【土木吧】梁腹板到底抗不抗弯？

发布于：2018-05-24 13:40:24 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

在高层钢框架抗震设计中, 梁与柱刚性连接的计算一直是一个令人困扰的问题。梁柱连接有两种形式, 在现场连接时, 为了施工方便,采用翼缘焊接腹板栓接（图4-20（a））；在工厂将短悬臂与柱进行焊接，现场将梁与短悬臂拼接（图4-20（b））。后一种连接形式其实是梁的拼接，且《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015不推荐这一连接形式（本书后文会有详细解释），因此本书仅介绍前一种梁柱刚接连接方式的计算方法。

1.各版本规范对梁柱刚接计算方法的规定

（1）《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98、《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001上世纪80 年代以来, 美国加州规范规定,在梁-柱抗弯连接中, 采用 弯矩由翼缘连接承受, 剪力由腹板连接承受 的计算方法, 但当翼缘的塑性截面模量小于截面塑性抗弯模量的0.7倍时,在梁腹板连接板的上下角增加角焊缝(图4-21（a）), 其承担的弯矩应相当于梁端弯矩的20 %。

日本采用类似方法,称之为“常用设计法” , 但对腹板螺栓连接一律加强, 规定腹板的螺栓连接应按保有耐力(连接的承载力大于构件的塑性承载力)设计, 且螺栓不得少于2~3 列(图4-21（b）), 但在设计标准中没有明文规定[4.11]、[4.12]。

《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001第8.3.4条文说明指出：美国加州1994年诺斯里奇地震和日本1995年阪神地震，钢框架梁柱节点受严重破坏。美国和日本这两种不同构造所遭受破坏的主要区别是，日本的节点震害仅出现在梁端，柱无损伤，而美国的节点震害是梁柱均遭受破坏。

我国《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98是在1987 年底开始编制的, 当时虽然看到了美国标准加强腹板连接的措施, 却未看到日本有类似规定, 对于日本用不同的方法处理腹板抗弯缺乏体会, 对于加强腹板连接的必要性缺乏认识, 因此未将加强措施列入。直到使用过程中, 发现很高的梁腹板连接只有很少几个螺栓时, 才感到不对头。在2001版抗震规范修订时, 审查组建议当符合美国加州规范所述条件时, 腹板用两列螺栓, 且螺栓总数应比抗剪计算增加50%。

《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001第8.3.4条3款规定：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少于二列；当计算仅需一列时，仍应布置二列，且此时螺栓总数不得少于计算值的1.5倍。规范此条的意思就是梁翼缘较弱时，需要腹板帮忙承受弯矩，但是腹板承担多少弯矩，规范没有说明，一些软件及参考书根据腹板惯性矩占全截面惯性矩的比例，将弯矩分配给腹板，腹板在弯矩和剪力共同作用下计算螺栓。连接处内力（弯矩和剪力）的取值，也有很多种取法，可以取构件的设计内力，也可以取构件的承载力。

（2）《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010

《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010第8.2.8条文说明规定：需要对连接作二阶段设计。第一阶段，要求按构件承载力而不是设计内力进行连接计算，是考虑设计内力较小时将导致连接件型号和数量偏少，或焊缝的有效截面尺寸偏小，给第二阶段连接(极限承载力)设计带来困难。

（3）《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015

钢框架梁柱连接，弯矩除由翼缘承受外，还可由腹板承受，但由于箱形柱壁板出现平面外变形，过去无法对腹板受弯提出对应的计算公式，采用弯矩由翼缘承受的方法，当弯矩超出翼缘抗弯能力时，只能采用加强腹板连接螺栓或采用螺栓连接和焊缝并用等构造措施，做到使其在大震下不坏。日本建筑学会于1998年在《钢结构极限状态设计规范》中提出，梁端弯矩可由翼缘和腹板连接的一部分承受的概念，于2001 提出完整的设计方法，2006 年又将其扩大到圆管柱。新方法的特点可概括如下：①利用横隔板（加劲肋）对腹板的嵌固作用，发挥了壁板边缘区的抗弯潜能，解决了箱形柱和圆管柱壁板不能承受面外弯矩的问题；②腹板承受弯矩区和承受剪力区的划分思路合理，解决了腹板连接长期无法定量计算的难题；③梁与工形柱（绕强轴）的连接，以前虽可用内力合成方法解决，但计算繁琐，新方法使计算简化，并显著减少螺栓用量，经济效果显著，值得推广。

因此，在《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015中， 首次将腹板定量计算列入了规范 。

《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015第8.1.1条、第8.1.2条规定：抗震设计时，构件按多遇地震作用下内力组合设计值选择截面；连接设计应符合构造措施要求，按弹塑性设计，连接的极限承载力应大于构件的全塑性承载力。梁与H 形柱（绕强轴）刚性连接以及梁与箱形柱或圆管柱刚性连接时，弯矩由梁翼缘和腹板受弯区的连接承受，剪力由腹板受剪区的连接承受。梁与柱的连接宜采用翼缘焊接和腹板高强度螺栓连接的形式。梁腹板用高强度螺栓连接时，应先确定腹板受弯区的高度，并应对设置于连接板上的螺栓进行合理布置，再分别计算腹板连接的受弯承载力和受剪承载力。

各版本规范梁柱刚接计算方法

规范	梁柱刚接计算方法
GB 50011-2001	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少于二列；当计算仅需一列时，仍应布置二列，且此时螺栓总数不得少于计算值的 1.5 倍。
GB 50011-2010	需要对连接作二阶段设计。第一阶段，要求按构件承载力而不是设计内力进行连接计算，是考虑设计内力较小时将导致连接件型号和数量偏少，或焊缝的有效截面尺寸偏小，给第二阶段连接 ( 极限承载力 ) 设计带来困难。
JGJ 99-2015	1. 抗震设计时，构件按多遇地震作用下内力组合设计值选择截面；连接设计应符合构造措施要求，按弹塑性设计，连接的极限承载力应大于构件的全塑性承载力。 2. 《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2001 方法仍然适用。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少于二列；当计算仅需一列时，仍应布置二列，且此时螺栓总数不得少于计算值的 1.5 倍。