多高層房屋鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)中的常遇見(jiàn)的問(wèn)題課件

2023/10/51今天要講的內(nèi)容上午:多高層房屋鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接設(shè)

計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題。下午:

民用建筑鋼結(jié)構(gòu)的平面表示法

和樓層梁的連接設(shè)計(jì)及與之相

關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)圖的編制和選用。2023/10/52多高層房屋鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題主講人：劉其祥中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院2023/10/53

節(jié)點(diǎn)連接在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性：常用的一般建筑鋼結(jié)構(gòu)，都是由若干由加工廠加工好的豎桿、水平桿或斜桿在工地用焊縫或螺栓拼裝成抗側(cè)力的框架、或框架支撐結(jié)構(gòu)。這些由桿件組裝成的結(jié)構(gòu)，之所以能承擔(dān)一定的豎向荷載和水平荷載，靠的就是各桿件之間的節(jié)點(diǎn)將這些桿件用各種不同的連接方式和連接件將它們連接成為一個(gè)非機(jī)動(dòng)構(gòu)架。這種由若干桿件系統(tǒng)組成的構(gòu)架，在外荷載作用下，一旦節(jié)點(diǎn)發(fā)生破壞，整個(gè)結(jié)構(gòu)就會(huì)成為機(jī)動(dòng)構(gòu)架而失去承載能力。2023/10/54

在以往國(guó)外多次地震中，常常發(fā)生鋼框架節(jié)點(diǎn)和豎向支撐節(jié)點(diǎn)破壞的事例，特別是

1994

年發(fā)生在美國(guó)的北嶺地震

和

1995

年發(fā)生在日本的阪神地震，有好幾十幢房屋鋼結(jié)構(gòu)倒塌，好幾百幢多、高層房屋鋼結(jié)構(gòu)的梁柱剛性連接節(jié)點(diǎn)受到嚴(yán)重破壞，引起了世人的極大關(guān)注，促使一些國(guó)家的學(xué)者、科技人員加強(qiáng)了這方面的研究，其重要性顯得尤為突出。2023/10/55

我國(guó)是世界上遭受地震最嚴(yán)重的國(guó)家之一，不論是歷史上還是現(xiàn)代，地震在中國(guó)的死亡人數(shù)和經(jīng)濟(jì)損失在世界上都是居于首位。世界地震史上死亡人數(shù)最多的一次地震是1156年我國(guó)的陜西華縣

8級(jí)地震，死83萬(wàn)人（摘自魏璉編著的《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)》萬(wàn)國(guó)學(xué)術(shù)出版社，1991）。在世界近代地震史中，死亡人數(shù)最多的一次.地震也發(fā)生在我國(guó)，即1976年河北唐山7.8級(jí)地震，死

24萬(wàn)余人。

地震在我國(guó)造成的經(jīng)濟(jì)損失十分巨大，據(jù)建國(guó)以來(lái)十幾次

7

級(jí)以上地震的不完全統(tǒng)計(jì)房屋倒塌

1億多平方米，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)百億之多。2023/10/56

就以最近幾年為例，在我國(guó)新疆、西藏、云南、內(nèi)蒙古自治區(qū)、江西等地先后就發(fā)生了多起6

級(jí)左右的地震。這就說(shuō)明了地震活動(dòng)在我國(guó)還是相當(dāng)頻繁的，因此正確地認(rèn)識(shí)我國(guó)地震活動(dòng)的特點(diǎn)以及我國(guó)經(jīng)濟(jì)力量的現(xiàn)狀，充分運(yùn)用國(guó)內(nèi)、國(guó)外現(xiàn)代地震科學(xué)技術(shù)的成就，采用合理的，既安全又經(jīng)濟(jì)的抗震設(shè)計(jì)方法，來(lái)改善建筑物的抗震性能，減輕城鄉(xiāng)地震災(zāi)害，是我們每個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員義不容辭的使命。2023/10/57

因此在多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)工作中，連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)工作中應(yīng)將其視為一個(gè)非常重要的組成部分。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是否恰當(dāng)，將直接影響到結(jié)構(gòu)承載力的可靠性和安全性。因此節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，應(yīng)予以足夠的重視。但是，在多、高層房屋鋼結(jié)構(gòu)中，連接節(jié)點(diǎn)很多

(如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖

所編入的諸多節(jié)點(diǎn)，也只是多高層鋼結(jié)構(gòu)房屋中一般性的常用節(jié)點(diǎn)

)，今天只能檢其最主要的、如與梁柱剛性連接的節(jié)點(diǎn)以及與之相關(guān)的一些節(jié)點(diǎn)來(lái)談?wù)劊?023/10/58首先談?wù)勗谀壳岸喔邔臃课蒌摻Y(jié)構(gòu)

梁柱剛性連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中所存在的問(wèn)題

及其正確的設(shè)計(jì)方法

按照現(xiàn)行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011

2001多層和高層房屋鋼結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)分兩個(gè)階段進(jìn)行，而各個(gè)階段所采用的計(jì)算公式分別如下：2023/10/59

一是，當(dāng)遭遇多遇地震作用（小震）時(shí)，應(yīng)采用表達(dá)式。即抗震規(guī)范公式(5.4.2

）(見(jiàn)下頁(yè))

。注意：該條在規(guī)范中為必須嚴(yán)格執(zhí)行的強(qiáng)制性條文2023/10/5102023/10/511式中：S

—

考慮多遇地震作用時(shí)，荷載效應(yīng)和地震作

用效應(yīng)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的組合設(shè)計(jì)值，包括

組合的彎矩、軸向和剪力設(shè)計(jì)值。R

—

結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接的承載力設(shè)計(jì)值。

—結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接的承載力抗震調(diào)整系數(shù)（對(duì)于框架梁、柱取0.75；連接焊縫取

0.9；連接螺栓、節(jié)點(diǎn)板件取

0.85

；支撐取

0.8

等）2023/10/512

二是，當(dāng)遭遇超過(guò)多遇地震（小震）作用至基本烈度（中震）設(shè)防，或遭遇罕遇地震作用（大震）時(shí)，規(guī)范還要求用公式即《高鋼規(guī)》公式（8.1.3-1）進(jìn)行連接的極限承載力驗(yàn)算(如下頁(yè)所示)；2023/10/5132023/10/514

但是，在執(zhí)行上述規(guī)范時(shí)，不同的設(shè)計(jì)人員，很可能在相同設(shè)計(jì)條件下設(shè)計(jì)出三種承載力相差非常懸殊的連接作法，這三種不同的作法是:

一是，當(dāng)按設(shè)計(jì)表達(dá)式計(jì)算時(shí)，完全按組合內(nèi)力來(lái)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)連接。

二是，組合內(nèi)力只是作為檢驗(yàn)構(gòu)件截面的依據(jù)。但在塑性區(qū)的節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)時(shí)，是取高于構(gòu)件的最大承載力設(shè)計(jì)值作為節(jié)點(diǎn)的作用力來(lái)對(duì)節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)行設(shè)計(jì)與驗(yàn)算。

三是，完全拋開(kāi)以上兩種設(shè)計(jì)方法，而是完全按照公式來(lái)進(jìn)行連接的極限承載力計(jì)算。2023/10/515

以上三種截然不同的設(shè)計(jì)方法，將直接影響到設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)是否滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿桿”的抗震要求。是否能實(shí)現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”

設(shè)計(jì)目標(biāo)的根本問(wèn)題，所以下面將著重討論證明前面所提到的第一種是錯(cuò)誤的，第三種設(shè)計(jì)理念雖然可取，但式中的有關(guān)系數(shù)和強(qiáng)度取值有問(wèn)題，很不安全。唯第二種設(shè)計(jì)計(jì)算方法才是比較穩(wěn)妥、正確的。2023/10/5161第一種設(shè)計(jì)方法

