对钢框架结构节点抗震设计思想的分析

３ 边 缘纤 维屈服 ， ） 传统 的 弹性设计 （ 当于 ６度 或非抗 震设 相
防要求 ） 。 各种构件 的宽厚 比要求 ， 见 Ｇ ０ １—０ ０建筑抗 震设 计 详 Ｂ ５０ ２ １ １
Ｍ ＝ ｓ — ）： Ａ ｈ ｔ ＋∑（ ） （ ｉ ｆ ｚ
＝ｍ ｎ ｎ ， ｝ ｉ ｛Ⅳ ， ｌ
曲， 保证耗能作用 的发挥。 受压板件 宽厚 比可分为三个等级 ： １ 全截 面进 入 塑性 ， ） 出现 塑性 铰 ， 求 转 动 能 力 （ 当 于 要 相 ８度 ， ９度抗震设 防要求 ） ；
其 中， ， 的计算方法 如下 ： Ｍ １ 当工字形梁翼缘用 对接焊缝 、 ） 腹板 用角焊缝连接时 ：
ＢＩ Ｃｈ ｎ ・ ａ ｇ ａ ｇｇ ｎ
（ ｈｎａｇＤ ｓ ｎａ ｄＲ ｓａｃ ｓｔｔ ｏ ｏ ｅｒｕ ｔ ｌｒｙ ｈｎａｇ １００ ，Ｃ ｉ ） Ｓｅｙ ｎ ｅｉ ｎ ｅ ｒ Ｉ ｔｕｅｆＮ ｎ ｒ ｓＭｅ ｌ ｇ ，Ｓｅｙ ｎ １０ ３ ｈｎ ｇ ｅ ｈ ｎｉ ｆ ｏ ａｕ ａ
当
／时 ［ （ ， ， １Ｎ ４ ： ＿…
ｙ －
Ａ，ｆ］ ，ｙ
．
】 （） １ １
其 中， 为被连 接构件的全塑性弯矩 ； ＝Ａ ； 为构件 净 Ｍ Ｎｙ Ａ
所需螺栓数目 ＝ ＝ 为 丽Ｖ
＝ ．。实际取５ ４８ 个
截面面积 ； 为构件腹板净截 面面积。 Ａ
Ｍ２ ２高强 螺栓。
响， 就可能 出现 地震 作用下的局部破 坏 ， 甚至整体倒 塌 Ｊ 。因此 ，
钢结构 的抗震 问题也 是需要 认真 研究 的 。本文 针对 最 常见 的钢
３ 构造缺 陷 ： ） 梁翼缘 与柱连接处 的垫板 一般在焊接后 就 留在 框 架结构 ， 到节点 的重 要性 ， 考虑 将对 节点 的抗 震设 计思 想进 行 结构上 ， 与柱 翼缘之间容易成为裂缝发展 的起 源。 深入分 析 ， 有助 于加深 对节 点抗震 设计 思路 和具 体方 法 的理解 ，
（） ６
规范 。
４ 设 计 实例
某大厦钢框架 结 构 的节点 设 计。柱 截 面 ： ０ ０ 口７ ０ｘ７０×５ ， ０
其 中 为高强螺栓最 小抗 拉强度 ； 为 螺栓 群形心线两侧一 ｚ
对螺栓的距离； ， 分别为一个高强螺栓的最大抗剪强度和对 砣
应 的板件极 限承压强 度 ：
０ 引言
钢结构具有强度 高 、 延性好 、 重量轻 等特点 ， 因此 抗震性 能较
好 。但 如果在加工和连接工艺 方面有些 问题 ， 之外 部环境 的影 加
１ 焊缝缺 陷； ） ２ 三轴应力 影 响 ： 柱连 接 的焊缝 变 形 由于 受 到梁 和柱 约 ） 梁
束， 施焊 后焊缝残存三轴拉应力 ， 使材料变脆 ；
Ｍ ＝ ｆｈ一 Ａ（ 。
＝
（） ５
２ 截 面进入 塑性 ， ） 但不要 求转 动 能力 （ 当 于 ７度抗 震 设防 相 要求 ） ；
２ ｄｏ４ ｈ； ／ Ｘ
其 中，， Ａ 为梁一个翼缘 的截 面积 ； 角焊缝 的有效 厚度 ； ｈ为 ｆ 为角焊缝的有效长度 ； 为焊缝 抗拉强度下 限。 ２ 当梁翼缘用对接焊缝 、 ） 腹板用高强螺栓连接 时 ：
