8 多層和高層鋼結構房屋
8.1 一般規(guī)定
8.1.1 本章適用的鋼結構民用房屋的結構類型和最大高度應符合表8.1.1的規(guī)定。平面和豎向均不規(guī)則的鋼結構,適用的最大高度宜適當降低。
注:1 鋼支撐-混凝土框架和鋼框架-混凝土筒體結構的抗震設計,應符合本規(guī)范附錄G的規(guī)定;
2 多層鋼結構廠房的抗震設計,應符合本規(guī)范附錄H第H.2節(jié)的規(guī)定。
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注:1 房屋高度指室外地面到主要屋面板板頂?shù)母叨?不包括局部突出屋頂部分);
2 超過表內高度的房屋,應進行專門研究和論證,采取有效的加強措施;
3 表內的筒體不包括混凝土筒。
8.1.2 本章適用的鋼結構民用房屋的最大高寬比不宜超過表8.1.2的規(guī)定。
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注:塔形建筑的底部有大底盤時,高寬比可按大底盤以上計算。
8.1.3 鋼結構房屋應根據(jù)設防分類、烈度和房屋高度采用不同的抗震等級,并應符合相應的計算和構造措施要求。丙類建筑的抗震等級應按表8.1.3確定。
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注:1 高度接近或等于高度分界時,應允許結合房屋不規(guī)則程度和場地、地基條件確定抗震等級;
2 一般情況,構件的抗震等級應與結構相同;當某個部位各構件的承載力均滿足2倍地震作用組合下的內力要求時,7~9度的構件抗震等級應允許按降低一度確定。
8.1.4 鋼結構房屋需要設置防震縫時,縫寬應不小于相應鋼筋混凝土結構房屋的1.5倍。
8.1.5 一、二級的鋼結構房屋,宜設置偏心支撐、帶豎縫鋼筋混凝土抗震墻板、內藏鋼支撐鋼筋混凝土墻板、屈曲約束支撐等消能支撐或筒體。
采用框架結構時,甲、乙類建筑和高層的丙類建筑不應采用單跨框架,多層的丙類建筑不宜采用單跨框架。
注:本章“一、二、三、四級”即“抗震等級為一、二、三、四級”的簡稱。
8.1.6 采用框架-支撐結構的鋼結構房屋應符合下列規(guī)定:
1 支撐框架在兩個方向的布置均宜基本對稱,支撐框架之間樓蓋的長寬比不宜大于3。
2 三、四級且高度不大于50m的鋼結構宜采用中心支撐,也可采用偏心支撐、屈曲約束支撐等消能支撐。
3 中心支撐框架宜采用交叉支撐,也可采用人字支撐或單斜桿支撐,不宜采用K形支撐;支撐的軸線宜交匯于梁柱構件軸線的交點,偏離交點時的偏心距不應超過支撐桿件寬度,并應計入由此產生的附加彎矩。當中心支撐采用只能受拉的單斜桿體系時,應同時設置不同傾斜方向的兩組斜桿,且每組中不同方向單斜桿的截面面積在水平方向的投影面積之差不應大于10%。
4 偏心支撐框架的每根支撐應至少有一端與框架梁連接,并在支撐與梁交點和柱之間或同一跨內另一支撐與梁交點之間形成消能梁段。
5 采用屈曲約束支撐時,宜采用人字支撐、成對布置的單斜桿支撐等形式,不應采用K形或X形,支撐與柱的夾角宜在35°~55°之間。屈曲約束支撐受壓時,其設計參數(shù)、性能檢驗和作為一種消能部件的計算方法可按相關要求設計。
8.1.7 鋼框架-筒體結構,必要時可設置由筒體外伸臂或外伸臂和周邊桁架組成的加強層。
8.1.8 鋼結構房屋的樓蓋應符合下列要求:
1 宜采用壓型鋼板現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板或鋼筋混凝土樓板,并應與鋼梁有可靠連接。
2 對6、7度時不超過50m的鋼結構,尚可采用裝配整體式鋼筋混凝土樓板,也可采用裝配式樓板或其他輕型樓蓋;但應將樓板預埋件與鋼梁焊接,或采取其他保證樓蓋整體性的措施。
3 對轉換層樓蓋或樓板有大洞口等情況,必要時可設置水平支撐。
8.1.9 鋼結構房屋的地下室設置,應符合下列要求:
1 設置地下室時,框架-支撐(抗震墻板)結構中豎向連續(xù)布置的支撐(抗震墻板)應延伸至基礎;鋼框架柱應至少延伸至地下一層,其豎向荷載應直接傳至基礎。
2 超過50m的鋼結構房屋應設置地下室。其基礎埋置深度,當采用天然地基時不宜小于房屋總高度的1/15;當采用樁基時,樁承臺埋深不宜小于房屋總高度的1/20。