（即按組合內(nèi)力來(lái)設(shè)計(jì)的方法）

采用該法的理論根據(jù)是，認(rèn)為在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)處于彈性階段，連接設(shè)計(jì)只要根據(jù)組合內(nèi)力，并根據(jù)梁的應(yīng)力強(qiáng)度比

R1（即梁的地震組合彎矩設(shè)計(jì)值乘以梁的承載力抗震調(diào)整系數(shù)

0.75

后，在梁截面中產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力與梁的鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之比）來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。且認(rèn)為可按以下三種不同情況分別進(jìn)行處理。為了方便說(shuō)明問(wèn)題，在此引用一個(gè)具體數(shù)字來(lái)說(shuō)明這一方法的思路。2023/10/517以下是電算結(jié)果的表示方法，摘自《高層建筑

結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)》軟件SATWE2023/10/518

假定梁端有一個(gè)的地震組合彎矩,并將表達(dá)式變換為。在驗(yàn)算梁截面時(shí)，要求梁截面抗彎承載力設(shè)計(jì)值必須

，但在確定梁端的焊縫連接時(shí)，其焊縫截面的抗彎承載力設(shè)計(jì)值就必須要

。即在相同組合彎矩作用下,經(jīng)過(guò)規(guī)范采用不同的調(diào)整系數(shù)調(diào)整后，就變成了在設(shè)計(jì)焊縫連接與設(shè)計(jì)梁截面時(shí)，分別采用不同的內(nèi)力設(shè)計(jì)值來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。即在設(shè)計(jì)連接焊縫時(shí)所取的內(nèi)力設(shè)計(jì)值，就應(yīng)是梁截面內(nèi)力設(shè)計(jì)值的倍。2023/10/519

1）如果所設(shè)計(jì)的梁截面剛好等于（即應(yīng)力強(qiáng)度比R1

剛好等于時(shí)），由于梁端連接焊縫的抗彎承載力設(shè)計(jì)值需要此時(shí)梁端整個(gè)截面即使采用全熔透的對(duì)接焊縫，也只能承受的彎矩。怎么辦？

可采用加強(qiáng)式連接來(lái)解決（如加蓋板；或局部加寬梁端翼緣板，或在梁端下翼緣加腋板等辦法來(lái)增大焊縫的截面積以增大焊縫的抗彎能力）。2023/10/520

2)

如果在梁端不采用加強(qiáng)的作法，而是在工廠采用全焊縫連接的常規(guī)作法。由于焊縫的抗彎承載力最多只能作到與梁截面的抗彎承載等強(qiáng)，此時(shí)就必須要改用一個(gè)能承受的梁截面，但此時(shí)由于梁截面只需用的彎矩值來(lái)設(shè)計(jì)，梁的承載力有富裕不能充分利用，其應(yīng)力強(qiáng)度比

R1只用到了。2023/10/521

3）如果在梁端仍不采用加強(qiáng)的作法，而是在梁端采用栓焊連接的另一種常規(guī)作法（即梁腹板與柱之間采用只傳遞剪力的螺栓連接，梁翼緣與柱之間采用只傳遞彎矩的全熔透坡口對(duì)接焊）由于焊縫的抗彎承載力最多只能作到梁截面抗彎承載力設(shè)計(jì)值的，此時(shí)就必須要改用一個(gè)能承受的梁截面，但此時(shí)由于梁截面只需用的彎矩值來(lái)設(shè)計(jì)，梁的承載力更加富裕而不能充分利用,其應(yīng)力強(qiáng)度比R1

只用到了。

2023/10/522

總結(jié)

連接設(shè)計(jì)的第一種方法，從上面的具體算例可以看出，如果在抗震的節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)中，按地震組合內(nèi)力來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，就必然出現(xiàn)下面歸納的三種情況：2023/10/523

1）

當(dāng)梁的應(yīng)力強(qiáng)度比大于

0.83

時(shí)，就應(yīng)開(kāi)始在梁端采取加強(qiáng)措施來(lái)增大焊縫的抗彎承載力當(dāng)梁的應(yīng)力強(qiáng)度比大到等于

1.0

時(shí)，其加強(qiáng)后的焊縫抗彎承載力設(shè)計(jì)值就應(yīng)不小于梁截面抗彎承載力設(shè)計(jì)值的

1.2

倍。(

該1.2

即為焊縫的抗震調(diào)整系數(shù)

與梁的抗震調(diào)整系數(shù)之比）。如下圖所示：2023/10/524即當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度比R1

為

0.83～１時(shí)2023/10/5252）當(dāng)梁的應(yīng)力強(qiáng)度比R1

小于

0.83

時(shí)，在梁端就可以不必加強(qiáng)，而只需采用全焊接連接（即截面的抗彎等強(qiáng)連接）就可滿足使焊縫的抗彎承載力設(shè)計(jì)值大于組合內(nèi)力設(shè)計(jì)值的

1.2

倍的要求。如下圖所示：2023/10/526即當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度比R1

為

0.83～0.73時(shí)2023/10/5273）當(dāng)梁的應(yīng)力強(qiáng)度比小于時(shí)，在梁端還可以采用栓焊連接的作法（即梁腹板與柱之間采用只傳遞剪力的螺栓連接，梁翼緣與柱之間采用只傳遞彎矩的全熔透坡口對(duì)接焊）同樣也能使栓焊連接的承載力大于組合內(nèi)力設(shè)計(jì)值

1.2

倍的要求。如下圖所示：2023/10/528即當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度比R1

<

0.830.85=0.70

時(shí)2023/10/5292023/10/530

按照以上的思維方法來(lái)設(shè)計(jì)抗震連接節(jié)點(diǎn)是不是就可以了呢？如果單從多遇地震作用效應(yīng)來(lái)進(jìn)行以上的設(shè)計(jì)，好像是可行的，但從抗震設(shè)計(jì)的原理和當(dāng)?shù)卣鹆叶雀哂诙嘤龅卣饡r(shí)來(lái)看，是不行的。因?yàn)?，我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)不僅僅是只滿足小震不壞的強(qiáng)度要求，而更重要的是要實(shí)現(xiàn)大震不倒的設(shè)計(jì)目標(biāo)。如按組合內(nèi)力來(lái)設(shè)計(jì)連接節(jié)點(diǎn)，只能說(shuō),其連接只能抗小震而不能抗大震。這是因?yàn)椋?023/10/531

當(dāng)?shù)卣鹆叶雀哂诙嘤龅卣疬M(jìn)入設(shè)防烈度的過(guò)程中，凡是應(yīng)力比較低（即截面較大）的抗側(cè)力構(gòu)件，由于仍處于彈性階段，其構(gòu)件內(nèi)力仍將繼續(xù)隨地震作用的加大而加大（因?yàn)槎嘤龅卣鸬牧叶纫然玖叶鹊?/p>

1.55

度。其地面加速度和地震影響系數(shù)最大值只是設(shè)防烈度地面加速度和地震影響系數(shù)最大值的

0.35

倍）,梁的彎曲應(yīng)力比R1

必然也將隨之增大到

1.0。2023/10/532

同樣，也需要把前面的第二、第三兩種節(jié)點(diǎn)連接形式（或下頁(yè)的第二、第三圖）的梁端截面局部加大，使連接焊縫的抗彎承載力設(shè)計(jì)值達(dá)到不小于框架梁抗彎承載力設(shè)計(jì)值的

