钢结构梁柱刚性节点的抗震设计
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建 材 世 界
２１ ０ ２年
第３ ３卷
第 ４期
的原则 ， 对连 接应 进行 ２阶段 的设计 ： １阶段 ， 求按 构件 的承载力 （ 意 ： 是设 计 内力 ， 避免 按设 计 内 第 要 注 不 应 力设 计 时构 件截 面及 焊缝 偏小从 而 给第 ２阶段极 限承 载力设 计 带来 困难 ） 进行 连接 的弹性 承 载力设 计 ， 其应 采 用 的表达 式 Ｓ ≤Ｒ／ （ ｒ 即规范公 式 ５ ４ ２ ， 条 文 在 规 范 中为 强 制性 条 文 。第 ２阶段 ， 行连 接 的极 限承 ．． ）该 进 载力设 计 ， 其表 达式 为 ≥ 即规 范公 式 ８ ２８ ）该 条 文在规 范 中为一 般性 条文 。 Ｍ （ ． ． —１ ，
移后 ， 腹板 在塑 性铰处 的弯 矩就 可 以通过 一 定 长 度 的盖 板 及 其 侧 焊缝 梁
弯 能力 的措 施 。相 对 而 言 ， 就 等 于 提 高 了 连接 的 也 抗 弯能 力 ， 两者 之 间的强 弱关 系发 生转 化 ， 使 同样 可 以使 框架 梁在 水平 地震 作用 下不会 首 先在 连接 处破 坏 。
匡
目
图３ 梁端 翼 缘 加 焊 契 形 盖 板 及 翼缘 侧板 加 强
２
≥ １Ｍ 『 ，
为 了达 到强节 点弱 杆件 的保证 ，建筑抗 震设 计规 范 》 《 又要 求 钢 结构 构 件 连接 应按 地 震 组合 内力 进 行 弹
性设 计 ， 并应 进行 极 限承载 力验算 。对 于梁 与柱 连接 的极 限受 弯承 载力应 符合 Ｍ ≥ Ｍ ｐ 。 工程 实例 ： 特北方 某水 泥熟 料 生产线 ， 沙 其桁 架转 运楼 为 ３ １ 、 钢框架 结构 ， １１ 高 ５层 １ 地震 设 防烈 度 ７度 ， 地震 加速 度 ０ １ｇ 场 地类 别为第 ２ ， 计地 震分 组 为第 ３组 。梁柱 均采 用热 轧 Ｈ 型 钢 ， ．５ ， 类 设 钢号 均为 Ｑ２ ５ ３。 建模 通过 Ｓ ＴＳ软 件 的计 算 可知 ， １所示 节点 红色 部分 即表示 节 点 的连接设 计不 满 足规 范 第 ８ ２８条 图 ．． 的规 定 。 由于部分 设计 人员 缺乏对 该公 式 的理解 ， 处 理此 处 问题 是 只是 一 味 的加 大 钢 梁截 面 。仅 增 大钢 在 梁截 面 ， 构件 的极 限承 载力 提 高 得 非 常 有 限 ， 是 用 钢 量 却 增 大很 多 ， 种 做 法显 然 不合 理 。通 过对 公 式 但 这 Ｍ Ｍ 的分 析可知 ： 主要 与梁 翼缘 板面 积 和梁 高有 关 ， ≥ Ｍ 与梁 腹 板 厚度 无 关 。Ｍ 的大 小 主要 受 构 件截 面 塑性抵 抗 矩 ｗ 的控制 ， Ｗ 而 的大小则 与 截 面 的尺 寸 有关 。增 大粱 翼 缘板 尺 寸 和梁 高虽 然 可 以增 大 舰 的值 ， ｗ 但 的值 也会 相应 的增 大 ， 就是 为什 么增 大钢 梁截 面 ， 件 的极 限承 载力提 高得 非常 有 限的原 因 。 这 构
在采 用梁 端增 强式 塑性 铰外 移 的连接 中， 梁腹板 与 柱 的连 接有 条件 可采 用 只承受 剪力 的假 定 ， 在 狗骨 但 式 连接 中 ， 腹板 与柱 的连 接只宜 采 用 同时承受 剪力 和 弯矩 的假定 。梁 端翼 缘采 用 加强式 连接 ， 塑性 铰外 梁 使
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建 材 世 界
１ Ｊ Ｓ ≤ ／ Ｒ ｒＥ
