高強鋼柱-普通鋼梁-低屈服點鋼支撐三重抗震設防高性能鋼結構體系的製作方法
2023-04-24 20:58:51 2
高強鋼柱-普通鋼梁-低屈服點鋼支撐三重抗震設防高性能鋼結構體系的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種高強鋼柱-普通鋼梁-低屈服點鋼支撐三重抗震設防高性能鋼結構體系，包括低屈服點鋼支撐、普通鋼框架梁和高強鋼框架柱；在地震作用下低屈服點鋼支撐能夠率先屈服耗能，成為抗震設防的第一道防線，普通鋼框架梁的屈服耗能在低屈服點鋼支撐之後，成為抗震設防的第二道防線，高強鋼框架柱的屈服耗能在普通鋼框架梁之後，成為抗震設防的第三道防線。本發明的鋼結構體系可發揮不同強度鋼材的優勢，綜合利用不同形式構件進行多道抗震設防，有效保證地震作用下形成良好的耗能機制，具有很好的抗震性能，亦便於實施抗震性能化設計。
【專利說明】高強鋼柱-普通鋼梁-低屈服點鋼支撐三重抗震設防高性能鋼結構體系
【技術領域】
[0001]本發明屬於結構工程鋼結構【技術領域】，涉及多高層鋼結構體系的設計，尤其涉及一種高強鋼柱一普通鋼梁一低屈服點鋼支撐三重抗震設防高性能鋼結構體系。
【背景技術】
[0002]隨著多高層及超高層建築的大量興建，鋼結構在國內外已經得到了廣泛應用。如今結構設計中通常採用的傳統鋼結構體系包括純鋼框架、帶中心支撐鋼框架、帶偏心支撐鋼框架和帶鋼板剪力牆鋼框架等。同時，鋼材生產工藝的發展和改善使得新型的低屈服點鋼材和高強度鋼材的生產和應用成為可能。
[0003]但我國現有設計規範中對此新型鋼材如何應用於鋼結構體系中並進行設計尚未給出明確的規定或指導。如何將這些新型鋼材應用於鋼結構體系，尤其是在地震作用下通過應用新型鋼材來顯著改善鋼結構體系的抗震性能，是科學研究及工程實踐中亟待解決的問題。
【發明內容】
[0004]針對國內現有設計規範沒有指導新型鋼材如何在鋼結構體系中應用的問題，本發明提出一種新型的高性能鋼結構體系，即高強鋼柱一普通鋼梁一低屈服點鋼支撐三重抗震設防高性能鋼結構體系。通過合理地選用不同類型的鋼材及布置相應的構件，所述鋼結構體系能夠有效利用新型鋼材的優勢，在合理設計的基礎上，既能夠滿足結構體系的剛度和強度的需要，也能夠有效保證地震作用下形成良好的延性和耗能機制，大大提高整個結構體系的抗震性能。
[0005]本發明所提供的高強鋼柱一普通鋼梁一低屈服點鋼支撐三重抗震設防高性能鋼結構體系包括低屈服點鋼支撐、普通鋼框架梁和高強鋼框架柱，其中，所述低屈服點鋼支撐與所述普通鋼框架梁和/或所述高強鋼框架柱連接，所述普通鋼框架梁與所述高強鋼框架柱連接；當地震作用發生時，所述低屈服點鋼支撐能夠率先屈服耗能，成為抗震設防的第一道防線，所述普通鋼框架梁的屈服耗能在所述低屈服點鋼支撐之後，成為抗震設防的第二道防線，所述高強鋼框架柱的屈服耗能在所述普通鋼框架梁之後，成為抗震設防的第三道防線。
[0006]所述低屈服點鋼支撐採用普通支撐或防屈曲支撐。
[0007]所述低屈服點鋼支撐與所述普通鋼框架梁和/或所述高強鋼框架柱的連接採用剛接方式或鉸接方式。
[0008]所述普通鋼框架梁與所述高強鋼框架柱的連接採用剛接方式。
[0009]優選地，所述普通鋼框架梁與所述高強鋼框架柱的連接採用梁端狗骨形節點或梁端加強型節點。
