钢结构抗震性能化设计201803.pdf

中冶京诚 《钢结构设计标准》GB50017-2017 钢结构抗震性能化设计 余海群 2018年3月 中冶京诚17 钢结构抗震性能化设计（新增） • 17.1 一般规定 • 17.2 计算要点 • 17.3 基本抗震措施 中冶京诚17.1 一般规定 • 适用范围 • 设防分类 • 抗震性能指标 • 设计步骤和方法 • 性能系数 • 材料要求 • 布置要求 中冶京诚17.2 计算要点 • 分析模型和参数 • 各类结构的构件承载力计算方法 • 各类结构的节点承载力计算方法 • 节点域计算方法 中冶京诚17.3 基本抗震措施 • 各类结构构件的长细比和截面板件宽厚比 等级 • 各类结构的节点构造 • 节点域构造 • 柱脚埋入深度 中冶京诚17.1 一般规定7条 • 规矩 规矩：适用范围和设计原则 原则性规矩：设防分类、抗震性能指标、设计步骤和方法、 性能系数要求、布置要求 操作性规矩：材料要求 中冶京诚 3.2 计算要点12条 • 规矩 操作性规矩：抗震承载力验算 • 规则 计算：性能系数框架梁抗震验算、框架柱抗震验算、受拉截 面抗震验算、内力调整系数计算、消能梁段受剪承载力、 抗侧力构件连接、节点域抗震验算、支撑系统节点抗震验 算、柱脚抗震承载力验算 原则性做法：分析模型和参数要求 中冶京诚 3.3 基本抗震措施16条 • 规矩： 规矩：节点连接和截面板件宽厚比规定 • 规则 原则性做法：混凝土楼板、实腹式柱脚 操作性做法：构件塑性耗能区、支撑系统之间的框架梁、框 架梁、框架柱长细比、节点域、梁柱刚接节点、骨形连接、 塑性铰外移、框架支撑结构框架部分要求、长细比和板件 宽厚比等级选用荷载取值原则、中心支撑结构、钢支撑连 接节点、消能梁段构造 中冶京诚 3.4 结构或构件变形及舒适度的规定5条 • 规矩： 操作性规矩：荷载取值原则、温度区段长度 • 补充： 操作性规矩补充：吊车荷载横向水平力补充、屋架吊车荷载 台数补充悬挂吊车台数取值、荷载折减系数 中冶京诚 3.5 截面板件宽厚比等级2条 • 规矩： 操作性规矩：受弯、压弯构件板件宽厚比等级；支 撑截面板件宽厚比等级 中冶京诚 结构构件截面抗震验算 抗规抗规钢规钢规 • 高承载力低延性、低承载 力高延性 E2GEEhk2Evk2 0.4 i SSSS E2k SR GGEEhEhk EvEvkwwwk SSS SS      RE SR  GEEhk2 k 0.81.21.3 0.35 1.1 SS RR   GEEhk2k 1.060.4SSR GEEhk2ki SSR REGEh Evw kEhkEhk2 =0.8=1.2=1.3 =0=0 1.1= ,0.35RR SS    当，，， ， Evk2 0S当 中冶京诚 按《钢规》抗震设计思路设计流程 建筑物 地震以外荷载承 载能力和正常使 用状态计算符合 规范规定 基本符合《建抗 规》1-5章的规定 （除材料和承载 力） 多遇地震作用下 承载力符合《抗规》规定 （对于丙类结构，延性等级不 低于Ⅱ级的塑性耗能区除外） 层间位移角≤1/250 地下结构 的验算 设防地震作用下验证 高承载力低延性 低承载力高延性 非结构构件的 问题 中冶京诚 按《钢规》抗震设计思路 进行设防地震作用验算的设计流程 设防烈度 结构体系 使用功能 附属设施功能要求 投资大小 …… 确定抗震 设计思路 高延性低 承载力 低延性高 承载力 中冶京诚 按《钢规》低延性高承载力抗震设计思路 进行设防地震作用验算的设计流程 建筑物根据《建筑工程抗震设防分类 标准》确定设防类别设防类别 计算构件承载力 （关键构件和节点 根据需要提高承载 力要求） 构件和节点采取基 本的抗震措施（特 殊部位根据需要补 充抗震措施） 中冶京诚 按《钢规》高延性低承载力抗震设计思路 进行设防地震作用验算的设计流程 