第三节 框架柱

第6.3.1条

框架柱的强度和稳定,依第五章算得的内力按现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ 17)第五章和第九章的公式计算,但柱计算长度、截面塑性抵抗矩和板件宽厚比,应满足本节各项规定的要求。在罕遇地震作用下,结构整体倒塌和层间极限变形的验算,可以揭示框架体系柱截面是否适当,因此本条还规定柱截面应能满足第5.5.3条的要求。

 

第6.3.2条

框架柱的计算长度应根据具体情况区别对待。当不考虑水平荷载作用时,框架柱计算长度按现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ 17)一般规定确定柱计算长度系数,这里给出的两个近似公式,即式(6.3.2-1)和(6.3.2-2),它们具有较好的精度。由于是代数式,比“钢结构设计规范”中的超越方程简便。

当计入风力及多遇地震引起的内力时,框架失稳属于极值型问题。在满足整个建筑整体稳定的情况下,位移符合层间位移限制时,柱计算长度系数介于无侧移和有侧移两种情况之间,故可取为。若层间位移甚小,也可考虑按无侧移柱确定卢值,这里限于层间位移小于( 相当于安装垂直度允许误差 ) ,这时侧移影响可以忽略。

 

第6.3.3条

本条公式 (6.3.3-1) 是为了实现强柱弱梁的设计概念,使塑性铰出现在梁端而不是出现在柱端。梁和柱的抗弯能力,即塑性铰弯矩,分别为:

     (当时)

式中  :分别为梁和柱截面的塑性抵抗矩;
:分别为梁和柱钢材的屈服强度标准值;
:轴力产生的柱压应力,

强柱弱梁条件是在柱节点上这里偏于安全地略去了系数1.15,得到式(6.3.3-1)。塑性铰本应在强烈地震下才出现,但式 (6.3.3-1) 中的取多遇地震作用的组合,原因是如果控制过严,往往不经济或很难实现,且柱出现少量塑性并不致引起倒塌。在实际工程设计中,如果能做到式(6.3.3-1)左端比右端大得稍多,是有利的。

但在实际工程中,特别是采用框筒结构时,甚至式(6.3.3-1)也往往难以普遍满足,若为此加大柱截面,使工程的用钢量增加较多,是很不经济的。此时允许改按式 (6.3.3-2) 验算柱的轴压比,该式引自现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ 17)第九章。日本在北京京城大厦和京广中心的高层钢结构设计中,规定柱的轴压比不大于0.67,不要求控制强柱弱梁。美国加州规范规定必需满足强柱弱梁,而一般不要求控制轴压比。本条强调强柱弱梁的重要性,要求在设计中尽可能考虑,但也重视节约钢材。

 

第6.3.4条

按6度抗震设防和非抗震设防的结构,柱不会出现塑性铰,其板件宽厚比可按现行国家标准《钢结构设计规范》 (GBJ 17)第五章的规定确定。

按7度和7度以上抗震设防的结构,按照强柱弱梁的要求,柱一般不会出现塑性铰,但是考虑到材料性能变异、截面尺寸偏差以及未计及的竖向地震作用等因素,柱在某些情况下也可能出现塑性铰。因此,柱的板件宽厚比也应考虑按塑性发展来加以限制,不过不需要象梁那样严格,因为柱即使出现了塑性铰,也不致于有较大转动,本条所规定的宽厚比就是这样考虑确定的,对7度设防地区比对8、9度设防地区更放宽一些。

 

第6.3.5条

本条式(6.3.5)的目的是在强大的地震作用下,使工字形截面柱和梁连接的节点域腹板不致失稳,以利于吸收地震能量。该式是美国加州规范提出的,由试验资料得来。节点域的抗剪强度需另行计算。式(6.3.5)也适用于箱型柱节点域。

 

第6.3.6条

柱长细比越大,其延性越差,所以地震区柱长细比不应太大。

 

第6.3.7条

参见第6.1.7条的条文说明。