1、建筑结构抗震设计第7章 多高层钢结构房屋抗震设计世界上第一个多层钢结构建筑（世界上第一个多层钢结构建筑（18721872年建于巴黎）年建于巴黎）著名钢结构建筑著名钢结构建筑美国纽约世贸大厦美国纽约世贸大厦7.1 多层和高层钢结构房屋多层和高层钢结构房屋 抗震特性及震害分析抗震特性及震害分析 钢结构的特点钢结构的特点：（）各向同性的均质材料，强度易于保证，结构的可靠性大；（）各向同性的均质材料，强度易于保证，结构的可靠性大；（）轻质高强，使结构所受地震作用减小；（）轻质高强，使结构所受地震作用减小；（）良好的延性性能，使结构具有较大的变形能力，保证结构的抗震（）良好的延性性能，使结构具有较大的变
2、形能力，保证结构的抗震 安全性；安全性；若设计与制造不当，可能发生若设计与制造不当，可能发生构件的失稳构件的失稳和和材料的脆性破坏材料的脆性破坏。震害举例及比较震害举例及比较19761976年唐山大地震后对唐山钢铁厂年唐山大地震后对唐山钢铁厂震害调查震害调查结果结果 统计参数统计参数结构形式结构形式总建筑面积总建筑面积(万万m m2 2)倒塌和严重破倒塌和严重破坏比例坏比例中等破坏中等破坏比例比例钢结构钢结构3.6709.3%钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构4.0623.2%47.9%砌体结构砌体结构3.0941.2%20.9%表表7.1 唐山钢铁厂震害调查资料唐山钢铁厂震害调查资料钢结构房屋受地
3、震作用的破坏形式主要有钢结构房屋受地震作用的破坏形式主要有：结构倒塌结构倒塌；节点破坏节点破坏；构件破坏构件破坏；基础锚固破坏基础锚固破坏1 1）结构倒塌结构倒塌结构倒塌是地震中结构破坏结构倒塌是地震中结构破坏最严重最严重的形式的形式主要原因：主要原因：存在存在结构薄弱层结构薄弱层2 2）节点破坏节点破坏节点破坏是地震中节点破坏是地震中发生最多发生最多的一种破坏形式的一种破坏形式主要原因：节点的设计和施工中，构造及焊缝存在缺陷主要原因：节点的设计和施工中，构造及焊缝存在缺陷；节点区域；节点区域 出现应力集中、受力不均出现应力集中、受力不均钢结构房屋在地震中钢结构房屋在地震中严重破坏或倒塌严重破
4、坏或倒塌与与结构抗震设计水平结构抗震设计水平 关系很大关系很大节点破坏节点破坏(螺栓破坏螺栓破坏)节点破坏节点破坏(焊缝焊缝破坏破坏)3 3）构件破坏构件破坏多高层建筑钢结构构件破坏的主要形式多高层建筑钢结构构件破坏的主要形式有：有：1.支撑的破坏与失稳支撑的破坏与失稳 支撑在地震中所受的压力超过其屈曲支撑在地震中所受的压力超过其屈曲临界力时，即出现破坏或失稳临界力时，即出现破坏或失稳 构件破坏（支撑破坏）构件破坏（支撑破坏）2.2.梁柱局部破坏梁柱局部破坏对于对于框架柱框架柱：主要主要表现为表现为翼缘屈曲、翼翼缘屈曲、翼缘撕裂，甚至会出现水平缘撕裂，甚至会出现水平裂缝或断裂破坏裂缝或断裂破坏
5、对于框架梁对于框架梁：主要主要表现为表现为翼缘屈曲、腹板翼缘屈曲、腹板屈曲和开裂、扭转屈曲等屈曲和开裂、扭转屈曲等构件破坏（柱剪断）4)4)基础锚固破坏基础锚固破坏主要表现主要表现：柱脚处的地脚螺栓：柱脚处的地脚螺栓脱开、混凝土破碎导致锚固失脱开、混凝土破碎导致锚固失效、连接板断裂等效、连接板断裂等主要原因主要原因：设计中未预料到地震设计中未预料到地震时柱将产生相当大的拉力，以及时柱将产生相当大的拉力，以及地震开始时出现竖向振动地震开始时出现竖向振动 基础锚固破坏7.2 多层和高层钢结构房屋多层和高层钢结构房屋抗震设计的一般规定抗震设计的一般规定 房屋高度房屋高度烈烈 度度6 7 8 9 50
6、m 四四三三二二50m四四三三二二一一7.2.1 钢结构房屋的抗震等级钢结构房屋的抗震等级 钢结构房屋应根据钢结构房屋应根据设防分类设防分类、烈度烈度和和房屋高度房屋高度采用不同的采用不同的抗震等级抗震等级表表7.2 钢结构房屋的抗震等级钢结构房屋的抗震等级7.2 多层和高层钢结构房屋多层和高层钢结构房屋抗震设计的一般规定抗震设计的一般规定 7.2.2 结构选型结构选型.多、多、高层钢结构的体系高层钢结构的体系 多、多、高层钢结构的结构体系主要有框架体系、框架一支撑（高层钢结构的结构体系主要有框架体系、框架一支撑（抗震抗震墙墙板）体系、筒体体系（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒等）板）体系、筒体体系
