钢结构抗震设计(刘其祥)
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及其正确的设计方法
按照现行的《建筑抗震设计规范》GB 50011 2001多层和高层房屋钢结构的连接节点的抗震设
计应分两个阶段进行，而各个阶段所采用的计算
公式分别如下：
2020/2/5
8
一是，当遭遇多遇地震作用 （小震）
时，应采用表达式
S。即R抗R震E 规范
公式 ( 5.4.2 ） (见下页) 。
口对接焊）同样也能使栓焊连接的承载力大
于组合内力设计值 1.2 倍的要求。 如下图
所示：
2020/2/5
27
即当应力强度比 R1
0.7M 5x(W xf)< 0.83 0.85 = 0.70 时
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按照以上的思维方法来设计抗震连接节点是不 是就可以了呢？如果单从多遇地震作用效应来进 行以上的设计，好像是可行的，但从抗震设计的 原理和当地震烈度高于多遇地震时来看，是不行 的。因为，我们的设计目标不仅仅是只满足小震 不坏的强度要求，而更重要的是要实现大震不倒 的设计目标。如按组合内力来设计连接节点，只 能说,其连接只能抗小震而不能抗大震。这是因为：
多高层房屋钢结构 节点连接设计中的常见问题
主讲人：刘其祥
中国建筑标准设计研究院
2020/2/5
2
节点连接在结构设计中的重要性：常用的一般建筑
钢结构，都是由若干由加工厂加工好的竖杆、水平杆
或斜杆在工地用焊缝或螺栓拼装成抗侧力的框架、或
框架支撑结构。这些由杆件组装成的结构，之所以能
承担一定的竖向荷载和水平荷载，靠的就是各杆件之
力比 R1 必然也将随之增大到 1.0 。
2020/2/5
31
同样，也需要把前面的第二、第三两种节点连接
形式（或下页的第二、第三图）的梁端截面局部加大，
使连接焊缝的抗弯承载力设计值达到不小于框架梁抗
弯承载力设计值的 1.2 倍，才能确保框架梁在大震时
进入塑性，使延性得到充分发挥。否则，只加大截面
而不加强连接，则连接焊缝的弯曲应力必然高于梁端
结构空间有限元分析与设计》软件 SATWE
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假定梁端有一个 10k的0N 地0 m 震组合弯矩,并将表达
式
变S换为R RE 。在验算R梁ES截R面时，要求梁截面
抗弯承载力设计值必须
0.7 510 00
75 k，N 0 但m 在确定梁端的焊缝连接时，其焊缝截面
的抗弯承载力设计值就必须要
间的节点将这些杆件用各种不同的连接方式和连接件
将它们连接成为一个非机动构架。这种由若干杆件系
统组成的构架，在外荷载作用下，一旦节点发生破坏，
整个结构就会成为机动构架而失去承载能力。
2020/2/5
3
在以往国外多次地震中，常常发生钢框架节点
和竖向支撑节点破坏的事例，特别是 1994 年发
生在美国的北岭地震 和 1995 年发生在日本的阪
截面的弯曲应力。当地震作用不断加大时，就很容易
发生当梁端截面还未进入塑性之前,处于梁端薄弱的
连接焊缝，就会因弯曲应力过高而发生 “ 脆性破
坏 ”。 现再利用下图来加以说明。
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SR. RE
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2 第二种设计方法 （即按构件的承载力来设计的方法）
从前面的论述和结合上图足以说明：在多遇地
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即 (M)，其实这就是取“组合内力设计法”
中, 当抗震框架梁的地震组合内力设计值 (Mmbax0.7R5) RE正好等
于 SRRE
时的结果。即
。 0.7M 5(Wxf)1
也就是抗震框架梁的应力 R1 正好为 S
时的结果。从而这就必须要采用 “加强型” 节点作法，
才能实现这一计算要求。
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2) 如果在梁端不采用加强的作法，而是在工厂
采用全焊缝连接的常规作法。由于焊缝的抗弯承
载力最多只能作到与梁截面的抗弯承载等强，此
时就必须要改用一个能承受 90k的0N 梁m 截面，但
此时由于梁截面只需用
7的5弯k0矩N 值m来设计，
梁的承载力有富裕不能充分利用，其应力强度比
安全又经济的抗震设计方法，来改善建筑物的抗
震性能，减轻城乡地震灾害，是我们每个结构设
计人员义不容辞的使命。
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因此在多层和高层钢结构房屋抗震设计工作中，连
接节点设计，在整个设计工作中应将其视为一个非常
重要的组成部分。节点设计是否恰当，将直接影响到
结构承载力的可靠性和安全性。因此节点设计至关重
一次地震是1156年我国的陕西华县 8 级地震，死83万
