钢结构抗震设计(刘其祥)PPT课件
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结构抗震设计(精品课程课件)第6章
侧移控制
• 在小震下（弹性阶段），过大的层间变形会造成非结构构件的破 坏，而在大震下（弹塑性阶段），过大的变形会造成结构的破坏或 倒塌，因此，应限制结构的侧移，使其不超过一定的数值。 • 在多遇地震下，钢结构的层间侧移标准值应不超过层高的1/300。 结构平面端部构件的最大侧移不得超过质心侧移的1.3倍。 • 在罕遇地震下，钢结构的层间侧移不应超过层高的1/50。同时结 构层间侧移的延性比对于纯框架、偏心支撑框架、中心支撑框架、 有混凝土剪力墙的钢框架应分别大于3.5、3.0、2.5和2.0。
•内藏钢支撑钢筋混凝土墙板和带竖缝钢筋混凝土墙板应按有关 规定计算，带竖缝钢筋混凝土墙板可仅承受水平荷载产生的剪 力，不承受竖向荷载产生的压力。 •钢结构转换层下的钢框架柱，地震内力应乘以1.5的增大系数。 •构件设计内力的组合方法见式(3- )。在抗震设计中，一般高层 钢结构可不考虑风荷载及竖向地震的作用，但对于高度大于60m 的高层钢结构须考虑风荷载的作用，在9度区尚须考虑竖向地震 的作用。
结构类型 框架 框架-支撑（抗震墙板） 筒体（框筒、筒中筒，桁架筒， 束筒）和巨型框架
注：1.房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶 部分）； 2．超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。
2.钢结构房屋的高宽比限值 钢结构房屋的高宽比限值
表6.2.2 烈度
5.钢结构房屋的地下室 钢结构房屋的地下室 钢结构房屋根据工程情况可设计或不设计地下室，超过 12层的钢结构房屋应设置地下室，设置地下室时，框架-支 撑（抗震墙板）结构中竖向布置的支撑（抗震墙板）应延 伸至基础；框架柱应至少延伸至地下一层。 支撑在地下室是否改为混凝土抗震墙形式，与是否设置 钢筋混凝土结构层有关，设置钢筋混凝土结构层时采用混 凝土墙段协调。该抗震墙是否由钢支撑外包混凝土构成还 是采用混凝土墙，由设计确定。 设置地下室的钢结构房屋的基础埋置深度，当采用天然 地基时不宜小于房屋总高度的1/15；当采用桩基时，桩层 台埋深不宜小于房屋总高度的1/20。
结构抗震设计 建筑抗震计算原理PPT课件
代别表为值分k1 别4为.21k0N4 /mkN，，
k2
2.k1N10，4 各楼层侧移刚度分 kN/m，求该结构的自振
频率和振型（用手算）。
板书讲解
第36页/共87页
3．4．4 地震反应分析的振型分解法
1．前提条件 振型关于质量矩阵和刚度矩阵的正交性是无条件的。一般 振型关于阻尼矩阵不具有正交性，因此，必须假定体系的 阻尼矩阵也满足正交性
t 0
xg
(
)e (t
)
sin
(t )d
第13页/共87页
3．方程的通解 通解与特解之和，即为常微分方程的通解。
结构体系自由振动反应，一般可不考虑，而仅 取强迫振动反应作为单自由度体系水平地震位移 反应。
第14页/共87页
3．3 单自由度体系水平地震 作用的计算及反应谱法
3．3．1水平地震作用
t 0
xg
( )e(t )
sin (t
)d
|max
2
T
|
t 0
xg
( )e (t )
sin
2
T
(t
)d
|max
T 2
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3．3．3 地震作用计算的设计反应谱
由地震反应谱可计算单自由度体系水平地震作用为
F mSa (T)
将公式变形
F
mSa (T )
| mg
xg (t) |max g
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迪拜哈利法塔
高层建筑
第4页/共87页
烟囱
集中质量
计算简图
多层建筑及其计算简图
烟囱及其计算简图
计算简图
固定端
第5页/共87页
2．结构自由度
钢结构的抗震设计
钢结构的抗震设计§1.1 问题的引出在大震作用下如果结构要保持弹性工作状态则地震设计荷载太大，经济上无法承受。