7、（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒等）和和巨型框架体巨型框架体系。系。（1）框架体系框架体系 框架体系是沿房屋纵横方向由多榀平面框架构成的结构。这类结构框架体系是沿房屋纵横方向由多榀平面框架构成的结构。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。刚性连接节点。（2 2）框架支撑体系）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置一定数量的支撑所形成的结构体系。支撑体系的布置由建筑要求及结构功
8、能来确定支撑体系的布置由建筑要求及结构功能来确定支撑类型支撑类型 支撑类型的选择与是否抗震有关，也与建筑的层高、柱距以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有关及建筑使用要求有关 .中心支撑中心支撑 中心支撑是指斜杆、横梁及柱汇交于一点的支撑体系，或两中心支撑是指斜杆、横梁及柱汇交于一点的支撑体系，或两根斜杆与横杆汇交于一点，也可与柱子汇交于一点，但汇交时均根斜杆与横杆汇交于一点，也可与柱子汇交于一点，但汇交时均无偏心距无偏心距如右图：如右图：(a)X(a)X 形支撑；形支撑；(b(b）单斜支撑；）单斜支撑；(c(c）人字形支撑；）人字形支撑；(d)K(d)K 形支
9、撑；形支撑；(e)V(e)V 形支撑形支撑中心支撑中心支撑的利弊：的利弊：有利：有利：具有较大的侧向刚度，对减小结构的水平位移和改善具有较大的侧向刚度，对减小结构的水平位移和改善结构的内力分布是有效的结构的内力分布是有效的。不利：不利：在往复的水平地震作用下，会产生下列后果在往复的水平地震作用下，会产生下列后果：(a)支撑斜杆重复压曲后，其抗压承载力急剧降低；支撑斜杆重复压曲后，其抗压承载力急剧降低；(b)支撑的两侧柱子产生压缩变形和拉伸变形时，由于支支撑的两侧柱子产生压缩变形和拉伸变形时，由于支撑的端节点实际构造做法并非铰接，引发支撑产生很大撑的端节点实际构造做法并非铰接，引发支撑产生很大的
10、内力和应力的内力和应力；(c)斜杆从受压的压曲状态变为受拉伸状态，将对结构产斜杆从受压的压曲状态变为受拉伸状态，将对结构产生冲击作用力，使支撑及其节点和相邻的结构产生很大生冲击作用力，使支撑及其节点和相邻的结构产生很大的附加应力；的附加应力；(d)同一层支撑框架内的斜杆轮流压曲又不能恢复同一层支撑框架内的斜杆轮流压曲又不能恢复(拉直拉直)，楼层的受剪承载力迅速降低。楼层的受剪承载力迅速降低。.偏心支撑偏心支撑 偏心支撑是指支撑斜杆的两端，至少有一端与梁相交（不偏心支撑是指支撑斜杆的两端，至少有一端与梁相交（不在柱节点处），另一端可在梁与柱交点处连接，或偏离另一根支在柱节点处），另一端可在梁与柱
11、交点处连接，或偏离另一根支撑斜杆一段长度与梁连接，并在支撑斜杆杆端与柱子之间构成一撑斜杆一段长度与梁连接，并在支撑斜杆杆端与柱子之间构成一耗能梁段，或在两根支撑与杆之间构成一耗能梁段的支撑。耗能梁段，或在两根支撑与杆之间构成一耗能梁段的支撑。偏心支撑与中心支撑相比具有较大的延性，它是适宜用于偏心支撑与中心支撑相比具有较大的延性，它是适宜用于高烈度地区的一种新型支撑体系高烈度地区的一种新型支撑体系偏心支撑类型偏心支撑类型：（a a）门架式）门架式 1 1；（b b）门架式）门架式 2 2；（c c）单斜杆式；）单斜杆式；（d d）人字形式；）人字形式；（e e）V V 字形式字形式 3）框架）框
12、架抗震抗震墙板体系墙板体系 框架框架抗震抗震墙板体系是以钢框架为主体，并配置一定数量的墙板体系是以钢框架为主体，并配置一定数量的抗震抗震墙板。墙板。抗震抗震墙板主要类型墙板主要类型：钢板钢板抗震抗震墙板墙板 内藏钢板支撑内藏钢板支撑抗震抗震墙墙板墙墙板 带竖缝钢筋混凝土带竖缝钢筋混凝土抗震抗震墙板墙板内藏钢板剪力墙板与框架的连接内藏钢板剪力墙板与框架的连接带竖缝剪力墙板与框架的连接带竖缝剪力墙板与框架的连接(4）筒体体系）筒体体系筒体结构体系可分为框架筒、桁架筒、筒中筒及束筒等体系。筒体结构体系可分为框架筒、桁架筒、筒中筒及束筒等体系。如右图：如右图：(a(a）框架筒；）框架筒；(b(b）桁架
