钢结构房屋抗震设计3

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E —支撑斜杆材料的弹性模量; fay —钢材屈服强度;
RE —支撑承载力抗震调整系数,取0.75。
8.2.5 抗震设计对杆件的构造要求
1、柱子长细比 2、梁柱中板件宽厚比 3、梁柱构件的侧向支承 4、框架-支撑结构中的支撑杆件 5、框架-偏心支撑结构中的消能梁段
1、柱子长细比 框架柱的长细比应符合下表的规定。表中数值适用于Q235 钢,柱子采用其他牌号钢材时,应乘以 235/ fay 。
Ac —柱的截面面积; fyc、fyb ——分别为柱和梁的钢材屈服强度;
——强柱系数,抗震等级一级时取1.15,6二级取1.10, 三级取1.05。
公式(8.6)的意义在于使柱子的全塑性抗弯承载力能够高于 梁的该项承载力,使得梁的屈服总是先于柱子屈服发生,也 即保证梁机构的实现。
当结构符合下述条件之一时,可不按式(8.6)进行验算: (1)柱所在楼层的受剪承载力比上一层的受剪承载力高出 25% ; (2)柱轴向力设计值与柱全截面面积和钢材抗拉设计强度 乘积的比值不超过0.4 ,即满足:
(2)偏心支撑框架梁消能段的抗剪承载力应按式(8.7)计 算。公式考虑了梁段有轴力作用时,根据截面塑性相关关系, 将降低抗剪承载力的因素。
偏心支撑框架梁消能段的抗剪承载力计算公式:
当N 0.15Af 时,V Vl / RE
(8.7a)
Vl 0.58Aw fay,或Vl 2M lp / a,取较小值 Aw (h 2tf )tw M lp Wp f
(8.13b)
MPb1、MPb2 ——分别为节点域两侧梁的全塑性受弯承载力;
——折减系数,三、四级时取0.6,一、二级时取0.7;
hb、hc ——分别为梁腹板高度和柱腹板高度; tw ——柱在节点域的腹板厚度;
Mb1、Mb2 ——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。
fv ——钢材的抗剪强度设计值。 Vp ——节点域的体积。
当上式要求不能满足时,节点域部位可采用较厚的钢板制作, 或贴焊补强板。
2、钢结构构件连接的验算
钢结构构件连接进行极限承载力验算的基本原则,是保证
连接的强度高于杆件的极限承载强度,高强螺栓不能产生滑
移,抗侧力构件连接的承载力大于相连构件的屈服承载力。
S R / RE
式中: S——地震效应和其他作用效应的组合值;
R——承载力设计值; RE ——承载力抗震调整系数;对梁柱构件, RE=0.75。
等截面梁节点左右两端和上下柱端的全塑性承载力,应符合下
式要求:
Wpc ( fyc N / Ac ) Wpb fyb
(8.6)
式中:
Wpc、Wpb ——分别为梁和柱的塑性截面模量; N ——柱的轴向压力设计值;
38
(3)偏心支撑杆件的长细比不应大于120 235/ fay 。支撑杆 件的板件宽厚比不应超过国家标准《钢结构设计规范》GB50017 对轴心受压杆件弹性设计时宽厚比的限值。
5、框架-偏心支撑结构中的消能梁段
消能梁段是偏心支撑框架中耗散能量的主要构件,为此需要考虑与 相连构件的承载能力相匹配、保证其在反复荷载下具有良好的滞回 性能的各项措施。
4)当a 5Mlp /Vl时,可不配置中间加劲肋;
5) 中间加劲肋应与消能梁段的腹板等高,当消能梁段截面高度不大于 640㎜时,可配置单侧加劲肋,消能梁段截面高度大于640㎜时,应在两侧 配置加劲肋,一侧加劲肋的宽度不应小于(bf/2-tw),厚度不应小于10㎜。
(8)消能梁段的两端,上下翼缘均应有平面外支承,以 防止梁段的扭转。各支承杆件的轴力设计值不得小于消能 梁段翼缘面积和设计强度值乘积的6%,即0.06bf tf f 。与 消能梁段同跨的非消能梁段为保持整体稳定,设置平面外 支承时杆件的轴力设计值不得小于梁翼缘轴向承载力的2%, 即0.02bf tf f 。
(7)消能梁段为防止剪切或弯曲引起的局部失稳,应按 下列要求在其腹板上设置中间加劲肋:
1)当a 1.6Mlp /Vl时,加劲肋间距不大于(30tw h / 5);
