17 【 钢结构抗震—性能化设计》 ？ — 17？.1  一般规定 ！ 【    近年—来随着国家经济形势！的变化钢结》构的应用急》剧增加结构》形式日益《丰，富不：同结构体系和—截面：特性的钢结构彼【此间结构《延性差异较》大为贯彻国家—提出的“鼓励—用钢：。、合理用钢”的【经济政策根据现行】国家标准建》筑抗震设计》规范GB 500】11及构《筑物抗震《设计规范GB 5】01：91规定的抗—震设计原则针—对钢结构特点—增加了？钢，结构构？件和节点的抗震性】能化设计《内容根据性能化【。设计的钢结构其【抗震设计准》则如：。下验算本地区—抗震设防烈度的多遇！地震作用的构件承】载力和结构》弹性变形《(小震？不坏)、根据其延】性，。验算：设防地？震作用的承载力(】中震可修《)、验？算其：罕遇地震作用的【弹塑性变形》。(大震不倒) 【 ？     本章】所有规定均》针对结构体系—中承受？。地震作用《的结构部分虽—然，结构真正的设防目标！为设防地震但—由于结构《具有一定《的延性因此》无需采用中震弹性】的设计在满足一定】强度要求的前—。提下让结构在设防地！。震强度最《强的时？段到来之前》结构部分构件—先行屈？。服削：减刚度增大结构的】周期使结《构，的周期与地震波强度！最大时段的》特征周期避开—从而使结构对地震】具有一定程度的免疫！功，能，这种：利用某些构》件的塑性《。变形削减地震输【入的抗震设计方【法可：降低假想《弹性结构的受震【承载力要求基于这】样的：观点结构的》抗震设计《均允许结构在—地震过程中发生【一定程度的塑—。性变：形但塑性变形必须控！制在：对结构整体危害较小！的部：位如梁？端形成塑性铰是【可以接受的》因，为轴力较小塑性转动！能力很强能够适应较！。大的塑性变形因此】结构的延性》较好；而当柱—子截面内出现—塑性变形时其后【果就不？易预料因为》柱子内出《。现塑性铰后需要【抵抗随后伴随—侧移增？加，而出现的新增—弯，。矩而柱？子内的轴力由竖向重！力荷载产生》的部：分无法卸载这样结构！整体内将会发—生较难把握的—内力重分配因此抗震！设防的钢结构除应满！足基：。本，性能目标的承—载力要求外》尚应采用能》力设计法进行塑性】机构：控制无？法达成预想的破坏机！构时应？采取补偿措施—   】  另外对于很【多结：构地：震，。作用并不是》结构设？计的主要控制因素其！构件实际具有的【受震承载力很—高因：此抗震构造可适【当，降低：从而降？低能耗节省造价【 ， ，     众！所周知抗震设计【的本质是控制地【震施加给《建筑物？的能量？弹性变形与塑性变】形(延性)》均，可消耗能量在能【。量输入相同的条件】下结构延性越—好弹性承载力要求】越低反之《结构延性《差则：弹性：承载力要求高本标准！简称为“高延性【-低承载力”—和，“低延性-高—承载力”两种抗震设！计思路均可》达成大？致相同的设防目标结！构根据预先设定的延！性等级？确定对？应的地震《作用的设计》方法：本标准称为“性【能化设？计方法”采用低延性！-，高承：载力思路设计的钢结！构在本标准中特指】在规定？的设防类《别下延？性要求最低》的钢结构 ！ 17.1.1 】 我国是一个多地震！国家性能《化设计？的适用面广只要【提出合适的性能目标！基，本可适用于所有【的结构？由于目前相》关设计经验不多本】。章的适用范围暂时】压缩在较小的范围内！在有可靠的设计经验！和理论依《据后适用范围可放宽！ ：     】由于现？行国家标《准构筑物抗震—设计规范GB 5】0191《的抗震设计》原则：与现行国家标准建筑！抗震设？