因此目前国内外的结构抗震设计中都允许结构出现塑性变形，相应的结构抗震设计规范则采用对结构的弹性反应谱进行折减的方法来确定结构的底部剪力，但折减的思路却很不同。
例如欧洲规范（Eurocode 8）允许结构在地震作用下进入非线性状态[1]，即设计地震作用力通常小于相应的弹性反应值。
为了避免在设计过程中进行复杂的非线性分析，欧洲规范采用在弹性反应谱的基础上除以反映不同延性等级的性能系数q 得到弹塑性反应谱。
性能系数q 其值与结构的体系能量耗散能力有关。
其中q 为：0/1.5D R W q q k k k = (1.1)式中：0q 为性能系数基本值，对于钢筋混凝土框架结构体系及连肢剪力墙结构体系，0 5.0q =，对于非连肢剪力墙结构体系，0 4.0q =；D k 为反映结构延性等级的系数，对高、中、低三种延性等级，D k 分别取1.0、0.75、0.5。
R k 为反映结构规则性的系数，对于规则结构和不规则结构，R k 分别为1.0和0.8；W k 为含墙结构体系的主导破坏模式系数，对于框架和等效框架双重体系，取1.0。
可见在欧洲规范中，延性差的结构其基底剪力比延性好的结构的基底剪力大2倍。
日本建筑标准法规（BSL ）明确规定了两个水准的设计地震[1,2]，第一水准为中等强度地震（EQ1）和第二水准的强烈地震（EQ2）。
在中等强度地震作用下，要求结构几乎没有损坏；在第二水准地震作用下，结构的极限抗剪能力必须大于极限地震剪力：un s es i i V D F C W = （1.2）式中：i C 为楼层剪力系数；i W 为结构的总重量；s D 为结构影响系数（考虑结构延性对地震弹性反应谱进行折减的作用），对于延性良好的结构，0.30.4s D ≤≤；对于延性较差的结构，s D 取较大值，但最大值不超过0.55；es F 为结构布置系数以考虑结构刚度在平面和竖向分布的不规则影响。
多层钢结构抗震设计.ppt
8.1 概 述
一般来说，钢结构房屋在强震作用下，强度方面是足够的，但其侧向刚度一 般不足。钢结构在地震作用下，虽然很少整体倒塌，但常发生局部破坏和材料的 脆性破坏。例如，1985年9月19日，墨西哥城发生8.1级大地震，震后发现，1957 年以前采用的钢结构体系(如交叉支撑结构)发生严重破坏，而以后普遍采用的抗 弯框架体系和抗弯框架-支撑体系则破坏较轻，其中抗弯框架体系的破坏主要发生 在梁柱连 接处 ， 以及框架 梁 的受压斜杆 屈 曲 。 抗弯框 架 -支撑体系 除 了 Pino Suarez 综 合 楼 发 生 倒 塌 外 ， 只 有 两 栋 结 构 有 损 伤 。 1994 年 美 国 诺 斯 里 奇 (Northrige)发生6.7级地震，震后未发现倒塌的钢结构建筑，钢结构的破坏形式 主要为：① 框架节点区的梁柱焊接连接破坏；② 竖向支撑的整体失稳和局部失 稳；③ 柱脚焊缝破坏以及锚栓失效。1995年1月17日日本阪神发生的7.2级大地震 中，钢结构建筑中震害严重和数量较多的主要是年久失修的简易型低层钢结构， 但也有建于20世纪70年代后期的钢结构建筑遭受破坏，而在1981年新的抗震规范 颁布后按新规范设计的建筑很少破坏。其主要破坏形式为：① 钢柱脆断；② 支 撑以及其连接板的破坏；③ 梁柱节点的破坏。那次地震中，由于钢结构具有良好 的延性，相对于钢筋混凝土结构的破坏程度要小，同时也表明考虑抗震设计的钢 结构建筑很少破坏。而有些钢结构建筑的倒塌和钢柱的脆性断裂，以及支撑屈曲 和数量较多的梁柱节点破坏，已引起了工程界的重视，并进行了相应的研究。
承担竖向荷载的结构。这类结构的抗侧力能力主要决定于梁柱构件和节点的强度与延性 ，故节点常采用刚性连接节点。
2. 框架-支撑体系 框架-支撑体系是在框架体系中沿结构的纵、横两个方向均匀布置一定数量的支撑所 形成的结构体系。在框架-支撑体系中，框架是剪切型结构，底部层间位移大；支撑为弯 曲型结构，底部层间位移小，两者并联，可以明显减少建筑物下部的层间位移，因此在 相同的侧移限值标准的情况下，框架-支撑体系可以用于比框架体系更高的房屋。 支撑体系的布置由建筑要求及结构功能来确定，一般布置在端框架中、电梯井周围 处。支撑类型的选择与是否抗震有关，也与建筑的层高、柱距以及建筑使用要求，如人 行通道、门洞和空调管道设置等有关，因此需要根据不同的设计条件选择适宜的类型。 常用的支撑体系有中心支撑和偏心支撑。
钢结构结构抗震设计一般规定PPT.