13、筒；）桁架筒；(c(c）筒中筒；）筒中筒；(d(d）束筒）束筒（5）巨型框架体系）巨型框架体系巨型框架体系是由柱距较大的立体桁架梁柱及立体桁架梁构成。巨型框架体系是由柱距较大的立体桁架梁柱及立体桁架梁构成。巨型框架结构型式巨型框架结构型式(a(a）桁架型；）桁架型；(b(b）斜格型；）斜格型；(c(c）框筒型）框筒型2)结构选型结构选型结构类型的选择关系到结构的结构类型的选择关系到结构的安全性安全性、实用性实用性和和经济性经济性抗震规范规定抗震规范规定，钢结构民用房屋钢结构民用房屋的结构类型和的结构类型和最大高最大高度度应符合应符合表表7.3的的要求要求。表表 7.3 钢结构房屋适用的最大高度
14、钢结构房屋适用的最大高度(m)结构类型结构类型6、7度度（0.1g）7度度（0.15g）8度度9度度（0.40g）（0.20g）（0.30g）框架框架11090907050框架框架-中心支撑中心支撑220200180150120框架框架-偏心支撑（延性墙板）偏心支撑（延性墙板）240220200180160筒体（框筒、筒中筒、桁架筒，束筒体（框筒、筒中筒、桁架筒，束筒）和巨型框架筒）和巨型框架300280260240180 结构的高宽比对结构的整体稳定性和人在建筑中的舒适感结构的高宽比对结构的整体稳定性和人在建筑中的舒适感等有重要影响，钢结构民用房屋适用的最大高宽比见下表。等有重要影响，钢结构
15、民用房屋适用的最大高宽比见下表。表表7.4 钢结构民用房屋适用的最大高宽比钢结构民用房屋适用的最大高宽比烈烈 度度6度、度、7度度8度度9度度最大高宽比最大高宽比6.56.05.5 根据抗震概念设计的思想，多层钢结构要根据安全性和经济根据抗震概念设计的思想，多层钢结构要根据安全性和经济性的原则按多道防线设计。性的原则按多道防线设计。框架结构框架结构：梁梁是这种结构的第一道抗震防线是这种结构的第一道抗震防线；框架框架-支撑体系支撑体系：支撑支撑或者或者延性墙板延性墙板作为第一道抗震防线作为第一道抗震防线；偏心支撑体系偏心支撑体系：梁的耗能段梁的耗能段作为第一道抗震防线作为第一道抗震防线7.2 多
16、层和高层钢结构房屋多层和高层钢结构房屋抗震设计的一般规定抗震设计的一般规定 7.2.3 结构平面布置结构平面布置 1)结构平、立面布置以及防震缝的设置结构平、立面布置以及防震缝的设置 结构平面布置应遵结构平面布置应遵守抗震概念设计中结构布置规则性的原则。守抗震概念设计中结构布置规则性的原则。建筑平面宜简单规则，并使结构各层的抗侧力刚度中心与质量中心建筑平面宜简单规则，并使结构各层的抗侧力刚度中心与质量中心接近或重合，同时各层刚心与质心接近在同一竖直线上接近或重合，同时各层刚心与质心接近在同一竖直线上 钢结构一般不宜设防震缝钢结构一般不宜设防震缝，需要设置防震缝时，缝的宽度应，需要设置防震缝时，
17、缝的宽度应不小于相应钢筋混凝土结构房屋的不小于相应钢筋混凝土结构房屋的1.5倍。倍。2)支撑的支撑的设置设置要求要求 采用框架采用框架-支撑结构的钢结构房屋应符合下列规定：支撑结构的钢结构房屋应符合下列规定：支撑框架的两个方向的布置均宜基本对称，支撑框架之间楼盖支撑框架的两个方向的布置均宜基本对称，支撑框架之间楼盖的长宽比不宜大于的长宽比不宜大于3。三、四级且高度不大于三、四级且高度不大于50m的钢结构房屋宜采用中心支的钢结构房屋宜采用中心支撑，也可采用偏心支撑、屈曲约束支撑等消能支撑。撑，也可采用偏心支撑、屈曲约束支撑等消能支撑。中心支撑框架宜采用交叉支撑，也可采用人字支撑或单中心支撑框架宜
18、采用交叉支撑，也可采用人字支撑或单斜杆支撑，不宜采用斜杆支撑，不宜采用K形支撑；形支撑；偏心支撑框架的每根支撑应至少有一端与框架梁连接，偏心支撑框架的每根支撑应至少有一端与框架梁连接，并在支撑与梁交点和柱之间或同一跨内另一支撑与梁交点之间并在支撑与梁交点和柱之间或同一跨内另一支撑与梁交点之间形成消能梁段。形成消能梁段。采用屈曲约束支撑时，宜采用人字支撑、成对布置的单采用屈曲约束支撑时，宜采用人字支撑、成对布置的单斜杆支撑等形式，不应采用斜杆支撑等形式，不应采用K形或形或X形，支撑与柱的夹角宜在形，支撑与柱的夹角宜在3555之间。之间。3 3)钢结构房屋的楼盖钢结构房屋的楼盖 主主要形式要形式:
19、压型钢板组合楼板压型钢板组合楼板1.1.组合楼组合楼板板（见下图）（见下图）2.非组合楼板非组合楼板 3.装配整体式钢筋混凝土楼板装配整体式钢筋混凝土楼板4.装配式楼板装配式楼板4)4)钢结构房屋的地下室钢结构房屋的地下室 钢结构房屋设置地下室时，框架支撑（抗震墙板）结构中竖向连钢结构房屋设置地下室时，框架支撑（抗震墙板）结构中竖向连续布置的支撑（抗震墙板）应延伸至基础，框架柱应至少延伸至地下一续布置的支撑（抗震墙板）应延伸至基础，框架柱应至少延伸至地下一层层7.3 多层和高层钢结构房屋多层和高层钢结构房屋抗震计算抗震计算 7.3.1 一般计算原则一般计算原则采用两阶段设计方法采用两阶段设计方
20、法：第一阶段设计应按第一阶段设计应按多遇地震多遇地震计算地震作用计算地震作用第二阶段设计应按第二阶段设计应按罕遇地震罕遇地震计算地震作用计算地震作用 当进行结构弹性分析时，宜考虑现浇钢筋混凝土楼板与钢梁当进行结构弹性分析时，宜考虑现浇钢筋混凝土楼板与钢梁的共同工作的共同工作；当进行结构弹塑性分析时，可不考虑楼板与梁的共当进行结构弹塑性分析时，可不考虑楼板与梁的共同工作同工作。对于对于框架弹性分析，框架弹性分析，计算计算压型钢板组合楼盖中梁的压型钢板组合楼盖中梁的截面截面惯性惯性矩矩时，时，对两侧有楼板的梁宜取对两侧有楼板的梁宜取1.5Ib，对仅一侧有楼板的梁宜取，对仅一侧有楼板的梁宜取1.2I
21、b注意：注意：7.2 多层和高层钢结构房屋多层和高层钢结构房屋抗震设计的一般规定抗震设计的一般规定 7.3.2 水平地震作用下钢结构的内力计算与变形验算水平地震作用下钢结构的内力计算与变形验算1)地震作用下的内力计算地震作用下的内力计算（1）多遇地震作用下）多遇地震作用下 结构在第一阶段多遇地震作用下的抗震设计中，其地震作用效结构在第一阶段多遇地震作用下的抗震设计中，其地震作用效应采取弹性方法计算：可根据不同情况，采用底部剪力法、振型分应采取弹性方法计算：可根据不同情况，采用底部剪力法、振型分解反应谱法以及时程分析法等方法。解反应谱法以及时程分析法等方法。（2）罕遇地震作用下罕遇地震作用下 高
22、层钢结构第二阶段的抗震验算应采用时程分析法对结构进行高层钢结构第二阶段的抗震验算应采用时程分析法对结构进行弹塑性时程分析。弹塑性时程分析。阻尼比取值：阻尼比取值：多高层钢结构的阻尼比钢筋混凝土结构多高层钢结构的阻尼比钢筋混凝土结构小，具体取值见下表小，具体取值见下表 高度高度阻尼比阻尼比 不大于不大于50m 50到到200m 大于大于200m多遇地震作用多遇地震作用 0.04(0.045)0.03(0.035)0.02(0.025)罕遇地震作用罕遇地震作用 0.05 0.05 0.05 括号内数值为心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震括号内数值为心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结
23、构总地震倾覆力矩的倾覆力矩的50%时的阻尼比数值时的阻尼比数值多高层钢结构的阻尼比多高层钢结构的阻尼比值值构件构件的的内力调整内力调整各主要构件内力调整如下：各主要构件内力调整如下：1.对于框架梁，可不按柱轴线处的内力而按梁对于框架梁，可不按柱轴线处的内力而按梁端截面的端截面的内力设计内力设计。2.对工字形截面柱，宜计入梁柱节点域剪切变形对结构侧移的影响；对工字形截面柱，宜计入梁柱节点域剪切变形对结构侧移的影响；对对箱形柱框架、箱形柱框架、中心支撑框架和不中心支撑框架和不超过超过50m的钢结构，其层间位移计算的钢结构，其层间位移计算可不计入梁柱节点域剪切变形的影响可不计入梁柱节点域剪切变形的影
24、响，近似按框架轴线进行分析，近似按框架轴线进行分析。3.对于钢对于钢框架框架-支撑结构支撑结构的的斜杆可按端部铰接杆计算斜杆可按端部铰接杆计算；其框架部分按刚；其框架部分按刚 度分配计算得到的度分配计算得到的地震地震层层剪力应乘以调整系数，达到不小于结构底部总剪力应乘以调整系数，达到不小于结构底部总地震剪力的地震剪力的25%和框架部分和框架部分计算最大计算最大地震地震层层剪力剪力1.8倍二者的较小值倍二者的较小值。4.中心支撑框架的斜杆轴线偏离梁柱轴线交点不超过支撑杆件的宽度中心支撑框架的斜杆轴线偏离梁柱轴线交点不超过支撑杆件的宽度时，仍可按中心支撑框架分析，但应计及由此产生的附加弯矩。时，仍