计，规范GB《 ，50011-致【。。因此本章既适—用于建筑《物又适用于》构筑物 》  》   ？结构遵？循现有抗震规范的】规定采用的也是某】种性：能化设计的》手段不同点仅在于】地震作？用按小？震设计意味着延性仅！有一种选《择由于？设计：条件及要《求，的多样化《实际：。工程按照某类特定延！性的要求实施有时】将导致设《。计不合理甚至难以】实现 》     大】部分钢？。结构构件由薄壁板件！构成因此针对结构】体系的？多样性及其》不同的设防要求采】用合理？的抗震设计思—路才能在《。保证抗震设防—目标的前提下减【少结构的用钢—量如虽然大部分多】高层钢结构适—合采用高延性-低承！载力设计思》路但对？于多层钢框架结【构，在低烈度区采用低延！性-高？承载力的抗震思路可！能更为合理》单层工？业厂房？也更适合采》用低延性-高承【。载力的？抗震思路本》章可：。为工程师的选择提供！依据满足本》章规定的钢结构无】需满足现行》。国家标准《建筑抗震设》。计规范GB》。 ，50011及构【筑物抗震设》计规范G《B， ，5019《1中针对《特定结构《的构造要求和规定】应用本章规定时【尚应根据《各类建筑的实—。际情：况选择合适的抗震策！略，如高：烈度区民用》高层建筑不》应，采用低延性》结构 《 17.【1.2  本章【条文：主要针对标准设防】类钢结构《本标准采用》延性等级反映构件】延，。性承载？性能等？级反映构件承载【力延性等级和承【载性能等级的合理】匹配实现“高延性-！低承载？力、低延性-—高承载力”的—设计思路对于不同】。设防类？别的：设防标准《本标准按现行国家】标准建筑工程抗【震设：。防分：类标：准GB 《50223规定的原！则在其他要求一致】的情况下相对—于标准？设防类钢结构重【点设防类钢结构【拟采用承载性能等级！保持不？。变、延性等级提高】一级或延性等—级保持不变、承【载性能等级提—。高一级？的设计？手法特殊《设，防类：钢结构采用承载性能！等级保持不变、延性！等级提高两级或延性！等级保？持不变、承》载，性能等级《提高：两级的？。设，计手法在延》性等级保持》不变的情况下重点】设防类钢结》构承载？力约提高《2，5％特殊《。设防：类钢结构《承载力？约提高55》％ 17！.1.3《  本条为现—行国家标准》建筑抗震《设计规范G》B 50《011性能化设计】指标要求的具体化本！。章钢结？构抗震设计》思路是进行塑性机构！控制由于《。非塑：性耗能？区构件和节》点的承载力设—计要：求取决于结构体系】及构件？。塑性耗能区的性能】因，此本条仅规定了【构件塑性耗能区的抗！震，。。性能目标对于框架结！构除单层《和顶层框架外—塑性耗？能区宜？为，框架梁端；》对于支撑结构塑性】耗能区宜为成对设】置的支撑；对于框】架-中心支》撑结构？塑性耗能区》宜为成对设》置的支撑《。、框架？梁端；对于框架-偏！。心支：撑结构塑性耗能【区宜为耗能梁段【、框架梁端 】。     【完好指承载力—设计值？满足弹性计算内【力设计值《的要求基本完好【指承载力设计—值满足？刚度适当折减后【的内力设计值要求】。或承载力标准值满足！要求轻微变形指层】间侧移约1/—2，00时塑性耗能区的！变形显著变形指【层间侧移《为1/50～1【/40时塑性耗【能区的变形“多【遇地震不《坏”即允许耗能【构件的损坏》处于日常《。维修范？围内此时可采用耗能！构，件刚度适当折减【的计算？模型：进行弹性分》析并满足承载—力设计值的要—求故称之为“基【本完好” 【 17.1.】4  ？。为引：导合：理设计避免不—必要的抗震构造【本条对标《准设防类的》建，筑根据设防烈度【和结构高度提出了】。