多层和高层钢结构房屋抗震设计新规定.ppt
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1、3 多层和高层钢结构房屋抗震设计新规定2024/5/21 周二1参加本章修订的单位:中国建筑标准设计研究院中国建筑设计研究院中国建筑西北设计研究院中国建筑科学研究院同济大学哈尔滨工业大学 2024/5/21 周二2 多层和高层钢结构房屋抗震设计,是在2001规范首次列入的,本次修订,主要做了如下改进:(1)调整了适用范围,增加7度(0.15g)和8度(0.3g)的适用高度要求;(2)新增抗震等级规定,将2001规范的内力调整和长细比、宽厚比等构造要求,按抗震等级做了划分和局部的调整;(3)适度放宽了钢结构阻尼比和层间位移角限值的规定;(4)改进了“强柱弱梁”和“强节点弱构件”的设计方法,并相应
2、调整了构件承载力抗震调整系数RE的取值;(5)改进了钢结构构件的连接构造;(6)新增钢支撑-混凝土框架和钢框架-混凝土核心筒结构抗震设计的原则规定(附录G);2024/5/21 周二3 总体上,修订后的钢结构,地震作用有所降低,承载力抗震调整系数有所减小,长细比和宽厚比的构造要求更加体现延性的特点,可比2001规范更加经济些。对于2001规范中已有规定而这次变更不大的内容,只作一般介绍,着重说明本次修订中的新规定。2024/5/21 周二4一、一般规定 8.1.1条 高层民用建筑钢结构不同结构体系在各设防烈度时的合理高度取值,与2001年规范的规定大体一致。1.钢结构房屋的最大适用高度(m)结
3、 构 类 型6、7度(0.10g)7 度(0.15g)8度9度(0.40g)非抗震设防(0.20g)(0.30g)框架11090907050110框架中心支撑220200180150120240框架偏心支撑(延性墙板)240220200180160260筒体(框筒,筒中筒,桁架筒,束筒)和巨型框架300280260240180360注:123房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分);超过表内高度的房屋,应进行专门研究和论证,采取有效的加强措施;表内的筒体不包括混凝土筒。2024/5/21 周二5一、一般规定2.框架-支撑结构分中心支撑与偏心支撑两类,以及按设计地震加速
4、度进行了细化。有混凝土剪力墙的钢结构另列入了附录G。3.将7度的适用高度按设计基本加速度0.1g和0.15g区分。关于0.15g和0.30g的规定,分别在7、8度和8、9度之间内插。4.各类筒体的使用高度未做变化。5.本规范增加了两种结构类型:钢支撑-混凝土框架和钢框架-混凝土筒体结构。列入了附录G,做出了原则性规定。6.本条和2001规范不同的还有:取消了建造于类场地的钢结构适用高度适当降低的要求。2024/5/21 周二6一、一般规定 8.1.2条 没做改动。只是更加明确了塔形建筑底部有大底盘时,高宽比的计算办法。2024/5/21 周二7一、一般规定8.1.3条1.钢结构房屋的抗震等级2
5、.本条对2001规范的强制性条文作了深化,引入了抗震等级。原来的条文操作性不强。房屋高度烈 度678950m四三二50m四三二一注:1高度接近或等于高度分界时,应允许结合房屋不规则程度和场地、地基条件确定抗震等级;2 一般情况,构件的抗震等级应与结构相同;当某个部位各构件的承载力均满足2倍地震作用组合下的内力要求时,79度的构件抗震等级应允许按降低一度确定。2024/5/21 周二8一、一般规定3.对不同类别、不同烈度、不同高度的抗震措施,用抗震等级的不同来描述,使规定更简洁明了,并具体化。4.有助于熟悉混凝土结构设计的设计者进行钢结构的抗震设计。5.引进抗震等级,使钢结构能用不同的抗震等级体