1.2

倍，才能確?？蚣芰涸诖笳饡r(shí)進(jìn)入塑性，使延性得到充分發(fā)揮。否則，只加大截面而不加強(qiáng)連接，則連接焊縫的彎曲應(yīng)力必然高于梁端截面的彎曲應(yīng)力。當(dāng)?shù)卣鹱饔貌粩嗉哟髸r(shí)，就很容易發(fā)生當(dāng)梁端截面還未進(jìn)入塑性之前,處于梁端薄弱的連接焊縫，就會(huì)因彎曲應(yīng)力過(guò)高而發(fā)生“脆性破壞”?，F(xiàn)再利用下圖來(lái)加以說(shuō)明。2023/10/533.2023/10/534

2

第二種設(shè)計(jì)方法

（即按構(gòu)件的承載力來(lái)設(shè)計(jì)的方法）

從前面的論述和結(jié)合上圖足以說(shuō)明：在多遇地震階段，按設(shè)計(jì)表達(dá)式對(duì)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值只能作為控制構(gòu)件截面的依據(jù)。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面決定之后，只要是在塑性區(qū)段，就應(yīng)改用以構(gòu)件的承載力來(lái)進(jìn)行連接設(shè)計(jì)。如對(duì)于框架結(jié)構(gòu)中的梁柱剛性連接節(jié)點(diǎn)，就應(yīng)使梁端焊縫的抗彎承載力設(shè)計(jì)值不得小于框架梁抗彎承載力設(shè)計(jì)值的1.2

倍。2023/10/535

即，其實(shí)這就是取“組合內(nèi)力設(shè)計(jì)法”中,

當(dāng)抗震框架梁的地震組合內(nèi)力設(shè)計(jì)值

正好等于時(shí)的結(jié)果。即。也就是抗震框架梁的應(yīng)力R1

正好為時(shí)的結(jié)果。從而這就必須要采用“加強(qiáng)型”節(jié)點(diǎn)作法，才能實(shí)現(xiàn)這一計(jì)算要求。關(guān)于這一設(shè)計(jì)理念，我在2001年編制的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖01SG519

中就已進(jìn)行了闡述（見(jiàn)下頁(yè)）2023/10/53601SG519

頁(yè)

42023/10/5372023/10/5382023/10/539

從理論上講，在梁柱的連接節(jié)點(diǎn)中，要是連接焊縫真正做到了與被連接構(gòu)件的等強(qiáng)連接而又無(wú)瑕疵和缺陷的話，是不需要采取任何加強(qiáng)措施的。但事實(shí)上由于在梁端的焊縫連接處存在諸多不利因素，如焊接工藝孔對(duì)梁腹板截面的削弱；對(duì)接焊縫不可避免的存在某些缺陷（如焊接產(chǎn)生的氣孔、夾渣、熔敷金屬未完全熔合、弧坑、咬邊、焊后收縮產(chǎn)生的微裂縫）；熱影響區(qū)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的不利因素；以及還應(yīng)考慮到當(dāng)梁截面在形成塑性鉸時(shí)，由于有的鋼材屈服強(qiáng)度偏高而加大連接受力的不利因素等等……。2023/10/540

所以在規(guī)范的強(qiáng)制性條文中分別將焊縫的取

0.9

將梁的取

0.75。使焊縫連接的承載力應(yīng)不小于構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值的1.2倍。此處的

1.2，可視為連接的加強(qiáng)系數(shù)。該系數(shù)正體現(xiàn)了強(qiáng)連接弱桿件的抗震設(shè)計(jì)原則。以保證當(dāng)框架梁的端部出現(xiàn)塑性鉸時(shí)，梁端的連接基本還處于彈性狀態(tài)。確?？蚣芰涸诮?jīng)受從小震到大震的全過(guò)程中節(jié)點(diǎn)不致發(fā)生破壞，使結(jié)構(gòu)的整體性自始至終得到保證。2023/10/541

按照這一原則設(shè)計(jì)的連接，就可以有把握地實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)：

一是，可以保證結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下，各結(jié)構(gòu)構(gòu)件都具有足夠的強(qiáng)度并使連接的應(yīng)力低于框架梁的應(yīng)力，以實(shí)現(xiàn)小震不壞的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

二是，可以保證當(dāng)?shù)卣鹆叶雀哂诙嘤龅卣鹆叶葧r(shí)，可迫使處于高應(yīng)力下的框架梁率先發(fā)展成為塑性鉸，使鋼結(jié)構(gòu)的良好延性得到充分的發(fā)揮來(lái)耗散地震能量，實(shí)現(xiàn)大震不倒的設(shè)計(jì)目標(biāo)。無(wú)疑上述第二種設(shè)計(jì)方法才是正確的。這一設(shè)計(jì)理念與目前美國(guó)自1994

年北嶺地震以后在設(shè)計(jì)思想方面所發(fā)生的變化和采用的設(shè)計(jì)方法是相同的。2023/10/542

對(duì)照現(xiàn)行規(guī)范中梁端未采取任何加強(qiáng)措施的栓焊連接節(jié)點(diǎn)作法和全焊連接的作法，都是不滿足連接的承載力應(yīng)大于構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值

1.2

倍要求的。而只有在梁端采用局部加大截面，或在離梁端不遠(yuǎn)處將梁的上下翼緣進(jìn)行削弱，以增大焊縫的抗彎能力（或降低焊縫的彎曲應(yīng)力）才可以得到解決。但局部加大梁端截面（或削弱）后，就必然使塑性鉸外移，出現(xiàn)所謂的加強(qiáng)式連接和削弱式的狗骨式連接。2023/10/543

盡管這些作法給加工帶來(lái)不少麻煩、增加造價(jià)。但自

1994

年美國(guó)北嶺地震和

1995

年日本阪神地震以后，在一些國(guó)家中都樂(lè)于采用這種加工都比較麻煩的加強(qiáng)式連接和骨式連接，也正是由于原來(lái)的焊接連接節(jié)點(diǎn)抗彎能力很差，即或是在梁端采用全焊接連接，名義上等強(qiáng)，但實(shí)際上也并不一定等強(qiáng)，在地震中照樣也遭受到破壞、并不十分可靠而不得不采取的連接加強(qiáng)措施。2023/10/544

但第二種設(shè)計(jì)方法在規(guī)范中尚存在著不分地震烈度、結(jié)構(gòu)類(lèi)型，房屋高度等的不同情況，通通一律將取為同一數(shù)值欠妥的現(xiàn)象如鋼梁的為

0.75，連接焊縫的為

0.9，則連接焊縫的承載力，通通都應(yīng)是鋼梁承載力的

1.2倍，這對(duì)于設(shè)防烈度只有

6、7

度的房屋來(lái)說(shuō)顯然是不合理的。同時(shí)規(guī)范還存在著沒(méi)有提供當(dāng)梁端采用加強(qiáng)式連接后相應(yīng)的連接計(jì)算方法和公式。關(guān)于這一問(wèn)題，在此次《高鋼規(guī)》的修訂中，正在研究解決。2023/10/545

3第三種設(shè)計(jì)方法（極限承載力設(shè)計(jì)法）

即用公式

進(jìn)行連接計(jì)算的方法

采用該法的理論根據(jù)，就是充分利用焊縫的極限抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)高于鋼材的屈服強(qiáng)度的這一特性。當(dāng)框架梁在強(qiáng)震作用下，梁端鋼材屈服出現(xiàn)塑性鉸后，只要梁端連接焊縫的極限抗彎承載力能夠抵抗梁截面塑性彎矩的

1.2

倍，即可認(rèn)為滿足強(qiáng)震要求。

從概念上來(lái)講，這種思維方法好像有些道理，但這里面要涉及兩個(gè)問(wèn)題。一是，其計(jì)算假定是否與實(shí)際應(yīng)力圖形相符，二是，計(jì)算公式中所隱含的的取值是否符合實(shí)際。2023/10/546