建筑物根据《建筑工程抗震设防分类 标准》确定设防类别设防类别 验算塑性耗能 区性能系数 按照机构控制 验算其他构件 的承载力 根据延性要求 确定构件和节 点的抗震措施 中冶京诚 框架结构按《钢规》高延性低承载力抗震设计思路 进行设防地震作用验算的设计流程 建筑物根据《建筑工程抗震设防 分类标准》确定设防类别设防类别 验算框架梁梁端 性能系数 （按层进行） 验算其 他构件 承载力 补充计算： 剪力按梁端（或柱 端）产生塑性铰时 最大剪力计算 强柱弱梁 节点计算 … 根据延性要求确定抗震 措施： 框架梁梁端（柱最大应 力区）板件宽厚比 节点域 框架柱长细比 … 中冶京诚 支撑结构按《钢规》高延性低承载力抗震设计思路 进行设防地震作用验算的设计流程 建筑物根据《建筑工程 抗震设防分类标准》确 定设防类别设防类别 验算支撑性能系数 当长细比大于130时，可按只受拉 构件计算 （按层进行） 强柱弱支 撑验算 补充计算： 支撑系统框架 梁 节点连接 … 根据延性要求确 定抗震措施： 支撑板件宽厚比 支撑长细比 … 中冶京诚 示例 建筑物概况建筑物概况 平面图平面图 • 9层办公楼 • 规则结构 • 抗震设防类别：丙类 • 地震烈度8度 • 高度：35.6m • 材料均采用Q345 中冶京诚 剖面图 长向框架结构长向框架结构 短向框架支撑结构短向框架支撑结构 中冶京诚《钢规》抗震设计步骤 • 验算小震作用下承载力满足《抗规》要求 （不包括塑性耗能区） • 小震作用下层间位移满足《抗规》要求 • 初步选择塑性耗能区的性能等级，确定构件和节 点延性等级 • 进行设防地震下的承载力验算 • 根据延性要求采取相应抗震措施 • 必要时验算大震层间位移角 中冶京诚 可能的塑性耗能区 长向框架结构长向框架结构 短向框架支撑结构短向框架支撑结构 中冶京诚 《钢规》抗震设计示例—选择塑性耗能区性能等级 • 根据结构特性及使用功能选定塑性耗能区性能等级 中冶京诚 《钢规》GB50017抗震性能化设计 • 根据结构塑性耗能区弹性承载力的差别，采用不同 的延性等级 中冶京诚《钢规》抗震设计步骤 • 验算小震作用下承载力满足《抗规》要求 （不包括塑性耗能区） • 小震作用下层间位移满足《抗规》要求 • 初步选择塑性耗能区的性能等级，确定构件和节 点延性等级 • 进行设防地震下的承载力验算 • 根据延性要求采取相应抗震措施 • 必要时验算大震层间位移角 中冶京诚 • 计算塑性耗能区实际性能系数最小值 框架部分（一般为梁端）： 支撑部分： • 长向框架结构： • 短向框架支撑结构： 框架部分： 支撑部分： • 最小值（按层计算）大于性能系数最小值  a 0EyGEEvk2Ehk2 0.4W fMMM  《钢规》抗震设计示例—构件抗震承载力验算 a ,mini   a 0pyGEEhk2 W fMM   a 0brGEEhk2 NNN   a 0pyGEEhk2 W fMM  中冶京诚 塑性耗能区 长向框架结构长向框架结构 短向框架支撑结构短向框架支撑结构 中冶京诚《钢规》关于性能系数规定 中冶京诚 • 计算其他构件性能系数 进行延性开展机构的控制，确保地震来袭时结构 按照预想的延性机构开展弹塑性变形 引入非塑性耗能区内力调整系数βE 引导构件相对强弱符合延性开展的要求 引入钢材超强系数ηy，确保延性开展机构的实现 《钢规》抗震设计示例—构件抗震承载力验算 a e,minii   中冶京诚 • 构件抗震承载力验算 《钢规》抗震设计示例—构件抗震承载力验算 E2GEEhk2Evk2 0.4 i SSSS E2k SR E2GEEhk2ki SSSR 中冶京诚 • 构件抗震承载力补充计算 框架部分 1 框架梁 强剪弱弯 2 框架柱 强柱弱梁 强剪弱弯 《钢规》抗震设计示例—构件抗震承载力验算 Eb,AyEb,By pbGb n WfWf VV l    EcycpcyEbyb