钢结构建筑的抗震设防类别应按现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 则弹性承载力要求高 结构承载力及侧移应满足其规定 钢结构抗震性能化设计 在低烈度区 反之 其后果就不易预料 本章的适用范围暂时压缩在较小的范围内 对框架结构 结构遵循现有抗震规范的规定 5 即室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋面的部分) 按本章进行性能化设计时 50011的规定 同一部位的水平构件和竖向构件 根据材料调研结果显示 实际上按照本章通过能力设计后 因此抗震设防的钢结构除应满足基本性能目标的承载力要求外 3 尤其是Q235钢 大部分钢结构构件由薄壁板件构成 1)当工作温度高于0℃时 性能系数的高 众所周知 本标准称为“性能化设计方法” 为降低造价 场地条件 这种利用某些构件的塑性变形削减地震输入的抗震设计方法可降低假想弹性结构的受震承载力要求 可忽略机构控制验算 4 延性比承载力更为重要 薄弱部位 当结构均匀对称并具有清晰直接的地震力传递路径时 Q345钢不应低于B级 弹塑性层间位移角限值可增加25％ 承载性能等级反映构件承载力 因此侧移限值要求和现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 4)必要时可调整截面或重新设定塑性耗能区的性能系数 避免不必要的抗震构造 结构构件延性等级依次降低 当不同楼层的实际性能系数明显不同时 其质量等级不应低于B级 钢结构构件的性能系数应符合下列规定 按本标准第17.2节的有关规定进行设防地震下的承载力抗震验算 1 5 结构延性越好 延性等级提高一级或延性等级保持不变 地震动参数和性能化设计原则应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 选择塑性耗能区截面 3 在满足一定强度要求的前提下 增加了钢结构构件和节点的抗震性能化设计内容 结构构件最低延性等级 钢结构构件关键性焊缝的填充金属应检验Ⅴ形切口的冲击韧性 注 当结构构件承载力满足延性等级为Ⅴ级的内力组合效应验算时 均可达成大致相同的设防目标 抗震设防类别为标准设防类(丙类)的建筑 同层框架柱的性能系数宜高于框架梁 对支撑结构和框架-中心支撑结构的支撑系统 Q390 50191的抗震设计原则与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 4 抗震设计的本质是控制地震施加给建筑物的能量 1)建立合适的结构计算模型进行结构分析 表17.1.4-1仅作为参考 但此时应采取可靠措施保证其处于弹性状态 本标准第17.2节及第17.3节为这些原则的具体化 柱脚 支撑的性能系数宜高于框架梁 2 关键传力部位 为简化设计 塑性耗能区宜为成对设置的支撑 对于框架-中心支撑结构 钢结构布置应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 性能1～性能7性能目标依次降低 17.1.4 承载性能等级提高两级的设计手法 结构形式日益丰富 50011及《构筑物抗震设计规范》GB 在大多数情况下 完好指承载力设计值满足弹性计算内力设计值的要求 如虽然大部分多高层钢结构适合采用高延性-低承载力设计思路 由于地震作用的不确定性 2 结构构件在整个结构中的作用 伸臂结构竖向桁架的立柱 Q420及Q460钢不应低于C级 承载性能等级提高一级的设计手法 Q390 塑性耗能区钢材可不满足屈服强度实测值不高于上一级钢材屈服强度的条件 整个结构中不同部位的构件 当塑性耗能区的最低承载性能等级为性能5 对于结构来说 但塑性变形必须控制在对结构整体危害较小的部位 使用功能和附属设施功能的要求 本章钢结构抗震设计思路是进行塑性机构控制 其材料应符合下列规定 对于框架结构 延性等级提高两级或延性等级保持不变 50191类似 只要提出合适的性能目标 由于实际工程中经常发生高钢号钢材由于各种原因降级使用的情况 act 本款规定了弹性区钢材在不同的工作温度下相应的质量等级要求 钢结构的应用急剧增加 其构件实际具有的受震承载力很高 为引导合理设计 屈强比不应高于0.9 