25、可按中心支撑框架分析，但应计及由此产生的附加弯矩。对于偏心支撑框架结构对于偏心支撑框架结构，应按下列要求调整：应按下列要求调整：支撑斜杆的轴力设计值，应取与支撑斜杆相连接的消能梁段支撑斜杆的轴力设计值，应取与支撑斜杆相连接的消能梁段达到受剪承载力时支撑斜杆轴力与增大系数的乘积达到受剪承载力时支撑斜杆轴力与增大系数的乘积；其增大系数，其增大系数，一级不应小于一级不应小于1.4，二级不应小于，二级不应小于1.3，三级不应小于，三级不应小于1.2。位于消能梁段同一跨的框架梁内力设计值，应取消能梁段达位于消能梁段同一跨的框架梁内力设计值，应取消能梁段达到受剪承载力时框架梁内力与增大系数的乘积到受剪承载
26、力时框架梁内力与增大系数的乘积；其增大系数，一其增大系数，一级不应小于级不应小于1.3，二级不应小于，二级不应小于1.2，三级不应小于，三级不应小于1.1。框架柱的内力设计值，应取消能段达到受剪承载力时柱内力框架柱的内力设计值，应取消能段达到受剪承载力时柱内力 与增大系数的乘积与增大系数的乘积；其增大系数，一级不应小于其增大系数，一级不应小于1.3，二级不应小，二级不应小于于1.2，三级不应小于，三级不应小于1.1。对于对于内藏钢支撑钢筋混凝土墙板和带竖缝钢筋混凝土墙板内藏钢支撑钢筋混凝土墙板和带竖缝钢筋混凝土墙板结构：结构：带竖缝钢筋混凝土墙板可仅承受水平荷载产生的剪力，不承受竖带竖缝钢筋混
27、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。钢结构转换向荷载产生的压力。钢结构转换构件构件下的钢框架柱，地震内力应下的钢框架柱，地震内力应乘以乘以1.5的增大系数。的增大系数。钢结构的整体稳定钢结构的整体稳定高层钢结构的稳定高层钢结构的稳定倾覆稳定倾覆稳定压曲压曲稳定稳定通过限制高宽比来满足通过限制高宽比来满足整体稳定整体稳定局部局部稳定稳定7.3 多层和高层钢结构房屋多层和高层钢结构房屋抗震设计的一般规定抗震设计的一般规定 7.3.3 钢结构构件抗震承载力验算钢结构构件抗震承载力验算 结构设计要体现结构设计要体现“强柱弱梁强柱弱梁”的原则，保证的原则，保证节节点可靠性，实点
28、可靠性，实现合理的耗能机制。为此，需要进行构件、节点承载力和稳定性现合理的耗能机制。为此，需要进行构件、节点承载力和稳定性验算。验算。nnnn（a a）强柱弱梁型框架）强柱弱梁型框架（b b）强柱弱梁型框架）强柱弱梁型框架塑性铰分布图塑性铰分布图 1)钢钢框架框架节点节点处处的抗震承载力的抗震承载力验算验算 “强柱弱梁强柱弱梁”是抗震设计的基本要求是抗震设计的基本要求。为此，柱端应比梁端。为此，柱端应比梁端有更大的承载能力储备。有更大的承载能力储备。强柱弱梁型框架屈服时产生塑性变形而耗能的构件比强梁弱强柱弱梁型框架屈服时产生塑性变形而耗能的构件比强梁弱 柱型框架多柱型框架多 强柱弱梁型框架屈服
29、时产生塑性变形而耗能的构件比强梁弱强柱弱梁型框架屈服时产生塑性变形而耗能的构件比强梁弱柱型框架多柱型框架多 强柱弱梁型框架的抗震性能较强梁弱柱型框架优越强柱弱梁型框架的抗震性能较强梁弱柱型框架优越 为保证钢框架为强柱弱梁型，框架的任一梁柱节点处需满足：为保证钢框架为强柱弱梁型，框架的任一梁柱节点处需满足：等截面梁等截面梁：端部翼缘变截面的梁端部翼缘变截面的梁：()pcyccpbybWfN AWf(7.1a)1()()pcyccpbybpbWfN AWfV s(7.1b)为了保证在大震作用下，使柱和梁连接的节点域腹板不致局为了保证在大震作用下，使柱和梁连接的节点域腹板不致局部失稳，以利于吸收和耗
30、散地震能量，在柱与梁连接处，柱应设部失稳，以利于吸收和耗散地震能量，在柱与梁连接处，柱应设置与梁上下翼缘位置对应的加劲肋，使之与柱翼缘相包围处形成置与梁上下翼缘位置对应的加劲肋，使之与柱翼缘相包围处形成梁柱节点域。梁柱节点域。节点域的屈服承载力应满足节点域的屈服承载力应满足下下式要求式要求：12()/(4/3)pbpbpyvMMVf（7.2）对对工字形截面柱工字形截面柱11pbcwVh h t（7.3）箱形截面柱箱形截面柱111.8pbcwVh h t（7.4）圆管形截面柱圆管形截面柱 11(/2)pbcwVh h t（7.5）为保证工字形截面柱和箱形截面柱的节点域的稳定，节点为保证工字形截面
