一、纯框架结构抗震构造措施
1. 框架柱的长细比
在一定的轴力作用下,柱的弯矩转角关系:
由于几何非线性(P-δ效应)的影响,柱的弯曲变形能力与柱的轴压比及柱的长细比有关:柱的轴压比越大,弯曲变形能力越小;柱的长细比越大,弯曲变形能力越小。
柱的变形能力与轴压比的关系
柱的变形能力与长细比的关系
2. 梁、柱板件宽厚比
日本所做的一组梁柱试件,研究其在反复加载下的受力变形情况
梁柱试件在反复加载下的受力变形情况:
b/t=8 b/t=11 b/t=16
随着构件板件宽厚比的增大,构件反复受载的承载能力与耗能能力将降低。原因:板件宽厚比越大,板件越易发生局部屈曲,从而影响后继承载性能。框架柱的转动变形能力要求比框架梁的的转动变形能力要求低。框架柱的板件宽厚比限值可比框架梁的板件宽厚比限值大。宽厚比限值要求:
不超过12层框架的梁柱板件宽厚比限值
超过12层框架的梁柱板件宽厚比限值
3. 梁与柱的连接构造
梁柱的连接构造,应符合下列要求:
(1)梁与柱的连宜采用柱贯通型;
(2)柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时,宜采用箱形截面;当仅在一方向刚接时,宜采用工字型截面,并将柱腹板置于刚接框架平面内;
(3)梁翼缘与柱翼缘应采用全熔透坡口焊缝;
(4)柱在梁翼缘对应位置应设置横向加劲肋,且加劲肋厚度不应小于梁翼缘厚度; (5)当梁翼缘的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的70%时,梁腹板与柱的连接螺栓不得小于二列;当计算仅需一列时,仍应布置二列,且此时螺栓总数不得小于计算值的1.5倍。
为防止框架梁柱连接处发生脆性断裂,可以采用如下措施:
1)严格控制焊接工艺操作,重要的部位由技术等级高的工人施焊,减少梁柱连接中的焊接缺陷;
2)8度乙类建筑和9度时,应检验梁翼缘处全焊透坡口焊缝V形切口的冲击韧性,其冲击韧性在-20℃时不低于27J;
3)补充梁腹板与抗剪连接板之间的焊缝;
梁腹板补焊
4)采用梁端加盖板和加腋,或梁柱采用全焊接方式来加强连接的强度;
梁柱连接的加强
5)利用节点域的塑性变形能力,为此节点域可先设计成先于梁端屈服,但仍需满足有关公式的要求;
6)利用“强节点弱杆件”的抗震概念,将梁端附近截面局部削弱。
梁端狗骨式设计具有优越的抗震性能,可将框架的屈服控制在削弱的梁端截面处。
设计制作时:
a. 月牙形切削的切削面应刨光;
b. 起点可距梁端约150mm ;
c. 切削后梁翼缘最小截面积:不宜大于原截面积的90%,应能承受按弹性设计的多遇地震下的组合内力。
为进一步提高梁端的变形延性,根据梁端附近的弯矩分布,对梁端截面削弱进行更细致的设计。
同步塑性设计:使得梁在一个较长的区段(同步塑性区)能同步地进行塑性耗能 。
建议梁的同步塑性区L3的长度取为梁高的一半,使梁的同步塑性区各截面的塑性抗弯承载力比弯矩设计值同等地低5%-10%;在同步塑性区两端各有一个L2=L4=100mm左右光滑过渡区,过渡区离柱表面L1=50~100mm ,以避开热影响区。
二、中心支撑框架抗震构造措施
1. 受拉支撑的布置要求
地震作用方向是任意的,且为反复作用,中心支撑采用只能受拉的斜杆体系时应同时设置两组不同倾斜方向的斜杆;两组斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不得大于10%。
2. 受压支撑杆件的要求