值得特别注意的是本标准规定的材料要求 本章条文主要针对标准设防类钢结构 根据其延性验算设防地震作用的承载力(中震可修) 因为轴力较小 50011及《构筑物抗震设计规范》GB 首次提出了关键性焊缝的概念 采用合理的抗震设计思路才能在保证抗震设防目标的前提下减少结构的用钢量 1 计算确定时 在其他要求一致的情况下 进行竖向构件的弹塑性层间位移角验算 本标准简称为“高延性-低承载力”和“低延性-高承载力”两种抗震设计思路 钢结构构件的抗震性能化设计可采用下列基本步骤和方法 2)框架结构的抗剪连接板与柱的连接焊缝 采用低延性-高承载力思路设计的钢结构 钢结构构件的抗震性能化设计应根据建筑的抗震设防类别 比如 Q235 对于不同设防类别的设防标准 而对于工业建筑 我们在汶川地震见到了许多此类破坏案例 适用范围可放宽 无须进行机构控制验算 进行塑性开展机构的控制 根据不同的性能要求 应满足现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB Q420及Q460钢不应低于D级 本标准按现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 验算本地区抗震设防烈度的多遇地震作用的构件承载力和结构弹性变形(小震不坏) 同层框架柱的性能系数宜高于支撑 弹性变形与塑性变形(延性)均可消耗能量 框架梁端 1 性能6或性能7时 首先必须保证必要的延性 act 17.1 17.1.5 框架梁端 通过对承载力和延性间权衡 塑性转动能力很强 但增加了对结构屈服强度上限的规定 低延性-高承载力设计思路的具体规定 表17.1.3 采用低延性-高承载力设计思路时 f 本条是对有抗震设防要求的钢结构的材料要求 良好的可焊性和合格的冲击韧性是抗震结构的基本要求 为塑性耗能区钢材设计用屈服强度 另外 弹性承载力要求越低 采用低延性-高承载力设计思路时 让结构在设防地震强度最强的时段到来之前 这样结构整体内将会发生较难把握的内力重分配 3)框架结构的梁腹板与柱的连接焊缝 2)钢材应有明显的屈服台阶 验算其罕遇地震作用的弹塑性变形(大震不倒) 本款要求与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB Q345钢不应低于C级 当然隔震设计也是利用此原理进行 随着国家经济形势的变化 3)引入相邻构件材料相对强弱系数 1)钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85 塑性耗能区性能系数取值最低 一般规定 因此可适当降低对材料屈强比要求 此时可采用耗能构件刚度适当折减的计算模型进行弹性分析并满足承载力设计值的要求 2 17.1.2 离散性很大 震后损失和修复难易程度等 另外 确保延性开展机构的实现 可有不同的性能系数 我国是一个多地震国家 表17.1.4-1 关键构件和节点可按下列原则确定 17.1.7 结构底层是所有楼层延性需求最高的部分 17.1.6 构件和节点的延性等级应根据设防类别及塑性耗能区最低承载性能等级按表17.1.4-2确定 根据结构要求的不同 为避免结构在罕遇地震下倒塌 相对于标准设防类钢结构 一般规定 关键构件的性能系数不应低于一般构件 当所有构造要求均满足结构构件延性等级为Ⅰ级的要求时 直接传递转换构件内力的抗震构件等都应按关键构件处理 故称之为“基本完好” 除单层和顶层框架外 /f 1 当竖向不均匀则可能出现应力集中或产生延性要求较高的区域而导致结构过早破坏 通过增加其承载力保证结构预定传力途径的构件和节点 弹性区在强烈地震作用下仍处于弹性设计阶段 17.1.3 各楼层也可采用不同的结构构件延性等级 塑性耗能区及其连接的承载力应符合强节点弱杆件的要求 本条要求可适当放宽 经综合分析比较选定其抗震性能目标 选用不同的性能系数 本标准采用延性等级反映构件延性 针对钢结构特点 构件塑性耗能区的抗震承载性能等级及其在不同地震动水准下的性能目标可按表17.1.3划分 1)框架结构的梁翼缘与柱的连接焊缝 本条为现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 由于现行国家标准《构筑物抗震设计规范》GB 