WfNAW f Ec,AyEc,By pcGc n WfWf VV h   中冶京诚 • 构件抗震承载力补充计算 支撑部分 支撑系统框架梁 《钢规》抗震设计示例—构件抗震承载力验算 中冶京诚  j uEynGb 1.2 2VW flV    j ujEy MW f • 节点连接计算 1 梁柱刚接节点 2 支撑连接和拼接 3 塑性耗能区梁连接 4 柱脚与基础连接 《钢规》抗震设计示例—构件抗震承载力验算 中冶京诚 • 支撑节点补充计算 人字形或V形支撑，支撑斜杆、横梁与立柱得汇交 点，应可靠传递最大剪力 《钢规》抗震设计示例—构件抗震承载力验算 中冶京诚 《钢规》抗震设计示例—构件抗震承载力验算 • 节点域计算 中冶京诚《钢规》抗震设计步骤 • 验算小震作用下承载力满足《抗规》要求 （不包括塑性耗能区） • 小震作用下层间位移满足《抗规》要求 • 初步选择塑性耗能区的性能等级，确定构件和节 点延性等级 • 进行设防地震下的承载力验算 • 根据延性要求采取相应抗震措施 • 必要时验算大震层间位移角 中冶京诚 根据延性要求确定抗震措施——框架梁 中冶京诚 根据延性要求确定抗震措施——框架梁 •当梁端塑性耗能区为工字形截面时，尚应符合下列要求之一： a. 布置间距不大于2倍梁高的加劲肋； b. 工字形梁受弯正则化宽厚比 限值符合表17.3.4-2的要求； c. 上下翼缘均设置侧向支承。

中冶京诚 根据延性要求确定抗震措施——框架柱 中冶京诚 根据延性要求确定抗震措施——节点域 中冶京诚 • 支撑的长细比和板件宽厚比要求 根据延性要求确定抗震措施——支撑 中冶京诚 • 适用范围 • 弹塑性位移角 • 材料要求 其他—一般规定 中冶京诚 支撑的屈强比与结构的塑性变形能力（2-1） •假设 构件极限抗拉强度fu=375kN/mm2 构件实际构件屈强比为0.85 •则 构件净截面断裂承载力 An*fu=（614.3-17*5）*375=198.45kN 构件屈服承载力 A*fyact=614.3*0.85*375=195.81kN198.45kN •结果 塑性化区域不能扩大，整体延性很低，发生脆性破坏 中冶京诚 工字形截面挑梁的塑性变形能力 中冶京诚 • 分析模型和参数 阻尼比 支撑系统的梁柱 • 受拉构件或构件受拉区域 其他—计算要点 中冶京诚 • 一般规定 • 构件塑性耗能区 其他—基本抗震措施 中冶京诚 与《抗规》比较 • 均需符合《抗规》1-5章的规定（材料选用和承 载力验算稍有区别） • 使用范围不同 • 均须进行多遇地震作用下变形验算 • 均须进行多遇地震作用下承载力验算，但按 《钢规》设计时，塑性耗能区可不符合承载力 要求 中冶京诚 与《抗规》比较 • 材料要求略有不同 • 阻尼比取值略有不同 • 框架结构强柱弱梁验算不同 • 框架结构节点域承载力验算不同 • 支撑验算方法不同 • 截面板件宽厚比的规定不同 • 《钢规》采用延性等级、《抗规》采用抗震等级 中冶京诚 • 关于《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223 《钢规》抗震措施与承载力相关即高延性低承载力、低延性高承载力 加强抗震措施：可以理解为提高承载力或增加延性 • 当结构有抗震等级要求如何协调 建议延性等级等同抗震等级处理 • 关于性能等级的合理选取，需要工程经验积累 • 同一建筑物不同层可采用不同性能系数 • 当延性等级为Ⅴ级时，《钢规》承载力计算要求为最低 要求 《钢规》抗震设计应用方面的探讨 第3.3.3条 中冶京诚 • 关于《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223 《钢规》抗震措施与承载力相关即高延性低承载力、低延性高承载力 加强抗震措施：可以理解为提高承载力或增加延性 • 当结构有抗震。