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｐ ｏ ｒ ｓ ｆｔ ｅ ｗ ｌ ｉ ｇ ｒ ｓｄ ａ ｔｅ ｓａ ｏ ｎ ｂ ａ ｓ ｓ ｍｍａ ｉｅ ｙｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｔ ｏ ｓａ ｄ ｔ ｅ ｍｅ ｎ ｆｔ ｅ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｒ ｇ ｅ ｓｏ ｈ ｅ ｄ ｎ ｅ ｉ ｕ ｌｓｒ ｓ ｔｈ ｍｅａ ｄ ａ ｒ ｄ ｉ ｕ ｏ ｒ ｄ ｂ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｍｅｈ ｄ ｎ ｈ ａ ｓｏ ｚ ｈ
第３ ８卷 第 ２ １期 ２０ １２ 年 ７ 月
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ Ｔ Ｔ Ｅ ＨＩ ＥＣ ＵＲ
山 西 建 筑
Ｖｏ ． １３８ Ｎｏ． ２１
Ｊ １ ２ １ ｕ． ０ ２
・３ ・ ９
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （０ ２ ２ －０ ９ ０ １０ － ８ ５ ２ １ ） １０ ３ －３
ｒ ｓｄ ａ ｔ ｓ ．Ｔ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｈ ｒ ｂ ｅ ｏ ｂ ｏｖ ｄ ａ ｅ ｔ ｏ ｕ ｈ ｙ ｄｓ ｕ ｓ ｄ，Ｓ ｓｔ ｒｖ ｄ ｈ ｉ ｃ ｉｎ ｆｒｔ ｅ ｏ ｔ ｌ ｅ ｉ ｎ ｏ ｅ ｉ ｕ ｌｓｒ ｓ ｈ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｌ ｍｓ ｔ ｅｓ ｌｅ ｒ ｒ ｇ ｌ ｉｃ ｓ ｅ ｅ ｏ ｈｏ Ｏ ａ ｐ ｏ ｉ ｅ ｔ ｅ ｄｒ ｔ ｏ ｐ ｉ ｏ ｅ ｏ ｈ ｍａ ｄ ｓｇ ｆ ｔ ｅ ｓａ ｉ ｔ ｆｅ ｇ ｎ ｅｉ ｇ ｓ ｕ ｔ ｒ ｓ ｈ ｔｂ ｌ ｙ ｏ ｎ ｉ ｅ ｒ ｔ ｃｕ ｅ ． ｉ ｎ ｒ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ｗｅｄ ｎ ｅ ｉｕ ｔ ｓ ，ｎ ｍｅ ｃ ｉ ｌｔ ｎ，ｆ ｉｅｅ ｅ ｎ ｌ ｉ ｇ ｒ ｓｄ ａ ｓｒ ｓ ｕ ｒ ａ ｓｍｕ ａ ｉ ｌ ｅ ｉ ｌ ｏ ｉ ｔ ｌ ｍｅ ｔ ｎ
最 后给 出了实例说计 内容具 体包 括以下几点 。 由于节点 的破坏将带来 相连的若干个 构件 的破坏 ， 以在 抗 所 震 设计 中 ， 要求 节点连 接 的承载力 应 高于构 件 的屈服 承载 力 ， 所 谓“ 强节点 、 弱构件”４。具体体现在 以下两个公 式的要求 ： ＿
最 大承载力 。
， 。