為了檢驗(yàn)用公式是否能抗大震的問(wèn)題，特取《高鋼規(guī)》中、最具有代表性的梁柱栓焊連接節(jié)點(diǎn)（見(jiàn)下頁(yè)）來(lái)加以討論。2023/10/5472023/10/548

由于圖

8.3.3(a)

這種節(jié)點(diǎn)的計(jì)算假定是：梁腹板連接只考慮傳遞剪力，不考慮傳遞彎矩。梁的全截面塑性彎矩全部通過(guò)翼緣的連接來(lái)傳遞給柱。這種作法，不但不能用于抗震結(jié)構(gòu)，就是用于非抗震結(jié)構(gòu)也是很不合適的。因?yàn)椋?023/10/549

其一，就憑直覺(jué)，在這種節(jié)點(diǎn)中，梁端翼緣未作任何加強(qiáng)，梁腹板與柱的連接螺栓只考慮傳遞剪力、不考慮傳遞彎矩。則其梁端栓焊連接處翼緣焊縫的抗彎能力則只有梁截面彈性抗彎能力的

85%

左右（即梁翼緣截面的彈性抵抗矩與全截面彈性抵抗矩之比）。如果再將因高空施焊條件較差、焊縫存在缺陷以及焊接殘余應(yīng)力等不利因素考慮在內(nèi)，按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，焊縫強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值尚應(yīng)乘以

0.9

的折減系數(shù)，則焊縫的抗彎承載力只有框架橫梁抗彎承載能力的

75%

左右。2023/10/550

很顯然，像這種比等強(qiáng)連接還低，連非抗震結(jié)構(gòu)就很難被人接受的連接節(jié)點(diǎn)，卻用在本比非抗震結(jié)構(gòu)要求更高的抗震結(jié)構(gòu)上，這就違背了在抗震設(shè)計(jì)中必須遵循的強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件的基本原則。2023/10/551

其二，從理論上講，其節(jié)點(diǎn)連接的計(jì)算公式與節(jié)點(diǎn)的具體作法,在梁腹板中所產(chǎn)生的應(yīng)力圖形嚴(yán)重不符。如下圖所示：2023/10/5522023/10/553

其三即使采用這一與實(shí)際彎曲應(yīng)力圖形嚴(yán)重不符的公式，就以這種不合理的計(jì)算模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算，其梁端翼緣與柱的對(duì)接焊縫的極限抗彎承載力也大大低于梁截面

1.2

倍的塑性彎矩。這也就有力的證明了這種連接節(jié)點(diǎn)的作法是毫無(wú)抗震能力的。以下面的驗(yàn)算為證：2023/10/554

如以

Q345

鋼，E50

焊條為例梁翼緣坡口焊縫的極限抗彎承載力：

(即式中的屈服強(qiáng)度按規(guī)程規(guī)定取最小值)。

由上式常用截面翼緣的只有全截面的70%~80%

如考慮高空焊接的不利影響后則：

2023/10/555事實(shí)上,式中的是波動(dòng)的（如下表所示）

不應(yīng)采用最小值2023/10/556所以應(yīng)符合下述規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定

《高鋼規(guī)》的有關(guān)規(guī)定《抗震規(guī)》的有關(guān)規(guī)定2023/10/557

按最不利考慮，應(yīng)采用

來(lái)計(jì)算梁翼緣坡口焊縫的極限抗彎承載力，則：

如考慮高空焊接的不利影響后則：

2023/10/558

但在《高鋼規(guī)》中對(duì)于這樣的弱節(jié)點(diǎn)不但沒(méi)有作出應(yīng)加強(qiáng)連接方面的有關(guān)規(guī)定和作法。相反卻作了

“在柱貫通型連接中，當(dāng)梁翼緣用全熔透焊縫與柱連接并采用引弧板時(shí)，式將自行滿足”

的規(guī)定。事實(shí)上經(jīng)過(guò)前面的論證，這個(gè)結(jié)論是不成立的，起到了誤導(dǎo)的作用。這種節(jié)點(diǎn)一旦在工程中使用(事實(shí)上這種節(jié)點(diǎn)已在實(shí)際工程中用了不少)，這就埋下了在大震時(shí)，當(dāng)框架梁尚未進(jìn)入塑性之前，其連接焊縫就會(huì)過(guò)早發(fā)生脆性破壞的隱患。2023/10/559

也正是這種弱節(jié)點(diǎn)在

1994

年的美國(guó)北嶺地震和

1995

年的日本阪神地震中破壞最為嚴(yán)重，且破壞時(shí)毫無(wú)塑性發(fā)展的跡象。其根本原因就是因?yàn)檫B接焊縫的抗力嚴(yán)重不足、焊縫所受的彎曲應(yīng)力過(guò)高而造成的脆性破壞。(下圖為

1994

年，美國(guó)北嶺地震中梁柱焊接連接處的失敗模式。)

2023/10/5602023/10/561

由此也可引伸到“鋼梁與箱形柱”在工廠的全焊接節(jié)點(diǎn)，由于箱形柱的壁板不能有效的傳遞梁腹板的塑性彎矩，其實(shí)質(zhì)與上述節(jié)點(diǎn)作法的受力情況基本上是差不多的。因此“鋼梁與箱形柱”在工廠的全焊接節(jié)點(diǎn)，應(yīng)采用梁端加強(qiáng)式的作法，才有利于抗大震。如下圖所示：2023/10/562

當(dāng)采用如右圖所示的加強(qiáng)式連接后，其塑性鉸必然外移，梁腹板上的塑性彎矩，可通過(guò)圖中所示的力線傳遞給梁的翼緣加強(qiáng)板。從而就可實(shí)現(xiàn)梁端腹板與柱的連接只考慮傳遞剪力、不考慮傳遞彎矩的假定。

2023/10/563梁端上、下翼緣用蓋板加強(qiáng)后試驗(yàn)的破壞模式2023/10/564梁端上翼緣加蓋板下翼緣加腋后試驗(yàn)的破壞模式2023/10/565

總結(jié)前面的講述，在此特為以下常用的三類(lèi)節(jié)點(diǎn)作法，在抗震性能方面作一個(gè)評(píng)價(jià)：2023/10/5662023/10/567對(duì)比國(guó)外在這方面的設(shè)計(jì)動(dòng)向

自美國(guó)北嶺地震以后，在

A.R.Tamboll,P.E.Fasce,

HandbookofStructuralSteelConstructionDesignand

Details

設(shè)計(jì)手冊(cè)中規(guī)定:不管是采用加強(qiáng)式連接還是犬骨式連接，在塑性鉸處的彎矩值均一律取。為防止焊縫破壞和避免柱翼緣板層狀撕裂，在柱面連接處其梁端彎矩在連接中的受力要保持彈性。其柱面在梁翼緣方向的彎矩，即(式中）。在梁端所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力應(yīng)滿足公式的要求。

或2023/10/568

將我國(guó)(僅指第一階段)與美國(guó)設(shè)計(jì)手冊(cè)的

計(jì)算公式進(jìn)行比較：我國(guó)，根據(jù)連接的承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)是框架梁抗彎承載力設(shè)計(jì)值1.2

倍的關(guān)系:

或

也可表達(dá)為：或由于焊縫的大于梁截面的,塑性鉸必然外移，其表達(dá)式必然為:美國(guó)為：取第一項(xiàng)比較：美國(guó)/我國(guó)2023/10/569

前面曾經(jīng)談到的“第三種設(shè)計(jì)計(jì)算方法”，理念雖然可取，但如何解決能使塑性階段的計(jì)算結(jié)果既安全又能使與彈性階段的計(jì)算結(jié)果協(xié)調(diào)一致?答案是肯定的，請(qǐng)看:

1)

設(shè)在彈性階段對(duì)“加強(qiáng)型”節(jié)點(diǎn)承載力的表達(dá)式為式中：—在柱面處，連接的抗彎承載力設(shè)計(jì)值。

—等截面梁端的抗彎承載力設(shè)計(jì)值?！陬A(yù)計(jì)塑性鉸處的剪力設(shè)計(jì)值

。

—梁在重力荷載代表值作用下，按簡(jiǎn)支梁分析的

剪力設(shè)計(jì)值。

—梁的凈跨。

—塑性鉸至柱面的距離。

2023/10/5702)

設(shè)在塑性階段，對(duì)“加強(qiáng)型”節(jié)點(diǎn)承載力的表達(dá)式為式中：

—基于極限強(qiáng)度為最小值時(shí)的連接受彎承載力?！跇O限強(qiáng)度

為最小值，并根據(jù)強(qiáng)屈比

所對(duì)應(yīng)的屈

服強(qiáng)度取

時(shí)的梁構(gòu)件全塑性受彎承載力。

—根據(jù)所選鋼材采用不同強(qiáng)屈比時(shí)的連接系數(shù)?！谒苄糟q處的剪力。

—梁的凈跨?！涸谥亓奢d代表值作用下，按簡(jiǎn)支梁分析的梁端剪力標(biāo)

準(zhǔn)值?！苄糟q至柱面的距離。2023/10/571

a

為了解決采用塑性公式

和與采用彈性公式

所計(jì)算出來(lái)的結(jié)果相同，當(dāng)節(jié)點(diǎn)采用焊接時(shí)，可利用彈性階段計(jì)算公式求出焊縫所需的抗彎模量與塑性階段公式和所用鋼材的不同強(qiáng)屈比求出的焊縫抗彎模量彼此相同時(shí),就可求出式中的連接協(xié)調(diào)值。也可將連接焊縫所需的彈性抗彎模量,表達(dá)為與梁截面塑性模量的倍數(shù)關(guān)系。從而就可徹底解決在兩個(gè)階段采用不同計(jì)算方法時(shí)，所產(chǎn)生的“不協(xié)調(diào)”現(xiàn)象。同時(shí)也可在焊接節(jié)點(diǎn)中,只需選用以上兩種計(jì)算方法中的任何一種來(lái)進(jìn)行計(jì)算，即可。2023/10/572b由于

因此可將小震階段的算式

變換為:

或

再將等式兩邊同乘以1.1

后可得如下的塑性公式：

取

則

...............(1)2023/10/573c將鋼材的強(qiáng)屈比

,

即

代入強(qiáng)震下的公式

后得:………（2）

2023/10/574

d

取彈性階段的

=

塑性階段的

即

得

………(3)

即在塑性階段，當(dāng)驗(yàn)算連接的承載力時(shí)，算式

中的不得小于所用鋼材強(qiáng)屈比的倍。外加一項(xiàng)2023/10/575

如對(duì)Q345鋼當(dāng)中的用，中的用

時(shí),

則

中的

應(yīng)為

對(duì)Q235鋼當(dāng)中的用，中的用時(shí),

則

中的

應(yīng)為

所以在《高鋼規(guī)》中將取為

是很不安全的．2023/10/5764為確保梁端塑性鉸的形成需采取的構(gòu)造措施

在這方面，目前很多國(guó)家仍在不斷的研究改進(jìn)，且其主攻方向可歸納為：1)提高焊接工藝，提高焊縫質(zhì)量；2)采用加強(qiáng)式連接；3)采用削弱式連接；4)有時(shí)可能三者并用。

這些都是我們值得吸取的有益經(jīng)驗(yàn)。由此至少可以得到以下啟示:2023/10/577

根據(jù)我國(guó)抗震規(guī)范在多遇地震階段節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中有關(guān)規(guī)定和推論，為了滿足連接的抗彎承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)是框架梁抗彎承載力設(shè)計(jì)值

1.2

倍的要求，前面已經(jīng)談到必需采用塑性鉸外移的梁端增強(qiáng)式連接（可采用加蓋板，加翼板或加腋等作法），或者采用在離梁端不遠(yuǎn)處，將梁的上下翼緣進(jìn)行削弱的犬骨式連接，這兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)作法較多，現(xiàn)擇選幾個(gè)具有代表性的節(jié)點(diǎn)，示之如下：2023/10/578梁端加強(qiáng)式作法之二2023/10/579梁端加強(qiáng)式作法之三2023/10/580梁端加強(qiáng)式作法之四2023/10/581梁端加強(qiáng)式作法之五2023/10/582梁端加強(qiáng)式作法之六2023/10/583

梁端削弱式

作法之一

2023/10/584

梁端削弱式

作法之二

作法之三

2023/10/5854.1

梁端加強(qiáng)式的連接計(jì)算

在采用梁端增強(qiáng)式塑性鉸外移的連接中，就有條件可將梁腹板與柱的連接采用只承受剪力（當(dāng)然也可以采用同時(shí)承受剪力和彎矩）的假定。因塑性鉸外移后，梁腹板上塑性彎矩可由下圖的傳力途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。(

但在單獨(dú)采用犬骨式的連接中，梁腹板與柱的連接，只宜采用同時(shí)承受剪力和彎矩的假定,不然梁端與柱的連接不等強(qiáng)，翼緣的削弱寬度將很大才能滿足設(shè)計(jì)要求）。2023/10/586塑性鉸外移后梁腹板上塑性彎矩的傳力途徑2023/10/587

圖中蓋板長(zhǎng)度

及

的由來(lái)根據(jù)國(guó)外資料介紹，在非線性階段側(cè)焊縫的性能要比端焊縫的性能好很多，故在板尾無(wú)端焊縫。對(duì)于Q235

鋼：

當(dāng)

時(shí)：（?。?/p>

當(dāng)時(shí)：（?。?/p>

當(dāng)時(shí)：（?。?/p>

當(dāng)時(shí)：（?。?023/10/588對(duì)于

Q345

鋼

當(dāng)時(shí)：（?。┊?dāng)時(shí)：（?。┊?dāng)時(shí)：（?。┊?dāng)時(shí)：（?。?023/10/589梁端翼緣加強(qiáng)板的計(jì)算簡(jiǎn)圖2023/10/590翼緣板加強(qiáng)后，其板寬的計(jì)算公式

式中:

(式中見(jiàn)前4頁(yè))1)當(dāng)梁腹板與柱的連接只抗剪時(shí),其加強(qiáng)板的截面積2)當(dāng)梁腹板與柱的連接既抗剪又抗彎時(shí),其加強(qiáng)板的截面積

或2023/10/591

梁端翼緣加強(qiáng)板的算例

設(shè)有一梁截面為

H—，柱截面為

□—

，梁凈跨為,恒載活載引起的梁

端剪力設(shè)計(jì)值為鋼材牌號(hào)為,材料強(qiáng)度為：2023/10/592

設(shè)塑性鉸距梁端的距離:

梁截面的彈性模量：(可從手冊(cè)中查得

)

1)如圖,其梁腹板與柱的連接只考慮抗剪其加強(qiáng)板的截面積

2023/10/593

設(shè)取蓋板寬為

厚度為(取)

附：如采用加寬翼緣板方案（）梁翼緣每側(cè)加的板寬為:(取)2)當(dāng)梁腹板與柱的連接既抗剪又抗彎時(shí),其加強(qiáng)板的截面積

取蓋板寬：

厚度為：2023/10/594梁端用蓋板加強(qiáng)時(shí)的注意事項(xiàng)