A
13 43 39
11 36
11 43 37
10 32
10 43 33
9 30
9 43 33
9 30
6 35 ° ~10 r=10~15 r=35 B
详图A
r=20 6 35° ~10 h≈6长度等于 翼缘总宽度
详图B
图6-9 框架梁与柱的现场连接
R
c
a
图6-10 骨形连接
构件中心交点在 消能梁段内部 消能梁段 以外的梁 加劲肋 构件中心交点在 消能梁段内部 消能梁段 以外的梁 加劲肋
钢框架-支撑体系可分为中心支撑类型和偏心支撑类型。
带有偏心支撑的框架-支撑结构，具备中心支撑体系侧向刚 度大、具有多道抗震防线的优点，还适当减小了支撑构件的 轴向力，进而减小了支撑失稳的可能性。 钢框架-抗震墙板结构，使用带竖缝剪力墙板或带水平缝剪 力墙板、内藏支撑混凝土墙板、钢抗震墙板等，提供需要 的侧向刚度。
(a) D形偏心支撑；(b) K形偏心支；(c) V形偏心支撑；(d) 人字支撑
偏心支撑框架的设计原则是强柱、强支撑和弱消能梁段，即在 大震时消能梁段屈服形成塑性铰，且具有稳定的滞回性能，即 使消能梁段进入应变硬化阶段，支撑斜杆、柱和其余梁段仍保 持弹性。
6.2.4 多层和高层钢结构房屋中楼盖的形式 我国《建筑抗震设计规范》建议钢结构的楼盖宜采用压型钢板现 浇钢筋混凝土组合楼板或非组合楼板。
6.1.2 钢结构房屋的抗震性能 钢框架结构构造简单、传力明确，侧移刚度沿高度分布均匀， 结构整体侧向变形为剪切型(多层)或弯剪型(高层)，抗侧移 能力主要取决于框架梁、柱的抗弯能力。
重力荷载及P-δ效应对结构的抗震能力和结构的延性有较大 影响，当层数较多时，控制结构性能的设计参数不再是构件 的抗弯能力，而是结构的抗侧移刚度和延性。因此，从经济 角度看，这种结构体系适合于建造20层以下的中低层房屋。
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6 35 ° ~10 r=10~15 r=35 B
详图A
r=20 6 35° ~10 h≈6长度等于 翼缘总宽度
详图B
图6-9 框架梁与柱的现场连接
R
c
a
图6-10 骨形连接
构件中心交点在 消能梁段内部 消能梁段 以外的梁 加劲肋 构件中心交点在 消能梁段内部 消能梁段 以外的梁 加劲肋
钢框架-支撑体系可分为中心支撑类型和偏心支撑类型。
带有偏心支撑的框架-支撑结构，具备中心支撑体系侧向刚 度大、具有多道抗震防线的优点，还适当减小了支撑构件的 轴向力，进而减小了支撑失稳的可能性。 钢框架-抗震墙板结构，使用带竖缝剪力墙板或带水平缝剪 力墙板、内藏支撑混凝土墙板、钢抗震墙板等，提供需要 的侧向刚度。
(a) D形偏心支撑；(b) K形偏心支；(c) V形偏心支撑；(d) 人字支撑
偏心支撑框架的设计原则是强柱、强支撑和弱消能梁段，即在 大震时消能梁段屈服形成塑性铰，且具有稳定的滞回性能，即 使消能梁段进入应变硬化阶段，支撑斜杆、柱和其余梁段仍保 持弹性。
6.2.4 多层和高层钢结构房屋中楼盖的形式 我国《建筑抗震设计规范》建议钢结构的楼盖宜采用压型钢板现 浇钢筋混凝土组合楼板或非组合楼板。
6.1.2 钢结构房屋的抗震性能 钢框架结构构造简单、传力明确，侧移刚度沿高度分布均匀， 结构整体侧向变形为剪切型(多层)或弯剪型(高层)，抗侧移 能力主要取决于框架梁、柱的抗弯能力。
重力荷载及P-δ效应对结构的抗震能力和结构的延性有较大 影响，当层数较多时，控制结构性能的设计参数不再是构件 的抗弯能力，而是结构的抗侧移刚度和延性。因此，从经济 角度看，这种结构体系适合于建造20层以下的中低层房屋。
抗震PPT幻灯片课件
地下采空区属于危险地段。
不利于抗震的地段：软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡 坡，陡坎，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土 层（含故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基），高含 水量的可塑黄土，地表存在结构性裂缝等。
15
1.2 选择有利于抗震的场地 有利地段：一般是指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬 场地土。 在选择高层建筑的场地时，应尽量建在基岩或薄土层上，或应建在具 有较大“平均剪切波速”的坚硬场地土上，以减少输入建筑物的地震 能量，从根本上减轻地震对建筑物的破坏作用。
楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位 移（或层间位移）平均值的1.2倍
结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%
楼板局部不连续 楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典
型宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层
b 0.5B
大大不足,率先破坏；3.水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。
19
20
地震区的高层建筑，平面以方形、矩形、圆形为好；正六边 形、正八边形、椭圆形、扇形也可以。
不宜采用有较长翼缘的L形、T形、U形、H形、Y形等平面形状。 高层规程的规定：
设防烈度 L / B
６、７度 ≤6.0
l / Bmax
Ki3
Ki2 Ki1 Ki
Ki 0.7Ki1
Ki
0.8( Ki1
Ki2 3
Ki3 )
沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层） 竖向抗侧力构件不连续
25
立ห้องสมุดไป่ตู้不规则类型