规 范要求 应采 用 Ｓ ≤Ｒ／Ｒ进行 结构 构件 的截 面抗 震验 算 ， 中 Ｓ是 地震 组合 设 计值 、Ｒ为承 载力 抗震 ｒＥ 其 ｒＥ 调 整系 数 。 规 范 明确规 定所 有杆 件和 连接 均应按 弹性 设计 ， 由于地 震 的 不确 定性 ， 当遇 到 超 出基 本 烈 度 的大 震 时 ， 为使构 件在 充分 出现 塑性 铰 的同时 ， 节点 完整 不坏 ， 构不 发 生整 体倒 塌 ， 设计 中加 强 节点 也 是 十分 必 要 结 在 的 。同时地 震是 偶然 作用 ， 构抗震 可靠 度要 求可 比承 受荷 载作 用下 的可 靠度要 求 低 ， 结构 构件 的截 面抗 结 而 震 验算 借用 非地 震作 用 的表达式 ， 因而可 对可靠 度进 行 调整 。按 表达式 ｓ ≤Ｒ／Ｒ对 杆 件 和节 点进 行设 计 验 ｒＦ 算 时 ， 构 杆件 的地震 内力 组合 设计 值 只能作 为控 制杆 件截 面 的依据 。当结构杆 件 截面确 定之 后 ， 结 就应 以杆 件截 面承 载力设 计值 为依 据来 进行 连接 的抗 力设计 。如框 架 结构 中的框 架 梁 ， 就应 使 梁 柱 连接 处 连 接 的抗 弯承 载力设 计值 大 于框架 梁 的抗弯 承载 力设 计值 ， 并使 ２者之 比不 小于 连接 承 载 力抗 震 调 整 系数 与 框架 梁 抗震 调整 系数 之 比 。
３ 抗 震 设 计 中节 点 的处 理 方 法
在抗 震设 计 阶段 ， 了满 足 正 确 的 连接 设 计 要 为 求， 必然 需要 采 用 塑 性 铰 外 移 的 梁 端 增 强式 连 接 或 在 离梁端 不远 处将 梁 的上下 翼 缘进 行 削 弱 的狗骨 式
ｌ
’
连接。规范推荐的节点增强连接的主要形式， 如图 ３ 所示 。其 连 接方法 都是 为 了使 连接 处 焊缝 的弯 曲应
力低 于梁 在 塑性铰 处 的弯 曲应力 而采 取 的措施 。 狗 骨式 连接 之 所 以要 采 用 削 弱 梁 截 面 的方 式 ，
就 是 因为考 虑 到梁 端 与柱 的连 接 焊 缝 ， 可避 免 的 不
存 在某 些缺 陷 ， 接 承 载 力 有 可 能 还 是低 于梁 的 承 连
载 力 ， 了确 保万 无一 失 ， 得 已采 取 削 弱梁 截 面抗 为 不
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第３ ３卷
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的原则 ， 对连 接应 进行 ２阶段 的设计 ： １阶段 ， 求按 构件 的承载力 （ 意 ： 是设 计 内力 ， 避免 按设 计 内 第 要 注 不 应 力设 计 时构 件截 面及 焊缝 偏小从 而 给第 ２阶段极 限承 载力设 计 带来 困难 ） 进行 连接 的弹性 承 载力设 计 ， 其应 采 用 的表达 式 Ｓ ≤Ｒ／ （ ｒ 即规范公 式 ５ ４ ２ ， 条 文 在 规 范 中为 强 制性 条 文 。第 ２阶段 ， 行连 接 的极 限承 ．． ）该 进 载力设 计 ， 其表 达式 为 ≥ 即规 范公 式 ８ ２８ ）该 条 文在规 范 中为一 般性 条文 。 Ｍ （ ． ． —１ ，
移后 ， 腹板 在塑 性铰处 的弯 矩就 可 以通过 一 定 长 度 的盖 板 及 其 侧 焊缝 梁
弯 能力 的措 施 。相 对 而 言 ， 就 等 于 提 高 了 连接 的 也 抗 弯能 力 ， 两者 之 间的强 弱关 系发 生转 化 ， 使 同样 可 以使 框架 梁在 水平 地震 作用 下不会 首 先在 连接 处破 坏 。
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图３ 梁端 翼 缘 加 焊 契 形 盖 板 及 翼缘 侧板 加 强
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为 了达 到强节 点弱 杆件 的保证 ，建筑抗 震设 计规 范 》 《 又要 求 钢 结构 构 件 连接 应按 地 震 组合 内力 进 行 弹
