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17，鋼結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)17.1 一般規(guī)定、近年來 隨著國家經(jīng)濟(jì)形勢的變化。鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用急劇增加 結(jié)構(gòu)形式日益豐富.不同結(jié)構(gòu)體系和截面特性的鋼結(jié)構(gòu)，彼此間結(jié)構(gòu)延性差異較大 為貫徹國家提出的。鼓勵(lì)用鋼，合理用鋼、的經(jīng)濟(jì)政策。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。GB,50011及、構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,GB，50191規(guī)定的抗震設(shè)計(jì)原則.針對鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 增加了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的抗震性能化設(shè)計(jì)內(nèi)容.根據(jù)性能化設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu),其抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則如下.驗(yàn)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(yàn)算設(shè)防地震作用的承載力、中震可修,驗(yàn)算其罕遇地震作用的彈塑性變形.大震不倒，本章所有規(guī)定均針對結(jié)構(gòu)體系中承受地震作用的結(jié)構(gòu)部分.雖然結(jié)構(gòu)真正的設(shè)防目標(biāo)為設(shè)防地震，但由于結(jié)構(gòu)具有一定的延性.因此無需采用中震彈性的設(shè)計(jì),在滿足一定強(qiáng)度要求的前提下，讓結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震強(qiáng)度最強(qiáng)的時(shí)段到來之前.結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件先行屈服.削減剛度 增大結(jié)構(gòu)的周期。使結(jié)構(gòu)的周期與地震波強(qiáng)度最大時(shí)段的特征周期避開,從而使結(jié)構(gòu)對地震具有一定程度的免疫功能。這種利用某些構(gòu)件的塑性變形削減地震輸入的抗震設(shè)計(jì)方法可降低假想彈性結(jié)構(gòu)的受震承載力要求.基于這樣的觀點(diǎn),結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)均允許結(jié)構(gòu)在地震過程中發(fā)生一定程度的塑性變形 但塑性變形必須控制在對結(jié)構(gòu)整體危害較小的部位。如梁端形成塑性鉸是可以接受的.因?yàn)檩S力較小.塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力很強(qiáng)。能夠適應(yīng)較大的塑性變形，因此結(jié)構(gòu)的延性較好,而當(dāng)柱子截面內(nèi)出現(xiàn)塑性變形時(shí)，其后果就不易預(yù)料，因?yàn)橹觾?nèi)出現(xiàn)塑性鉸后 需要抵抗隨后伴隨側(cè)移增加而出現(xiàn)的新增彎矩，而柱子內(nèi)的軸力由豎向重力荷載產(chǎn)生的部分無法卸載.這樣結(jié)構(gòu)整體內(nèi)將會(huì)發(fā)生較難把握的內(nèi)力重分配 因此抗震設(shè)防的鋼結(jié)構(gòu)除應(yīng)滿足基本性能目標(biāo)的承載力要求外、尚應(yīng)采用能力設(shè)計(jì)法進(jìn)行塑性機(jī)構(gòu)控制。無法達(dá)成預(yù)想的破壞機(jī)構(gòu)時(shí).應(yīng)采取補(bǔ)償措施.另外。對于很多結(jié)構(gòu).地震作用并不是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制因素 其構(gòu)件實(shí)際具有的受震承載力很高.因此抗震構(gòu)造可適當(dāng)降低、從而降低能耗,節(jié)省造價(jià),眾所周知,抗震設(shè)計(jì)的本質(zhì)是控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.則彈性承載力要求高。本標(biāo)準(zhǔn)簡稱為。高延性、低承載力 和，低延性、高承載力，兩種抗震設(shè)計(jì)思路,均可達(dá)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)的地震作用的設(shè)計(jì)方法.本標(biāo)準(zhǔn)稱為,性能化設(shè)計(jì)方法.采用低延性.高承載力思路設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)、在本標(biāo)準(zhǔn)中特指在規(guī)定的設(shè)防類別下延性要求最低的鋼結(jié)構(gòu)，17，1.1 我國是一個(gè)多地震國家、性能化設(shè)計(jì)的適用面廣、只要提出合適的性能目標(biāo).基本可適用于所有的結(jié)構(gòu)。