高楼钢结构体系和工程实例中的抗震设计

1.结构抗震等级

国家标准GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》第8.1.3条规定：钢结构高楼的结构和构件，应根据建筑抗震设防类别、抗震设防烈度、房屋高度，采用不同抗震等级。乙类和丙类建筑的结构及其构件的抗震等级应按表1-2确定。

表1-2 钢结构房屋的结构抗震等级

注：1.高度接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度和场地、地基条件确定抗震等级。

2.一般情况，构件的抗震等级应与结构相同；当某个部位各构件的承载力均满足2倍地震作用组合下的内力要求时，7～9度的构件抗震等级应允许按降低一度确定。

2.适用的结构体系

国家标准GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》第8.1.1条和第8.1.5条规定：

（1）钢结构房屋依其房屋高度和抗震设防烈度，按照第2章表2-3的规定，分别采用框架、框架-支撑、框架-墙板、各类筒体或巨型框架等结构体系。

（2）结构抗震等级为一级和二级的钢结构房屋，宜采用含有偏交支撑（偏心支撑）、带竖缝钢筋混凝土抗震墙板、内藏钢支撑钢筋混凝土墙板或防屈曲支撑（屈曲约束支撑）等消能支撑的框架-支撑结构或各类筒体结构。

（3）采用框架结构时，建筑抗震设防类别为甲、乙类的建筑以及高层的丙类建筑，不应采用单跨框架，多层的丙类建筑不宜采用单跨框架。

3.钢构件的杆件长细比

（1）框架柱的长细比 GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》第8.3.1条规定：一级钢框架柱的长细比不应大于；二级，不应大于；三级，不应大于；四级，不应大于。式中，f_ay为钢材的屈服强度设计值。

（2）框架梁的长细比 GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》第8.3.3条及其条文说明规定：

1）钢框架梁的受压翼缘应根据需要设置侧向支承。当梁上翼缘与楼板有可靠连接时，简支梁可不设置侧向支承，固端梁下翼缘在梁端0.15倍梁跨附近宜设置隅撑。梁端采用骨形连接、梁端扩大或加盖板时，应在塑性区外设置竖向加劲肋，隅撑与偏置的竖向加劲肋相连。梁端翼缘宽度较大，对梁下翼缘侧向约束较大时，也可不设置隅撑。

2）钢框架梁在地震作用下出现塑性铰的截面，上、下翼缘均应设置侧向支承。

3）钢框架梁在相邻两个侧向支承点之间的杆件侧向长细比λ_y，应符合国家标准GB50017《钢结构设计规范》第9章关于塑性设计的有关规定，且应符合表1-1的要求。

4.钢杆件的板件宽厚比

GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》第8.3.2条规定，钢框架梁和柱的板件宽厚比，应符合表1-3的规定：

表1-3 钢框架梁、柱的板件宽厚比限值(www.xing528.com)

注：1.表列数值适用于Q235钢，采用其他牌号钢材时，应乘以；

2.N_b/（Af）为框架梁的轴压比。

5.框架梁与柱的连接

GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》第8.3.4条至第8.3.7条规定，钢框架的梁与柱的连接构造应符合下列要求：

（1）梁与柱的连接宜采用柱贯通型。

（2）柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时宜采用方形或矩形管截面，并在梁翼缘连接处设置隔板。隔板采用电渣焊时，壁板厚度不应小于16mm；小于16mm时可改用H形柱或采用贯通式隔板。当柱仅在一个方向与梁刚接时，宜采用H形截面，并将柱腹板置于刚接框架平面内。

（3）H形柱（绕强轴）和管形柱与梁刚接时，应符合下列要求：

1）梁翼缘与柱翼缘间应采用全熔透坡口焊缝；构件抗震等级一、二级时，应检验焊缝的V型切口冲击韧性，其夏比冲击韧性在-20℃时不低于27J。

2）柱在梁翼缘对应位置设置横向加劲肋（隔板），加劲肋（隔板）厚度不应小于梁翼缘厚度，强度与梁翼缘相同。

3）梁腹板宜采用摩擦型高强度螺栓与柱连接板连接（经工艺试验合格能确保现场焊接质量时，可用气体保护焊进行焊接）；腹板角部应设置焊接孔，孔形应使其端部与梁翼缘和柱翼缘间的全熔透坡口焊缝完全隔开。

4）腹板连接板与柱的焊接，当板厚不小于16mm时应采用双面角焊缝，焊缝有效厚度应满足等强度要求，且不小于5mm；板厚大于16mm时采用K形坡口对接焊缝。该焊缝宜采用气体保护焊，且板端应绕焊。

5）构件抗震等级一级和二级时，宜采用能将塑性铰自梁端外移的端部扩大形连接、梁端加盖板或骨形连接。

（4）框架梁采用悬臂梁段与柱刚性连接时，悬臂梁段与柱应采用全焊接连接，此时上、下翼缘焊接孔的形式宜相同；梁的现场拼接可采用翼缘焊接、腹板螺栓连接或全部螺栓连接。

（5）管形柱在与梁翼缘对应位置设置的隔板，应采用全熔透对接焊缝与壁板相连。H形柱的横向加劲肋，与柱翼缘间应采用全熔透对接焊缝连接，与腹板间可采用角焊缝连接。

（6）梁与柱刚性连接时，柱在梁翼缘上下各500mm的范围内，柱翼缘与柱腹板间或管形柱壁板间的连接焊缝应采用坡口全熔透焊缝。

（7）框架柱的接头宜位于框架梁上方1.3m附近，或柱净高的一半，取二者的较小值。

（8）上、下柱的对接接头应采用全熔透焊缝，柱拼接接头上、下各100mm范围内，H形柱翼缘与腹板间及管形柱角部壁板间的焊缝，应采用全熔透焊缝。