31、柱和箱形截面柱的节点域的稳定，节点域腹板的厚度应满足域腹板的厚度应满足：()/90wbcthh 节点域的受剪承载力：节点域的受剪承载力：（7.6）12()/(4/3)/bbpvREMMVf（7.7）2)中心支撑框架构件的抗震承载力验算中心支撑框架构件的抗震承载力验算 在反复荷载作用下在反复荷载作用下，支撑斜杆容易出现弹塑性屈曲后承载力，支撑斜杆容易出现弹塑性屈曲后承载力退化现象退化现象 多遇地震作用效应组合下，支撑多遇地震作用效应组合下，支撑斜斜杆杆的的受压承载力受压承载力应应按按下下式进式进行：行：/()/brRENAf（7.8）1/(10.35)n（7.9）(/)/nayfE（7.10）3
32、 3)偏心支撑框架构件的抗震承载力验算偏心支撑框架构件的抗震承载力验算偏心支撑框架的设计原则偏心支撑框架的设计原则：强柱强柱、强支撑强支撑和和弱消能梁段弱消能梁段消能梁段的受剪承载力验算消能梁段的受剪承载力验算：当当 时，时，0.15NAf/lREVV(7.11a)当当 时，时，0.15NAf/lcREVV(7.11b)4）钢结构构件连接的抗震承载力验算钢结构构件连接的抗震承载力验算钢结构连接的设计原则钢结构连接的设计原则:强连接弱杆件强连接弱杆件梁与柱刚性连接的极限受弯、受剪承载力，应符合下梁与柱刚性连接的极限受弯、受剪承载力，应符合下列要求：列要求：jujpMM(7.12)1.2(2/)j
33、uPnGbVMlV(7.13)(1)梁与柱梁与柱刚性刚性连接的连接的极限极限承载力验算承载力验算(2)2)支撑与框架的连接及支撑与框架的连接及梁、柱、梁、柱、支撑支撑的的拼接拼接极限极限承载力承载力验验算算螺栓连接在支撑轴线方向的极限承载力：螺栓连接在支撑轴线方向的极限承载力：支撑连接和拼接支撑连接和拼接：jubrjbrvNA f(7.14a)梁的拼接梁的拼接：,jub spjpMM(7.14b)柱的拼接柱的拼接：,juc spjpcMM(7.14c)(3)3)柱脚与基础的连接极限承载力柱脚与基础的连接极限承载力验验算算柱脚与基础的连接极限承载力柱脚与基础的连接极限承载力：,ju basejp
34、cMM(7.15)7.4 多层和高层钢结构房屋多层和高层钢结构房屋的抗震构造措施的抗震构造措施 7.4.1 钢框架结构的抗震构造措施钢框架结构的抗震构造措施框架柱的长细比框架柱的长细比柱的变形能力与长细比的关系柱的变形能力与长细比的关系 由于几何非线性（由于几何非线性（P P-效应）的影响，柱的效应）的影响，柱的弯曲变形能力弯曲变形能力与柱的与柱的长细比长细比有关有关柱的长细比越大柱的长细比越大弯曲变形能力越小弯曲变形能力越小 框架框架梁梁、柱板件的宽厚比柱板件的宽厚比一组梁柱试件，研究其在反复加载下的受力变形情况一组梁柱试件，研究其在反复加载下的受力变形情况 梁柱试件在反复加载下的受力变形情
35、况：梁柱试件在反复加载下的受力变形情况：b/t=16 b/t=16 随着构件板件宽厚比的增大随着构件板件宽厚比的增大构件反复受载的承载能力与耗能能力将降低构件反复受载的承载能力与耗能能力将降低 b/t=8 b/t=8 b/t=11b/t=11 原因：宽原因：宽厚比较大，则在受力过程中它们厚比较大，则在受力过程中它们容易容易出现局部失稳出现局部失稳框架柱的转动变形能力要求比框架框架柱的转动变形能力要求比框架梁梁的转动变形要求低的转动变形要求低框架柱的板件宽厚比限值可比框架梁的板件宽厚比限值大框架柱的板件宽厚比限值可比框架梁的板件宽厚比限值大宽厚比宽厚比限值限值要求要求：板件名称板件名称一级一级二
36、级二级三级三级四级四级柱柱工字形截面翼缘外伸部工字形截面翼缘外伸部分工字形截面腹板分工字形截面腹板箱形截面壁板箱形截面壁板104333114536124838135240梁梁工字形截面和箱形截面工字形截面和箱形截面翼缘外伸部分翼缘外伸部分991011箱形截面翼缘在两腹板箱形截面翼缘在两腹板之之间部分间部分30303236工字形截面和工字形截面和箱箱形截面形截面腹板腹板 6065707572 120bNAf72 100bNAf80 110bNAf85 120bNAf表7.6 框架梁、柱板件宽厚比限值梁梁与与柱的连接柱的连接构造构造梁柱的连接构造，应符合下列要求：梁柱的连接构造，应符合下列要求：（
