8.2.1
钢结构构件按地震组合内力设计值进行抗震验算时,钢材的各种强度设计值需除以本规范规定的承载力抗震调整系数γRE,以体现钢材动静强度和抗震设计与非抗震设计可靠指标的不同。国外采用许用应力设计的规范中,考虑地震组合时钢材的强度通常规定提高1/3或30%,与本规范γRE的作用类似。
8.2.2
多层和高层钢结构房屋的阻尼比,实测表明小于钢筋混凝土结构,本规范对多于12层拟取0.02,对不超过12层拟取0.035,对单层仍取0.05。采用该阻尼比后,地震影响系数均按本规范5章的规定采用,不再采用高层钢结构规程的规定。
8.2.3
本条规定了钢结构内力和变形分析的一些原则要求。
箱形截面柱节点域变形较小,其对框架位移的影响可略去不计。
国外规范规定,框架-支撑结构等双重抗侧力体系,框架部分应按25%的结构底部剪力进行设计。这一规定体现了多道设防的原则,抗震分析时可通过框架部分的楼层剪力调整系数来实现,也可采用删去支撑的框架进行计算实现。
为使偏心支撑框架仅在消能梁段屈服,支撑斜杆、柱和非消能梁段的内力设计值应根据消能梁段屈服时的内力确定并考虑消能梁段的实际有效超强系数,再根据各构件的承载力抗震调整系数,确定了斜杆、柱和非消能梁段保持弹性所需的承载力。
偏心支撑主要用于高烈度,故仅对8度和9度时的内力调整系数作出规定。
本款消能梁段的受剪承载力按本规范第8.2.7条确定,即Vl或Vlc,需取剪切屈服和弯曲屈服二者的较小值:
当时,取
和
的较小值;
当时,取
和
的较小值;
支撑轴向力、框架柱的弯矩和轴向力同跨框架梁的弯矩、剪力和轴向力的设计值,需先乘以消能梁段受剪承载力与剪力设计值的比值(Vl/V或Vlc/V,小于1.0时取1.0),再乘以本款规定考虑钢材实际超强的增大系数。该增大系数依据国产钢材给出,当采用进口钢材时,需适当提高。
8.2.5
强柱弱梁是抗震设计的基本要求,本条强柱系数η是为了提高柱的承载力。
由于钢结构塑性设计时(GBJ 17—88第9.2.3条),压弯构件本身已含有1.15的增强系数,因此,若系数η取得过大,将使柱的钢材用量增加过多,不利于推广钢结构,故本规范规定6、7度时取1.0,8度时取1.05,9度时取1.15。
研究表明,节点域既不能太厚,也不能太薄,太厚了使节点域不能发挥其耗能作用,太薄了将使框架的侧向位移太大;规范采用折减系数ψ来设计。日本的研究表明,取节点域的屈服承载力为该节点梁的总屈服承载力的0.7倍是适合的。本规范为了避免7度时普遍加厚节点域,在7度时取0.6,但不满足本条3款的规定时,仍需按第8.3.5条的方法加厚。
按本条规定,在大震时节点域首先屈服,其次才是梁出现塑陛铰。
不需验算强柱弱梁的条件,是参考AISC的1992年和1997年抗震设计规程中的有关规定,并考虑我国情况规定的。所谓2倍地震力作用下保持稳定,即地震作用加大一倍后的组合轴向力设计值N1,满足N1<φfAc的柱。
节点域稳定性计算公式,参考高层钢结构规程、冶金部抗震规程和上海市抗震规程取值(1/90)。节点域强度计算公式右侧的4/3,是考虑左侧省去了剪力引起的剪应力项以及考虑节点域在周边构件影响下承载力的提高。
8.2.6
支撑斜杆在反复拉压荷载作用下承载力要降低,适用于支撑屈曲前的情况。
当人字支撑的腹杆在大震下受压屈曲后,其承载力将下降,导致横梁在支撑连接处出现向下的不平衡集中力,可能引起横梁破坏和楼板下陷,并在横梁两端出现塑性铰;此不平衡集中力取受拉支撑的竖向分量减去受压支撑屈曲压力竖向分量的30%。V形支撑的情况类似,仅当斜杆失稳时楼板不是下陷而是向上隆起;不平衡力方向相反。