蓋板端部與柱翼緣連接的坡口焊縫。有兩種構(gòu)造方案，如下圖所示。第一種，坡面連續(xù)的大坡口。是較好的構(gòu)造。第二種，分別作坡口，先焊翼緣后焊蓋板。雖然其焊縫金屬比較少，但蓋板焊縫與梁翼緣焊縫呈銳角相交，形成了“切口”效應(yīng)，這是不希望的。從斷裂力學(xué)的角度考慮，第二種構(gòu)造容易出現(xiàn)向柱翼緣擴(kuò)展的水平裂縫。2023/10/595蓋板端部與柱翼緣連接的坡口焊縫2023/10/596

設(shè)計(jì)人員無(wú)論采用哪一種構(gòu)造，都必須考慮節(jié)點(diǎn)區(qū)的熱量輸入和殘余應(yīng)力的不利影響。為了限制節(jié)點(diǎn)區(qū)過(guò)度的熱量輸入。其焊縫最大總厚度必須控制在2

倍梁翼緣厚度或柱翼緣的厚度之內(nèi)。2023/10/597

關(guān)于下翼緣蓋板:宜取與

之較大者。根據(jù)地震后考察結(jié)構(gòu)破壞的情況來(lái)看，其破壞部位均發(fā)生在梁下翼緣與柱的焊縫連接處。這一現(xiàn)象說(shuō)明，混凝土樓板參與了梁的部分工作，使鋼梁的中和軸上移，下翼緣力臂加大，受力比上翼緣不利。故加大下翼緣蓋板的寬度，一是可使下翼緣的受力得到改善。二是也便于工地俯焊。

注:1）所求得的蓋板厚度不宜大于梁翼緣板的厚度;

2）其焊縫最大總厚度必須控制在2

倍梁翼緣厚度

或柱翼緣的厚度之內(nèi)。2023/10/598

抗震設(shè)防的抗側(cè)力體系中的框架柱在框架的任一節(jié)點(diǎn)，柱截面的塑性抵抗矩和梁截面的塑性抵抗矩應(yīng)滿足下式的要求現(xiàn)行《抗震規(guī)》對(duì)采用等截面梁的標(biāo)準(zhǔn)型梁柱連接的計(jì)算公式

式中：—強(qiáng)柱系數(shù)，超過(guò)

6

層的鋼框,

6

度

Ⅳ

類(lèi)場(chǎng)地和

7度時(shí)取

1；8

度時(shí)取

1.05；9

度時(shí)取

1.152023/10/5992）修訂中的《高鋼規(guī)》對(duì)采用等截面梁的標(biāo)準(zhǔn)型梁

柱連接擬采用的計(jì)算公式

修訂中的《高鋼規(guī)》對(duì)塑性鉸外移的加強(qiáng)型梁柱連接節(jié)點(diǎn)，擬增加的計(jì)算公式）式中：1.1

—考慮材料的應(yīng)變硬化效應(yīng)。—考慮材料實(shí)際屈服強(qiáng)度的提高系數(shù)。

（

或1.2

）2023/10/51004.2

梁端削弱式的連接計(jì)算2023/10/5101

1)確定犬骨式連接的有關(guān)參數(shù)

犬骨式連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)原理，就是保證大震下塑性鉸出現(xiàn)在梁翼緣的削弱部位。并要求梁翼緣的削弱對(duì)梁的剛度和強(qiáng)度影響都很小，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，關(guān)鍵是如何確定削弱部位距柱邊的距離a

,

削弱部位的長(zhǎng)度b

,

以及削弱部位的深度

c

這三個(gè)尺寸（其符號(hào)意義如下圖所示）。2023/10/5102

對(duì)于對(duì)應(yīng)于梁腹板平面內(nèi)有柱腹板或設(shè)置有豎向加勁肋的柱截面而言，a

越小越好，但a

越小對(duì)剛度和強(qiáng)度的降低也就越大。一般a

取0.25倍梁高；對(duì)無(wú)柱腹板者或梁腹板與柱的連接只抗剪不抗彎時(shí)（只限于翼緣加強(qiáng)與削弱并用的連接中）a

宜取0.5

倍梁高。

削弱長(zhǎng)度b，主要由延性要求和剛度要求確定，從剛度角度出發(fā)，b

越短越好。從延性出發(fā)，b

越長(zhǎng)，則同時(shí)進(jìn)入塑性的區(qū)段越長(zhǎng)。即延性越好。再根據(jù)國(guó)際上對(duì)塑性鉸相對(duì)轉(zhuǎn)角不應(yīng)小于0.03

弧度的要求，綜合考慮b宜取

0.8倍梁高。2023/10/5103

最后就是確定翼緣削弱部位的深度C,深度C

是保證塑性鉸出現(xiàn)在翼緣削弱部位和強(qiáng)度控制在一定范圍之內(nèi)的關(guān)鍵。

削弱深度可由翼緣削弱部位的截面塑性抗彎承載力與梁端連接焊縫抗彎承載力之間的幾何關(guān)系來(lái)確定。如下圖所示：2023/10/5104梁端削弱式連接的計(jì)算簡(jiǎn)圖2023/10/5105犬骨式削弱深度

C

的計(jì)算公式削弱處的彎矩設(shè)計(jì)值

……………(1)使柱面處的彎矩設(shè)計(jì)值為

…………..(2)式中:將式(2)改為……..(3)

取(3)=(1)

即可得:2023/10/5106

4.3

梁端增強(qiáng)式和犬骨式并用的連接節(jié)點(diǎn)作法

自美國(guó)北嶺地震和日本阪神地震以后，在國(guó)外已運(yùn)用得比較多，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)也開(kāi)始運(yùn)用。但結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》強(qiáng)制性條文的表達(dá)式及其連接焊縫的抗彎承載力應(yīng)高于梁截面抗彎承載力設(shè)計(jì)值的1.2倍要求。為適應(yīng)現(xiàn)有的電算程序，宜采用梁端加強(qiáng)式與犬骨式相結(jié)合的作法，其理由如下：2023/10/5107一是，犬骨式節(jié)點(diǎn)固然是目前公認(rèn)的一種較好的抗震作法。它的最大優(yōu)點(diǎn)是：塑性區(qū)長(zhǎng)，有較好的轉(zhuǎn)動(dòng)能力。比較容易滿足國(guó)際上公認(rèn)的轉(zhuǎn)角不小于0.03

弧度的要求?？梢哉嬲鞯窖有栽O(shè)計(jì)。但是，如采用單純的犬骨式節(jié)點(diǎn)，梁端截面不加強(qiáng)，為了滿足梁端的連接承載力不應(yīng)小于梁載面承載力設(shè)計(jì)值1.2倍的要求。則梁端的應(yīng)力強(qiáng)度比最大只能控制到

0.83

。梁截面的強(qiáng)度不能得到充分發(fā)揮。如果采用梁端加強(qiáng)式與犬骨式相結(jié)合的作法，不但梁截面的強(qiáng)度可以得到充分發(fā)揮，而且還可使梁翼緣上的削弱深度

C減小。2023/10/5108二是，如單純采用梁端局部增強(qiáng)式連接，雖然很容易做到梁端的連接承載力不小于梁截面承載力設(shè)計(jì)值的

1.2

倍。但由于塑性鉸的外移，地震時(shí)，將會(huì)使框架柱的計(jì)算彎矩比不加強(qiáng)時(shí)要大許多。為了不違背強(qiáng)柱弱梁的基本原則，不得不因此而加大柱的截面。當(dāng)采用犬骨式與梁端局部增強(qiáng)式相結(jié)合的作法后，不但不需加大柱的截面，而且還可使增強(qiáng)式連接中的蓋板厚度減小。梁端焊縫質(zhì)量較容易得到保證。2023/10/5109梁端加強(qiáng)式與犬骨式相結(jié)合的作法之一2023/10/5110梁端加強(qiáng)式與犬骨式相結(jié)合的作法之二2023/10/5111梁端加強(qiáng)式與犬骨式相結(jié)合的作法之三2023/10/5112加強(qiáng)與削弱式相結(jié)合的計(jì)算簡(jiǎn)圖2023/10/51131)