由于目前相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不多。本章的適用范圍暫時(shí)壓縮在較小的范圍內(nèi)，在有可靠的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和理論依據(jù)后.適用范圍可放寬,由于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范.GB，50191的抗震設(shè)計(jì)原則與現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、GB,50011。致，因此本章既適用于建筑物，又適用于構(gòu)筑物 結(jié)構(gòu)遵循現(xiàn)有抗震規(guī)范的規(guī)定、采用的也是某種性能化設(shè)計(jì)的手段.不同點(diǎn)僅在于地震作用按小震設(shè)計(jì)意味著延性僅有一種選擇、由于設(shè)計(jì)條件及要求的多樣化、實(shí)際工程按照某類特定延性的要求實(shí)施，有時(shí)將導(dǎo)致設(shè)計(jì)不合理.甚至難以實(shí)現(xiàn)、大部分鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件由薄壁板件構(gòu)成，因此針對結(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(jì)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，如雖然大部分多高層鋼結(jié)構(gòu)適合采用高延性、低承載力設(shè)計(jì)思路 但對于多層鋼框架結(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為合理。單層工業(yè)廠房也更適合采用低延性.高承載力的抗震思路，本章可為工程師的選擇提供依據(jù),滿足本章規(guī)定的鋼結(jié)構(gòu)無需滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn),建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 GB。50011及，構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，GB 50191中針對特定結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求和規(guī)定、應(yīng)用本章規(guī)定時(shí)尚應(yīng)根據(jù)各類建筑的實(shí)際情況選擇合適的抗震策略.如高烈度區(qū)民用高層建筑不應(yīng)采用低延性結(jié)構(gòu)。17、1,2，本章條文主要針對標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類鋼結(jié)構(gòu),本標(biāo)準(zhǔn)采用延性等級反映構(gòu)件延性。承載性能等級反映構(gòu)件承載力，延性等級和承載性能等級的合理匹配實(shí)現(xiàn).高延性,低承載力,低延性 高承載力，的設(shè)計(jì)思路 對于不同設(shè)防類別的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)，GB,50223規(guī)定的原則。在其他要求一致的情況下、相對于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類鋼結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)設(shè)防類鋼結(jié)構(gòu)擬采用承載性能等級保持不變 延性等級提高一級或延性等級保持不變.承載性能等級提高一級的設(shè)計(jì)手法，特殊設(shè)防類鋼結(jié)構(gòu)采用承載性能等級保持不變.延性等級提高兩級或延性等級保持不變 承載性能等級提高兩級的設(shè)計(jì)手法，在延性等級保持不變的情況下，重點(diǎn)設(shè)防類鋼結(jié)構(gòu)承載力約提高25,特殊設(shè)防類鋼結(jié)構(gòu)承載力約提高55.17。1，3 本條為現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn).建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,GB，50011性能化設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的具體化、本章鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思路是進(jìn)行塑性機(jī)構(gòu)控制 由于非塑性耗能區(qū)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的承載力設(shè)計(jì)要求取決于結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)件塑性耗能區(qū)的性能,因此本條僅規(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.中心支撐結(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?？蚣芰憾?完好指承載力設(shè)計(jì)值滿足彈性計(jì)算內(nèi)力設(shè)計(jì)值的要求?；就旰弥赋休d力設(shè)計(jì)值滿足剛度適當(dāng)折減后的內(nèi)力設(shè)計(jì)值要求或承載力標(biāo)準(zhǔn)值滿足要求。