8.2.7
偏心支撑框架的设计计算,主要参考AISC于1997年颁布的《钢结构房屋抗震规程》并根据我国情况作了适当调整。
当消能梁段的轴力设计值不超过0.15Af时,按AISC规定,忽略轴力影响,消能梁段的受剪承载力取腹板屈服时的剪力和梁段两端形成塑性铰时的剪力两者的较小值。本规范根据我国钢结构设计规范关于钢材拉、压、弯强度设计值与屈服强度的关系,取承载力抗震调整系数为1.0,计算结果与AISC相当;当轴力设计值超过0.15Af时,则降低梁段的受剪承载力,以保证该梁段具有稳定的滞回性能。
为使支撑斜杆能承受消能梁段的梁端弯矩,支撑与梁段的连接应设计成刚接。
8.2.8
本条按强连接弱构件的原则规定,按地震组合内力(不是构件截面乘强度设计值)计算时体现在γRE的不同,按承载力验算即构件达到屈服(流限)时连接不受破坏。由于γRE的取值对构件低于连接,仅对连接的极限承载力进行验算,可能在弹性阶段就出现螺栓连接滑移,因此,连接的弹性设计是十分重要的。
1. 梁与柱连接极限受弯承载力的计算系数1.2,是考虑钢材实际屈服强度对其标准值的提高。各国钢材的情况不同,取值也有所不同。美国AISC—97抗震规定和日本1998年钢结构极限状态设计规范对该系数作了调整,有的提高,有的降低,不同牌号钢材也不相同,与各自钢材的情况有关。我国1998年对Q235和Q345(16Mn)的抗力分项系数进行了调查,并按国家标准规定的钢材厚度等级划分新规定进行了统计,其结果与过去对3号钢和16Mn的统计很接近,故仍采用原来的1.2。
极限受剪承载力的计算系数1.2,仅考虑了钢材实际屈服强度对标准值的提高,并另外考虑了该跨内荷载的剪力效应。
连接计算时,弯矩由翼缘承受和剪力由腹板承受的近似方法计算。梁上下翼缘全熔透坡口焊缝的极限受弯承载力Mu,取梁的一个翼缘的截面面积Af、厚度tf、梁截面高度h和构件母材的抗拉强度最小值fu按下式计算:
角焊缝的强度高于母材的抗剪强度,参考日本1998年规范,梁腹板连接的极限受剪承载力Vu,取不高于母材的极限抗剪强度和角焊缝的有效受剪面积Awf按下式计算:
2. 支撑与框架的连接及支撑的拼接,需采用螺栓连接。连接在支撑轴线方向的极限承载力应不小于支撑净截面屈服承载力的1.2倍。
3. 梁、柱构件拼接处,除少数情况外,在大震时都将进入塑性区,故拼接按承受构件全截面屈服时的内力设计。梁的拼接,考虑构件运输,通常位于距节点不远处,在大震时将进入塑性,其连接承载力要求与梁端连接类似。梁拼接的极限剪力取拼接截面腹板屈服时的剪力乘1.3。
4. 工字形截面(绕强轴)和箱形截面有轴力时的塑性受弯承载力,按GBJl7—88的规定采用。工字形截面(绕弱轴)有轴力时的塑性受弯承载力,参考日本《钢结构塑性设计指南》的规定采用。
5. 对接焊缝的极限强度高于母材的抗拉强度,计算时取其等于母材的抗拉强度最小值。角焊缝的极限抗剪强度也高于母材的极限抗剪强度,参考日本规定,梁腹板连接的角焊缝极限受剪承载力Vu,取母材的极限抗剪强度乘角焊缝的有效受剪面积。
6. 高强度螺栓的极限抗剪强度,根据原哈尔滨建筑工程学院的试验结果,螺栓剪切破坏强度与抗拉强度之比大于0.59,本规范偏于安全地取0.58。螺栓连接的极限承压强度,GBJl7—88修订时曾做过大量试验,螺栓连接的端距取2d,就是考虑fcu=1.5fu得出的。因此,连接的极限承压强度取fbcu=1.5fu,以便与相关标准相协调。对螺栓受剪和钢板承压得出的承载力,应取二者的较小值。