图 １ 钢框架连接构造
按钢材抗拉强度 和屈服强度 下限计 算 ：
Ｍ ＝ ・ ； ＝ ・ （） ３
２ 节点 的震 害
由于节点传力集 中、 构造 复杂 ， 工难度 大 ， 施 容易造 成应力 集
以节点破坏 是地震 中发生最多 的一种破 坏 。 梁 柱节点域的破坏形式 主要有 ： 加劲板的屈曲和开裂 、 加劲板
Ⅳ ＝ ０． ｎ ５８
＝ ９ ａ梁截 面： ５０ｘ ２ ２ｘ ５ ＝３５ＭＰ ； ２ ５ＭＰ ； Ｈ ０ ２０×１ ２ ２ ａ梁柱 ：
４ ０ＭＰ 。梁翼缘完全焊透 的坡 口对焊 ，５ ， ９ ａ Ｅ ０ 二级 ， ＝２ ５ＭＰ ， ｆ７ ９ ａ ＝ ９ Ｐ ； ４ ０ Ｍ ａ 梁腹板 用 １． ０ ９级 高强 螺栓 摩 擦 型 连接 ， 喷砂 ＝ ０ ４ Ｍ ２ 预 紧 力 Ｐ：１０ ｋ ．， ２ ， ９ Ｎ。弹性 内 力 Ｍ ＝６ ５ ｋ ・ｍ， ５ Ｎ Ｖ＝
其中 ， 为连 接 的塑性抵 抗矩 ； 为被 连接构 件 的塑性 抵
限 ； 为 钢材的屈服强度 。 抵抗矩 按材料力学 的方法计算 ， 例如对矩形截面 ：
中、 强度不均衡 现象 ， 再加 上可 能 出现 的焊 缝 缺陷 、 造缺 陷 ， 构 所 抗 矩（ 这两个相 当于对 形心轴的面积矩 ） 为连接 的抗拉强度 下 ；
（） １ （） ２
一
一
ｒ 尊 １ 』
圭。
０
其中 ，． １ ２为实际屈服强 度可 能高 于规定 值 的修 正 系数 ； ． Ｉ３
／
圣 圭
ｂ≥ １ ０ ０
为在 １２基 础上 ， ． 再考 虑跨 中荷载 影 响； 为 被连 接构 件 （ 或 梁
柱） 全塑性弯矩 ；为梁的净跨度 ； ， 分 别为连接 的抗弯 、 剪 ｚ 抗
收 稿 日期 ：０ ２ ０ －４ ２ １ —４ １
作者简介 ： 代
江 （９４ ， ， 程 师 １６ 一）男 工
・
４ ０・
第０Ｉ 第 ２ １期 ２３ ８卷 ２年７月
山 西 建 筑
，
＝
２÷ × ÷ ×硒÷ ＝
１× ｈ； ／ ｘ ２ ｒ， Ｌ ／
ｏ
在梁柱可能出现塑性铰的区段 ， 限制板件宽厚比， 以防止局部屈
塑性性 能、 局部稳定 的角度进行 了归纳 ， 并给 出了实例说明 ， 以期促进相关的应 用和科 学研 究。
关键词 ： 钢框架 ， 点 ， 节 抗震 ， 塑性 中图分类 号 ：Ｕ ９ Ｔ３１ 文献标 识码 ： Ａ 焊缝 出现裂缝 、 腹板 的屈 曲和裂 缝等。采用焊 接形式 的梁柱 刚性 节点 出现连接 裂缝 或断裂破坏 的原因主要有 ｊ ：
３ ２ 强柱 弱 梁条件 ．
其 中 ，． ０ ９为考虑焊接 热影 响对 高强螺 栓预 拉 力损失 的影 响 由于柱 子的破坏效应 比梁 的破坏 效应严重 ， 可能导 致结 构 系 数 。 有 整体倒 塌 ， 以对柱子 的安 全性 要求要 高于梁 。塑性铰最 好是 先 所 腹 板 连接 板 厚 度 ：