满足设防地震作用下考虑性能系数的承载力要求后 又适用于构筑物 17.1.2 我国目前很多型材的材质报告 单层工业厂房也更适合采用低延性-高承载力的抗震思路 结构高度不高于100m的框架结构 本章适用于抗震设防烈度不高于8度(0.20g) 对于支撑结构 轻微变形指层间侧移约1/200时塑性耗能区的变形 构件塑性耗能区的抗震承载性能等级和目标 框架梁的性能系数宜高于支撑 更具经济性 塑性耗能区宜为成对设置的支撑 如首层为薄弱层时 50011的规定 Q235 为贯彻国家提出的“鼓励用钢 根据性能化设计的钢结构 应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 塑性耗能区宜为耗能梁段 采用抗震性能化设计的钢结构构件 为了避免塑性铰发生在非预期部位 50191规定的抗震设计原则 通过罕遇地震下结构的弹塑性分析或按构件工作状态形成新的结构等效弹性分析模型 一般来说 比如偏心支撑的耗能梁段在多遇地震作用下即可进入塑性状态 本条表17.1.4-2为实现高延性-低承载力 宜采用低延性-高承载力的设计思路 延性等级和承载性能等级的合理匹配实现“高延性-低承载力 实际工程按照某类特定延性的要求实施 17.1.3 2)设定塑性耗能区的性能系数 补充规定了塑性耗能区钢材应满足屈服强度实测值不高于上一级钢材屈服强度的条件 显著变形指层间侧移为1/50～1/40时塑性耗能区的变形 3)钢材应满足屈服强度实测值不高于上一级钢材屈服强度规定值的条件 y 我国钢材平均屈服强度是名义屈服强度的1.2倍 采用合理的承载性能等级 表17.1.4-2 不需严格执行 权衡承载力和延性 17 在延性等级保持不变的情况下 多高层钢结构中低于1/3总高度的框架柱 50011-致 2 当结构延性较差时 重点设防类钢结构拟采用承载性能等级保持不变 甚至难以实现 按照钢结构房屋连接焊缝的重要性 即层间位移角限值要求适当加严 当按本标准进行性能化设计 由于设计条件及要求的多样化 50011性能化设计指标要求的具体化 钢结构的性能化抗震设计可通过以下四个方面实现 1 尚应采用能力设计法进行塑性机构控制 特殊设防类钢结构采用承载性能等级保持不变 低延性-高承载力”的设计思路 注 不同结构对不同楼层的延性需求均不相同 不同点仅在于地震作用按小震设计意味着延性仅有一种选择 除采用低延性-高承载力设计思路且采用地震危害较小的结构外 结构类型和不规则性 因此 50011的规定进行多遇地震作用验算 因此 3)其他构件承载力标准值应进行计入性能系数的内力组合效应验算 本款主要是为了保证焊缝和构件具有足够的塑性变形能力 性能化设计的适用面广 宜提高侧移要求 在有可靠的设计经验和理论依据后 按高延性-低承载力思路进行的设计 钢材的质量等级应符合下列规定 在本标准中特指在规定的设防类别下延性要求最低的钢结构 17.1 y 结构的抗震设计均允许结构在地震过程中发生一定程度的塑性变形 整个结构可采用相同的结构构件延性等级来保证满足延性需求 50191中针对特定结构的构造要求和规定 f 关键构件和节点的性能系数不宜小于0.55 对于很多结构 在能量输入相同的条件下 无法达成预想的破坏机构时 结构延性差 真正做到“强连接弱构件”和实现设计确定的屈服机制 由于目前相关设计经验不多 塑性耗能区宜为框架梁端 3 采用下列措施进行延性开展机构的控制 y 一般应采用高延性-低承载力的设计思路 由于地震作用的不确定性 进行小震计算时 17.1.4 50011的弹塑性层间位移角限值 使其实际承载性能等级与设定的性能系数尽量接近 满足本章规定的钢结构无需满足现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 一般来说 因此本章既适用于建筑物 应采取补偿措施 因此本条仅规定了构件塑性耗能区的抗震性能目标 但对于多层钢框架结构 基本可适用于所有的结构 本章可为工程师的选择提供依据 如梁端形成塑性铰是可以接受的 支撑结构和框架-支撑结构的构件和节点的抗震性能化设计 结构部分构件先行屈服 抗震设计仅是利用有限的财力 本条为性能化设计的基本原则 位于塑性耗能区的构件进行承载力计算时 合理用钢”的经济政策 虽然结构真正的设防目标为设防地震 对于框架-偏心支撑结构 但由于结构具有一定的延性 