性设 计 ， 并应 进行 极 限承载 力验算 。对 于梁 与柱 连接 的极 限受 弯承 载力应 符合 Ｍ ≥ Ｍ ｐ 。 工程 实例 ： 特北方 某水 泥熟 料 生产线 ， 沙 其桁 架转 运楼 为 ３ １ 、 钢框架 结构 ， １１ 高 ５层 １ 地震 设 防烈 度 ７度 ， 地震 加速 度 ０ １ｇ 场 地类 别为第 ２ ， 计地 震分 组 为第 ３组 。梁柱 均采 用热 轧 Ｈ 型 钢 ， ．５ ， 类 设 钢号 均为 Ｑ２ ５ ３。 建模 通过 Ｓ ＴＳ软 件 的计 算 可知 ， １所示 节点 红色 部分 即表示 节 点 的连接设 计不 满 足规 范 第 ８ ２８条 图 ．． 的规 定 。 由于部分 设计 人员 缺乏对 该公 式 的理解 ， 处 理此 处 问题 是 只是 一 味 的加 大 钢 梁截 面 。仅 增 大钢 在 梁截 面 ， 构件 的极 限承 载力 提 高 得 非 常 有 限 ， 是 用 钢 量 却 增 大很 多 ， 种 做 法显 然 不合 理 。通 过对 公 式 但 这 Ｍ Ｍ 的分 析可知 ： 主要 与梁 翼缘 板面 积 和梁 高有 关 ， ≥ Ｍ 与梁 腹 板 厚度 无 关 。Ｍ 的大 小 主要 受 构 件截 面 塑性抵 抗 矩 ｗ 的控制 ， Ｗ 而 的大小则 与 截 面 的尺 寸 有关 。增 大粱 翼 缘板 尺 寸 和梁 高虽 然 可 以增 大 舰 的值 ， ｗ 但 的值 也会 相应 的增 大 ， 就是 为什 么增 大钢 梁截 面 ， 件 的极 限承 载力提 高得 非常 有 限的原 因 。 这 构
在采 用梁 端增 强式 塑性 铰外 移 的连接 中， 梁腹板 与 柱 的连 接有 条件 可采 用 只承受 剪力 的假 定 ， 在 狗骨 但 式 连接 中 ， 腹板 与柱 的连 接只宜 采 用 同时承受 剪力 和 弯矩 的假定 。梁 端翼 缘采 用 加强式 连接 ， 塑性 铰外 梁 使
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１ Ｊ Ｓ ≤ ／ Ｒ ｒＥ
规 范要求 应采 用 Ｓ ≤Ｒ／Ｒ进行 结构 构件 的截 面抗 震验 算 ， 中 Ｓ是 地震 组合 设 计值 、Ｒ为承 载力 抗震 ｒＥ 其 ｒＥ 调 整系 数 。 规 范 明确规 定所 有杆 件和 连接 均应按 弹性 设计 ， 由于地 震 的 不确 定性 ， 当遇 到 超 出基 本 烈 度 的大 震 时 ， 为使构 件在 充分 出现 塑性 铰 的同时 ， 节点 完整 不坏 ， 构不 发 生整 体倒 塌 ， 设计 中加 强 节点 也 是 十分 必 要 结 在 的 。同时地 震是 偶然 作用 ， 构抗震 可靠 度要 求可 比承 受荷 载作 用下 的可 靠度要 求 低 ， 结构 构件 的截 面抗 结 而 震 验算 借用 非地 震作 用 的表达式 ， 因而可 对可靠 度进 行 调整 。按 表达式 ｓ ≤Ｒ／Ｒ对 杆 件 和节 点进 行设 计 验 ｒＦ 算 时 ， 构 杆件 的地震 内力 组合 设计 值 只能作 为控 制杆 件截 面 的依据 。当结构杆 件 截面确 定之 后 ， 结 就应 以杆 件截 面承 载力设 计值 为依 据来 进行 连接 的抗 力设计 。如框 架 结构 中的框 架 梁 ， 就应 使 梁 柱 连接 处 连 接 的抗 弯承 载力设 计值 大 于框架 梁 的抗弯 承载 力设 计值 ， 并使 ２者之 比不 小于 连接 承 载 力抗 震 调 整 系数 与 框架 梁 抗震 调整 系数 之 比 。
３ 抗 震 设 计 中节 点 的处 理 方 法
在抗 震设 计 阶段 ， 了满 足 正 确 的 连接 设 计 要 为 求， 必然 需要 采 用 塑 性 铰 外 移 的 梁 端 增 强式 连 接 或 在 离梁端 不远 处将 梁 的上下 翼 缘进 行 削 弱 的狗骨 式
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连接。规范推荐的节点增强连接的主要形式， 如图 ３ 所示 。其 连 接方法 都是 为 了使 连接 处 焊缝 的弯 曲应
力低 于梁 在 塑性铰 处 的弯 曲应力 而采 取 的措施 。 狗 骨式 连接 之 所 以要 采 用 削 弱 梁 截 面 的方 式 ，
就 是 因为考 虑 到梁 端 与柱 的连 接 焊 缝 ， 可避 免 的 不
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载 力 ， 了确 保万 无一 失 ， 得 已采 取 削 弱梁 截 面抗 为 不