輕微變形指層間側(cè)移約1.200時(shí)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(shí)塑性耗能區(qū)的變形、多遇地震不壞 即允許耗能構(gòu)件的損壞處于日常維修范圍內(nèi)。此時(shí)可采用耗能構(gòu)件剛度適當(dāng)折減的計(jì)算模型進(jìn)行彈性分析并滿足承載力設(shè)計(jì)值的要求,故稱之為、基本完好、17,1、4 為引導(dǎo)合理設(shè)計(jì),避免不必要的抗震構(gòu)造,本條對標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類的建筑根據(jù)設(shè)防烈度和結(jié)構(gòu)高度提出了構(gòu)件塑性耗能區(qū)不同的抗震性能要求范圍.由于地震的復(fù)雜性,表17.1,4、1僅作為參考,不需嚴(yán)格執(zhí)行，抗震設(shè)計(jì)僅是利用有限的財(cái)力，使地震造成的損失控制在合理的范圍內(nèi) 設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)國家制定的安全度標(biāo)準(zhǔn) 權(quán)衡承載力和延性。采用合理的承載性能等級、需要特別指出的是本條第1款 結(jié)構(gòu)滿足多遇地震下承載力要求、并不是要求結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件滿足小震承載力設(shè)計(jì)要求 比如偏心支撐的耗能梁段在多遇地震作用下即可進(jìn)入塑性狀態(tài)。另外.進(jìn)行小震計(jì)算時(shí)，僅塑性耗能區(qū)屈服的結(jié)構(gòu)可考慮剛度折減，實(shí)際上按照本章通過能力設(shè)計(jì)后.滿足設(shè)防地震作用下考慮性能系數(shù)的承載力要求后，在多遇地震作用下，除塑性耗能區(qū)外、通常其余構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)可處于彈性狀態(tài)并滿足設(shè)計(jì)承載力要求、因此側(cè)移限值要求和現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，GB、50011一致即能保證當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)。主體結(jié)構(gòu)不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用，鋼結(jié)構(gòu)的性能化抗震設(shè)計(jì)可通過以下四個(gè)方面實(shí)現(xiàn).1。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求的不同,選用不同的性能系數(shù).見表17 2。2。1.一般來說,由于地震作用的不確定性.對于結(jié)構(gòu)來說，延性比承載力更為重要。因此 對于多高層民用鋼結(jié)構(gòu).首先必須保證必要的延性.一般應(yīng)采用高延性，低承載力的設(shè)計(jì)思路,而對于工業(yè)建筑。為降低造價(jià)。宜采用低延性、高承載力的設(shè)計(jì)思路，2，按高延性，低承載力思路進(jìn)行的設(shè)計(jì).采用下列措施進(jìn)行延性開展機(jī)構(gòu)的控制，1、采用能力設(shè)計(jì)法,進(jìn)行塑性開展機(jī)構(gòu)的控制，2、引入非塑性耗能區(qū)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，引導(dǎo)構(gòu)件相對強(qiáng)弱符合延性開展的要求，3，引入相鄰構(gòu)件材料相對強(qiáng)弱系數(shù),確保延性開展機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn) 3，根據(jù)不同的性能要求.采用不同的抗震構(gòu)造。4。通過對承載力和延性間權(quán)衡,使得結(jié)構(gòu)在相同的安全度下.更具經(jīng)濟(jì)性、為避免結(jié)構(gòu)在罕遇地震下倒塌、除單層鋼結(jié)構(gòu)外.當(dāng)結(jié)構(gòu)延性較差時(shí)、宜提高側(cè)移要求,即層間位移角限值要求適當(dāng)加嚴(yán)，本條表17，1 4。2為實(shí)現(xiàn)高延性，低承載力.低延性,高承載力設(shè)計(jì)思路的具體規(guī)定，不同結(jié)構(gòu)對不同樓層的延性需求均不相同.在大多數(shù)情況下,結(jié)構(gòu)底層是所有樓層延性需求最高的部分,為簡化設(shè)計(jì) 整個(gè)結(jié)構(gòu)可采用相同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性等級來保證滿足延性需求，當(dāng)不同樓層的實(shí)際性能系數(shù)明顯不同時(shí),各樓層也可采用不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性等級。當(dāng)按本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能化設(shè)計(jì)。采用低延性、高承載力設(shè)計(jì)思路時(shí)、無須進(jìn)行機(jī)構(gòu)控制驗(yàn)算、本標(biāo)準(zhǔn)第17。2,4條,第17 2。12條為機(jī)構(gòu)控制驗(yàn)算的具體規(guī)定 但當(dāng)性能系數(shù)小于1時(shí)。支撐系統(tǒng)構(gòu)件尚應(yīng)考慮壓桿屈曲和卸載的影響 17。