关于多高层钢结构抗震存在的问题及建议.pdf

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1、工程结构设计安全与可持续发展研讨会2010年关于多高层钢结构抗震存在的问题及建议李国强1．孙飞飞(同济大学建筑工程系．上海，200092)提要：本文探讨了目前多高层钢结构抗震设计所存在的两个最主要问题：其一是钢结构的地震作用，由于多高层钢结构房屋被列入《建筑抗震设计规范》GB50011—2001中时没有考虑钢结构延性好和弹性阶段阻尼比较小的特点，使得钢结构地震作用偏大，用钢量偏高；其二是钢结构承载力抗震调整系数对钢构件和连接的取值不一致，造成设计困难。本文对现行抗震规范、《建筑工程抗震性态设计通则》和美国AISC抗震设计规程的地震

2、作用进行了分析比较，提出按照耗能能力将钢结构体系分为四类，在此基础上引入结构体系调整系数，对每类结构的地震作用取值给出建议。针对粱柱刚性连接，从抗震设计原则出发，对7、8和9度区分别建议了适合采用的连接形式，并给出了小震和大震下的设计验算公式。关键词：多高层钢结构，地震作用，梁柱刚性连接，抗震设计1引言我国钢产量连年超万亿吨，促使我国的钢结构产业政策由长期以来实行的“节约钢材”转变为“合理用钢”、“鼓励用钢”，建筑钢结构迎来了蓬勃发展的大好时机。我国大中城市多为地震区，需要进行抗震设计。国内外对钢结构抗震的研究一直很活跃，特别是美

3、国北岭地震和日本阪神地震以来，针对震害现象作了大量研究，提出了新的抗震措施。新世纪之初，我国完成了对建筑结构主要设计规范的修订工作，把我国结构设计水平提高到一个新的台阶。《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99[1】也在紧锣密鼓地修订之中。《建筑抗震设计规范》GB50011-2001[2】的应用中发现钢结构抗震设计仍存在一些问题，一方面造成结构用钢量较大，阻碍了钢结构推广，另一方面造成结构设计不合理，影响了钢结构的抗震性能，这些问题引起了钢结构工程界的广泛关注。本文将对目前存在的有关多高层钢结构的地震作用和梁柱刚性连接的两个主要问

4、题进行探讨，并对相关的规范条文提出修改建议。多高层钢结构的地震作用1李国强，男，1963．2．出生，工学博士，教授，博导。国家科技支撑计划课题2006BAJ011302资助．41工程结构设计安全与可持续发展研讨会2010年我国抗震规范自89规范起采用基于小震的弹性设计方法，相当于将设防烈度考虑结构延性予以降低的效果，但多高层钢结构尚未列入89规范，因此当时所考虑的结构延性水平是以混凝土结构为基础的，2001年修订的抗震规范GB50011121中列入了多高层钢结构，但沿用7"89规范的基于小震的弹性设计方法。钢结构的延性优于混凝土结

5、构，但在抗震规范中没有得到体现。另外，钢结构在弹性阶段阻尼比较小，按现行抗震规范的计算方法，在考虑结构延性以后降低的同时又因阻尼比降低而加大。上述两个原因导致同样条件下的钢结构地震作用高于混凝土结构，使得钢结构用钢量偏高。本节将分别考察现行抗震规范GB5001l和《建筑工程抗震性态设计通则》(CECSl60)pl中钢结构相对于混凝土结构的地震作用提高系数，然后介绍美国AISC规程针对不同结构体系降低地震作用的做法。在此基础上针对我国钢结构的抗震设计规定，提出在结构承载力验算时引入结构体系调整系数的改进建议．2．1抗震规范GB500

6、11—2001H图中，——地震影响系数：一地震影响系数最大值：一赋指数，V=o．，+鲁；；曩：一结构自振周期：卜特征周期q厂直线下降段的下降斜率调整系敦，飞=0．02+(0·05一酗，8：1广一阻尼调整系数·qz=l-t．J0．06+1．7专005·芎一阻尼比·一E图1GB50011中的地震影响系数曲线抗震规范GB50011-2001中的地震影响系数曲线如图l所示。阻尼比W于混凝土结构取0．05，对于12层及以下铡结构取0．035，对于12层以上钢结构取0．02。由此可以分别算出各种结构相应的阻尼调整系数和形状系数(参见表1)。为

7、了考察由于阻尼比较低所引起的钢结构相对于混凝土结构的地震力提高程度，将表l中的参数值代入图l中的地震影响系数曲线公式，然后将曲线平台段和5'P剖-I@征周期处钢结构和混凝土结构地震影响系数值相比得到前者相对于后者的地震力提高系数，列于表2中。可见12层以上的钢结构因阻尼比更低而提高系数更高，即便是12层以下的钢结构地震力也提高达10％以上。这显然会造成用钢量上升，而钢结构延性好的优势得不到发挥。‘42工程结构设计安全与可持续发展研讨会2010年表l混凝土结构和钢结构的阻尼调整系表2GB5001I中钢结构相对混凝土结构地震力提高系数

8、数和形状系数2。2《建筑工程抗震性态设计通则》(CECSl60)131峪I·1·．翘丹匀王^1’哇j．^声一，卜：了7了．^)E，k．一¨毒记毋1：．^<^{L芦一aluF哮譬鼻1。>o炉·1j，1。c．昌．；≥缸图2CECSl60中阻尼比为0．0