人（摘自魏琏编著的《建筑结构抗震设计》万国学术出
版社，1991）。在世界近代地震史中，死亡人数最多的
一次.地震也发生在我国，即1976年河北唐山7.8级地震，
死 24 万余人。
地震在我国造成的经济损失十分巨大，据建国以来
十几次 7 级以上地震的不完全统计房屋倒塌 1 亿多平
0.910 00
90 k。N 即0 m 在相同组合弯矩作用下, 经过规范采用不
同的调整系数调整后，就变成了在设计焊缝连接与设
计梁截面时，分别采用不同的内力设计值来进行设计。
即在设计连接焊缝时所取的内力设计值，就应是梁截
面内力设计值的
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倍9。07050 1.2
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1）如果所设计的梁截面刚好等于 75k0N （m 即应
此时由于梁截面只需用
的弯矩7值5 来k设0 N m 计，梁的
承载力更加富裕而不能充分利用,其应力强度比 R1 只
用到了
2020/2/5
。 75 /10 0 0 5 .70
21
总结
连接设计的第一种方法，从上面的具
体算例可以看出，如果在抗震的节点连
接设计中，按地震组合内力来进行设计，
就必然出现下面归纳的三种情况：
关于这一设计理念，我在 2001年编制的国家标准图
01SG519 中就已进行了阐述（见下页）
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01SG519 页 4
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w
RE
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b RE
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从理论上讲，在梁柱的连接节点中，要是连接焊缝
真正做到了与被连接构件的等强连接而又无瑕疵和缺
根据梁的应力强度比 R1（即梁的地震组合弯矩设计值
乘以梁的承载力抗震调整系数 0.75 后，在梁截面中产
生的弯曲应力与梁的钢材强度设计值之比）来进行设
计即可。且认为可按以下三种不同情况分别进行处理。
为了方便说明问题，在此引用一个具体数字来说明这
一方法的思路。
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16
以下是电算结果的表示方法，摘自《高层建筑
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22
1） 当梁的应力强度比大于 0.83 时，就应开始
在梁端采取加强措施来增大焊缝的抗弯承载力当
梁的应力强度比大到等于 1.0 时，其加强后的焊
缝抗弯承载力设计值就应不小于梁截面抗弯承载
力设计值的 1.2 倍。( 该 1.2 即为焊缝的抗震调整
系数 RE0.与9梁的抗震调整系数 RE0.75
神地震，有好几十幢房屋钢结构倒塌，好几百幢
多、高层房屋钢结构的梁柱刚性连接节点受到严
重破坏，引起了世人的极大关注，促使一些国家
的学者、科技人员加强了这方面的研究，其重要
性显得尤为突出。
2020/2/5
4
我国是世界上遭受地震最严重的国家之一，不论
是历史上还是现代，地震在中国的死亡人数和经济损失
在世界上都是居于首位。世界地震史上死亡人数最多的
论证明前面所提到的第一种是错误的，第三种设
计理念虽然可取，但式中的有关系数和强度取值
有问题，很不安全。唯第二种设计计算方法才是
比较稳妥、正确的。
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1 第一种设计方法
（即按组合内力来设计的方法）
采用该法的理论根据是，认为在多遇地震作用下，
结构处于弹性阶段，连接设计只要根据组合内力，并
方米，直接经济损失达数百亿之多。
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就以最近几年为例，在我国新疆、西藏、云
南、内蒙古自治区、江西等地先后就发生了多起
6 级左右的地震。这就说明了地震活动在我国还
是相当频繁的，因此正确地认识我国地震活动的
特点以及我国经济力量的现状，充分运用国内、
国外现代地震科学技术的成就，采用合理的，既
接螺栓、节点板件取 0.85 ；支撑取 0.8 等）
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二是，当遭遇超过多遇地震（小震）
作用至基本烈度（中震）设防，或遭遇罕
遇地震作用（大震）时，规范还要求用公 式 Mu1.即2M 《p高钢规 》公式（ 8.1.3 - 1）进行连接的极限承载力验算( 如下页
所示 )；
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力强度比 R1 刚好等于 时1.0），由于梁端连接焊
