17.3 基本抗震措施

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[align=center]        [b]Ⅰ 一般规定[/b][/align]

17.3.1 抗震设防的钢结构节点连接应符合《钢结构焊接规范》GB 50661-2011第5.7节的规定，结构高度大于50m或地震烈度高于7度的多高层钢结构截面板件宽厚比等级不宜采用S5级；截面板件宽厚比等级采用S5级的构件，其板件经[img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200714/153403I34-0.jpg[/img]修正后宜满足S4级截面要求。
17.3.2 构件塑性耗能区应符合下列规定：
1 塑性耗能区板件间的连接应采用完全焊透的对接焊缝；
2 位于塑性耗能区的梁或支撑宜采用整根材料，当热轧型钢超过材料最大长度规格时，可进行等强拼接；
3 位于塑性耗能区的支撑不宜进行现场拼接。
17.3.3 在支撑系统之间，直接与支撑系统构件相连的刚接钢梁，当其在受压斜杆屈曲前屈服时，应按框架结构的框架梁设计，非塑性耗能区内力调整系数可取1.0，截面板件宽厚比等级宜满足受弯构件S1级要求。

[align=center]        [b]Ⅱ 框架结构[/b][/align]

17.3.4 框架梁应符合下列规定：
1 结构构件延性等级对应的塑性耗能区(梁端)截面板件宽厚比等级和设防地震性能组合下的最大轴力NE2、按本标准式(17.2.4-1)计算的剪力Vpb应符合表17.3.4-1的要求：[align=center]        表17.3.4-1 结构构件延性等级对应的塑性耗能区(梁端)截面板件宽厚比等级和轴力、剪力限值
        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200714/1534035022-1.jpg[/img][/align]
  注：单层或顶层无需满足最大轴力与最大剪力的限值。
2 当梁端塑性耗能区为工字形截面时，尚应符合下列要求之一：
  1) 工字形梁上翼缘有楼板且布置间距不大于2倍梁高的加劲肋；
  2) 工字形梁受弯正则化长细比λn,b限值符合表17.3.4-2的要求；
  3) 上、下翼缘均设置侧向支承。[align=center]        表17.3.4-2 工字形梁受弯正则化长细比λn,b限值
        [img=600,53]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200714/1534034545-2.jpg[/img][/align]
  注：受弯正则化长细比λn,b应按本标准式(6.2.7-3)计算。
17.3.5 框架柱长细比宜符合表17.3.5的要求：[align=center]        表17.3.5 框架柱长细比要求
        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200714/153403CW-3.jpg[/img][/align]
17.3.6 当框架结构的梁柱采用刚性连接时，H形和箱形截面柱的节点域受剪正则化宽厚比λn,s限值应符合表17.3.6的规定。[align=center]        表17.3.6 H形和箱形截面柱节点域受剪正则化宽厚比λn,s的限值
        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200714/153403IX-4.jpg[/img][/align]
  注：节点受剪正则化宽厚比λn,s，应按本标准式(12.3.3-1)或式(12.3.3-2)计算。
17.3.7 当框架结构塑性耗能区延性等级为Ⅰ级或Ⅱ级时，梁柱刚性节点应符合下列规定：
1 梁翼缘与柱翼缘焊接时，应采用全熔透焊缝。
2 在梁翼缘上下各600mm的节点范围内，柱翼缘与柱腹板间或箱形柱壁板间的连接焊缝应采用全熔透焊缝。在梁上、下翼缘标高处设置的柱水平加劲肋或隔板的厚度不应小于梁翼缘厚度。
3 梁腹板的过焊孔应使其端部与梁翼缘和柱翼缘间的全熔透坡口焊缝完全隔开，并宜采用改进型过焊孔，亦可采用常规型过焊孔。
4 梁翼缘和柱翼缘焊接孔下焊接衬板长度不应小于翼缘宽度加50mm和翼缘宽度加两倍翼缘厚度；与柱翼缘的焊接构造(图17.3.7)应符合下列规定：
  1) 上翼缘的焊接衬板可采用角焊缝，引弧部分应采用绕角焊；
  2) 下翼缘衬板应采用从上部往下熔透的焊缝与柱翼缘焊接。[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200714/1534032160-5.jpg[/img]
        图17.3.7 衬板与柱翼缘的焊接构造
        1-下翼缘；2-上翼缘[/align]
17.3.8 当梁柱刚性节点采用骨形节点(图17.3.8)时，应符合下列规定：[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200714/153403C92-6.jpg[/img]
        图17.3.8 骨形节点[/align]
  1 内力分析模型按未削弱截面计算时，无支撑框架结构侧移限值应乘以0.95；钢梁的挠度限值应乘以0.90；
2 进行削弱截面的受弯承载力验算时，削弱截面的弯矩可按梁端弯矩的0.80倍进行验算；
3 梁的线刚度可按等截面计算的数值乘以0.90倍计算；
4 强柱弱梁应满足本标准式(17.2.5-3)、式(17.2.5-4)要求；
5 骨形削弱段应采用自动切割，可按图17.3.8设计，尺寸a、b、c可按下列公式计算：[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200714/1534031307-7.jpg[/img][/align]
17.3.9 当梁柱节点采用梁端加强的方法来保证塑性铰外移要求时，应符合下列规定：
1 加强段的塑性弯矩的变化宜与梁端形成塑性铰时的弯矩图相接近；
2 采用盖板加强节点时，盖板的计算长度应以离开柱子表面50mm处为起点；
3 采用翼缘加宽的方法时，翼缘边的斜角不应大于1：2.5；加宽的起点和柱翼缘间的距离宜为(0.3～0.4)hb，hb为梁截面高度；翼缘加宽后的宽厚比不应超过13εk；
4 当柱子为箱形截面时，宜增加翼缘厚度。
17.3.10 当框架梁上覆混凝土楼板时，其楼板钢筋应可靠锚固。

