余海群钢结构抗震性能化设计（完整）

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1、钢结构抗震性能化设计漫谈钢结构抗震设计余海群2013年10月问题探讨•抗震等级的实质是延性还是承载力？•如果抗震等级的本质是延性，仅与结构高度和结构体系相关合理吗？•构件延性和结构延性是一回事吗？•承载力验算时地震作用为什么不采用设防地震作用？问题探讨•中震弹性设计的结构安全度一定高于弹性承载力较低的结构吗？•门式刚架是否需要符合抗震设计规范的规定？•采用隔震设计的结构，弹性承载力要求是否可以降低？•钢结构设计规范中抗震性能化设计的适用范围？抗震设计基本概念•层间剪力分布抗震设计法固有周期质量分布影响下的动力作用•抗震设计：控制地震施加给建筑物的能量衰减的能量塑性变形消耗的能量•

2、地震效应的大小由建筑物对地震波的反应结果决定抗震设计基本概念强梁弱柱强柱弱梁可能产生中间层破坏产生梁破坏机构抗震设计基本概念•剪切型模型一般框架结构•弯剪型模型框架支撑结构超高层结构和筒状结构（高宽比较大）•构件及节点进入非线性屈服失稳滑移结构的能量吸收能力•塑性变形能力结构体系构件延性日本抗震设计路径•路径1：小震验算规模较小的钢结构•路径2：小震和层间位移角验算建筑物的平面和立面高度方向都比较规则保证结构特征系数Ds=0.3的塑性变形能力建筑物高度小于31m•路径3：保有水平承载力计算法用地震反应谱来代替时程解析法作为地震效应结构特征系数Ds代表结构实际吸

3、收能量的能力抗震设计基本概念结构特征系数Ds地震反应能量吸收•D=Q/Q=1/√(1+2η)Symax•=1/√(1+4η)ave累积塑性变形倍率η指正负塑性变形增量的总和除以弹性变形Δy的商S=SΔ0ABOCDE抗震设计基本概念——累积塑性变形倍率•η=ΣΔ/Δpiy•η=ΣΔ/（2Δ）avepiy抗震设计基本概念——累积塑性变形倍率η与最大塑性变形率μ•0.25个循环η=μ-1抗震设计基本概念——累积塑性变形倍率η与最大塑性变形率μ•滑移型1个循环η=2（μ-1）抗震设计基本概念——累积塑性变形倍率η与最大塑性变形率μ•完全弹塑性型1个循环η=4（μ-1）抗震设计基本概念——累积

4、塑性变形倍率η与最大塑性变形率μ•完全弹塑性型2个循环η=8（μ-1）抗震设计基本概念——典型恢复力特性模型滑移型完全弹塑性型应变硬化型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f=375kN/mm2u构件实际构件屈强比为0.85•则构件净截面断裂承载力A*f=（614.3-17*5）*375=198.45kNnu构件屈服承载力A*f=614.3*0.85*375=195.81kN<198.45kNyact•结果整个构件屈服，结构延性较好支撑的屈强比与结构的塑性变形能力（2-2）•假设构件极限抗拉强度f=375kN/mm2u构件实际构件屈强比为0.9•则构件净截面断

5、裂承载力A*f=（614.3-17*5）*375=198.45kNnu构件屈服承载力A*f=614.3*0.9*375=207.33kN>198.45kNyact•结果塑性化区域不能扩大，整体延性很低，发生脆性破坏工字形截面挑梁的塑性变形能力结构吸收能量的能力•当建筑物的平面和立面高度方向都比较规则且保证塑性变形能力时，且建筑物高度在规范允许范围内，仅保证小震计算和层间位移验算即可。结构体系构件延性关于钢结构抗震设计•地震效应的大小由建筑物对地震波的反应结果来决定•阻尼、周期、后期刚度、二阶效应、多自由度体系等对地震力的影响•影响钢构件延性的因素•影响结构延性的因素阻尼的影响•对于弹

6、性体系，阻尼的影响相当大•对于弹塑性体系，衡量阻尼影响的定量指标是它对R谱（地震力折减系数谱）的影响•修订后的《抗规》GB50017-2010较2001版钢结构地震作用降低周期的影响•随着周期增大，地震作用变小•周期长时，场地土越软地震力越大后期刚度的影响•钢结构的后期刚度来自如下几个方面：材料的抗拉强度超出屈服强度的部分，这部分要在变形很大时发挥作用双重抗侧力结构的主要抗侧力结构屈服，次要结构还没有屈服；这种体系往往有比较明确的双线性的荷载-位移关系超静定体系，塑性铰逐步形成。这种体系连续的刚度下降，直至达到极限强度•延性越大，后期刚度的影响越大；后期刚度大，地震力折减系数大二阶

7、效应的影响•弹塑性结构，二阶效应导致刚度退化以及动力失稳，产生延性极限。•考虑二阶效应，地震力要增大多自由度的影响•多层的多自由度体系，研究起来工作量更大。但是目前国内外少量的研究表明，多层体系，地震力要放大，地震力折减系数要减少。地震力放大系数在1~2之间，随周期和自由度变化，以及随结构是弯曲型的还是弯剪型的而变。周期越长，放大系数就越大。但是简单的公式没有。影响钢构件的延性的因素•钢构件的截面宽厚比•杆件的长细比•框架柱的轴压比