加強(qiáng)與削弱并用時(shí)，其翼緣的削弱深度c計(jì)算2023/10/5114削弱處的彎矩設(shè)計(jì)值:

……………(1)使柱面處的彎矩設(shè)計(jì)值為:

…………..(2)式中:，將(2)改為:………..(3)

取(3)=(1)

即可得:2023/10/51152)

加強(qiáng)與削弱并用時(shí)，其加強(qiáng)板的計(jì)算

a)當(dāng)梁腹板與柱的連接只抗剪時(shí),其加強(qiáng)板的截

面積b)當(dāng)梁腹板與柱的連接既抗剪又抗彎時(shí),其加強(qiáng)

板的截面積

或2023/10/5116梁端加強(qiáng)式與犬骨式相結(jié)合的的算例

（設(shè)計(jì)條件同前例，

腹板連接只抗剪時(shí)

）2023/10/51171)

加強(qiáng)與削弱并用時(shí)，梁翼緣削弱深度的c值計(jì)算

取塑性鉸距梁端的距離:

在可能發(fā)生塑性鉸處的剪力設(shè)計(jì)值:

附:如梁的上翼緣單純的采用削弱方式時(shí)2023/10/51182)加強(qiáng)與削弱并用時(shí)，其增強(qiáng)蓋板的截面積a)當(dāng)梁腹板與柱的連接只抗剪時(shí),其加強(qiáng)板的截面積

取蓋板寬：則b)當(dāng)梁腹板與柱的連接同時(shí)抗剪抗彎時(shí),加強(qiáng)板的截面積

取蓋板寬：則2023/10/5119梁端與柱不同連接方法(加強(qiáng)與削弱)的結(jié)果比較2023/10/51204.4

梁腹板與柱間采用高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)的計(jì)算1)

在多遇地震階段，其剪力公式近似取并按下式驗(yàn)算連接螺栓的抗剪承載力：式中:—

分別為連接螺栓的行、列數(shù)；

—

為一個(gè)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的抗剪

承載力設(shè)計(jì)值。2023/10/5121

2)

在大震階段，考慮到在小震階段原設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，可能在基本烈度地震或大震作用下蛻變?yōu)槌袎盒瓦B接故還應(yīng)按下式進(jìn)行復(fù)核：式中：為板件的極限抗壓強(qiáng)度，，為鋼材的抗拉強(qiáng)度最小值）為一個(gè)高強(qiáng)度螺栓的極限抗剪承載力,其值為

2023/10/5122值得到進(jìn)一歩研究的問(wèn)題

1）現(xiàn)在國(guó)外也仍處在研究階段…….2）前面所提到的一些節(jié)點(diǎn)作法，其適用范圍都有它的局限性，就拿狗骨式的作法來(lái)說(shuō),需特別注意在其平面外要加強(qiáng)支撐或隅撐的布置。因此，如將其用在住宅鋼結(jié)構(gòu)中，就有些問(wèn)題。2023/10/5123總結(jié)：節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律

1）在非抗震框架結(jié)構(gòu)、帶有懸臂段框架梁的工地拼接中，其拼接宜按梁中的實(shí)際內(nèi)力按平面假定進(jìn)行設(shè)計(jì)。且拼接的抗彎承載力不應(yīng)低于梁截面抗彎承載力的

50%

。

2）在非抗震框架結(jié)構(gòu)的梁柱剛性連接節(jié)點(diǎn)中，其連接宜按梁截面的等強(qiáng)度來(lái)設(shè)計(jì)，除非在某些構(gòu)造截面中梁的內(nèi)力與梁截面的內(nèi)力相差很大時(shí)，才按上述第1）條的原則進(jìn)行連接設(shè)計(jì)。如下圖所示：2023/10/51242023/10/5125

3）在抗震結(jié)構(gòu)的梁柱剛性連接中，不應(yīng)采用小于等強(qiáng)度的連接。就是等強(qiáng)度的連接，也只能用在低烈度地區(qū)的抗震結(jié)構(gòu)中。在高烈度此區(qū)，一定要采用加強(qiáng)式連接或犬骨式連接。如下圖所示：2023/10/51262023/10/51272023/10/51284）在抗震框架結(jié)構(gòu)、帶有懸臂段框架梁的工地拼接中，對(duì)于全栓拼接的節(jié)點(diǎn)可置于塑性區(qū)段之內(nèi)。但對(duì)于全焊或栓焊拼接的連接節(jié)點(diǎn)應(yīng)置于塑性區(qū)段之外，但為了便于運(yùn)輸，其懸臂段又不能太長(zhǎng)，故宜將拼接點(diǎn)放在十分之一跨長(zhǎng)和兩倍梁高塑性區(qū)段之外的附近，且此時(shí)，其拼接的承載力宜按梁截面的等強(qiáng)度來(lái)設(shè)計(jì)，如下圖所示。2023/10/5129帶有懸臂段框架梁的工地拼接

（在抗震結(jié)構(gòu)中，梁端應(yīng)局部加寬）2023/10/51305

關(guān)于支撐與框架的連接及支撐的拼接

現(xiàn)行《抗震規(guī)》給出的拼(連)接計(jì)算公式為:

我認(rèn)為該公式右邊的式子從概念上來(lái)講，是錯(cuò)誤的。因?yàn)橹行闹蔚难有?，是靠支撐毛截面整根長(zhǎng)度在大震時(shí)發(fā)生屈服來(lái)完成。而不是靠螺栓孔截面處僅僅孔徑長(zhǎng)的極小一段屈服來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此正確的計(jì)算公式應(yīng)該是：2023/10/5131式中:—節(jié)點(diǎn)連接(或拼接)的安全系數(shù)，可根據(jù)采用不同

的拼(連)接方式而異，但最小不應(yīng)小于

1.2

?！螛?gòu)件的毛截面面積—鋼材的屈服強(qiáng)度，正如前面曾談到的，由于

是波動(dòng)的，不應(yīng)取最小值，而應(yīng)根據(jù)《高鋼規(guī)》和《抗震規(guī)》中，“

鋼材的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值不應(yīng)小于1.2

”，即：，由此得將其代入式后則得即：當(dāng)用螺栓拼（連）接時(shí)的拼（連）接板當(dāng)用焊接拼（連）接時(shí)的拼（連）接板2023/10/5132

如采用《抗震規(guī)》給出的的拼(連)接計(jì)算公式

:來(lái)計(jì)算、并按規(guī)范的規(guī)定，將式中的取鋼材屈服點(diǎn)的最小值，必然存在著弱連接的問(wèn)題。試看，設(shè)支撐斜拉桿用

Q235

鋼，則，將其代入式,得：

即：2023/10/5133

結(jié)果表明，其支撐連接板或拼接板的截面積，只要有75%

的支撐凈截面面積就可滿足抗大抗震的要求。比一般人們常用的等強(qiáng)連接少了25%的截面積。這太不可思議了。再對(duì)比前面

的計(jì)算結(jié)果就太不安全了。2023/10/5134再對(duì)比在多遇地震階段，按表達(dá)式

設(shè)計(jì)支撐拉桿的連接時(shí)，其支撐連接板的承載力調(diào)整系數(shù)，支撐桿的。在設(shè)計(jì)連接板時(shí)所取的內(nèi)力設(shè)計(jì)值，就應(yīng)是支撐桿內(nèi)力設(shè)計(jì)值的