8.2.1 鋼結構應按本節(jié)規(guī)定調整地震作用效應,其層間變形應符合本規(guī)范第5.5節(jié)的有關規(guī)定。構件截面和連接抗震驗算時,非抗震的承載力設計值應除以本規(guī)范規(guī)定的承載力抗震調整系數(shù);凡本章未作規(guī)定者,應符合現(xiàn)行有關設計規(guī)范、規(guī)程的要求。
8.2.2 鋼結構抗震計算的阻尼比宜符合下列規(guī)定:
1 多遇地震下的計算,高度不大于50m時可取0.04;高度大于50m且小于200m時,可取0.03;高度不小于200m時,宜取0.02。
2 當偏心支撐框架部分承擔的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的50%時,其阻尼比可比本條1款相應增加0.005。
3 在罕遇地震下的彈塑性分析,阻尼比可取0.05。
8.2.3 鋼結構在地震作用下的內力和變形分析,應符合下列規(guī)定:
1 鋼結構應按本規(guī)范第3.6.3條規(guī)定計入重力二階效應。進行二階效應的彈性分析時,應按現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017的有關規(guī)定,在每層柱頂附加假想水平力。
2 框架梁可按梁端截面的內力設計。對工字形截面柱,宜計入梁柱節(jié)點域剪切變形對結構側移的影響;對箱形柱框架、中心支撐框架和不超過50m的鋼結構,其層間位移計算可不計入梁柱節(jié)點域剪切變形的影響,近似按框架軸線進行分析。
3 鋼框架-支撐結構的斜桿可按端部鉸接桿計算;其框架部分按剛度分配計算得到的地震層剪力應乘以調整系數(shù),達到不小于結構底部總地震剪力的25%和框架部分計算最大層剪力1.8倍二者的較小值。
4 中心支撐框架的斜桿軸線偏離梁柱軸線交點不超過支撐桿件的寬度時,仍可按中心支撐框架分析,但應計及由此產生的附加彎矩。
5 偏心支撐框架中,與消能梁段相連構件的內力設計值,應按下列要求調整:
1)支撐斜桿的軸力設計值,應取與支撐斜桿相連接的消能梁段達到受剪承載力時支撐斜桿軸力與增大系數(shù)的乘積;其增大系數(shù),一級不應小于1.4,二級不應小于1.3,三級不應小于1.2;
2)位于消能梁段同一跨的框架梁內力設計值,應取消能梁段達到受剪承載力時框架梁內力與增大系數(shù)的乘積;其增大系數(shù),一級不應小于1.3,二級不應小于1.2,三級不應小于1.1;
3)框架柱的內力設計值,應取消能梁段達到受剪承載力時柱內力與增大系數(shù)的乘積;其增大系數(shù),一級不應小于1.3,二級不應小于1.2,三級不應小于1.1。
6 內藏鋼支撐鋼筋混凝土墻板和帶豎縫鋼筋混凝土墻板應按有關規(guī)定計算,帶豎縫鋼筋混凝土墻板可僅承受水平荷載產生的剪力,不承受豎向荷載產生的壓力。
7 鋼結構轉換構件下的鋼框架柱,地震內力應乘以增大系數(shù),其值可采用1.5。
8.2.4 鋼框架梁的上翼緣采用抗剪連接件與組合樓板連接時,可不驗算地震作用下的整體穩(wěn)定。
8.2.5 鋼框架節(jié)點處的抗震承載力驗算,應符合下列規(guī)定:
1 節(jié)點左右梁端和上下柱端的全塑性承載力,除下列情況之一外,應符合下式要求:
1)柱所在樓層的受剪承載力比相鄰上一層的受剪承載力高出25%;
2)柱軸壓比不超過0.4,或N2≤φAcf(N2為2倍地震作用下的組合軸力設計值);
3)與支撐斜桿相連的節(jié)點。
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2 人字支撐和V形支撐的框架梁在支撐連接處應保持連續(xù),并按不計入支撐支點作用的梁驗算重力荷載和支撐屈曲時不平衡力作用下的承載力;不平衡力應按受拉支撐的最小屈服承載力和受壓支撐最大屈曲承載力的0.3倍計算。必要時,人字支撐和V形支撐可沿豎向交替設置或采用拉鏈柱。
注:頂層和出屋面房間的梁可不執(zhí)行本款。
8.2.7 偏心支撐框架構件的抗震承載力驗算,應符合下列規(guī)定:
1 消能梁段的受剪承載力應符合下列要求:
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2 支撐斜桿與消能梁段連接的承載力不得小于支撐的承載力。若支撐需抵抗彎矩,支撐與梁的連接應按抗壓彎連接設計。
8.2.8 鋼結構抗側力構件的連接計算,應符合下列要求:
1 鋼結構抗側力構件連接的承載力設計值,不應小于相連構件的承載力設計值;高強度螺栓連接不得滑移。
2 鋼結構抗側力構件連接的極限承載力應大于相連構件的屈服承載力。