２ １ ，３ ７ ：４２ ． ０ ０ ４ （ ） １－１ 屈 曲的影响分析 ［ ］ 钢结构 ，０ ６ ２ （ ）４ —３ Ｊ． ２ ０ ，４ １ ：９５ ． 石 王元 清， 结构钢 焊接 残余 应力三 维有 限 ［ １ 鹿安理 ． 等． ［ ］ 杨 文 ， 永久 ， ９ １］ 焊接过程仿真领域 的若干关键 问题及 其初 步研 究
８
１ 钢框 架 结构 的节点
焊 接或高强度螺栓连接 。常用 的连 接构 造如图 １ 所示 。
ｒ
． 和混凝土框架结构 相 同 ， 框架 结构 一般 采 用刚性 节 点 ， ３ １ 承 载 力验 算 钢 由
＾
＼
Ｍ ． ≥１２ ≥１３ ２ ／ ） ．８ ． （ １ ≥０ ５ ｈ ￡
应力的有 限元分析 ［ ］ 钢 结构 ，０ ３ ２ １ ） ４ －２ Ｊ． ２ ０ ， （ ８ ：５５ ．
蒋 ［ ］ 龙丽华 ， ８ 健， 熊 珍 ． 余应 力对等截 面 Ｈ 型钢 梁相 关 残
［ Ｏ 班 慧勇 ， １］ 施
刚， 邢海军 ， ． ４０等边 角钢轴压杆 稳 定性 等 Ｑ２
能研 究（ ） １ —— 残余应 力的 实验研 究［ ］ 土木 工程 学报 ， Ｊ．
２ 绕弱轴 的工字形截 面 ： ） 当 ’ ≤Ａ Ａ 时 ， 一／ 肘 ＝
—
ｔ ９
（０ １）
２５Ｎ ｒ 满足要求 。 ９ ／ ｍ ， ａ
２ 梁腹板 与柱 之间的高强螺栓连接讣算 ： ） 每个 高强螺栓的承载力设计值 ：
＝０． ｇｔ ＝０． １ ９ｎ ． Ｐ ９ ｘ ｘ０． × １ ０ ＝ ６ ４ ｋ 。 ４ ９ ８． Ｎ
Ⅳ ｄ ・ ＝ ∑￡１ ＝ ∑ ｄ ・ ．
当节点 处的被连接 构件 尚有 轴力作 用 时 ， 要用 代 替 ，
计算如 下 ：
２８ｋ 。抗震 设防烈度 为 ７度。节点 采用 Ｈ型 梁与箱 形柱 栓 焊 ９ Ｎ 混合 刚性连接 。
１ 梁翼缘完全焊透 的对 接焊缝强度 ： ）
元分析 ［ ］ 吉林 大学学报 ，０ ７ ３ （ ） ３２３７ Ｊ． ２ ０ ，７ ２ ：５ －８ ．
［ ］ 中国机械 工程 ，０２，１ １ ：０ －０ ． Ｊ． ２ ０ １ （ ） ２ １２ ５
Ｔｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｐ ｏ ｒ ｓ ｆｔ ｅ ｗｅ ｄ ｎ ｅ ｉ ｕ ｌｓｒ ｓ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｈ ｌ ｉ ｇ ｒ ｓｄ ａ ｔ ｅ ｓ
对 钢 框 架 结 构 节 点 抗 震 设 计 思 想 的 分 析
代 江
（ 新疆哈 密矿 务局 勘察 设计院 ， 新疆 哈 密 ８ ９０ ３０ ３）
摘
要： 结合现行 Ｇ ０ １ －００建 筑抗震设计规 范 ， Ｂ５ ０ １ １ ２ 对节点 的抗震设 计思想进行 了详细分析 ， 从整体 层面设计 、 分部 设计和材 料
Ｍ ６５ × １ ５ Ｏ
１ 绕强轴 的工 字形截 面和箱形截面 ： ）
当 Ⅳ ≤０ １ ， ＝ ／ ． ３时 （） ８
ｂ （ — ｔ） ｔ ｈ－１ ｆ
—
：２ ０ ７Ｎ ｍｍ ＜ ＝ ５ ． ／ ，
当 ＮＮ ０１时 ， ／ ＞ ． ３ Ｍ ＝１ １ １一Ｎ Ｎ Ｍｐ ．５ ／