缝的抗弯承载力设计值需要
9此0k时0N 梁m 端整个
截面即使采用全熔透的对接焊缝，也只能承受
的弯矩。7怎5k 么0 办N m ？
可采用加强式连接来解决（如加盖板；或局部
加宽梁端翼缘板，或在梁端下翼缘加腋板等办法
来增大焊缝的截面积以增大焊缝的抗弯能力）。
R1 只用到了
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。 759 0000.83
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3）如果在梁端仍不腹板与柱之间采
用只传递剪力的螺栓连接，梁翼缘与柱之间采用只传
递弯矩的全熔透坡口对接焊）由于焊缝的抗弯承载力
最多只能作到梁截面抗弯承载力设计值的 85%，此时
就必须要改用一个能承受 90 0 .8 0 5 1 的梁0截k面6 N m ，0 但
震阶段，按设计表达式 Mw1.2对Mm 构b a件x 和节点连 接进行设计验算时，结构构件的地震内力组合设计
值只能作为控制构件截面的依据。当结构构件截面
决定之后，只要是在塑性区段，就应改用以构件的
承载力来进行连接设计。如对于框架结构中的梁柱
刚性连接节点，就应使梁端焊缝的抗弯承载力设计
值不得小于框架梁抗弯承载力设计值的 1.2 倍。
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即当应力强度比 R1
0 .7M 5 x( W x f) f为 0.83～0.73 时
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3）当梁的应力强度比小于 0 .8 0 3 .8 0 5 .7
时，在梁端还可以采用栓焊连接的作法（即
梁腹板与柱之间采用只传递剪力的螺栓连接，
梁翼缘与柱之间采用只传递弯矩的全熔透坡
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但是，在执行上述规范时，不同的设计人员，很可
能在相同设计条件下设计出三种承载力相差非常悬殊
的连接作法，这三种不同的作法是:
一是，当按设计表达式 SR计算RE时，完全按组合内
力来设计节点连接。
二是，组合内力只是作为检验构件截面的依据。但在
塑性区的节点连接设计时，是取高于构件的最大承载
要，应予以足够的重视。但是，在多、高层房屋钢结
构中，连接节点很多 ( 如国家标准图 01SG5所19编入
的诸多节点，也只是多高层钢结构房屋中一般性的常 用节点 )，今天只能检其最主要的、如与梁柱刚性连
接的节点以及与之相关的一些节点来谈谈：
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首先谈谈在目前多高层房屋钢结构 梁柱刚性连接节点设计中所存在的问题
力设计值作为节点的作用力来对节点连接进行设计与
验算。
三是，完全抛开以上两种设计方法，而是完全按照公
式 Mu 来1.进2M行p连接的极限承载力计算。
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以上三种截然不同的设计方法，将直接影响到
设计的节点是否满足 “强节点弱杆杆” 的抗震
要求。是否能实现 “小震不坏，中震可修，大震
不倒” 设计目标的根本问题，所以下面将着重讨
之比）。如下图所示：
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即当应力强度比 R1 0 .7M 5 x(W xf) f 为 0.83～１ 时
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2）当梁的应力强度比 R1 小于 0.83 时， 在梁端就可以不必加强，而只需采用全焊 接连接（即截面的抗弯等强连接）就可满 足使焊缝的抗弯承载力设计值大于组合内 力设计值的 1.2 倍的要求。如下图所示：
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当地震烈度高于多遇地震进入设防烈度的过
程中，凡是应力比较低（即截面较大）的抗侧力
构件，由于仍处于弹性阶段，其构件内力仍将继
续随地震作用的加大而加大（因为多遇地震的烈
度要比基本烈度低 1.55 度。其地面加速度和地
震影响系数最大值 ma只x 是设防烈度地面加速度
和地震影响系数最大值的 0.35 倍）,梁的弯曲应
注意：该条在规范中为必须严格执
行的强制性条文
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式中：
S — 考虑多遇地震作用时，荷载效应和地震作 用效应在结构构件中的组合设计值，包括 组合的弯矩、轴向和剪力设计值。
R — 结构构件及其连接的承载力设计值。
RE—结构构件及其连接的承载力抗震调整系数
（对于框架梁、柱取0.75；连接焊缝取 0.9；连