地震作用下,支撑杆件可能会经历反复的压曲拉直作用,支撑杆件不宜采用焊接截面,应尽量采用轧制型钢。
若采用焊接H型截面作支撑构件时,在8、9度区,其翼缘与腹板的连接宜采用全焊透连接焊缝。
为限值支撑压曲造成的支撑板件的局部屈曲对支撑承载力及耗能能力的影响,对支撑板件的宽厚比需限值更严,应不大于下表规定的限值:
钢结构中心支撑板件宽厚比限值
为使支撑杆件最低具有一定的耗能性能,中心支撑杆件的长细比不宜大于下表的限值:
钢结构中心支撑板件长细比限值
此外,当支撑为填板连接的双肢组合构件时,肢件在填板间的长细比不应大于构件最大长细比的1/2,且不应大于40。
3. 支撑节点要求
当结构超过12层时,支撑宜采用H型钢制作,两端与框架可采用刚接构造,支撑与框架连接处,支撑杆端宜放大做成圆弧状,梁柱与支撑连接处应设置加劲肋。
H型钢支撑连接节点示例
当结构不超过12层时,若支撑与框架采用节点板连接,支撑端部至节点板嵌固点在支撑杆件方向的距离,不应小于节点板厚度的2倍。试验表明:这个不大的间隙允许节点板在强震时有少许屈曲,能显著减少支撑连接的破坏,有积极作用。
支撑端部节点板构造示意图
4. 框架部分要求
中心支撑框架结构的框架部分的抗震构造措施要求可与纯框架结构抗震构造措施要求一致。
当房屋高度不高于100m且框架部分承担的地震作用不大于结构底部总地震剪力的25%时,8、9度的抗震构造措施可按框架结构降低一度的相应要求采用。
三、偏心支撑框架抗震构造措施
1. 消能梁段的长度
偏心支撑框架的抗震设计应保证罕遇地震下结构屈服发生消能梁段上。消能梁的屈服形式有两种:剪切屈服型,弯曲屈服型。抗震设计时,消能梁段宜设计成剪切屈服型。这种消能梁段的偏心支撑框架的刚度和承载力较大,延性和耗能性能较好。
净长a满足下列公式要求者为剪切屈服型消能梁段:
如消能梁段与柱连接或在多遇地震作用下的组合轴力设计值N > 0.16Af,应设计成剪切屈服型。
2. 消能梁段的材料及板件宽厚比要求
偏心支撑框架主要依靠消能梁段的塑性变形消能地震能量,故对消能梁段的塑性变形能力要求较高。一般钢材的塑性变形能力与其屈服强度成反比,消能梁段所采用的钢材的屈服强度不能太高,应不345MPa。
为保障消能梁段具有稳定的反复受力的塑性变形能力:
1)消能梁段腹板不得加焊贴板提高其承载力;
2)不得在腹板上开洞;
3)消能梁段及与消能梁段同一跨内的非消能梁段,其板件的宽厚比不应大于下表的限值。
3. 消能梁段加劲肋的设置
为保证塑性变形过程中消能梁段的腹板不发生局部屈曲,按下列规定在梁腹板两侧设置加劲肋:
1) 在与偏心支撑连接处应设加劲肋;
2)在距消能梁段端部bf处,应设加劲肋,bf为消能梁段翼缘宽度;
3) 在消能梁段中部应设加劲肋,加劲肋间距c应根据消能梁段长度a确定:
4) 消能梁段加劲肋的宽度不得小于0.5bf-tw,厚度不得小于tw 或10mm。
加劲肋应采用角焊缝与消能梁段腹板和翼缘焊接。加劲肋与消能梁段腹板的焊缝应能承受大小为Astfy 的力,与翼缘的焊缝应能承受大小为Astfy /4的力。其中Ast——加劲肋的截面面积,fy ——加劲肋屈服强度。
4. 支撑及框架部分要求
偏心支撑框架的支撑杆件的长细比不应大于。支撑杆件的板件宽厚比不应超过轴心受压构件按弹性设计时的宽厚比限值。偏心支撑框架结构的框架部分的抗震构造措施要求可与纯框架结构抗震构造要求一致。但当房屋高度不高于100m且框架部分承担的地震作用不大于结构底部总地震剪力的25%时,8、9度时抗震构造措施可按框架结构降低一度的相应要求采用。