钢结构的抗震性能如何考虑

           

当钢结构抗震设防烈度不高于8度(0.20g)，结构高度不高于100m的框架结构、支撑结构和框架-支撑结构时，对钢结构的构件和节点的抗震性能化设计时地震动参数和性能化设计原则应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定，抗震设防类别应按现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223的规定采用。

钢结构构件的抗震性能化设计应根据建筑的抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构类型和不规则性，结构构件在整个结构中的作用、使用功能和附属设施功能的要求、投资大小、震后损失和修复难易程度等，经综合分析比较选定其抗震性能目标。构件塑性耗能区的抗震承载性能等级及其在不同地震动水准下的性能目标可按表1划分。

表1 构件塑性耗能区的抗震承载性能等级和目标

1. 钢结构构件的抗震性能化设计可采用下列基本步骤和方法：

（1）按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定进行多遇地震作用验算，结构承载力及侧移应满足其规定，位于塑性耗能区的构件进行承载力计算时，可考虑将该构件刚度折减形成等效弹性模型。

（2）抗震设防类别为标准设防类(丙类)的建筑，可按规范初步选择塑性耗能区的承载性能等级。

（3）按以下有关规定进行设防地震下的承载力抗震验算：

1)建立合适的结构计算模型进行结构分析；

2)设定塑性耗能区的性能系数、选择塑性耗能区截面，使其实际承载性能等级与设定的性能系数尽量接近；

3)其他构件承载力标准值应进行计入性能系数的内力组合效应验算，当结构构件承载力满足延性等级为Ⅴ级的内力组合效应验算时，可忽略机构控制验算；

4)必要时可调整截面或重新设定塑性耗能区的性能系数。

（4）构件和节点的延性等级应根据设防类别及塑性耗能区最低承载性能等级按规范确定，并按本标准的规定对不同延性等级的相应要求采取抗震措施。

（5）当塑性耗能区的最低承载性能等级为性能5、性能6或性能7时，通过罕遇地震下结构的弹塑性分析或按构件工作状态形成新的结构等效弹性分析模型，进行竖向构件的弹塑性层间位移角验算，应满足现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的弹塑性层间位移角限值；当所有构造要求均满足结构构件延性等级为Ⅰ级的要求时，弹塑性层间位移角限值可增加25％。

2. 钢结构构件的性能系数应符合下列规定：

（1）整个结构中不同部位的构件、同一部位的水平构件和竖向构件，可有不同的性能系数；塑性耗能区及其连接的承载力应符合强节点弱杆件的要求；

（2）对框架结构，同层框架柱的性能系数宜高于框架梁；

（3）对支撑结构和框架-中心支撑结构的支撑系统，同层框架柱的性能系数宜高于框架梁，框架梁的性能系数宜高于支撑；

（4）框架-偏心支撑结构的支撑系统，同层框架柱的性能系数宜高于支撑，支撑的性能系数宜高于框架梁，框架梁的性能系数应高于消能梁段；

（5）关键构件的性能系数不应低于一般构件。

3. 采用抗震性能化设计的钢结构构件，其材料应符合下列规定：

（1）钢材的质量等级应符合下列规定：

1)当工作温度高于0℃时，其质量等级不应低于B级；

2)当工作温度不高于0℃但高于—20℃时，Q235、Q345钢不应低于B级，Q390、Q420及Q460钢不应低于C级；

3)当工作温度不高于—20℃时，Q235、Q345钢不应低于C级，Q390、Q420及Q460钢不应低于D级。

（2）构件塑性耗能区采用的钢材尚应符合下列规定：

1)钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85；

2)钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20％；

3)钢材应满足屈服强度实测值不高于上一级钢材屈服强度规定值的条件；

4)钢材工作温度时夏比冲击韧性不宜低于27J。

（3）钢结构构件关键性焊缝的填充金属应检验Ⅴ形切口的冲击韧性，其工作温度时夏比冲击韧性不应低于27J。

4. 钢结构布置应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定。

5. 结构的分析模型及其参数应符合下列规定：

（1）模型应正确反映构件及其连接在不同地震动水准下的工作状态；

（2）整个结构的弹性分析可采用线性方法，弹塑性分析可根据预期构件的工作状态，分别采用增加阻尼的等效线性化方法及静力或动力非线性设计方法；

（3）在罕遇地震下应计入重力二阶效应；

（4）弹性分析的阻尼比可按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定采用，弹塑性分析的阻尼比可适当增加，采用等效线性化方法时不宜大于5％；

（5）构成支撑系统的梁柱，计算重力荷载代表值产生的效应时，不宜考虑支撑作用。

6. 柱脚的承载力验算应符合下列规定：

（1）支撑系统的立柱柱脚的极限承载力，不宜小于与其相连斜撑的1.2倍屈服拉力产生的剪力和组合拉力。

（2）柱脚进行受剪承载力验算时，剪力性能系数不宜小于1.0。

（3）对于框架结构或框架承担总水平地震剪力50％以上的双重抗侧力结构中框架部分的框架柱柱脚，采用外露式柱脚时，锚栓宜符合下列规定：

1)实腹柱刚接柱脚，按锚栓毛截面屈服计算的受弯承载力不宜小于钢柱全截面塑性受弯承载力的50％；

2)格构柱分离式柱脚，受拉肢的锚栓毛截面受拉承载力标准值不宜小于钢柱分肢受拉承载力标准值的50％；

3)实腹柱铰接柱脚，锚栓毛截面受拉承载力标准值不宜小于钢柱最薄弱截面受拉承载力标准值的50％。

7. 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，其板件经修正后宜满足S4级截面要求。

8. 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。

9. 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。

10.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。

11. 当梁柱刚性节点采用骨形节点时，应符合下列规定：

（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）强柱弱梁应满足规范要求。

（5）骨形削弱段应采用自动切割，尺寸可按规范规定计算。

12. 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。

13. 当框架梁上覆混凝土楼板时，其楼板钢筋应可靠锚固。

14. 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，其抗震构造应根据标准确定的延性等级按框架结构采用。

15. 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规范要求，其中支撑截面板件宽厚比应按对应的构件板件宽厚比等级的限值采用。

16. 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. 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％。

18. 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：

（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）消能梁段应按要求在其腹板上设置中间加劲肋：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 ** 0mm时，可配置单向加劲肋；当消能梁段截面高度大于 ** 0mm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％。

19.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。