钢结构抗震设计

钢结构房屋的结构体系，有框架体系、框架-中心支撑体系、框架-偏心支撑体系和各类筒体体系。其抗震设计除应符合本篇第一、二章的强制性要求外，根据钢结构的特点，在结构选型、地震作用取值、地震作用效应调整、抗震承载能力验算、构件抗震构造措施等方面，有一些不同于混凝土结构、砌体结构的专门要求。本章的内容不包括薄壁型钢结构，分为一般规定和高层民用建筑钢结构两部分。

5.1  一  般  规  定
《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001第8.1.3条
   [技术要点说明]
   多层和高层钢结构的建筑布局和结构选型，应符合本篇2.2节的有关要求。这里是区别于混凝土结构的一些基本要求：
   1、主要内容
   混凝土结构要求按烈度、结构类型和房屋高度采取不同的抗震等级，分别符合相应的内力增大系数和抗震构造要求。类似地，对钢结构，明确要求按烈度、结构类型和房屋高度，采用不同的地震作用效应调整系数和不同的抗震构造构造措施。
2、相关规定，主要指《建筑抗震设计规范》GB5001-2001第8.1.4~8.1.9条给出的有关建筑布局和结构选型的规定，包括规则性、结构体系、楼盖、地下室等的要求，不同的设防烈度，结构体系的选择有不同的要求。
   钢结构的抗震构造要求，对构件长细比和板件宽厚比随结构层数不同而提出不同的强制性要求，均以12层为界划分，见后面所述。
   [实施与检查的控制]
①        抗震设防烈度不同，房屋高度不同，应采用不同的钢结构类型。
②        ②钢结构的各项构造，不仅与抗震设防烈度有关，还应注意以12层为界有所不同。
   [检查项目和重点检查的内容]
GB 50011   8.1.3  检查钢结构选型，查看烈度、结构类型、层数不同时的区别对待。
《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001第8.3.6条
   [技术要点说明]

   钢结构构件是在厂房预制的，在现场通过装配形成完整的空间结构，连接节点的构造对控制钢结构的空间性能具有关键的作用。对于焊接组装柱，一般区段采用部分熔透的焊缝，强调在节点上下区段采用坡口全熔透焊缝，以保证柱端塑性铰区段的安全和节点连接满足受力特性的要求。
   [实施与检查的控制]
   注意坡口焊缝的形式和尺寸，以及焊缝熔透的程度和施焊的质量。
   [检查项目和重点检查的内容]
GB 50011  8.3.6  检查梁柱节点，查看柱节点区段的焊缝型式和焊透程度。
《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001第8.3.1、8.4.2条
   [技术要点说明]
   《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001第3.5.4条中明确规定，钢结构构件应合理控制尺寸，防止整个构件和局部失稳。即，控制钢结构构件的长细比和板件的宽厚比和板件的宽厚比，是钢结构构件基本的抗震构造措施。
   不同烈度、不同层数下钢框架柱的长细比限制，中心支撑斜杆的长细比和板件宽厚比限制，以及《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-1998第6.1.6条、6.3.4条分别规定的不同烈度下钢框架梁、柱板件宽厚比限制。这些规定，均为了保证钢结构构件在地震作用下有足够的整体稳定和局部稳定性。
   [实施与检查的控制]
   柱和支撑杆的长细比计算，应符合钢结构规范的定义。
   框架柱板件宽厚比限值，是在满足强柱弱梁前提下的规定，不满足强柱弱梁的要求时，宽厚比限值需有所加严厉。
   箱形截面支撑两腹板间翼缘的宽厚比，比按表8.4.2-2对腹板的要求控制。
   [检查项目和重点检查的内容]
GB50011  8.3.1  检查钢柱构造，查看杆件的长细比。
GB50011  8.4.2  检查支撑构造，查看杆件的长细比和板件的宽厚比。
《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001第8.5.1条
   [技术要点说明]
   研究表明，偏心支撑系统具有弹性阶段刚度接近于中心支撑框架，弹塑性阶段可保护支撑使之避免过早屈服的特点，是一种抗震性能良好的结构体系。
   偏心支撑的设计原则是强柱、强支撑和弱消能阶段，即在大震下消能段先屈服形成塑性铰，且具有稳定的滞回性能，即使消能梁段进入应变硬化阶段，同一跨的支撑斜杆、柱和其余梁段仍可能保持弹性受力状态。因此，偏心支撑的每根斜杆只能在一端与消能梁段连接。若两端均匀消能梁段相连，则可能一端的消能梁屈服，另一端的消能梁段不屈服，使后者不能发挥应有的消能作用。
  关于消能梁段翼缘板和腹板的材料强度和宽厚比要求，以及本章高层民用建筑钢结构部分提出的关于消能梁段屈服形式的规定，对于保证消能梁段确实起到保护整个钢结构在强烈地震下具有足够的塑性变形能力，是十分关键的。
   [实施与检查的控制]
   按《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001第8.1.5条的规定，偏心支撑主要用于高烈度的高层建筑，板件宽厚比控制较严厉；当低烈度的高层建筑采用偏心支撑时，翼缘外伸部分的要求可酌情放宽。
   梁的上翼缘可利用楼板作为侧向支承，但下翼缘需要设置侧向支撑，避免地震时下翼缘压屈。
   [检查项目和重点检查的内容]
GB50011  8.5.1  检查消能梁段，查看梁段板件的宽厚比。

