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钢结构抗震性能化设计思路概述
来源:姜海军 2019-08-20

钢结构设计标准GB50017-2017于2018年7月1日开始实施,该标准中新增了钢结构抗震性能化设计的内容,下面对钢结构抗震性能化设计思路进行简要概述。
一、结构布置要求
概念设计最为重要,宜形体规则,抗侧力构件的平面布置宜规则对称,侧向刚度沿竖向宜均匀变化,竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小,避免侧向刚度和承载力突变。
二、计算要点
包括分析模型和参数,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。
三、抗震设计流程
1、建筑物结构体系及构件布置;
2、地震以外荷载承载能力和正常使用状态计算;
3、基本符合《建筑抗震设计规范》1-5章的规定(除材料和承载力);
4、多遇地震作用下承载力符合《建筑抗震设计规范》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;
5、地下结构的验算;
6、验证设防地震作用下高承载力低延性、低承载力高延性;
7、非结构构件的抗震设计。
四、抗震设计思路的确定
    根据设防烈度、结构体系、使用功能、附属设施功能要求、投资大小等确定采用高延性低承载力设计思路或低延性高承载力设计思路。
五、低延性高承载力抗震设计思路
1、设计流程
1)确定建筑物抗震设防类别;
2)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);
3)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);
2、设防地震作用验算的流程
1)除抗震验算外的验算;
2)小震位移验算;
3)按GB50223规定确定钢结构建筑物的抗震设防类别;
4)按V级延性等级确定构件承载性能等级(GB50017-2017表17.1.4-2);
5)根据构件承载性能等级确定其最低性能系数(GB50017-2017表17.2.2-1);
6)框架柱长细比验算(GB50017-2017第17.3.5条);
7)构件承载能力验算(GB50017-2017第 17.2.3条);
8)连接及构造。
六、高延性低承载力抗震设计思路
1、设计流程
1)确定建筑物的抗震设防类别;
2)验算塑性耗能区性能系数;
3)按照机构控制验算其它构件的承载力;
4)根据延性要求确定构件和节点的抗震措施。
2、设防地震作用验算的流程
1)除抗震验算外的验算;
2)验算小震作用下的构件承载力和位移;
3) 按GB50223规定确定钢结构建筑物的抗震设防类别;
4)根据结构塑性耗能区特性确定结构延性等级;
5)根据其延性等级确定塑性耗能区承载性能等级,延性等级与塑性耗能区最低承载性能等级对照表见GB50017-2017表17.1.4-2;
6)根据塑性耗能区承载性能等级确定其最低性能系数,规则结构塑性耗能区不同承载性能等级对应的性能系数最小值见GB50017-2017表17.2.2-1及第17.2.2条第2款第2项;
7)框架柱长细比验算(GB50017-2017 第17.3.5条);
8)塑性耗能区承载能力验算(GB50017-2017第17.2.3条);
9)计算塑性耗能区实际性能系数(GB50017-2017第17.2.2条第2款第3项);
10)其它构件承载力验算;
11)连接及构造。
七、GB50017-2017性能化设计体现在以下几个方面
1、根据结构特性及使用功能选定塑性耗能区性能等级;
2、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;
3、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。
八、塑性开展机构控制的实现
1、采用能力设计法,如强柱弱梁、强节点的弱构件、强框架弱支撑等;
2、引入非塑性耗能区内力增大系数E,引导构件相对强弱符合延性开展的要求,为罕遇地震作下出现的重力荷载重分布做好准备;
3、引入钢材超强系数ηy,确保延性开展机构的实现;
4、框架结构根据延性要求采用不同的节点域验算方法;
5、支撑结构根据延性要求支撑的长细比和板件宽厚比。
九、GB50017-2017抗震设计与GB50011-2010的比较
1、均需符合GB50011-2010第1-5章的规定(材料选用和承载力验算稍有区别);
2、使用范围不同;
3、均须进行多遇地震作用下变形验算;

4、均须进行多遇地震作下承载力验算,但按GB50017-2017设计时,塑性耗能区可不符合承载力要求;

5、材料要求略有不同;

6、阻尼比取值略有不同;

7、框架结构强柱弱梁验算不同;

8、框架结构节点域承载力验算不同;

9、支撑验算方法不同;

10、截面板件宽厚比的规定不同;

11、GB50017-2017采用延性等级、GB50011-2010采用抗震等级。


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