6、现不同的延性要求。6.依据抗震性能化设计的方法,当按提高一度的地震内力进行构件抗震承载力(包括强度和稳定)验算时,则可以按降低了的抗震等级检查该构件的延性构造要求。2024/5/21 周二9一、一般规定8.1.4条 取消了2001规范中的前半句话。可按3.4.3条执行。3.4.3条对混凝土结构和钢结构均有效。8.1.5条 作了改动。主要是对超过50m,8、9度地区的钢结构房屋,推荐耗能性能好的体系。同时对单跨框架结构做出了限制。主要是参照混凝土结构新增加的。8.1.6条1.把2001规范8.4.1条列入了第3款;2.增加了一款对屈曲约束支撑布置的要求。作为一种消能部件的设计方法根据本规范第12
7、.3节设计;3.屈曲约束支撑可分为承载型、耗能承载型和阻尼器3种类型。2024/5/21 周二10一、一般规定8.1.7条 是2001规范的8.1.8条,主要是作了文字修改。8.1.8条 1.是2001规范的8.1.7条;2.对楼板需要设置水平支撑的情况作了明确:转换层楼盖或楼板有很大洞口。8.1.9条1.将2001规范的8.1.9、8.1.10条进行了合并;2.对第1款作了文字修改,增加了“其竖向荷载应直接传至基础。”目的是使传力变成简单、直接。2024/5/21 周二11二、计算要点8.2.1条 没作改动,只是个别文字修改。8.2.2条 钢结构的阻尼比的修改2001规范的阻尼比按12层划分
8、:12层以下0.035,12层以上0.02。本次修订,反映了随房屋高度增大,阻尼比减小的规律,并考虑了设计上的需要。高度不大于50m时可取0.04;高度大于50m且小于200m时可取0.03;高度不小于200m时保持0.02。2024/5/21 周二12二、计算要点偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%以上时,其阻尼比相应增加0.005。屈曲约束支撑的钢结构,其阻尼比应按消能减震设计的要求处理。罕遇地震下的弹塑性分析,阻尼比可取0.05。注意:按本规范第5章的修订,阻尼比小于0.05的结构,其地震作用比2001规范有所减小,阻尼比0.02时,最大降低幅度可达18%。2
9、024/5/21 周二13二、计算要点8.2.3条8.2.3-1 重力二阶效应的考虑本次修订中,明确提出要计入重力二阶效应。进行二阶效应的弹性分析时,应按GB50017的有关规定,在每层柱顶附加假想水平力。假想水平力是反映了几何缺陷和其它因素对柱稳定性的不利影响。当结构的高宽比较大以及柱的长细比较大时,此情况可能发生。2024/5/21 周二14二、计算要点8.2.3-2提出了工字型柱,宜计入梁柱节点域剪力变形的影响。并且在本条说明中给出了相应公式。箱型柱框架、支撑框架和不超过50m的钢结构,可不考虑,但应按框架轴线计算分析。节点域剪切变形角的楼层平均值:2024/5/21 周二15二、计算要
10、点8.2.3-3 修订过程中主要研究的是框架-支撑结构的框架剪力分担率框架-支撑体系中,支撑框架是第一道防线,纯框架是第二道防线;框架-支撑结构中,框架部分承担的地震剪力如何确定,有许多不同意见;争论焦点有二:其一,按照底部总剪力还是楼层剪力调整;其二,调整值的大小;经过反复协商和讨论,以底部总剪力为基础进行调整,取总地震剪力的25%和框架部分按刚度分配的地震剪力最大值1.8倍二者的较小值;今后,对有关问题还需要继续研究和探讨。2024/5/21 周二16二、计算要点8.2.3-4 主要修订的是支撑杆件内力调整。中心支撑中,参考AISC-2005的有关规定,取消了2001规范单斜杆支撑和交叉支
11、撑系数1.3;人字形和V形支撑的系数1.5也取消;8.2.3-5 偏心支撑中,斜杆轴力与消能梁段相连的框架梁,框架柱的内力调整系数,本次修订略有减小,并按抗震等级做了调整:框架斜杆轴力增大系数,一、二、三级分别取1.4,1.3和1.2;2001规范,8度及以下1.4,9度 1.5。相连框架梁、框架柱内力增大系数,一、二、三级分别取1.3、1.2和1.1。2001规范,8度及以下1.5,9度 1.6。2024/5/21 周二17二、计算要点8.2.3-7 钢结构转换构件下的钢框架柱,应乘以增大系数1.5。其目的是对重要构件按性能化的要求设计。水平转换构件的地震内力应按3.4.4-2(1)执行乘以