5.2  高层民用建筑钢结构
《高层民用建筑钢结构技术规范》JGJ 99-1998第5.3.3、6.4.5条
   [技术要点说明]
   1、主要内容
   钢结构地震作用效应的调整，是抗震措施的重要内容之一。除了阻尼比的调整外，主要是框架支撑体系中框架部分应承担的最小地震剪力的规定，以及关于人字形支撑、V形支撑、十字交叉支撑和单斜杆支撑的内力调整规定，以体现多道设防等抗震概念设计。
   2、相关规定，主要指《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001的下列条款：
   第8.2.2条给出了不同层数阻尼比的取值。
   第8.2.3条给出了人字形支撑、V形支撑的内力增大系数值、偏心支撑的斜杆和同跨的梁柱内力、转换层下部楼层框架柱内力的调整系数值。
   第8.2节还给出了关于强柱弱梁、强节点弱构件在钢结构的具体验算规定。
   [实施与检查的控制]
   ①GB 50011-2001抗震规范仅规定了多层和高层钢结构的阻尼比，对单层钢结构，其阻尼比仍按5%取值。
②在框架支撑结构体系中，框架部分承担的地震剪力需要考虑多道设防加以调整，一般按照去掉支撑后的纯框架计算的地震剪力与整个框架支撑体系的地震剪力之比确定。
③强节点弱构件的验算，应注意满足弹性的要求。
④《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-1998中关于内力调整系数取值的规定，按行业标准与国家标准内容协调的要求，凡与《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001不同者，应该按2001年版规范的规定取值。今后，规程在修订中，将与2001年版规范协调，强制性条文的内容也重新修改。
   [检查项目和重点检查的内容]
JGJ 99  5.3.3  检查地震剪力分配，查看钢框架-支撑结构中，框架部分承担的地震剪力。
JGJ 99  6.4.5  检查内力调整，查看人字形支撑、V形支撑、十字交叉支撑和单斜杆支撑的内力。
《高层民用建筑钢结构技术规范》JGJ 99-1998第6.1.6、6.3.4条
   [技术要点说明]
   板件宽厚比对高层钢结构构件的局部稳定是十分重要，作为国家标准的补充，予以规定。
   [实施与检查的控制]
   框架梁在塑性铰区需要较大的转动能力，要求板件宽厚比满足塑性设计要求。框架柱板件宽厚比限值，是在满足强柱弱梁前提下的规定，比对梁的要求放松。
JGJ 99  6.1.6  检查梁塑性铰区段，查看塑性铰区段的板件宽厚比。
JGJ 99  6.3.4  检查柱板件，查看柱板件的宽厚比。
《高层民用建筑钢结构技术规范》JGJ 99-1998第6.5.4条
   [技术要点说明]
   这里补充了关于偏心支撑系统的强制性要求，提出消能梁段屈服形式的规定，与宽厚比的规定一起，对于保证消能梁段确实起到保护支撑提高整个钢结构在强烈地震下具有足够的塑性变形一起，对于保证消能梁段确实起到保护支撑提高整个钢结构在强烈地震下具有足够的塑性变形能力，有较好的效果。
   [实施与检查的控制]
   消能梁段屈服形式分为剪切屈服型和弯曲屈服型：
   净长a≤1.6 属剪切屈服型，不仅弹性刚度接近中心支撑，而且对地震能量的消能能力和滞回性能均较好，最好是a≤1.3 。
   净长a＞1.6 属弯曲屈服型，对地震能量的消能性能不佳。
   此外，在“结构设计篇”还纳入规程第8.3.6条关于刚性连接的框架柱在翼缘对应位置设置水平加劲肋或隔板的强制性要求。
   [检查项目和重点检查的内容]
JGJ 99  6.5.4  检查消能梁段，查看屈服类型。