倍。當(dāng)其應(yīng)力比為

1.0

時(shí)，則支撐連接板所需的截面積就應(yīng)是桿件截面積的

1.06

倍。（應(yīng)當(dāng)取應(yīng)力比為1.0

時(shí)的情況來(lái)計(jì)算，因只有應(yīng)力比超過(guò)1.0

后，其鋼拉桿才會(huì)屈服產(chǎn)生非線性的拉伸變形而產(chǎn)生延性）。2023/10/5135

此外，還應(yīng)注意到《高鋼規(guī)》圖8.7.2

所介的全栓拼接作法（如下頁(yè)的圖示），我認(rèn)為它只能用于非抗震的中心支撐和抗震的偏心支撐，而不能用于抗震的中心支撐。由于中心支撐的良好延性，是靠支撐在大震時(shí)發(fā)生屈服來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此支撐桿的本身必須要滿足下式的要求：

根據(jù)《高鋼規(guī)》和《抗震規(guī)》中，鋼材的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值不應(yīng)小于

1.2

的規(guī)定，如取

代入式后，

則為：由此可得2023/10/51362023/10/5137

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全栓拼接中，被連接支撐扣除螺栓孔后的凈截面面積與其毛截面面積之比多在

0.73~0.83

之間。

即這說(shuō)明在抗震的全栓拼接中心支撐中，如其受拉支撐在地震作用下，在支撐尚未屈服之前，就將首先在支撐螺栓孔的凈截面上發(fā)生斷裂破壞。

因此在抗震結(jié)構(gòu)中，其中心支撐在工地不宜采用全栓拼接，而盡可能改用焊接。2023/10/5138

6

相關(guān)的構(gòu)造要求

為了實(shí)現(xiàn)“小震不壞，大震不倒“的設(shè)計(jì)目標(biāo)。除了前面講述的內(nèi)容之外，還應(yīng)注意：如何合理的選用鋼材的牌號(hào)、如何根據(jù)不同工程的設(shè)計(jì)內(nèi)容選用適合其結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容要求的軟件、以及在大震下，當(dāng)梁端出現(xiàn)塑性鉸后，如何充分利用鋼材的延性來(lái)耗散地震能量而必須要滿足下面與之有關(guān)的一些構(gòu)造要求：2023/10/51396.1

對(duì)結(jié)構(gòu)鋼材的材質(zhì)要求:

多、高層鋼結(jié)構(gòu)的選材，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性與工作條件、抗震與非抗震的荷載特征、連接構(gòu)造與鋼材厚度等因素綜合考慮。合理的選用鋼材的牌號(hào)。

關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)鋼和橋梁用結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)，統(tǒng)一由代表屈服點(diǎn)的漢語(yǔ)拼音字母

Q

、厚度

t≤16mm

時(shí)鋼材屈服點(diǎn)的下限值

和質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D、E）等三個(gè)部分按順序組成。其中碳素結(jié)構(gòu)鋼（Q235）在質(zhì)量等級(jí)符號(hào)后面還要加上脫氧方法符號(hào)共四個(gè)部分組成。

為了將橋梁用鋼與建筑用鋼相區(qū)別，在屈服點(diǎn)值后面另加漢語(yǔ)拼音符號(hào)

q

。2023/10/5140

質(zhì)量等級(jí)符號(hào)

A、B、C、D、E

系分別表示不要求沖擊試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)溫度為、、、。如系表示屈服強(qiáng)度為，且不要求做沖擊試驗(yàn)的鋼材。

系表示屈服強(qiáng)度為，且要求具有沖擊韌性的橋梁鋼。

現(xiàn)將在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，規(guī)范推薦使用的鋼材牌號(hào)分述如下：2023/10/51411)

《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(

GB／T700-88)中的

鋼，共分

A、B、C、D

四個(gè)質(zhì)量等級(jí)。

A、B

級(jí)鋼按脫氧方法可分為沸騰鋼(符號(hào)

F

)、半鎮(zhèn)靜鋼(符號(hào)

b)或鎮(zhèn)靜鋼(符號(hào)

Z

)。

C級(jí)鋼為鎮(zhèn)靜鋼；D

級(jí)鋼為特殊鎮(zhèn)靜鋼(符號(hào)TZ

)；脫氧方法符號(hào)中的Z和TZ在牌號(hào)中可省略不注。（據(jù)了解，現(xiàn)在基本上已不生產(chǎn)半鎮(zhèn)靜鋼。沸騰鋼也很少生產(chǎn)，如要訂貨，價(jià)格反而比鎮(zhèn)靜鋼還貴，故均不宜采用。這樣一來(lái)前面所說(shuō)的結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)在一般情況下，只需注寫(xiě)前三個(gè)組成部分。）2023/10/5142

在鋼中，除

A

級(jí)以外的其它等級(jí)，其化學(xué)成分和力學(xué)性能生產(chǎn)廠有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均能保證，故不需要再提出附加保證條件。

級(jí)鋼能保證力學(xué)性能，可附加保證冷彎，但不附加保證沖擊值；在化學(xué)成分中不保證碳、錳的含量(不作為交貨條件)，故不宜用于焊接承重結(jié)構(gòu)。

2)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》(GB／T1591—94)中的

Q345、Q390

和

Q420

鋼。其中使用最多亦比較成熟的是

Q345

鋼。Q390

鋼、Q420

鋼是新列入的高強(qiáng)度鋼，低合金結(jié)構(gòu)鋼不能生產(chǎn)沸騰鋼(怕合金元素在鋼水沸騰時(shí)逸出)，故全部為鎮(zhèn)靜鋼。2023/10/51433)

《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》(YB4104—2000),這是最近為高層鋼結(jié)構(gòu)或其他重要建(構(gòu))筑物用鋼板制訂的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其鋼板的牌號(hào)是在屈服點(diǎn)數(shù)值后面加上代表高層建筑的漢語(yǔ)拼音字母

(GJ)，

接著是質(zhì)量等級(jí)符號(hào)

(C、D、E)，如

Q345GJC；如對(duì)厚度方向的性能也有所要求的鋼板，則在質(zhì)量等級(jí)符號(hào)之前還要加上厚度方向的性能級(jí)別，例如。Z字后面的數(shù)字為截面收縮率的指標(biāo)(%)。2023/10/51444)

當(dāng)工作條件需要時(shí)應(yīng)采用的耐候鋼

當(dāng)處于外露環(huán)境，且對(duì)大氣腐蝕有特殊要求的或在腐蝕性氣態(tài)和固態(tài)介質(zhì)作用下的承重結(jié)構(gòu)，宜采用耐候鋼。我國(guó)現(xiàn)有國(guó)標(biāo)有：《高耐候性結(jié)構(gòu)鋼》(

GB／T4171—1984)

和《焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼》(GB／T

4172—1984)，耐候鋼的強(qiáng)度級(jí)別與常用的建筑結(jié)構(gòu)鋼基本一致，技術(shù)指標(biāo)也相近，但其抗腐蝕能力卻高出

2-4

倍。2023/10/51452023/10/51462023/10/5147

以上兩頁(yè)資料摘自崔佳魏明鐘趙熙元

但澤義編著的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范理解與應(yīng)用》中國(guó)建筑工業(yè)出版社2004

年3

月第一版2023/10/51486.2

對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件的性能要求應(yīng)充分了解計(jì)算軟件編制的技術(shù)條件

舉一實(shí)際工程，由于其計(jì)算內(nèi)容與計(jì)算軟件的技術(shù)條件不相符，而影響到危及工程及人身安全的設(shè)計(jì)事例。(下表為

SATWE

軟件中的技術(shù)條件之