按照现行的《建筑抗震设计规范》GB 50011 2001多层和高层房屋钢结构的连接节点的抗震设
计应分两个阶段进行，而各个阶段所采用的计算
公式分别如下：
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一是，当遭遇多遇地震作用 （小震）
时，应采用表达式
S。即R抗R震E 规范
公式 ( 5.4.2 ） (见下页) 。
口对接焊）同样也能使栓焊连接的承载力大
于组合内力设计值 1.2 倍的要求。 如下图
所示：
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即当应力强度比 R1
0.7M 5x(W xf)< 0.83 0.85 = 0.70 时
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按照以上的思维方法来设计抗震连接节点是不 是就可以了呢？如果单从多遇地震作用效应来进 行以上的设计，好像是可行的，但从抗震设计的 原理和当地震烈度高于多遇地震时来看，是不行 的。因为，我们的设计目标不仅仅是只满足小震 不坏的强度要求，而更重要的是要实现大震不倒 的设计目标。如按组合内力来设计连接节点，只 能说,其连接只能抗小震而不能抗大震。这是因为：
多高层房屋钢结构 节点连接设计中的常见问题
主讲人：刘其祥
中国建筑标准设计研究院
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节点连接在结构设计中的重要性：常用的一般建筑
钢结构，都是由若干由加工厂加工好的竖杆、水平杆
或斜杆在工地用焊缝或螺栓拼装成抗侧力的框架、或
框架支撑结构。这些由杆件组装成的结构，之所以能
承担一定的竖向荷载和水平荷载，靠的就是各杆件之
力比 R1 必然也将随之增大到 1.0 。
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同样，也需要把前面的第二、第三两种节点连接
形式（或下页的第二、第三图）的梁端截面局部加大，
使连接焊缝的抗弯承载力设计值达到不小于框架梁抗
弯承载力设计值的 1.2 倍，才能确保框架梁在大震时
进入塑性，使延性得到充分发挥。否则，只加大截面
而不加强连接，则连接焊缝的弯曲应力必然高于梁端
结构空间有限元分析与设计》软件 SATWE
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假定梁端有一个 10k的0N 地0 m 震组合弯矩,并将表达
式
变S换为R RE 。在验算R梁ES截R面时，要求梁截面
抗弯承载力设计值必须
0.7 510 00
75 k，N 0 但m 在确定梁端的焊缝连接时，其焊缝截面
的抗弯承载力设计值就必须要
间的节点将这些杆件用各种不同的连接方式和连接件
将它们连接成为一个非机动构架。这种由若干杆件系
统组成的构架，在外荷载作用下，一旦节点发生破坏，
整个结构就会成为机动构架而失去承载能力。
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在以往国外多次地震中，常常发生钢框架节点
和竖向支撑节点破坏的事例，特别是 1994 年发
生在美国的北岭地震 和 1995 年发生在日本的阪
截面的弯曲应力。当地震作用不断加大时，就很容易
发生当梁端截面还未进入塑性之前,处于梁端薄弱的
连接焊缝，就会因弯曲应力过高而发生 “ 脆性破
坏 ”。 现再利用下图来加以说明。
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SR. RE
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2 第二种设计方法 （即按构件的承载力来设计的方法）
从前面的论述和结合上图足以说明：在多遇地
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即 (M)，其实这就是取“组合内力设计法”
中, 当抗震框架梁的地震组合内力设计值 (Mmbax0.7R5) RE正好等
于 SRRE
时的结果。即
。 0.7M 5(Wxf)1
也就是抗震框架梁的应力 R1 正好为 S
时的结果。从而这就必须要采用 “加强型” 节点作法，
才能实现这一计算要求。
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2) 如果在梁端不采用加强的作法，而是在工厂
采用全焊缝连接的常规作法。由于焊缝的抗弯承
载力最多只能作到与梁截面的抗弯承载等强，此
时就必须要改用一个能承受 90k的0N 梁m 截面，但
此时由于梁截面只需用
7的5弯k0矩N 值m来设计，
梁的承载力有富裕不能充分利用，其应力强度比
安全又经济的抗震设计方法，来改善建筑物的抗
震性能，减轻城乡地震灾害，是我们每个结构设
计人员义不容辞的使命。
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因此在多层和高层钢结构房屋抗震设计工作中，连
