīng)該按

壓彎構(gòu)件計算,計算彎矩效應(yīng)和軸力時,其非塑性耗能區(qū)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)不宜小于1.Iny.

對框架結(jié)構(gòu),進行受剪計算時,剪力應(yīng)根據(jù)鋼標(biāo)17.2.5-5計算；計算彎矩效應(yīng)時,多高

層鋼結(jié)構(gòu)底層柱的非塑性耗能區(qū)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)不應(yīng)小于1.35.〃對于框架結(jié)構(gòu)底層柱

的“非塑性耗能區(qū)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)"SATWE程序默認(rèn)為1.35,無需設(shè)計人員填入.其他層

自動讀取性能設(shè)計參數(shù)中填入的‘'非塑性耗能區(qū)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)”.如果要根據(jù)樓層進

行該調(diào)整系數(shù)的修改，可在SATWE軟件“層塔屬性”下進行各類非塑性耗能構(gòu)件的內(nèi)

力調(diào)整系數(shù)定義,如圖15所示,當(dāng)然在此處也可以根據(jù)樓層進行不同的寬厚比等級、

性能等級及延性等級等的定義.

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▲圖15按樓層定

義各類

非塑性耗能構(gòu)件內(nèi)力調(diào)整系數(shù)

2.5確定構(gòu)件的寬厚比等級

根據(jù)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防類別及確定的性能等級,確定出對應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性等級，根據(jù)

鋼標(biāo)17.3.4確定對應(yīng)的板件寬厚比等級,并在SATWE軟件中選擇“梁、柱及支撐構(gòu)

件的寬厚比等級”，如圖10所示.

2.6小震模型與新鋼標(biāo)中震模型的計算及包絡(luò)

對于根據(jù)性能設(shè)計的結(jié)構(gòu),SATWE程序在“多模型限制信息”下會自動形成如圖16所

示“小震模型〃和“新鋼標(biāo)中震模型〃兩個模型，分別進行小震與中震下

的內(nèi)力分析與承載力計算,最終將包絡(luò)結(jié)果展示在主模型中.查看主模型計算結(jié)果,可

以看到在主模型下包絡(luò)了小震與中震模型的強度應(yīng)力比、穩(wěn)定應(yīng)力比、長細(xì)比、寬

厚比、軸壓比及實際性能系數(shù)等結(jié)果.軟件輸出的結(jié)果分別如圖17、圖18所示，如

果各項指標(biāo)有超限,在程序中會標(biāo)紅提示，如圖19所示的塑性耗能梁實際性能系數(shù)小

于指定的最小的性能系數(shù),不滿足要求程序顯紅.

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▲圖16多模型限制信息表

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▲圖17包絡(luò)輸出主模型下的強度、穩(wěn)定應(yīng)力比結(jié)果

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▲圖18主模型下包絡(luò)的寬厚比、高厚比及限值

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信用，

1|ft|Ml|第i層性能系數(shù)

▲圖19主模型下顯示的塑性耗能構(gòu)件實際性能系數(shù)

2.7中震下構(gòu)件承載力驗算

對于根據(jù)性能設(shè)計的結(jié)構(gòu),SATWE程序?qū)τ谧詣有纬傻闹姓鹉Ｐ瓦M行中震下地震作用

分析,同時根據(jù)鋼標(biāo)進行相關(guān)的構(gòu)件驗算及對應(yīng)的構(gòu)造限制.

中震下構(gòu)件承載力驗算時承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)進行計入性能系數(shù)的內(nèi)力組合效應(yīng)驗算,根

據(jù)圖20所示即新鋼標(biāo)17.2.3條公式進行驗算.其中Qi為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能系數(shù),注

意：不是最小的性能系數(shù),該系數(shù)需要考慮Be,Qi=Be*Qmin.

SRz=十十°45工￥上

▲圖20中震下構(gòu)件承載力驗算公式

對于梁、柱及支撐構(gòu)件均根據(jù)新鋼標(biāo)的要求進行中震下承載力驗算，同時根據(jù)指定的

寬厚比等級及延性等級分別進行中震下構(gòu)件的寬厚比、高厚比及長細(xì)比限值等構(gòu)造舉

措的限制，同時圖21展示了不同的板件寬厚比等級下對應(yīng)鋼構(gòu)件梁、柱的寬厚比、高

厚比限值.

Jfe3.5.1匹密和電?椅持由仲前板群拿摩比?靶班圖＜i

▲圖21不同板件寬厚比等級及限值限制

2.8根據(jù)滿足性能設(shè)計的要求進行構(gòu)造限制

包絡(luò)之后，如果中震下承載力也滿足要求,可以根據(jù)性能設(shè)計的要求放寬對于構(gòu)件寬

厚比、高厚比及長細(xì)比的限制要求.可以在主模型下通過查看詳細(xì)構(gòu)件信息查看包絡(luò)

過程及構(gòu)造限制放松的結(jié)果.

如圖22所示為某柱構(gòu)件根據(jù)性能設(shè)計之后主模型中詳細(xì)構(gòu)件輸出的結(jié)果.如圖23及

圖24分別為該柱構(gòu)件小震與中震下計算的結(jié)果.