构件塑性耗》能区：。。不同：的抗震？性能要求范围由于】地震的复杂性表1】7.：1.4-《1仅作？为参考不需严—格，执行抗震设计仅是利！用有限的财》力使地震造成的【损失控？制在：合理的范围内设计者！应根据国《家制：定的安全度标准权衡！承，载力和延性采—用合理的承》载性能等《级  】。 ，  需要特别指出】的是本条第1款结】构满足多遇》。。地震：下，承载：力要求并不》是要求？结构：所有构件满足小震】承载力设计要求比】如偏心支撑》的耗能梁段在多遇地！震作用下即可进【入塑性状态》。另外进行小震—计，算时仅塑性耗—能，区屈服的结构可考虑！刚度折减实际上按】照本章通《过能力设计后满【足设防地震作—用，下考虑？性能系数的》承载力要求后在多】遇地震作用》下除塑性耗能区外】通常其余构件与【节点可处《于弹性状态》并满足设计承载力】要求因此侧移—限，值要求和现行国【家标准建《筑抗震设计》规范GB 500】11一致即能保证】当遭受低于本—地区抗震设》防烈度？的多遇？地，震影响时主体结构不！。受损坏？或不：需修理可继续使用】 《     —钢结构的性能化抗震！设计可通过以下【四个方面实现— ：   —  1  根据结构！要求的不同选用不】。同的性能系》数见表17.2【.2-1一般来说由！于，地，震作用的《不确定性对于结构】来说延性比承载力更！为重要因此对于多高！层民用钢结构首先】必须保证必要的【。延性一？。般，应采用高延性-低】承载力的《设计：思路；而对于工业建！筑为降低《造价宜采《用低延性《-高：。承载：力的设计思路 【 》。    2  按高！延性-低承载力思】。路进行的《设计采用下列—措施进行延性开展】机构的？控制 】     》  ： 1：)采用能力设—。计，法进行塑《性开展？。机构的？控制；？    ！     2—)引入非塑性耗能】区内力调整系数引】导构件相《对强弱符合延性开展！的要求？； 》。   《      3)引！入相邻构件材料相】对强弱？系数确保延性开展机！构的实现 【     3 ！。 根据不同的性【能要求？采用不同《的抗震构造》 —  ：  ：4，  通过对承载力和！延性间？权衡使得《结构在？相同的安全度下更具！经济性 ！    为避免结构！在罕遇地震下倒塌】除单层？钢结构外当结—构延性较《差，。时宜提高侧移—要求即层《间位：移角：限值要？求适当？加严 —  ？   本条表17.！1.4-2为实【现高：延，性-低承《载力、低延》性-高承载力—设计思路的具体规定！不同结构对不同【楼层：的延性？需求均不相》同在大多数情—况下结构《底层是所有楼—层延性需求最高的部！分为：简，化设计整个》结构可采用相同的结！。构构件延性等级来保！证满足？延性需？求当不同楼层的实】际性能系数明显不同！时，各楼层也可采用不同！的，结构构？件延性？等级 】    当按—本标准进行性能化】。设计采用低》延，性，-高承载力》设计思路《时无须？进行机构控制验算本！标准第17.—2.4？。条～第17》.2.？12：条为机构控制验【算的具？体规定但当性能系数！小于：1时支撑系统构件】尚应考虑压杆—屈曲和？卸载的影响 ！ 17《.1.5  本条为！性能化？设计的基《本原则本《标准第17.—2节及第17.【3节为这《些原则的具体化塑性！耗能区性能》系数取值最低关键构！件和节点取值较高】关键构件《和，节点可按下列原【。则确定 》 ，    — ，1  ？。通过：增加其？承载力保证》结构预定传力途径】的构：件和节点； 】 ？ ，   2  关键传！