不利于抗震的地段：软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡 坡，陡坎，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土 层（含故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基），高含 水量的可塑黄土，地表存在结构性裂缝等。
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1.2 选择有利于抗震的场地 有利地段：一般是指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬 场地土。 在选择高层建筑的场地时，应尽量建在基岩或薄土层上，或应建在具 有较大“平均剪切波速”的坚硬场地土上，以减少输入建筑物的地震 能量，从根本上减轻地震对建筑物的破坏作用。
楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位 移（或层间位移）平均值的1.2倍
结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%
楼板局部不连续 楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典
型宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层
b 0.5B
大大不足,率先破坏；3.水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。
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地震区的高层建筑，平面以方形、矩形、圆形为好；正六边 形、正八边形、椭圆形、扇形也可以。
不宜采用有较长翼缘的L形、T形、U形、H形、Y形等平面形状。 高层规程的规定：
设防烈度 L / B
６、７度 ≤6.0
l / Bmax
Ki3
Ki2 Ki1 Ki
Ki 0.7Ki1
Ki
0.8( Ki1
Ki2 3
Ki3 )
沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层） 竖向抗侧力构件不连续
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立ห้องสมุดไป่ตู้不规则类型
钢结构抗震设计新规定PPT教案
120 235/ fay ，也可采用拉杆，其长细比不应大于180。 哈工大试验研究表明，较大长细比支撑在地震作用
下
有较好性能。
编制组采纳了AISC-2005对强震区采用统一值120的 建议。
第23页/共42页
五、主要构造措施
2.钢构件的板件宽厚比 1）框架柱板件宽厚比 框架结构的板件宽厚比，是以结构符合强柱弱梁为前
第8页/共42页
三、内力变形分析有关规定的修订
4.支撑杆件内力调整 中心支撑中，参考AISC-2005的有关规定，取消了
2001规范单斜杆支撑和交叉支撑系数1.3；人字形 和V形支撑的系数1.5也取消； 偏心支撑中，斜杆轴力与消能梁段相连的框架梁， 框架柱的内力调整系数，本次修订略有减小，并按 抗震等级做了调整：
第5页/共42页
三、内力变形分析有关规定的修订
1.重力二阶效应的考虑 本次修订中，明确提出要计入重力二阶效应。进
行二阶效应的弹性分析时，应按GB50017的有关 规定，在每层柱顶附加假想水平力。 假想水平力是反映了几何缺陷和其它因素对柱稳 定性的不利影响。 当结构的高宽比较大以及柱的长细比较大时，此 情况可能发生。
3.将7度的适用高度按设计基本加速度0.1g和0.15g 区分。关于0.15g和0.30g的规定，分别在7、8度 和8、9度之间内插。
4.各类筒体的使用高度未做变化。
第3页/共42页
二、钢结构的抗震等级概念引入
1.钢结构房屋的抗震等级
房屋高度
烈度
6
7
8
9
≤50m
——
四
三
二
＞50m
四
三
二
一
注： 1高度接近或等于高度分界时，应允许 结合房 屋不规 则程度 和场地 、地基 条件确 定抗震 等级； 2 一般情况，构件的抗震等级应与结 构相同 ；当某 个部位 各构件 的承载 力均满 足2倍地 震作用 组合下 的内力 要求时 ，7~9 度的构 件抗震 等级应 允许按 降低一 度确定 。
抗震设计基本概念PPT演示课件
重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑 地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑 除甲乙丁类以外的一般建筑 抗震次要建筑
A、中央级、省级的电视调频广播发射塔建筑，国际电信楼、国际海缆登陆站、 国际卫星地球站、中央级的电信枢纽（含卫星地球站）。
B、研究、中试生产和存放剧毒生物制品和天然人工细菌与病毒（如鼠疫、霍 乱、伤寒等) 的建筑。 C、三级特等医院的住院部、医技楼、门诊部。
破坏性地震主要属于构造地震。据统计，构造地震约
占世界地震总数的90%以上。
36
二.按震源深浅分类 浅源地震——震源深度小于60千米的称为浅源地震。
全世界85%以上的地震都是浅源地震。 中源地震——震源深度在60至300千米的称为中源地震。 深源地震——震源深度在300千米以上的称为深源地震。
目前有记录的最深震源达720公里。 浅源地震波及范围小，但破坏力大；深源地震 波及范围大，但破坏力小。
差约32倍；相差二级，能量相差1000倍。 一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。
39
3.按震级的地震分类
微震--- 2级以下。 有感地震--- 2-4级 破坏性地震--- 5级以上 强烈地震--- 7级以上
特大地震--- 8级以上
人感觉不到 人有感觉 有破坏 有破坏
有破坏