2)当2.6Mlp /Vl a 5Mlp /Vl时,应在距消能梁段端部1.5bf 处配置中间加劲肋, 且中间加劲肋的间距不应大于(52tw h / 5); 3)当1.6Mlp /Vl a 2.6Mlp /Vl时,中间加劲肋的间距宜在上述两者间线性插入;
偏心支撑框架消能梁段及同跨梁段的板件宽厚比限值
腹板
板件名称 翼缘外伸部分
当N / Af 0.14时 当N / Af 0.14时
宽厚比限值 8
9011.65N / Af 332.3 N / Af
(3)支撑斜杆轴力的水平分量成为消能梁段的轴力,当此轴力较大时, 除了按(8.7b)式降低梁段的受剪承载力外,还需降低该梁段的长度,以 保证其良好的滞回性能。为此,当消能段轴力 N 0.16Af 时,消能段长度 应满足式(8.10a)(8.10b)的要求。
(5)消能梁段腹板不得开孔,腹板开孔将降低梁段的塑性 变形能力。
(6) 消能梁段与支撑斜杆的连接处,应在腹板两侧设置与 腹板高度相等的加劲肋(参见图8.17),以传递梁段的剪力 并防止在支撑斜杆集中力作用下发生梁腹板的屈曲。一侧加 劲肋的宽度不应小于(bf/2-tw),厚度不应小于0.75tw和10mm中 的较大值,bf、tw分别为消能梁段的翼缘宽度和腹板厚度。
三级
四级
工字形截面翼缘外伸 部分
10
11
12
13

箱形截面壁板
43
45
48
52
工字形截面腹板
33
36
38
40
工字形截面和箱形截 面翼缘外伸部分
9
9
10
11

箱形截面翼缘在两腹 板间的部分
30
30
32
36
工字形截面和箱形截 72-120Nb/Af 72-100Nb/Af 80-110Nb/Af 85-120Nb/Af
面腹板
≤60
≤65
≤70
≤75
3、梁柱构件的侧向支承
在梁柱构件出现塑性铰的截面处,上下翼缘均应设置侧向支承。相邻两
支承点间构件平面外长细比y符合式(8.9a)(8.9b)的要求。
当1 M1 Wpx f
0.5时,y
(60 40 M1 ) Wpx f
235 fy
(8.9a)
当0.5 M1 Wpx f
(1)梁与柱连接的极限受弯承载力、受剪承载力应符合下式
的要求。
连接系数
M
j u
jMp
(8.14a)
Vuj 1.2(2M p / ln ) VGb
(8.14b)
M p ——梁的塑性受弯承载力; VGb ——梁在重力荷载代表值作用下,按简支梁分析的梁端截面剪力设计值。
1.0时,y
(45 10 M1 ) Wpx f
235 fy
(8.9b)
式中 y —弯矩作用平面外的长细比,y = l1 iy ;
l1 ? 侧向支承点距离,iy —截面回转半径; M1 —与塑性铰相距为l1的侧向支撑点处得弯矩,
当长度l1内为同向曲率时,M1 (WPx f )为正; 当为反向曲率时,M1 (WPx f )为负。
N 0.4Ac f
(3)柱子作为轴心受压构件在2倍地震力下稳定性得到保证 ,
即满足:
N1 Ac f
式中: Nl ——地震作用产生的轴力乘以2后得到的组合轴力;
——柱子轴心受压时的稳定系数。
2、框架-支撑结构中的梁柱验算
(1)中心支撑框架若采用人字形支撑或V形支撑,则与其相 连的横梁在支撑连接处应保持连续。横梁应承受斜杆传来的 内力,并按不考虑支撑支点作用的简支梁验算重力荷载和受 压支撑屈曲后产生的不平衡力下的承载力。
(1)消能梁段的钢材不应采用高强度钢,而因采用有良好塑性流 幅的钢材。为此,消能梁段钢材的屈服强度不应超过345MPa。
(2)为了保证塑性变形能力的充分发挥,消能梁段及与消能梁段 同一跨内的非消能梁段,其板件宽厚比不应大于下表规定的限值。 表中数值适用于Q235钢,其他牌号钢材的情况下应乘以 235/ fay 。
3、支撑的抗震承载力验算框架-支撑结构中 支撑斜杆的受压承载力按式(8.8a~c)计算 :
N /(Abr ) f / RE 1 /(1 0.35n )
n ( / ) fay E
(8.8a) (8.8b) (8.8c)
N —支撑斜杆的轴向力设计值; Abr —支撑斜杆的截面面积;
—轴心受压构件的稳定系数; —受循环荷载时的强度降低系数; n —支撑斜杆材料的弹性模量;