12、增大系数1.252.0。8.2.4条 本条没有修改,同2001规范。本条里的抗剪连接件主要可采用电弧螺柱焊用圆柱头螺钉GB/T10433-2002,起抗剪锚固作用,加强与楼板的整体性。2024/5/21 周二18二、计算要点8.2.5条 本条主要是实现“强柱弱梁”抗震概念设计的基本要求。8.2.5-1强柱弱梁的验算对不需要进行强柱弱梁验算的条件进行修改。2001规范“作为轴心受压构件在2倍地震力下稳定性得到保证时,可不验算强柱弱梁”,修改为“2倍地震作用下的地震组合轴力设计值”,即还要考虑重力荷载代表值引起的柱轴力,使该项要求能发挥应有的控制作用。强柱弱梁验算公式 等截面梁与柱连接时 端部翼缘
13、变截面梁 ,该公式为新增加的。2024/5/21 周二19二、计算要点S值与梁截面具体形式有关,建议取净跨的1/10和梁高二者的较大值;强柱系数,本次修订,基本保持2001规范的系数。一、二、三级分别取1.15,1.10和1.05。实际隐含了1.15系数,实际强柱系数可分别达到:1.32、1.27和1.21,均大于1.2。,强柱弱梁条件:验算公式略去1.15,可将值取小一些。2024/5/21 周二20二、计算要点8.2.5-2 节点域验算节点域屈服承载力是检验节点域的屈服性能,本次未变仅增加了圆管柱的Vp。节点域柱腹板的最小厚度:,保证局部稳定。关于 折减系数,三、四级取0.6,一、二级取0
14、.7;为节点域两侧梁的总屈服承载力,因此采用 对地震作用进行折减。我国有广大地区,JGJ99-98考虑此情况,规定7度可用0.6,现在8度50m以下为三级,将0.6推广到8度的多层房屋,设计对此应考虑具体情况合理应用。2024/5/21 周二21二、计算要点8.2.6条 本条第1款未变,第2款文字作了修改,并增加了构造做法。8.2.6-1 支撑斜杆的受压承载力应按下式验算:其中,为轴心受压构件的稳定系数,RE 支撑屈曲稳定承载力抗震调整系数,取0.8。2024/5/21 周二22 考虑循环荷载时的强度降低系数,是高钢规编制时陈绍蕃教授提出的。考虑到中心支撑长细比限制改动较大,所以还是保留了这个
15、系数。在罕遇地震作用下,支撑斜杆反复受拉压,在构件屈服后变形增加很大。在受拉时,变形不能完全拉直,杆件继续发生受压时承载力将降低,长细比越大,承载力的降低幅度越大。上式中的 就是因此设置,其值主要与杆件长细比有关。二、计算要点2024/5/21 周二238.2.6-2 当人字支撑的腹杆在大震下受压屈曲后,其承载力将下降,导致横梁在支撑处出现向下的不平衡集中力,可能引起横梁破坏和楼板下降,可在横梁两端出现塑性铰。和2001抗规相比,更加明确了不平衡力的取法。“按受拉支撑的最小屈服承载力和受压支撑最大屈曲承载力的0.3倍计算”。仅考虑竖向分量,不考虑超强系数和应变硬化系数。有设计单位反映,考虑不平
16、衡力后,梁截面过大,所以提出了构造措施。二、计算要点2024/5/21 周二24二、计算要点 对承载型屈曲约束支撑(BRB)就不存在不平衡力的问题。2024/5/21 周二25二、计算要点8.2.7条 本条和2001规范相同,没有改变。本条中的N(轴向力)是由支撑斜杆在水平力作用下的内力对梁的影响产生的,是水平分力,并且主要由梁的翼缘承受。支撑斜杆与消能梁段连接的承载力不得小于支撑的承载力。2024/5/21 周二26二、计算要点8.2.8条 构件连接验算钢结构构件的连接,应遵守“强连接,弱构件”的概念设计原则,保证结构大震不倒。采用二次设计法:取构件的承载力设计值进行连接承载力的验算;然后按
17、连接的极限承载力进行二次验算。分别给出梁柱刚接、支撑与框架连接以及梁,柱,支撑的拼接的极限承载力验算公式。2024/5/21 周二27二、计算要点本次修订中,配合连接系数的引入,修改了RE。2001规范系数RE为:梁、柱0.75,支撑0.80,栓接0.85,焊接0.90。本次修订在构件连接计算方法中,采用更合理的系数j予以体现。RE按强度验算时均取0.75,按稳定验算时均取0.80。这样修改,使用方便,较符合钢结构构件设计的习惯。验算的结果,用钢量有所减小。2024/5/21 周二28二、计算要点引入连接系数 :连接系数的影响因素有:钢材类别、屈服强度、超强系数、应变硬化系数、连接类别(焊接、