由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成 的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小， 破坏力不一定就小。
37
地震波
地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。
地震波分为体波和面波。
体波 横波（S波） 纵波（P波）
横波特点:周期长、振幅大、
波速慢,100-800m/s
纵波特点:周期短,振幅小,
波速快,200-1400m/s
《钢结构房屋震害》课件
建筑材料和连接方式
钢材质量不合格
如材料强度不足、韧性差等，影响结构承载能力和抗震性能。
连接方式不合理
如焊接工艺不当、螺栓连接松动等，降低结构整体性和稳定性。
防腐、防火措施不到位
钢结构在地震中容易受到腐蚀和火灾影响，如无有效防腐、防火措 施，将加剧结构破坏。
03
钢结构房屋震害的案例分析
典型案例介绍
数值模拟分析可以较为准确地预 测建筑物在地震作用下的响应和 破坏过程，为抗震设计和改进提
供依据。
04
钢结构房屋抗震设计优化建议
结构体系优化
结构体系选择
根据地震灾害的特点，选 择合适的结构体系，如框 架结构、框剪结构等，以 提高房屋的抗震性能。
结构布置合理
确保结构布置合理，避免 出现不规则的结构形式， 以减少地震作用下的应力 集中和破坏。
05
钢结构房屋震害的预防措施
加强抗震设防标准
制定更加严格的抗震设防标准， 确保钢结构房屋在地震中能够承
受更大的载荷和应力。
推广使用高强度钢材，提高钢结 构房屋的抗拉、抗压和抗弯能力
。
制定更加详细和科学的抗震设计 规范，加强设计过程中的抗震验
算和模拟分析。
提高施工质量和检测手段
加强施工过程中的质量控制，确保钢 结构房屋的施工质量符合设计要求。
加强节点构造措施
采取有效的构造措施，如加设抗 剪键、增加节点板厚度等，以提
高节点的抗剪承载能力。
材料选择和加工工艺
材料选择
选用高质量的钢材，如高强度钢材，以提高结构 的承载能力和抗震性能。
加工工艺优化
采用先进的加工工艺和技术，如数控切割、焊接 自动化等，以提高构件制作精度和连接质量。
钢结构抗震设计(刘其祥)
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
2020/2/5
28
2020/2/5
29
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
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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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：
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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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28
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29
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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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 。
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同样，也需要把前面的第二、第三两种节点连接
抗震ch6-1
一、节点连接破坏
1.支撑连接破坏
图 圆钢支撑连接的破坏
节点板的屈曲
图 角钢支撑连接的破坏
第四页，编辑于星期二：二十二点 二十三分。
§6.1 多高层钢结构的主要震害特征
一、节点连接破坏
2.梁柱连接破坏
图 美国Northridge地震
日本阪神地震
第五页，编辑于星期二：二十二点 二十三分。
§6.1 多高层钢结构的主要震害特征
第6章 多高层建筑
钢结构抗震设计
第一页，编辑于星期二：二十二点 二十三分。
§6.1 多高层钢结构的主要震害特征
本章所介绍的钢结构房屋，仅指结构体系的 主要承重构件都是钢结构构件的房屋，或称全钢 结构房屋。
由于钢材韧性好、强度与重量比高，一般来
说，钢结构房屋的抗震性能优于用其他传统建筑 材料建造的房屋。
第七页，编辑于星期二：二十二点 二十三分。
第八页，编辑于星期二：二十二点 二十三分。
§6.1 多高层钢结构的主要震害特征
一、节点连接破坏
2.梁柱连接破坏
※梁柱刚性连接裂缝或断裂破坏的原因（4点）：
1）焊缝缺陷 如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等
这些缺陷将成为裂缝开展直至断裂的起源
2）三轴应力 梁柱连接的焊缝变2.梁柱连接破坏
震害调查发现，梁柱连接的破坏大多数发生在梁的
下翼缘处，而上翼缘的破坏要少得多。 可能的原因： 1.楼板与梁共同变形导致下翼缘应力增大 2.下翼缘在腹板位置焊接的中断是一个显著的焊缝缺陷 的来源。
第六页，编辑于星期二：二十二点 二十三分。
震后观察到的在梁柱焊缝连接处的失效模式 1.美国Northridge地震
的起源。
4）焊缝金属冲击韧性
低的冲击韧性使得连接很易产生脆性破坏，成为引
1.支撑连接破坏
图 圆钢支撑连接的破坏
节点板的屈曲
图 角钢支撑连接的破坏
第四页，编辑于星期二：二十二点 二十三分。
§6.1 多高层钢结构的主要震害特征
一、节点连接破坏
2.梁柱连接破坏