接节点设计，在整个设计工作中应将其视为一个非常
重要的组成部分。节点设计是否恰当，将直接影响到
结构承载力的可靠性和安全性。因此节点设计至关重
一次地震是1156年我国的陕西华县 8 级地震，死83万
人（摘自魏琏编著的《建筑结构抗震设计》万国学术出
版社，1991）。在世界近代地震史中，死亡人数最多的
一次.地震也发生在我国，即1976年河北唐山7.8级地震，
死 24 万余人。
地震在我国造成的经济损失十分巨大，据建国以来
十几次 7 级以上地震的不完全统计房屋倒塌 1 亿多平
0.910 00
90 k。N 即0 m 在相同组合弯矩作用下, 经过规范采用不
同的调整系数调整后，就变成了在设计焊缝连接与设
计梁截面时，分别采用不同的内力设计值来进行设计。
即在设计连接焊缝时所取的内力设计值，就应是梁截
面内力设计值的
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倍9。07050 1.2
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1）如果所设计的梁截面刚好等于 75k0N （m 即应
此时由于梁截面只需用
的弯矩7值5 来k设0 N m 计，梁的
承载力更加富裕而不能充分利用,其应力强度比 R1 只
用到了
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。 75 /10 0 0 5 .70
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总结
连接设计的第一种方法，从上面的具
体算例可以看出，如果在抗震的节点连
接设计中，按地震组合内力来进行设计，
就必然出现下面归纳的三种情况：
关于这一设计理念，我在 2001年编制的国家标准图
01SG519 中就已进行了阐述（见下页）
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从理论上讲，在梁柱的连接节点中，要是连接焊缝
真正做到了与被连接构件的等强连接而又无瑕疵和缺
根据梁的应力强度比 R1（即梁的地震组合弯矩设计值
乘以梁的承载力抗震调整系数 0.75 后，在梁截面中产
生的弯曲应力与梁的钢材强度设计值之比）来进行设
计即可。且认为可按以下三种不同情况分别进行处理。
为了方便说明问题，在此引用一个具体数字来说明这
一方法的思路。
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以下是电算结果的表示方法，摘自《高层建筑
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1） 当梁的应力强度比大于 0.83 时，就应开始
在梁端采取加强措施来增大焊缝的抗弯承载力当
梁的应力强度比大到等于 1.0 时，其加强后的焊
缝抗弯承载力设计值就应不小于梁截面抗弯承载
力设计值的 1.2 倍。( 该 1.2 即为焊缝的抗震调整
系数 RE0.与9梁的抗震调整系数 RE0.75
神地震，有好几十幢房屋钢结构倒塌，好几百幢
多、高层房屋钢结构的梁柱刚性连接节点受到严
重破坏，引起了世人的极大关注，促使一些国家
的学者、科技人员加强了这方面的研究，其重要
性显得尤为突出。
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我国是世界上遭受地震最严重的国家之一，不论
是历史上还是现代，地震在中国的死亡人数和经济损失
在世界上都是居于首位。世界地震史上死亡人数最多的
论证明前面所提到的第一种是错误的，第三种设
计理念虽然可取，但式中的有关系数和强度取值
有问题，很不安全。唯第二种设计计算方法才是
比较稳妥、正确的。
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1 第一种设计方法
（即按组合内力来设计的方法）
采用该法的理论根据是，认为在多遇地震作用下，
结构处于弹性阶段，连接设计只要根据组合内力，并
方米，直接经济损失达数百亿之多。
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就以最近几年为例，在我国新疆、西藏、云
南、内蒙古自治区、江西等地先后就发生了多起
6 级左右的地震。这就说明了地震活动在我国还
是相当频繁的，因此正确地认识我国地震活动的
特点以及我国经济力量的现状，充分运用国内、
国外现代地震科学技术的成就，采用合理的，既
接螺栓、节点板件取 0.85 ；支撑取 0.8 等）
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二是，当遭遇超过多遇地震（小震）
作用至基本烈度（中震）设防，或遭遇罕
遇地震作用（大震）时，规范还要求用公 式 Mu1.即2M 《p高钢规 》公式（ 8.1.3 - 1）进行连接的极限承载力验算( 如下页
