对浅析多高层钢结构节点的抗震设计

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1、BuildingStructure建闻天下浅析多高层钢结构节点的抗震设计熊天齐/上海建筑设计研究院有限公司，上海2000411节点连接在抗震设计中的重要性在多高层房屋钢结构抗震设计中，钢结构节点设计是一个非常重要的组成部分。连接节点是保证梁与柱协同工作、形成结构整体的关键部件，它将直接影响到整个结构抗震性能。《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99—98)(以下简称《高钢规》)对钢结构节点设计原则做出明确规定：当非抗震设计时，应按结构处于弹性受力阶段设计；当抗震设防时，应按结构进入弹塑性阶段设计，节点连接承载力应高于截面承(a)加设盖板

2、的刚性连接(连接部位加载力。即在正常使用状态下，梁柱节点将梁与柱连成强)整体，使结构能够有效地承受重力、风等外部荷载。在强震作用下，梁端和节点域产生塑性变形，形成塑性铰，有效地吸收和耗散能量，使结构实现大震不倒、小震可修的目的。对于一些钢结构设计经验欠缺的年轻工程师来说，设计中常常会遇到“强柱弱梁”不满足、节点域计算不通过，以及做不到“强节点弱构件”等情况；或者不少设计师误认为“等强连接”就是钢结构节点的安全(b)加腋的刚性连接(连接部位加强)设计；甚至往往会出现钢结构设计完成之后发现因为节点设计不满足而需要对整个结构重新设计的情况。[1

3、]《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）(以下简称《抗规》)对钢结构节点的抗震设计明确提出了强柱弱梁、节点域计算、强节点弱构件的计算公式以及相关构造加强措施，本文将分析如何实现规范中对节点抗震设计的相关要求。(c)骨形刚性连接(梁截面削弱)2塑性铰外移美国1994年北岭地震使焊接钢框架的梁柱连接遭受严重破坏，受到国际钢结构界广泛关注。美国联邦突发事件管理局分析引起破坏的主要原因，认为解决钢框架梁柱抗震性能问题的基本途径是将塑性铰外移。目前国内研究也认为将塑性铰外移是解决钢框架连接抗震性能问题的一个有效手段。通过对梁柱节(d)梁端

4、扩大形的刚性连接(梁端翼缘局部加宽)点处钢梁截面进行削弱或加强，使大震时梁的塑性铰图1框架节点塑性铰外移的连接形式自柱边外移至柱面一定距离的梁上，从而由梁端塑性位置出现并扩展，使大震时梁的塑性铰自柱侧外移。变形形成塑性铰耗能能力避免柱与梁柱节点的脆性图1所示为工程中常用的减轻地震灾害的框架节[2,3]破坏，以达到延性设计的目的。点塑性铰外移的连接形式。其中美国主要采用骨形连对梁截面进行削弱或者连接部位进行加强均可接，日本普遍采用梁端扩大形，不采用骨形连接。由以实现塑性铰外移，但这两种方法各有特点。前者通于骨形连接加工要求较高，且在关键截面

5、削减部分钢过对距梁柱连接处一定距离的梁翼缘进行削弱，后者材，国内技术人员表示难以接受。采用加设盖板的刚则是对梁翼缘加设楔形盖板、加腋板或者翼缘加宽等性连接在多高层钢结构中很容易出现梁翼缘厚度加构造措施，使得梁端塑性变形在削弱区或加强区末端盖板厚度大于柱翼缘板厚度的情况，这样就有可能使Welearnwego21BuildingStructure建闻天下梁翼缘的抗弯承载力大于柱翼缘的抗弯承载力，从而在抗震设计中，钢框架的节点域应按《抗规》公将柱翼缘拉坏；加腋的刚性连接在民用建筑中往往可式(8.2.5-3)，(8.2.5-7)，(8.2.5-8

6、)验算其屈服、稳定性能会对建筑功能、净高要求等产生影响；而梁端扩大和抗剪强度的要求。当节点域腹板厚度不满足抗规第的刚性连接因加工便利，也能够比较有效地实现塑性8.2.5条规定时，节点域须采取措施进行加强，可按《抗铰外移的要求，近年来在工程中得到越来越多的应规》第8.3.5条，采取加厚柱腹板或采取贴焊补强板用。梁端扩大的刚性连接构造中扩大部分的直角边长的措施。比可取1:2~1:3，其中短直角边的尺寸可根据强节点弱在非抗震设计中，钢框架的节点域应按《钢结构构件的要求满足计算即可。设计规范》GB50017—2003(以下称《钢规》)第7.4.2

7、3强柱弱梁的设计条进行节点域抗剪强度计算。《钢规》与《抗规》关我国现行规范中采用“强柱弱梁”的设计准则，以于节点域抗剪强度的计算所采用的荷载组合分别为期实现梁的塑性耗能能力，避免结构柱端出现塑性铰非抗震组合与抗震组合，同时《抗规》引入了节点域而产生结构倒塌，以达到“大震不倒”的抗震设防目标。承载力抗震调整系数，设计中可能会出现前者比后者为满足“强柱弱梁”的设计要求，《抗规》对等截面梁要求更严格的情况。因此工程师应同时验算非地震组钢框架节点处的抗震承载力做如下要求：合和地震组合节点域的抗剪强度，并满足相应规范。Wpcfyc-NAc

8、Wfpbyb(8.2.5-1)“强柱弱梁”的问题对于高层钢结构来讲，因柱截面较梁截面会大出许多，公式(8.2.5-1)一般均可满足；对于多层钢结构而言，梁柱截面可能会比较接近，或可能设计出梁