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▲圖22主模型下柱包絡(luò)的強度、穩(wěn)定應(yīng)力比及構(gòu)造限值結(jié)果

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▲圖23小震模型下該柱強度、穩(wěn)定應(yīng)力比及構(gòu)造限值結(jié)果

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▲圖24中震模型下該柱強度、穩(wěn)定應(yīng)力比及構(gòu)造限值結(jié)果

通過上述小震與中震的包絡(luò)可以看到,SATWE程序已經(jīng)完全根據(jù)新鋼標(biāo)對性能設(shè)計的

要求，對于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度應(yīng)力比、穩(wěn)定應(yīng)力比進行了包絡(luò)設(shè)計，在主模型中輸出了最

不利的結(jié)果；對于構(gòu)造舉措也進行了包絡(luò)限制,在主模型的構(gòu)件詳細(xì)信息下面已經(jīng)根

據(jù)小震和中震模型進行了包絡(luò)設(shè)計輸出，對于中震下承載力滿足要求,程序已經(jīng)根據(jù)

對應(yīng)的指定的寬厚比等級限制構(gòu)件的寬厚比限值,對于構(gòu)件的長細(xì)比限值根據(jù)指定的

延性等級及軸壓比進行限值的限制.并且對于包絡(luò)結(jié)果通過圖形文件可以直接查看應(yīng)

力比及相關(guān)寬厚比、高厚比、長細(xì)比等構(gòu)造舉措，另外圖面文件上可以直接查看塑性

耗能構(gòu)件實際的性能系數(shù).

2.9性能5,6,7的鋼結(jié)構(gòu)大震彈塑性變形驗算

新鋼標(biāo)17.1.4第五條要求,當(dāng)塑性耗能區(qū)的最低承載性能等級為性能5、性能6或性

能7時,通過罕遇地震下結(jié)構(gòu)的彈塑性分析或按構(gòu)件工作狀態(tài)形成新的結(jié)構(gòu)等效彈性

分析模型,進行豎向構(gòu)件的彈塑性層間位移角驗算,應(yīng)滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)?建筑抗震設(shè)

計標(biāo)準(zhǔn)?GB500n的彈塑性層間位移角限值；當(dāng)所有構(gòu)造要求均滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性等級

為I級的要求時,彈塑性層間位移角限值可增加25%.

根據(jù)上述新鋼標(biāo)的要求,對于5,6,7這幾個性能目標(biāo)下的鋼結(jié)構(gòu)在進行性能設(shè)計時需

要補充進行大震下彈塑性分析的變形驗算.結(jié)構(gòu)在大震下彈塑性層間位移角需要滿足

如以下圖25所示抗規(guī)的限值要求.

表5.5,5彈圈性層間位移角限值

結(jié)前類型陽

單層痢筋屜壁上柱排架V30

鋼筋曜酸土框架!/50

底部框架砌悻房屋中的偃架-抗震堵17100

鋼筋混凝1:幄架-杭福崎、板柱-抗或堵，板架-核心前]/100

鋼筋混殿七抗震端、同中筒1/130

_____________________[等.高層鋼結(jié)構(gòu)A

▲圖25抗規(guī)對各類結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角限值要求

圖26所示為一鋼框架結(jié)構(gòu)，使用SAUSAGE軟件對其進行大震彈塑性分析.大震彈塑性

分析要進行地震波的選擇,根據(jù)抗規(guī)要求分別選擇對應(yīng)滿足計算要求的地震波再進行

彈塑性分析.計算完畢之后,可以直接查看其彈塑性層間位移角如圖27所示,在選定滿

足標(biāo)準(zhǔn)要求的地震波作用下,查看該鋼框架結(jié)構(gòu)能否滿足大震不倒的彈塑性變形要求,

在兩個方向均需要滿足大震彈塑性層間位移角限值要求.

▲圖26大震彈塑性分析的鋼框架三維圖

▲圖27該鋼框架結(jié)構(gòu)在某條地震波作用下X方向彈塑性層間位移角

通過大震彈塑性分析還可以進一步較為精細(xì)化的考察結(jié)構(gòu)塑性較開展情況及結(jié)構(gòu)中

梁柱構(gòu)件的損傷情況,通過直觀的SAUSAGE軟件圖形輸出結(jié)果,可以查看到全樓及樓

層的梁、柱損傷比例，分別如圖28、圖29所示.

分層-梁全整翼

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▲圖28該鋼框架大震彈塑性分析全樓及分層梁損傷情況

分層柱全極獨

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▲圖29該鋼框架大震彈塑性分析全樓及分層柱損傷情況3.

鋼框架工程性能設(shè)計案例

某框架結(jié)構(gòu)三維模型圖如圖30所示，該框架結(jié)構(gòu)三層，31

所示.

與地震相關(guān)的參數(shù)如圖

▲圖30鋼框架三維模型圖

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▲圖31該框架結(jié)構(gòu)地震作用計算相關(guān)參數(shù)

3.1根據(jù)抗規(guī)設(shè)計方法進行設(shè)計

由于該框架結(jié)構(gòu)屬于50m以下，六度區(qū),根據(jù)抗規(guī)標(biāo)準(zhǔn)屬于五級抗震等級,在設(shè)計中根

據(jù)四級抗震等級限制相應(yīng)的構(gòu)造舉措.小震計算完畢之后選取其中某根柱的強度及穩(wěn)

定應(yīng)力比計算結(jié)果進行查看,如以下圖32所示.小震設(shè)計下計算的該柱的強度應(yīng)力比、

穩(wěn)定應(yīng)力比及在地震、風(fēng)荷載下的變形均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但是長細(xì)比超限.該結(jié)構(gòu)柱材

料為Q345,四級抗震等級，根據(jù)抗規(guī)的長細(xì)比限值控制,對應(yīng)的長細(xì)比限值為120*sqrt

(235/345)=99.04,因此,對該柱截面X方向的長細(xì)比滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,Y向的長細(xì)比為

147.27,超出了標(biāo)準(zhǔn)99.04的限值.