图 美国Northridge地震
日本阪神地震
第五页，编辑于星期二：二十二点 二十三分。
§6.1 多高层钢结构的主要震害特征
第6章 多高层建筑
钢结构抗震设计
第一页，编辑于星期二：二十二点 二十三分。
§6.1 多高层钢结构的主要震害特征
本章所介绍的钢结构房屋，仅指结构体系的 主要承重构件都是钢结构构件的房屋，或称全钢 结构房屋。
由于钢材韧性好、强度与重量比高，一般来
说，钢结构房屋的抗震性能优于用其他传统建筑 材料建造的房屋。
第七页，编辑于星期二：二十二点 二十三分。
第八页，编辑于星期二：二十二点 二十三分。
§6.1 多高层钢结构的主要震害特征
一、节点连接破坏
2.梁柱连接破坏
※梁柱刚性连接裂缝或断裂破坏的原因（4点）：
1）焊缝缺陷 如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等
这些缺陷将成为裂缝开展直至断裂的起源
2）三轴应力 梁柱连接的焊缝变2.梁柱连接破坏
震害调查发现，梁柱连接的破坏大多数发生在梁的
下翼缘处，而上翼缘的破坏要少得多。 可能的原因： 1.楼板与梁共同变形导致下翼缘应力增大 2.下翼缘在腹板位置焊接的中断是一个显著的焊缝缺陷 的来源。
第六页，编辑于星期二：二十二点 二十三分。
震后观察到的在梁柱焊缝连接处的失效模式 1.美国Northridge地震
的起源。
4）焊缝金属冲击韧性
低的冲击韧性使得连接很易产生脆性破坏，成为引
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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
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
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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
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
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
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。
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
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，
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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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
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
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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
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
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
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
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
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
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
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）
的连接作法，这三种不同的作法是: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
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。
今天要讲的内容
上午: 多高层房屋钢结构节点连接设 计中的常见问题。
下午: 民用建筑钢结构的平面表示法 和楼层梁的连接设计及与之相 关的标准图的编制和选用。
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1
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
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
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
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
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
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
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) 。
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