37、1）梁与柱的连宜采用）梁与柱的连宜采用柱贯通型柱贯通型 （2）柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时，宜采用箱形截）柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时，宜采用箱形截面；当仅在一个方向与梁刚接时，宜采用工字型截面，并将柱腹面；当仅在一个方向与梁刚接时，宜采用工字型截面，并将柱腹板板 置于刚接框架平面内置于刚接框架平面内 （3）梁翼缘与柱翼缘应采用全熔透坡口焊缝）梁翼缘与柱翼缘应采用全熔透坡口焊缝 （4）柱在梁翼缘对应位置应设置）柱在梁翼缘对应位置应设置横向加劲肋横向加劲肋，且加劲肋厚度，且加劲肋厚度不应小于梁翼缘厚度不应小于梁翼缘厚度 （5）梁腹板宜采用摩擦型高强度螺栓与柱连接板连接梁腹板宜采用摩擦
38、型高强度螺栓与柱连接板连接 （6）腹板连接板与柱的腹板连接板与柱的焊焊接，当板厚不大于接，当板厚不大于16mm时应采用时应采用双面角焊缝双面角焊缝；板厚大于；板厚大于16mm时采用时采用K形坡口对接焊缝形坡口对接焊缝 （7）一级和二级时，宜采用能将塑性铰自梁端外移的端部扩一级和二级时，宜采用能将塑性铰自梁端外移的端部扩大形连接、梁端加盖板或骨形连接大形连接、梁端加盖板或骨形连接节点域补强及节点附近构造措施节点域补强及节点附近构造措施 节点域的节点域的腹板厚度腹板厚度不满足不满足式式(7.2)和式和式(7.6)、(7.7)的的稳定要求稳定要求时时，应采取加厚柱腹板或采取贴焊补强板的措施，应采取加
39、厚柱腹板或采取贴焊补强板的措施 为了为了保证保证结构在结构在塑性区的整体性，梁与柱刚性连接时，柱在塑性区的整体性，梁与柱刚性连接时，柱在梁翼缘上下各梁翼缘上下各500mm的范围内，柱翼缘与柱腹板间或箱形柱壁的范围内，柱翼缘与柱腹板间或箱形柱壁板间的连接焊缝应采用全熔透板间的连接焊缝应采用全熔透坡口坡口焊缝。焊缝。刚接柱脚刚接柱脚 钢结构的刚接柱脚宜采用埋入式钢结构的刚接柱脚宜采用埋入式；在；在6度、度、7度度抗震抗震时可采用时可采用外包式柱脚外包式柱脚：对于对于6、7度且高度不超过度且高度不超过50m m的情况也的情况也可采用外露式可采用外露式柱脚。柱脚。7.4 多层和高层钢结构房屋多层和高层
40、钢结构房屋的抗震构造措施的抗震构造措施 7.4.2 钢框架钢框架-中心支撑结构的抗震构造措施中心支撑结构的抗震构造措施框架部分的框架部分的构造构造措施措施 当房屋高度不高于当房屋高度不高于100 m且框架部分按计算分配的地震剪且框架部分按计算分配的地震剪力不大于结构底部总地震剪力的力不大于结构底部总地震剪力的25%时，一、二、三级的抗时，一、二、三级的抗震构造措施可按框架结构降低一级的相应要求采用震构造措施可按框架结构降低一级的相应要求采用中心支撑中心支撑杆杆件件的构造措施的构造措施1.1.布置布置原则原则 当中心支撑采用只能受拉的当中心支撑采用只能受拉的单单斜杆体系时，应同时设置不同斜杆体系
41、时，应同时设置不同倾斜方向的两组斜杆，且每组中不同方向单斜杆的截面面积在水倾斜方向的两组斜杆，且每组中不同方向单斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不得大于平方向的投影面积之差不得大于10%。长细比长细比按压杆设计时按压杆设计时：120 235/ayf不大于不大于四级采用拉杆设计时四级采用拉杆设计时：不大于不大于180板件宽厚比板件宽厚比 为限值支撑压曲造成的支撑板件的局部屈曲对支撑承载力及耗能能力为限值支撑压曲造成的支撑板件的局部屈曲对支撑承载力及耗能能力的影响，对支撑板件的宽厚比需限值更严，应不大于下表规定的限值：的影响，对支撑板件的宽厚比需限值更严，应不大于下表规定的限值：板件名称板件
42、名称一级一级二级二级三级三级四级四级翼缘外伸部分翼缘外伸部分891013工字形截面腹板工字形截面腹板25262733箱形截面腹板箱形截面腹板18202530圆管外径与壁厚比圆管外径与壁厚比38404042表表7.7.7 钢结构中心支撑板件宽厚比限值钢结构中心支撑板件宽厚比限值节点节点的的构造要求构造要求 当结构超过当结构超过12层时，支撑宜采用层时，支撑宜采用H H型钢制作，两端与框架可采型钢制作，两端与框架可采用刚接构造用刚接构造 H H型钢支撑连接节点示例型钢支撑连接节点示例 当结构不超过当结构不超过1212层时，若支撑与框架采用节点板连接，支撑层时，若支撑与框架采用节点板连接，支撑端部至
