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