力部位； ！     》3， ， 薄：弱部位 】。     柱脚、多！高层钢结构中—低，于，1/3？总高度的框》架柱、伸臂》结构竖向桁》架的立柱、水平【伸臂与竖向桁—架交汇区杆》件、直接传递转换】构件内力的抗—震构件等都应按【。关，键构件处理》关键构件《和节点的性能—。系数不宜小于0.】55 》  《   采用低延性-！高，承载力设计思路时】本条要求可》适当放宽 ！ 1：7.1？.6  本条是对有！抗震设防《要求：的钢结构的》材，料要求 ！    1  良好！的，可焊性和合格—的冲击韧性是抗【震结构的基本要【。求，本款规定了》弹性：区钢材在《不同的工作》温度：下相应的质量等级要！求基本？与需验算疲》劳的非焊接结—构的性能相》当；弹性区在强烈】地，震作用下《仍处：于，。弹性设计《阶段因此可适当降低！对材料屈强》比要：求一般来《说屈强比不应—。高于0.9但—。此时应采取可—。靠措：施保证？其处于弹性状态【    ！ 2：  本款要求与现】行国家标《准建筑抗震设计规】范GB 500【11及构筑物—抗震设？计规范？。GB 50191类！似但增加了对结【构屈：服强度上限的规定】 《  ？   根据材料【调研结果显示我【国钢材平均屈服强】度，是，名义屈服强度的【1，.2倍离散性很【大尤其是Q23【5钢由于实际工程中！经，常发生高钢号钢材】由于各种《原因降级使》用的情况因此为了避！免，塑性：铰发生在非预期部位！补充规定了塑—性耗能区钢》材应满？。足屈服？强度实测《值不高于《上，一级钢材屈服—强度的条件》值得特？别注意的是本—标准规？定，的，材料要求是对—加工后的构件的要】求我：国目前？很多：型材的材质》报告：。。给出的是型材—加工前的钢材特性设！计人员应避》免选择在加工过程】中已损失部分塑性】的钢材作为塑性【。耗能区的钢材当超】强系数按η》y＝f？y,：act/fy计算确！。定时塑性耗能区【钢材可不《满足屈？服强度实测值不【。。高于上一级钢—材屈服强《。度的条件f》y,act为塑性耗！能区钢材屈服—强度实测值；f【y为塑性耗能—区钢材设计用—屈服强度 【。 ？   ？ 3  《按照：钢结构？房屋连接《焊缝的重要性并参】照AISC》34：1-05规范首次】提出了关键》性焊缝的概》念，。4条关键性焊缝分别！为 ：  — ，      1)】。框架结构的》梁翼缘与柱》的，连接焊缝《； —     》   ？ 2)框架》结，构，。的抗剪？。连接板与《。柱的连接焊缝； 】 《        】 3)？框架结构的梁腹板与！柱的连接焊》缝，； 【  ：。      4)】节点域及其上下各6！00mm范》。围内的柱《翼，缘与柱腹《板间或箱形柱壁板】间的连接焊缝 【 》    本款主【要是：为了保证焊缝和构件！具有足够的》塑性变形能力真【。正做到？“强连接《弱，构件”和实现设【计，确定的屈《服机制 — 17.1.7！。  由于地震作【用的不确定性抗【震设计最重要的是】概念设计当结构均】匀对称并具》有清晰？直接的地震力传递】路径时则对地震性能！的预测？更为可靠比如当竖】向不均匀则可—能出现应力集中或】产生延性要》求较高的区域—。而导致结构过—早破坏如首》层为薄？弱层时屈服将限制在！第一：层我们在汶川—地震见到《了许：多此类破坏案—例当然隔震设计也是！利，用此原理进行—因此按本章》进行性能《化设计时除采用低延！性-高？承载力？设计思路且》。采用地震危害较【小的结？构外应符合现—行国家标准建筑抗震！设计：规，范GB 5001】1第：1章～第5章—的规定 》