[align=center]        [b]Ⅲ 支撑结构及框架-支撑结构[/b]
        [/align]
17.3.11 框架-中心支撑结构的框架部分，即不传递支撑内力的梁柱构件，其抗震构造应根据本标准表17.1.4-2确定的延性等级按框架结构采用。
17.3.12 支撑长细比、截面板件宽厚比等级应根据其结构构件延性等级符合表17.3.12的要求，其中支撑截面板件宽厚比应按本标准表3.5.2对应的构件板件宽厚比等级的限值采用。[align=center]        表17.3.12 支撑长细比、截面板件宽厚比等级
        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200714/1534035009-8.jpg[/img][/align]
[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200714/153403JL-9.jpg[/img][/align]
  注：λ为支撑的最小长细比。
17.3.13 中心支撑结构应符合下列规定：
1 支撑宜成对设置，各层同一水平地震作用方向的不同倾斜方向杆件截面水平投影面积之差不宜大于10％；
2 交叉支撑结构、成对布置的单斜杆支撑结构的支撑系统，当支撑斜杆的长细比大于130，内力计算时可不计入压杆作用仅按受拉斜杆计算，当结构层数超过两层时，长细比不应大于180。
17.3.14 钢支撑连接节点应符合下列规定：
1 支撑和框架采用节点板连接时，支撑端部至节点板最近嵌固点在沿支撑杆件轴线方向的距离，不宜小于节点板的2倍；
2 人字形支撑与横梁的连接节点处应设置侧向支承，轴力设计值不得小于梁轴向承载力设计值的2％。
17.3.15 当结构构件延性等级为Ⅰ级时，消能梁段的构造应符合下列规定：
1 当Np,l＞0.16Afy时，消能梁段的长度应符合下列规定：[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200714/15340362B-10.jpg[/img][/align]
  式中：a——消能梁段的长度(mm)；
      Vp,l——设防地震性能组合的消能梁段剪力(N)。
2 消能梁段的腹板不得贴焊补强板，也不得开孔。
3 消能梁段与支撑连接处应在其腹板两侧配置加劲肋，加劲肋的高度应为梁腹板高度，一侧的加劲肋宽度不应小于(bf／2—tw)，厚度不应小于0.75tw和10mm中的较大值。
4 消能梁段应按下列要求在其腹板上设置中间加劲肋：
  1) 当a≤1.6Wp,lfy／Vl时，加劲肋间距不应大于(30tw—h／5)；
  2) 当2.6Wp,lfy／Vl＜a≤5Wp,lfy／Vl时，应在距消能梁端部1.5bf处配置中间加劲肋，且中间加劲肋间距不应大于(52tw—h／5)；
  3) 当1.6Wp,lfy／Vl＜a≤2.6Wp,lfy／Vl时，中间加劲肋的间距宜在上述二者间采用线性插入法确定；
  4) 当a＞5Wp,lfy／Vl时，可不配置中间加劲肋；
  5) 中间加劲肋应与消能梁段的腹板等高；当消能梁段截面高度不大于640mm时，可配置单向加劲肋；当消能梁段截面高度大于640mm时，应在两侧配置加劲肋，一侧加劲肋的宽度不应小于(bf／2—tw)，厚度不应小于tw和10mm中的较大值。
5 消能梁段与柱连接时，其长度不得大于1.6Wp,lfy／Vl，且应满足相关标准的规定。
6 消能梁段两端上、下翼缘应设置侧向支撑，支撑的轴力设计值不得小于消能梁段翼缘轴向承载力设计值的6％。[align=center]       
        [b]Ⅳ 柱 脚[/b][/align]