3 梁與柱剛性連接的極限承載力,應按下列公式驗算:
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4 支撐與框架連接和梁、柱、支撐的拼接極限承載力,應按下列公式驗算:
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8.3.1 框架柱的長細比,一級不應大于
,二級不應大于80
,三級不應大于100
,四級時不應大于120
。
8.3.2 框架梁、柱板件寬厚比,應符合表8.3.2的規(guī)定:
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8.3.3 梁柱構件的側向支承應符合下列要求:
1 梁柱構件受壓翼緣應根據(jù)需要設置側向支承。
2 梁柱構件在出現(xiàn)塑性鉸的截面,上下翼緣均應設置側向支承。
3 相鄰兩側向支承點間的構件長細比,應符合現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017的有關規(guī)定。
8.3.4 梁與柱的連接構造應符合下列要求:
1 梁與柱的連接宜采用柱貫通型。
2 柱在兩個互相垂直的方向都與梁剛接時宜采用箱形截面,并在梁翼緣連接處設置隔板;隔板采用電渣焊時,柱壁板厚度不宜小于16mm,小于16mm時可改用工字形柱或采用貫通式隔板。當柱僅在一個方向與梁剛接時,宜采用工字形截面,并將柱腹板置于剛接框架平面內。
3 工字形柱(繞強軸)和箱形柱與梁剛接時(圖8.3.4-1),應符合下列要求:
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1)梁翼緣與柱翼緣間應采用全熔透坡口焊縫;一、二級時,應檢驗焊縫的V形切口沖擊韌性,其夏比沖擊韌性在-20℃時不低于27J;
2)柱在梁翼緣對應位置應設置橫向加勁肋(隔板),加勁肋(隔板)厚度不應小于梁翼緣厚度,強度與梁翼緣相同;
3)梁腹板宜采用摩擦型高強度螺栓與柱連接板連接(經工藝試驗合格能確?,F(xiàn)場焊接質量時,可用氣體保護焊進行焊接);腹板角部應設置焊接孔,孔形應使其端部與梁翼緣和柱翼緣間的全熔透坡口焊縫完全隔開;
4)腹板連接板與柱的焊接,當板厚不大于16mm時應采用雙面角焊縫,焊縫有效厚度應滿足等強度要求,且不小于5mm;板厚大于16mm時采用K形坡口對接焊縫。該焊縫宜采用氣體保護焊,且板端應繞焊;
5)一級和二級時,宜采用能將塑性鉸自梁端外移的端部擴大形連接、梁端加蓋板或骨形連接。
4 框架梁采用懸臂梁段與柱剛性連接時(圖8.3.4-2),懸臂梁段與柱應采用全焊接連接,此時上下翼緣焊接孔的形式宜相同;梁的現(xiàn)場拼接可采用翼緣焊接腹板螺栓連接或全部螺栓連接。
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5 箱形柱在與梁翼緣對應位置設置的隔板,應采用全熔透對接焊縫與壁板相連。工字形柱的橫向加勁肋與柱翼緣,應采用全熔透對接焊縫連接,與腹板可采用角焊縫連接。
8.3.5 當節(jié)點域的腹板厚度不滿足本規(guī)范第8.2.5條第2、3款的規(guī)定時,應采取加厚柱腹板或采取貼焊補強板的措施。補強板的厚度及其焊縫應按傳遞補強板所分擔剪力的要求設計。
8.3.6 梁與柱剛性連接時,柱在梁翼緣上下各500mm的范圍內,柱翼緣與柱腹板間或箱形柱壁板間的連接焊縫應采用全熔透坡口焊縫。
8.3.7 框架柱的接頭距框架梁上方的距離,可取1.3m和柱凈高一半二者的較小值。
上下柱的對接接頭應采用全熔透焊縫,柱拼接接頭上下各100mm范圍內,工字形柱翼緣與腹板間及箱型柱角部壁板間的焊縫,應采用全熔透焊縫。
8.3.8 鋼結構的剛接柱腳宜采用埋入式,也可采用外包式;6、7度且高度不超過50m時也可采用外露式。
8.4.1 中心支撐的桿件長細比和板件寬厚比限值應符合下列規(guī)定:
1 支撐桿件的長細比,按壓桿設計時,不應大于120
;一、二、三級中心支撐不得采用拉桿設計,四級采用拉桿設計時,其長細比不應大于180。
2 支撐桿件的板件寬厚比,不應大于表8.4.1規(guī)定的限值。采用節(jié)點板連接時,應注意節(jié)點板的強度和穩(wěn)定。
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8.4.2 中心支撐節(jié)點的構造應符合下列要求:
1 一、二、三級,支撐宜采用H形鋼制作,兩端與框架可采用剛接構造,梁柱與支撐連接處應設置加勁肋;一級和二級采用焊接工字形截面的支撐時,其翼緣與腹板的連接宜采用全熔透連續(xù)焊縫。
2 支撐與框架連接處,支撐桿端宜做成圓弧。
3 梁在其與V形支撐或人字支撐相交處,應設置側向支承;該支承點與梁端支承點間的側向長細比(λy)以及支承力,應符合現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017關于塑性設計的規(guī)定。
4 若支撐和框架采用節(jié)點板連接,應符合現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017關于節(jié)點板在連接桿件每側有不小于30°夾角的規(guī)定;一、二級時,支撐端部至節(jié)點板最近嵌固點(節(jié)點板與框架構件連接焊縫的端部)在沿支撐桿件軸線方向的距離,不應小于節(jié)點板厚度的2倍。
8.4.3 框架-中心支撐結構的框架部分,當房屋高度不高于100m且框架部分按計算分配的地震剪力不大于結構底部總地震剪力的25%時,一、二、三級的抗震構造措施可按框架結構降低一級的相應要求采用。其他抗震構造措施,應符合本規(guī)范第8.3節(jié)對框架結構抗震構造措施的規(guī)定。
8.5.1 偏心支撐框架消能梁段的鋼材屈服強度不應大于345MPa。消能梁段及與消能梁段同一跨內的非消能梁段,其板件的寬厚比不應大于表8.5.1規(guī)定的限值。
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8.5.2 偏心支撐框架的支撐桿件長細比不應大于120
,支撐桿件的板件寬厚比不應超過現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017規(guī)定的軸心受壓構件在彈性設計時的寬度比限值。
8.5.3 消能梁段的構造應符合下列要求:
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2 消能梁段的腹板不得貼焊補強板,也不得開洞。
3 消能梁段與支撐連接處,應在其腹板兩側配置加勁肋,加勁肋的高度應為梁腹板高度,一側的加勁肋寬度不應小于(bf/2-tw),厚度不應小于0.75tw和10mm的較大值。
4 消能梁段應按下列要求在其腹板上設置中間加勁肋:
1)當α≤1.6Mlp/Vl時,加勁肋間距不大于(30tw-h(huán)/5);
2)當2.6Mlp/Vl<α≤5Mlp/Vl時,應在距消能梁段端部1.5bf處配置中間加勁肋,且中間加勁肋間距不應大于(52tw-h(huán)/5);
3)當1.6Mlp/Vl<α≤2.6Mlp/Vl時,中間加勁肋的間距宜在上述二者間線性插入;
4)當α>5Mlp/Vl時,可不配置中間加勁肋;
5)中間加勁肋應與消能梁段的腹板等高,當消能梁段截面高度不大于640mm時,可配置單側加勁肋,消能梁段截面高度大于640mm時,應在兩側配置加勁肋,一側加勁肋的寬度不應小于(bf/2-tw),厚度不應小于tw和10mm。
8.5.4 消能梁段與柱的連接應符合下列要求:
1 消能梁段與柱連接時,其長度不得大于1.6Mlp/Vl,且應滿足相關標準的規(guī)定。
2 消能梁段翼緣與柱翼緣之間應采用坡口全熔透對接焊縫連接,消能梁段腹板與柱之間應采用角焊縫(氣體保護焊)連接;角焊縫的承載力不得小于消能梁段腹板的軸力、剪力和彎矩同時作用時的承載力。
3 消能梁段與柱腹板連接時,消能梁段翼緣與橫向加勁板間應采用坡口全熔透焊縫,其腹板與柱連接板間應采用角焊縫(氣體保護焊)連接;角焊縫的承載力不得小于消能梁段腹板的軸力、剪力和彎矩同時作用時的承載力。
8.5.5 消能梁段兩端上下翼緣應設置側向支撐,支撐的軸力設計值不得小于消能梁段翼緣軸向承載力設計值的6%,即0.06bftff。
8.5.6 偏心支撐框架梁的非消能梁段上下翼緣,應設置側向支撐,支撐的軸力設計值不得小于梁翼緣軸向承載力設計值的2%,即0.02bftff。
8.5.7 框架-偏心支撐結構的框架部分,當房屋高度不高于100m且框架部分按計算分配的地震作用不大于結構底部總地震剪力的25%時,一、二、三級的抗震構造措施可按框架結構降低一級的相應要求采用。其他抗震構造措施,應符合本規(guī)范第8.3節(jié)對框架結構抗震構造措施的規(guī)定。