18、螺栓连接)、连接的部位、对塑性发展的要求等。钢结构抗震设计的连接系数 母材牌号梁柱连接时支撑连接构件拼接柱脚焊接螺栓连接焊接螺栓连接Q2351.401.451.251.30埋入式1.2Q3451.301.351.201.25外包式1.2Q345GJ1.251.301.151.20外露式1.12024/5/21 周二29二、计算要点连接系数对梁柱连接要求最高,对支撑连接,构件拼接相对低些;随钢材冶炼方法的改进和强度的增高而降低(与超强系数降低有关);高强螺栓连接的连接系数高于焊接连接(因螺栓的强屈比较低)。我国过去对连接系数偏于笼统,对梁柱连接要求过高。这次作了修订。2024/5/21 周二30
19、二、计算要点8.2.8-3 梁与柱刚性连接的极限承载力公式变化l2001规范规定采用腹板全截面屈服时的剪力过于保守;l2001规范用1.3代替了1.2考虑重力荷载代表值影响往往偏小;l式中连接系数取1.2,是考虑框架梁一般为弯矩控 制,梁腹板的塑性变形小于翼缘的变形要求较多;l当梁截面受剪力控制时,该系数宜适当加大。2024/5/21 周二31二、计算要点其它1.这里再补充一下,高钢规程里关于高强螺栓群连接计算的内容:l美国、日本在震后进行了重要补充。l过去只考虑螺栓受剪和构件承压两种破坏模式,是单个螺栓连接的破坏模式。l补充整块剪坏(block sheer)的模式。包括板边撕脱、连接中部的板
20、件撕脱和单列螺栓沿中心线挤穿。l钢结构设计规范GB50017-2003 涉及板边撕脱破坏形式。l高钢规程JGJ99修订稿列入了这些破坏模式及其简化计算方法。将使我国高强螺栓连接的设计更符合实际情况,也更加安全。2024/5/21 周二32二、计算要点 2024/5/21 周二33二、计算要点2.层间位移角限值修改l本次修订将层间位移角的限值由2001规范的1/300改为1/250。后者是在JGJ99-98规范程中采用,参考了当时美、日有关规定,为了不使柱截面过大,采用1/250。l这次修订,从经济合理的设计要求考虑,仍改用层间位移角限值1/250。2024/5/21 周二34三、抗震构造措施
21、对地震作用效应进行的设计计算,有一些不确定因素,或是结构构件的很多功能需要通过具体构造才能满足。因此,结构抗震构造措施是保证建筑物具有足够延性的重要条件。钢结构的构造措施对保证结构安全是极其重要的。通过构造措施,实现可靠的连接,保证构件的局部和整体稳定。2010规范按不同的抗震等级采取不同的抗震构造措施。当风荷载为结构的承载力与变形验算的主要控制荷载时,地震作用不起主导作用,但仍要按当地的设防烈度判断抗震等级并采取相应的抗震构造措施。2024/5/21 周二35三、抗震构造措施8.3.1 框架柱长细比l框架柱最大长细比是为了保证结构在计算中未考虑的作用力,特别是大震时的竖向地震作用下的安全是至
22、关重要的,是强条。l本次修订中,改为按抗震等级区分。框架柱的长细比,一级不应大于 ,二级不应大于 ,三级不应大于 ,四级时不应大于 。l 框架柱抗震设计还包括应满足强柱弱梁要求等,在很多情况下,根据强柱弱梁要求,高层框架柱按长细比限值确定的柱截面可能不够,此时必须增大柱截面。l 对于多层框架柱,一般可能由长细比控制决定截面,此时,可采用强度相对低一些的钢材,如Q235等。l 柱的长细比越大,结构的延性越差,设计烈度越高,长细比要求应越严。2024/5/21 周二36三、抗震构造措施框架柱的计算长度(JGJ99-98修订)考虑二阶效应第i层杆件的侧移弯矩增大系数 时,可忽略二阶效应 的影响,属于
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