8.2.6 节点和连接的抗震验算及构造要求
1、框架梁柱刚性节点的抗震验算 2、钢结构构件连接的验算 3、钢框架结构梁柱连接的构造要求
1、框架梁柱刚性节点的抗震验算
节点域的屈服承载力符合式(8.11)的要求。其目的是要 保证节点域的屈服承载力保持合适的数值,使节点域的屈服先 于梁端屈服发生,但又不能因节点域腹板太薄而增大节点域变 形对框架侧移的不利影响。
钢结构框架柱的长细比限值
抗震等级
一级
ຫໍສະໝຸດ Baidu钢框架柱的最大长细比 60
二级 80
三级 100
四级 120
2、梁柱中板件宽厚比 框架梁、柱板件宽厚比应符合下表的要求。表中数值适用于 Q235钢,梁柱杆件采用其他牌号钢材时,应乘 235/ fay 。
Nb Af 为梁轴压比。
框架梁柱板件宽厚比限值
板件名称
一级
二级
(2)Q235中心支撑杆件的板件宽厚比,不应大于下表的规定。其他牌号钢 材的情况下应乘以 235/ fay 。
钢结构中心支撑板件宽厚比限值
板件名称
翼缘外伸部分 工字形截面腹板
箱形截面腹板 圆管外径与壁厚

四级 13 33 30
42
三级 10 27 25
40
二级 9 26 20
40
一级 8 25 18
工字形截面柱
(Mpb1 Mpb2 ) /Vp (4 / 3) fv
Vp hbhctw
(8.11) (8.12a)
箱形截面柱
Vp 1.8hbhctw
(8.12b)
上述两种截面柱节点域的抗震验算应符合式(8.13a),(8.13b)的要求。
tw (hb hc ) / 90
(8.13a)
(Mb1 Mb2 ) /Vp (4 / 3) fv / RE
消能梁段以外的梁 加劲肋
消能梁段, 长度=a
支撑中心线与梁中 消能梁段 心线的交点应在 以外的梁
消能梁段端部 或内部
消能梁段, 长度=a
支撑中心线与梁中 心线的交点应在 消能梁段端部
或内部
支撑
节点板
消能梁段腹板 中间加劲肋
加劲肋 宽翼缘型钢
图8.17 偏心支撑与消能梁段的局部构造
消能梁段腹板 中间加劲肋
采用人字形、V形支撑的框架,与支撑连接的框架梁在支撑相交处, 应设置侧向支承。该支承点和梁端支承点间的平面外长细比也应符合上 述要求。
4、框架-支撑结构中的支撑杆件
(1)Q235的中心支撑杆件的长细比,按压杆设计时,不应大于120;一、 二、三级中心支撑不得采用拉杆设计,四级采用拉杆设计时,其长细比不 应大于180。其他牌号钢材的情况下应乘以 235/ fay 。
当( Aw / A) 0.3时,a 1.6Mlp /Vl
(8.10a)
当(Aw / A) 0.3时,a [1.15 0.5( Aw / A)]1.6Mlp /Vl (8.10b)
式中: a——消能梁段的长度(消能段长度参见图8.10); ——消能梁段轴向力设计值和剪力设计值之比。
(4)消能梁段腹板不得焊补强钢板,因为补强后腹板难以 进入塑性。
当N 0.15Af 时,V Vlc / RE
(8.7b)
Vlc 0.58Aw fay 1 [N /( Af )]2 或Vlc 2.4Mlp[1 N /(Af )]/ a,取较小值
式中: ——系数,可取0.9
V、N ——分别为消能梁段的剪力设计值和轴力设计值;
Vl、Nlc ——分别为消能梁段的受剪承载力和记入轴力影响的受剪承载力;
8.2 多高层钢结构民用建筑
8.2.1 多高层钢结构民用建筑的结构体系 8.2.2 结构体系抗震设计的布置要求 8.2.3 地震作用计算 8.2.4 杆件抗震验算 8.2.5 抗震设计对杆件的构造要求 8.2.6 节点和连接的抗震验算及构造要求
8.2.4 杆件抗震验算
1、梁柱验算 强度和稳定验算公式:
Mlp ——消能梁段的全塑性受弯承载力; A、Aw ——分别为消能梁段的截面面积和腹板截面面积;
a、h、tw、tf ——分别为消能梁段的长度、截面高度、腹板厚度、和翼缘厚度;
Wp ——消能梁段塑性截面模量; f 、fay ——分别为消能梁段钢材的抗拉强度设计值和屈服强度;
RE ——消能梁段承载力抗震调整系数,取0.85。
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