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