17.3.16 实腹式柱脚采用外包式、埋入式及插入式柱脚的埋入深度应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011或《构筑物抗震设计规范》GB 50191的有关规定。[align=center]       
        [b]条文说明[/b]
       
        [/align]
本节各条文的目的是保证节点破坏不先于构件破坏，同时根据不同的结构延性要求相应的构造来保证设计的经济性。
[align=center]        [b]Ⅰ 一般规定[/b][/align]

17.3.1 由于地震作用为强烈的动力作用，因此节点连接应满足承受动力荷载的构造要求。另外，由于地震作用的不确定性，而截面板件宽厚比为S5级的构件延性较差，因此对其使用范围作了一定的限制。
17.3.2 本条是为保证塑性耗能区性能所作的规定。
17.3.3 在支撑系统之间直接与支撑系统构件相连的刚接钢梁可视为连梁。连梁可设计为塑性耗能区，此时连梁类似偏心支撑的消能梁段，当构造满足消能梁段的规定时，可按消能梁段确定承载力，否则按框架梁要求设计。
[align=center]       
        [b]Ⅱ 框架结构[/b][/align]

17.3.4 本条为保证框架结构抗震性能的重要规定，通过控制梁内轴力和剪力来保证潜在耗能区的塑性耗能能力。
本条第2款与欧洲抗震设计规范EC8第6.6.2条的规定类似但不相同。宝钢在本标准课题《腹板加肋框架梁柱刚性节点抗震性能研究》中，根据5个框架H形截面子结构试件的反复加载试验，并通过有限元分析发现，无加劲的平腹板梁，塑性机构转动点会偏离截面中心轴，而腹板中央的屈服和屈曲由剪应力控制，而且剪应力集中于腹板中央区；而设置纵向加劲肋可均化塑性铰区腹板中央集中的剪应力，使整个加劲区域的腹板应力场均匀分布。因此当塑性耗能区位于梁端时，梁端无纵向加劲肋的腹板剪力不大于截面受剪承载力50％的规定是恰当的，而只要纵向加劲肋设置合理，剪力可由腹板全截面承受。
17.3.5 一般情况下，柱长细比越大、轴压比越大，则结构承载能力和塑性变形能力越小，侧向刚度降低，易引起整体失稳。遭遇强烈地震时，框架柱有可能进入塑性，因此有抗震设防要求的钢结构需要控制的框架柱长细比与轴压比相关。
考虑压弯柱的结构整体弹塑性稳定性和柱塑性铰形成时的变形能力，控制长细比和轴压比的结构弹塑性失稳限界，可由弹塑性稳定分析求得。日本AIJ《钢结构塑性设计指针》采用解析并少量试验，提出满足N／NE≤0.25(NE——结构弹性屈曲对应的轴压力)即可避免结构整体屈曲引起的承载力显著降低。
为方便结构设计，引入轴压比N／Ny和长细比λ表示的控制条件，得：
[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200714/10-200G4151921116.png[/img][/align]
  进一步简化为直线方程，则为：[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200714/10-200G415204M02.png[/img][/align]

