钢结构设计-8讲-4章-4.4-结构分析-节点抗震设计(2017)

tw 30mm 7.2mm
M b1 Wx f 1429142 215 106 307.27 KN m
M b 2 Wx f 1429142 215 106 307.27 KN m VP 1.8 (350 16) (300 30) 30 4869720mm3
90
90
tw 20mm 7.2mm
M b1 Wx f 1429142 215 106 307.27 KN m M b 2 Wx f 1429142 215 106 307.27 KN m
( M b1 M b 2 ) Vp
6 307.27 2 10
( M b1 M b 2 ) Vp
6 307.27 2 10
4 fv 126.19MPa 4869720 3 RE
4 (180 ) 320 MPa 0.75 3
（满足）
方案2：节点处梁截面H350x250x10x16，柱截面由□300x20
M pb1 WP f y 1588820 235 106 373.37 KN m
Wpb f yb 1185960 235 288kN m
1185 103 二层柱：W pc ( f yc N / Ac ) 1262000 (345 ) 10 6 11600 306kN m
W ( f W
pc
yc
N / Ac ) 290 306 596kN m f yb 1.1 288 2 613kN m
Vp --节点域的体积；
箱形截面柱: 圆管截面柱:
Vp 1.8hb1hc1t w Vp ( / 2)hb1hc1t w
折减系数；三、四级取0.6，一、二级取0.7；
f yv -- 钢材的屈服抗剪强度，取钢材屈服强度的0.58倍；
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8.2.5 钢框架节点处的抗震承载力验算，应符合下列规定： 3 工字形截面柱和箱形截面柱节点域应按下列公式验算：
4 fv 182.53MPa 3366720 3 RE
4 (180 ) 320 MPa 0.75 3
（满足）
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20
作业： 1、验算强柱弱梁、节点域抗剪强度。
某钢框架梁柱节点， 梁截面为HN500x200x10x16， 柱 截 面 HW350x350x20x30 ， 梁Q235B钢，柱Q345B钢， 框架抗震等级为三级。 柱子按多遇地震作用组合得 出最大轴向压力： 下柱 5000kN ，上柱 4500kN 。
tw (ห้องสมุดไป่ตู้b hc ) / 90
稳定 强度
( M b1 M b 2 ) / Vp (4 / 3) f v / RE
式中： hb1、hc1 分别为梁翼缘厚度中点间的距离和柱翼缘
(或钢管直径线上管壁)厚度中点间的距离； tw 柱在节点域的腹板厚度， 当为箱型截面时为单块腹板厚度；
箱形截面柱: Vp 1.8hb1hc1t w
VP 1.8 (350 16) (300 30) 30 4869720mm3
f yv 0.58 f y 0.58 345 200MPa
( M pb1 M pb 2 )
Vp
6 0.7 (373.37 373.37) 10
节点域的屈服承载力应符合下列要求： (建筑抗震设计规范GB50011-2010条文）
（8.2.5）
( M pb1 M pb 2 ) / Vp (4 / 3) f yv
强度
M pb1、M pb 2 --分别为节点域两侧梁的全塑性受弯承载力；
工字形截面柱: Vp hb1hc1t w
4869720
107.34MPa 4 f yv 4 200.1 266.8MPa 3 3
（满足）
方案1：节点处梁截面H350x250x10x16，柱截面由□300x30
稳定
tw (hb hc ) / 90
(hb hc ) 90 (300 350) 90 7.2mm
步骤8：节点设计和抗震验算（4.3.2 梁-柱连接节点）
(1)抗震框架节点承载力验算 “强柱弱梁” “节点更强” (2)连接焊缝和螺栓的承载力验算
(3)梁-柱节点域承载力验算
(1)抗震框架节点承载力验算
1）“强柱弱梁”验算： 当符合以下条件之一，可不进行“强柱弱梁”验算： a) 柱所在层的受剪承载力比相邻上一层的受剪承载力高出 25%； b) 柱轴压比不超过0.4或2倍地震力作用下的稳定性仍能得到 保证； c) 与支撑斜杆相连的节点 。
M b1、M b2 分别为节点域两侧梁的弯矩设计值；
RE 节点域承载力抗震调整系数，取0.75。
算例：节点域验算
( M pb1 M pb 2 ) / Vp (4 / 3) f yv
方案1：节点处梁截面H350x250x10x16，柱截面由□300x30，二级 强度
M pb1 WP f y 1588820 235 106 373.37 KN m M pb 2 WP f y 1588820 235 106 373.37 KN m
梁（Q235）： H 350 250 10 16 柱（Q345）：□300x20 最大组合柱轴向压力：
N 2742kN （二层）
抗震等级：二级
N 2910kN （一层）
W pb 1588820mm3 Wpc 2356000mm3
Ac 22400mm2
N 2910 103 0.44 0.4 轴压比： Ac f 22400 295
W pb1 ---梁塑性铰所在截面的梁塑性截面模量 N ---按多遇地震组合作用计算出的柱轴向压力设计值 ---强柱系数（一级1.15，二级1.10，三级1.05） V pb ---梁塑性铰剪力 S ---塑性铰至柱面距离，塑性铰可取梁端部变截面翼缘最小处
算例：强柱弱梁验算
W
pc
( f yc N / Ac ) W pb f yb
W pb 1185960mm3
W pc 1262000mm3
Ac 11600mm2
最大组合柱轴向压力：
N 1185kN （二层）
N 1333kN （一层）
3 N 1333 10 轴压比： 0.371 0.4 Ac f 11600 310
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一层柱：
1333 103 6 W pc ( f yc N / Ac ) 1262000 (345 ) 10 11600 290kN m
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Vp
6 0.7 (373.37 373.37) 10
3366720
155.26MPa 4 f yv 4 200.1 266.8MPa 3 3
（满足）
方案2：节点处梁截面H350x250x10x16，柱截面由□300x20
(hb hc ) (300 350) 7.2mm
W ( f W
pc
yc
N / Ac ) 507 524 1031kN m (937) f yb 1.1 373 2 820.6kN m
增大柱截面
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pb
（满足）
若不满足？
梁截面由H350x250x10x16调整为H300x250x10x14 柱截面由□300x20调整为□300x10
1）“强柱弱梁”验算：
等截面梁： W pc ( f yc N Ac ) W pb f yc 端部翼缘变截面梁：
(8.2.5 1)
W
式中：
pc
( f yc N Ac ) (W pb1 f yb V pb S )
(8.2.5 2)
W pc ,W pb
---计算平面内汇交于节点的柱、梁的塑性截面模量
pb
调整后，虽然不满足上式要求，但是轴压比小于0.4，可以 不必满足上式要求，即可满足强柱弱梁要求
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（3）梁-柱节点域承载力验算
为保证大震作用下，使梁柱 连接的节点域不致失稳，以 利于耗能，应在柱与梁连接 处的柱中设置与梁上下翼位 置对应的加劲肋。 由上下加劲肋和柱翼缘所包 围的柱腹板称为节点域。
M pb 2 WP f y 1588820 235 106 373.37 KN m
VP 1.8 (350 16) (300 20) 20 3366720mm3
f yv 0.58 f y 0.58 345 200MPa
( M pb1 M pb 2 )
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2910 103 6 一层柱： W pc ( f yc N / Ac ) 2356000 (345 ) 10 22400 (325) 507 kN m (460)
Wpb f yb 1588820 235 373kN m
2742 103 二层柱： W pc ( f yc N / Ac ) 2356000 (345 ) 10 6 22400 (325) 524kN m (477)