43、节点板嵌固点在支撑杆件方向的距离，不应小于节点板厚端部至节点板嵌固点在支撑杆件方向的距离，不应小于节点板厚度的度的2 2倍倍 支撑端部节点板构造示意图支撑端部节点板构造示意图 7.4 多层和高层钢结构房屋多层和高层钢结构房屋的抗震构造措施的抗震构造措施 7.4.3 钢框架钢框架-偏心支撑结构的抗震构造措施偏心支撑结构的抗震构造措施偏心支撑框架的抗震设计应保证罕遇地震下结构屈服发生偏心支撑框架的抗震设计应保证罕遇地震下结构屈服发生消消能梁段能梁段上上消能梁段消能梁段的的构造构造措施措施消能梁的屈服形式有两种消能梁的屈服形式有两种剪切屈服型剪切屈服型弯曲屈服型弯曲屈服型这种消能梁段的偏心支撑框架的
44、这种消能梁段的偏心支撑框架的刚度和承载力较大，延性和耗能刚度和承载力较大，延性和耗能性能较好性能较好1.1.基本规定基本规定：消能梁段的钢材屈服强度不应大于消能梁段的钢材屈服强度不应大于345MPa。消能梁段的腹。消能梁段的腹板不得贴焊补强板，也不得开洞板不得贴焊补强板，也不得开洞2.2.梁板件的宽厚比限值梁板件的宽厚比限值板件的宽厚比不应大于表板件的宽厚比不应大于表7.8.8规定规定的限值的限值。表表7.8.8 偏心支撑框架梁板件宽厚比限值偏心支撑框架梁板件宽厚比限值板件名称板件名称宽厚比限值宽厚比限值翼缘外伸部分翼缘外伸部分8腹板腹板当当 时时当当 时时/()0.14NAf/()0.14N
45、Af901 1.65/()NAf901 1.65/()NAf3.消能梁段消能梁段的长度规定的长度规定(/)0.3wAA当当 时时 为保证消能梁段具有良好的滞回性能，消能梁段的长度为保证消能梁段具有良好的滞回性能，消能梁段的长度a应应符合下列规定符合下列规定1.6/lplaMV(7.16)3.0)/(AAw当当 时时1.61.150.5(/)/wlplaAA MV(7.17)4.4.消能梁段腹板的加劲肋设置要求消能梁段腹板的加劲肋设置要求 在消能梁段中部应设加劲肋，加劲肋间距在消能梁段中部应设加劲肋，加劲肋间距c c应根据消能梁段应根据消能梁段长度长度a确定确定:bfccbfappVMa/6.1
46、最大间距为最大间距为 5/30owht ppVMa/6.2最大间距为最大间距为 5/52owht 当当a介于以上两者之间介于以上两者之间最大间距用线性插值确定最大间距用线性插值确定 消能梁段加劲肋的宽度不应小于（消能梁段加劲肋的宽度不应小于（），厚度），厚度不应小于不应小于 和和10mm。wftb2/wt消能梁段与柱连接的消能梁段与柱连接的构造措施构造措施 消能梁段与柱连接时，其长度不得大于消能梁段与柱连接时，其长度不得大于 ，且应满，且应满足第足第7.3节中有关偏心支撑框架构件的抗震承载力验算的规定。节中有关偏心支撑框架构件的抗震承载力验算的规定。消能梁段翼缘与柱翼缘之间应采用坡口全熔透对接
47、焊缝连消能梁段翼缘与柱翼缘之间应采用坡口全熔透对接焊缝连接，消能梁段腹板与柱之间就采用角焊缝（气体保护焊）连接；角接，消能梁段腹板与柱之间就采用角焊缝（气体保护焊）连接；角焊缝的承载力不得小于消能梁段腹板的轴力、焊缝的承载力不得小于消能梁段腹板的轴力、剪剪力和弯矩同时作用力和弯矩同时作用时的承载力时的承载力 消能梁段与柱腹板连接时，消能梁段翼缘与消能梁段与柱腹板连接时，消能梁段翼缘与横向加劲肋横向加劲肋间应间应采用坡口全熔透焊缝，采用坡口全熔透焊缝，其其腹板与柱腹板与柱连接板连接板间应采用角焊缝（气体保间应采用角焊缝（气体保护焊）连接；角焊缝的承载力不得小于消能梁段腹板的轴力、剪力护焊）连接；角焊缝的承载力不得小于消能梁段腹板的轴力、剪力和弯矩同时作用时的承载力和弯矩同时作用时的承载力llpVM/6.1侧向稳定性构造要求侧向稳定性构造要求 消消能梁段两端上下翼缘应设置侧向支撑，支撑的轴力设计能梁段两端上下翼缘应设置侧向支撑，支撑的轴力设计值不得小于消能梁段翼缘轴向承载力设计值的值不得小于消能梁段翼缘轴向承载力设计值的6%偏心支撑框架非消能梁段的上下翼缘，应设置侧向支撑，偏心支撑框架非消能梁段的上下翼缘，应设置侧向支撑，支撑的轴力设计值不得小于梁翼缘轴向承载力的支撑的轴力设计值不得小于梁翼缘轴向承载力的2%第七章结束！第七章结束！