  式中：E——钢材的弹性模量；
       fy——钢材的屈服强度。
轴压比N／Ny≤0.15时，轴压力较小，对结构失稳的影响也较小，最大长细比取150，可不考虑轴压比和长细比耦合。
表17.3.5与上述AIJ的要求基本等价。
17.3.6 比较美国、日本及钢结构设计规范EC3：Design of steel structures关于H形和箱形截面柱的节点域计算和宽厚比限值的规定，并总结试验数据提出本条要求。本条为低弹性承载力-高延性构造，高弹性承载力-低延性构造的具体体现。
17.3.7 本条改进型过焊孔及常规型过焊孔具体规定见现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99。
17.3.9 在采用梁端加腋、梁端换厚板、梁翼缘楔形加宽和上下翼缘加盖板等方法，如果能够做到加强后的柱表面处的梁截面的塑性铰弯矩等于(Wpbfyb＋Vpbs)(Vpb——梁内塑性铰截面的剪力；s——塑性铰至柱面的距离，也即梁开始变截面或开始加强的位置到柱表面的距离)可以预计梁加强段及其等截面部分长度内均能够产生一定的塑性变形，能够将对梁端塑性铰的转动需求分散在更长的长度上，从而改善结构的延性，或减小对节点的转动需求。
17.3.10 抗弯框架上覆混凝土楼板时，在地震作用下，梁端的塑性铰区受拉，因此钢柱周边的楼板钢筋应可靠锚固，钢筋可按图50设置。

        [align=center]                [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200714/1534032D7-11.jpg[/img]
                图50 钢柱周边钢筋锚固示意图[/align]
        [align=center]               
                [b]Ⅲ 支撑结构及框架-支撑结构[/b][/align]
                       
                17.3.12 中心支撑在各类结构中应用非常广泛，在地震往复荷载作用下，支撑必然经历失稳-拉直的过程，滞回曲线随长细比的不同变化很大。当长细比小时滞回曲线丰满而对称，当长细比大时，滞回曲线形状复杂、不对称，受压承载力不断退化，存在一个拉直的不受力的滑移阶段。因此支撑的长细比与结构构件延性等级相关。
                 在美国，中心支撑体系分为特殊中心支撑体系(SCB)和普通中心支撑体系(OCB)，前者的抗震性能更好，地震力可以取得更小。但是在对支撑杆的长细比的限值上，前者放得更宽。欧洲抗震设计规范EC8则规定，中心交叉支撑的长细比，对Q235，应该在120～196之间。日本也将长细比大于130的支撑杆与长细比为32～59之间的划为同一类，反而比长细比为59～130之间的更好，这是由于延性决定了结构的抗震能力。因此支撑设计时，长细比不是最关键的，关键的是防止局部屈曲部位过大的、集中的塑性变形而导致的开裂。长细比较大的支撑杆，因为传递的力较小，在节点部位更加容易设计成延性好的节点。长细比大的构件，结构的刚度小，更容易处在长周期范围，地震力更小。
                 虽然欧美同行认为长细比大的支撑，抗震性能更好，但配套的设计规定使得其应用是有条件的：美国AISC的SPSSB指出，每一列支撑，由受拉的支撑提供的抗力不得大于70％，也不得小于30％。如果水平力全由支撑承担，这意味着支撑杆的长细比对Q235不超过120。如果是框架-中心支撑体系，支撑长细比很大，受压承载力很小，则框架部分应能够承担30％～70％的水平地震作用。
                 本标准参照日本的规定，除普通钢结构外，将支撑分为3个等级，长细比大的放在第2个等级，并且规定了使用条件。同样的支撑，框架-中心支撑结构和支撑结构相比较具有更好的延性，延性等级更高。
                17.3.13 本条第1款的规定使得结构在任意方向荷载作用下表现出相似的荷载变形特征，从而具有更好的延性。
                17.3.14 本条第1款的规定是为了尽量减小应力集中，使节点板在支撑杆平面外屈曲时不至于产生过大的计算中未能考虑的应力而导致焊缝的过早破坏。
                17.3.15 偏心支撑的设计基本上与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定一致。