所示 )；
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力强度比 R1 刚好等于 时1.0），由于梁端连接焊
缝的抗弯承载力设计值需要
9此0k时0N 梁m 端整个
截面即使采用全熔透的对接焊缝，也只能承受
的弯矩。7怎5k 么0 办N m ？
可采用加强式连接来解决（如加盖板；或局部
加宽梁端翼缘板，或在梁端下翼缘加腋板等办法
来增大焊缝的截面积以增大焊缝的抗弯能力）。
R1 只用到了
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3）如果在梁端仍不腹板与柱之间采
用只传递剪力的螺栓连接，梁翼缘与柱之间采用只传
递弯矩的全熔透坡口对接焊）由于焊缝的抗弯承载力
最多只能作到梁截面抗弯承载力设计值的 85%，此时
就必须要改用一个能承受 90 0 .8 0 5 1 的梁0截k面6 N m ，0 但
震阶段，按设计表达式 Mw1.2对Mm 构b a件x 和节点连 接进行设计验算时，结构构件的地震内力组合设计
值只能作为控制构件截面的依据。当结构构件截面
决定之后，只要是在塑性区段，就应改用以构件的
承载力来进行连接设计。如对于框架结构中的梁柱
刚性连接节点，就应使梁端焊缝的抗弯承载力设计
值不得小于框架梁抗弯承载力设计值的 1.2 倍。
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即当应力强度比 R1
0 .7M 5 x( W x f) f为 0.83～0.73 时
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3）当梁的应力强度比小于 0 .8 0 3 .8 0 5 .7
时，在梁端还可以采用栓焊连接的作法（即
梁腹板与柱之间采用只传递剪力的螺栓连接，
梁翼缘与柱之间采用只传递弯矩的全熔透坡
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但是，在执行上述规范时，不同的设计人员，很可
能在相同设计条件下设计出三种承载力相差非常悬殊
的连接作法，这三种不同的作法是:
一是，当按设计表达式 SR计算RE时，完全按组合内
力来设计节点连接。
二是，组合内力只是作为检验构件截面的依据。但在
塑性区的节点连接设计时，是取高于构件的最大承载
要，应予以足够的重视。但是，在多、高层房屋钢结
构中，连接节点很多 ( 如国家标准图 01SG5所19编入
的诸多节点，也只是多高层钢结构房屋中一般性的常 用节点 )，今天只能检其最主要的、如与梁柱刚性连
接的节点以及与之相关的一些节点来谈谈：
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首先谈谈在目前多高层房屋钢结构 梁柱刚性连接节点设计中所存在的问题
力设计值作为节点的作用力来对节点连接进行设计与
验算。
三是，完全抛开以上两种设计方法，而是完全按照公
式 Mu 来1.进2M行p连接的极限承载力计算。
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以上三种截然不同的设计方法，将直接影响到
设计的节点是否满足 “强节点弱杆杆” 的抗震
要求。是否能实现 “小震不坏，中震可修，大震
不倒” 设计目标的根本问题，所以下面将着重讨
之比）。如下图所示：
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即当应力强度比 R1 0 .7M 5 x(W xf) f 为 0.83～１ 时
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2）当梁的应力强度比 R1 小于 0.83 时， 在梁端就可以不必加强，而只需采用全焊 接连接（即截面的抗弯等强连接）就可满 足使焊缝的抗弯承载力设计值大于组合内 力设计值的 1.2 倍的要求。如下图所示：
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当地震烈度高于多遇地震进入设防烈度的过
程中，凡是应力比较低（即截面较大）的抗侧力
构件，由于仍处于弹性阶段，其构件内力仍将继
续随地震作用的加大而加大（因为多遇地震的烈
度要比基本烈度低 1.55 度。其地面加速度和地
震影响系数最大值 ma只x 是设防烈度地面加速度
和地震影响系数最大值的 0.35 倍）,梁的弯曲应
注意：该条在规范中为必须严格执
行的强制性条文
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式中：
S — 考虑多遇地震作用时，荷载效应和地震作 用效应在结构构件中的组合设计值，包括 组合的弯矩、轴向和剪力设计值。
R — 结构构件及其连接的承载力设计值。
RE—结构构件及其连接的承载力抗震调整系数
（对于框架梁、柱取0.75；连接焊缝取 0.9；连