1、5,本條為性能化設(shè)計(jì)的基本原則.本標(biāo)準(zhǔn)第17 2節(jié)及第17.3節(jié)為這些原則的具體化，塑性耗能區(qū)性能系數(shù)取值最低,關(guān)鍵構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)取值較高，關(guān)鍵構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)可按下列原則確定,1。通過增加其承載力保證結(jié)構(gòu)預(yù)定傳力途徑的構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)，2、關(guān)鍵傳力部位。3 薄弱部位.柱腳 多高層鋼結(jié)構(gòu)中低于1。3總高度的框架柱.伸臂結(jié)構(gòu)豎向桁架的立柱、水平伸臂與豎向桁架交匯區(qū)桿件,直接傳遞轉(zhuǎn)換構(gòu)件內(nèi)力的抗震構(gòu)件等都應(yīng)按關(guān)鍵構(gòu)件處理、關(guān)鍵構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的性能系數(shù)不宜小于0。55 采用低延性,高承載力設(shè)計(jì)思路時(shí) 本條要求可適當(dāng)放寬.17,1。6，本條是對有抗震設(shè)防要求的鋼結(jié)構(gòu)的材料要求、1。良好的可焊性和合格的沖擊韌性是抗震結(jié)構(gòu)的基本要求,本款規(guī)定了彈性區(qū)鋼材在不同的工作溫度下相應(yīng)的質(zhì)量等級要求、基本與需驗(yàn)算疲勞的非焊接結(jié)構(gòu)的性能相當(dāng)、彈性區(qū)在強(qiáng)烈地震作用下仍處于彈性設(shè)計(jì)階段.因此可適當(dāng)降低對材料屈強(qiáng)比要求.一般來說，屈強(qiáng)比不應(yīng)高于0。9，但此時(shí)應(yīng)采取可靠措施保證其處于彈性狀態(tài),2,本款要求與現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。GB.50011及。構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50191類似,但增加了對結(jié)構(gòu)屈服強(qiáng)度上限的規(guī)定.根據(jù)材料調(diào)研結(jié)果顯示 我國鋼材平均屈服強(qiáng)度是名義屈服強(qiáng)度的1 2倍。離散性很大，尤其是Q235鋼 由于實(shí)際工程中經(jīng)常發(fā)生高鋼號(hào)鋼材由于各種原因降級使用的情況.因此.為了避免塑性鉸發(fā)生在非預(yù)期部位,補(bǔ)充規(guī)定了塑性耗能區(qū)鋼材應(yīng)滿足屈服強(qiáng)度實(shí)測值不高于上一級鋼材屈服強(qiáng)度的條件，值得特別注意的是本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材料要求,是對加工后的構(gòu)件的要求 我國目前很多型材的材質(zhì)報(bào)告，給出的是型材加工前的鋼材特性、設(shè)計(jì)人員應(yīng)避免選擇在加工過程中已損失部分塑性的鋼材作為塑性耗能區(qū)的鋼材 當(dāng)超強(qiáng)系數(shù)按ηy。fy act。fy計(jì)算確定時(shí),塑性耗能區(qū)鋼材可不滿足屈服強(qiáng)度實(shí)測值不高于上一級鋼材屈服強(qiáng)度的條件.fy。act為塑性耗能區(qū)鋼材屈服強(qiáng)度實(shí)測值,fy為塑性耗能區(qū)鋼材設(shè)計(jì)用屈服強(qiáng)度.3,按照鋼結(jié)構(gòu)房屋連接焊縫的重要性。并參照AISC341、05規(guī)范 首次提出了關(guān)鍵性焊縫的概念 4條關(guān)鍵性焊縫分別為,1?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的梁翼緣與柱的連接焊縫 2 框架結(jié)構(gòu)的抗剪連接板與柱的連接焊縫、3 框架結(jié)構(gòu)的梁腹板與柱的連接焊縫、4，節(jié)點(diǎn)域及其上下各600mm范圍內(nèi)的柱翼緣與柱腹板間或箱形柱壁板間的連接焊縫 本款主要是為了保證焊縫和構(gòu)件具有足夠的塑性變形能力 真正做到、強(qiáng)連接弱構(gòu)件 和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)確定的屈服機(jī)制。17,1，7 由于地震作用的不確定性?？拐鹪O(shè)計(jì)最重要的是概念設(shè)計(jì)，當(dāng)結(jié)構(gòu)均勻?qū)ΨQ并具有清晰直接的地震力傳遞路徑時(shí).則對地震性能的預(yù)測更為可靠。比如 當(dāng)豎向不均勻則可能出現(xiàn)應(yīng)力集中或產(chǎn)生延性要求較高的區(qū)域而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過早破壞 如首層為薄弱層時(shí)、屈服將限制在第一層 我們在汶川地震見到了許多此類破壞案例 當(dāng)然隔震設(shè)計(jì)也是利用此原理進(jìn)行。因此、按本章進(jìn)行性能化設(shè)計(jì)時(shí)，除采用低延性，高承載力設(shè)計(jì)思路且采用地震危害較小的結(jié)構(gòu)外、應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn),建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范.GB 50011第1章.第5章的規(guī)定，