y 采用的也是某种性能化设计的手段 塑性耗能区承载性能等级参考选用表 17.1.1 从而降低能耗 由于非塑性耗能区构件和节点的承载力设计要求取决于结构体系及构件塑性耗能区的性能 因为柱子内出现塑性铰后 17.1.1 除塑性耗能区外 结构满足多遇地震下承载力要求 4 需要特别指出的是本条第1款 50223规定的原则 则对地震性能的预测更为可靠 并按本标准第17.3节的规定对不同延性等级的相应要求采取抗震措施 但当性能系数小于1时 其抗震设计准则如下 结构根据预先设定的延性等级确定对应的地震作用的设计方法 投资大小 近年来 且伸长率不应小于20％ 由于地震的复杂性 17 基本完好指承载力设计值满足刚度适当折减后的内力设计值要求或承载力标准值满足要求 在多遇地震作用下 3 给出的是型材加工前的钢材特性 使地震造成的损失控制在合理的范围内 3 可按表17.1.4-1初步选择塑性耗能区的承载性能等级 采用不同的抗震构造 水平伸臂与竖向桁架交汇区杆件 H为钢结构房屋的高度 1 50011第1章～第5章的规定 基于这样的观点 可考虑将该构件刚度折减形成等效弹性模型 “多遇地震不坏” 对于多高层民用钢结构 特殊设防类钢结构承载力约提高55％ 节省造价 框架-偏心支撑结构的支撑系统 本标准第17.2.4条～第17.2.12条为机构控制验算的具体规定 17.1.6 3)当工作温度不高于—20℃时 低取值见本标准第17.2节 并参照AISC341-05规范 4)节点域及其上下各600mm范围内的柱翼缘与柱腹板间或箱形柱壁板间的连接焊缝 而柱子内的轴力由竖向重力荷载产生的部分无法卸载 钢结构抗震性能化设计 2)当工作温度不高于0℃但高于—20℃时 屈服将限制在第一层 2)引入非塑性耗能区内力调整系数 而当柱子截面内出现塑性变形时 因此抗震构造可适当降低 构件塑性耗能区采用的钢材尚应符合下列规定 通常其余构件与节点可处于弹性状态并满足设计承载力要求 2 因此 采用低延性-高承载力的抗震思路可能更为合理 仅塑性耗能区屈服的结构可考虑刚度折减 50011及《构筑物抗震设计规范》GB 因此结构的延性较好 应用本章规定时尚应根据各类建筑的实际情况选择合适的抗震策略 主体结构不受损坏或不需修理可继续使用 同层框架柱的性能系数宜高于框架梁 50223的规定采用 削减刚度 3 需要抵抗随后伴随侧移增加而出现的新增弯矩 按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 框架梁的性能系数应高于消能梁段 4条关键性焊缝分别为 因此针对结构体系的多样性及其不同的设防要求 本章所有规定均针对结构体系中承受地震作用的结构部分 重点设防类钢结构承载力约提高25％ 根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 并不是要求结构所有构件满足小震承载力设计要求 即允许耗能构件的损坏处于日常维修范围内 1)采用能力设计法 ＝f 其工作温度时夏比冲击韧性不应低于27J 基本与需验算疲劳的非焊接结构的性能相当 注 为塑性耗能区钢材屈服强度实测值 增大结构的周期 地震作用并不是结构设计的主要控制因素 17.1.5 能够适应较大的塑性变形 抗震设计最重要的是概念设计 17.1.7 因此无需采用中震弹性的设计 引导构件相对强弱符合延性开展的要求 不同结构体系和截面特性的钢结构 见表17.2.2-1 2 使得结构在相同的安全度下 设计者应根据国家制定的安全度标准 从而使结构对地震具有一定程度的免疫功能 4)钢材工作温度时夏比冲击韧性不宜低于27J 50011一致即能保证当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时 Ⅰ级至Ⅴ级 支撑系统构件尚应考虑压杆屈曲和卸载的影响 有时将导致设计不合理 彼此间结构延性差异较大 如高烈度区民用高层建筑不应采用低延性结构 y 关键构件和节点取值较高 设计人员应避免选择在加工过程中已损失部分塑性的钢材作为塑性耗能区的钢材 是对加工后的构件的要求 本条对标准设防类的建筑根据设防烈度和结构高度提出了构件塑性耗能区不同的抗震性能要求范围 设防烈度 除单层钢结构外 使结构的周期与地震波强度最大时段的特征周期避开 当超强系数按η