[0010]本發明還提供了一種高強鋼柱一普通鋼梁一低屈服點鋼支撐三重抗震設防高性能鋼結構體系的設計方法，其包括，在設計地震荷載組合工況下的作用效應設計值Ed不大於各個構件的承載力設計值Rd，且高強鋼框架柱設計承載力Rcu不小於普通鋼框架梁設計承載力Rb,d，普通鋼框架梁設計承載力Rb,d不小於低屈服點鋼支撐設計承載力Ru，其中各個構件的設計承載力Rd包括軸向設計承載力Nm、抗彎設計承載力Mm和抗剪設計承載力VKd。
[0011]所述設計方法包括針對低屈服點鋼支撐的承載力、普通鋼框架梁的承載力以及高強鋼框架柱的承載力的判斷準則。
[0012]本發明所提供的鋼結構體系的高性能在於:
[0013]I)綜合利用多種強度的鋼材，採用低屈服點鋼材發揮其屈服後耗能能力強的優勢，採用高強度鋼材發揮其強度高的優勢，以建立起「強梁弱支撐、強柱弱梁」的良好耗能機制；
[0014]2)綜合利用多種形式的構件，以建立起多道抗震防線，可有效實施「小震不壞、中震可修、大震不倒」的抗震設計原則；
[0015]3)對該體系進行結構設計時可選擇小震下低屈服點鋼支撐是否屈服耗能、中震下普通鋼框架梁是否屈服耗能、大震下高強鋼框架柱是否屈服耗能，便於實施該鋼結構體系抗震性能化設計的理念。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是根據本發明的不同【具體實施方式】描述高性能鋼結構體系的示意圖，其中圖例A至C示意性地描述了所述高性能鋼結構體系的幾種具體實施例，其中顯示支撐I與框架梁2和/或框架柱3的連接採取了不同的方式。
【具體實施方式】
[0017]在對本發明作進一步描述之前，應當理解本發明並不局限於下述有關發明的【具體實施方式】。同時也應當理解，本文所使用的術語只是用於針對特定的實施方式進行描述，而不是用來對本申請要求保護的範圍進行限制。
[0018]如圖1所示，本發明的高性能鋼結構體系含有如下構件:
[0019]I)低屈服點鋼材(包括LYP100、LYP160、LYP225和Q235)的支撐1，可為普通支撐或防屈曲支撐，其在地震作用下能夠率先屈服，作為抗震設防和耗能的第一道防線；
[0020]2)普通強度鋼材(包括Q345、Q390和Q420)的框架梁2，其在地震作用下的屈服在低屈服點鋼支撐I之後，作為抗震設防和耗能的第二道防線；
[0021]3)高強度鋼材(包括Q460、Q500、Q550、Q620和Q690及其以上強度等級的鋼材)的
框架柱3，其在地震作用下的屈服在普通鋼框架梁2之後，作為抗震設防和耗能的第三道防線。
[0022]在圖1中，圖例A至C示意性地描述了所述高性能鋼結構體系的幾種具體實施例，其中顯示支撐I與框架梁2和/或框架柱3的連接採取了不同的方式。
[0023]在所述高性能鋼結構體系中，支撐I與框架梁2和/或框架柱3的連接根據需要可以採用剛接方式或鉸接方式，框架梁2與框架柱3應採用剛性連接節點，優選採用梁端狗骨形節點或梁端加強型節點以保證塑性鉸優先出現在框架梁2上。
[0024]本發明的高性能鋼結構體系的設計方法包括，在設計地震荷載組合工況下的作用效應設計值Ed不大於各個構件的承載力設計值Rd，且高強鋼框架柱3的設計承載力Rcu不小於普通鋼框架梁2的設計承載力Rb，d，普通鋼框架梁2的設計承載力Rb，小於低屈服點鋼支撐I的設計承載力Rr,d，其中各個構件的設計承載力Rd包括軸向設計承載力Nm、抗彎設計承載力Mm和抗剪設計承載力Vm。
[0025]所述設計方法包括如下具體判斷準則:
[0026]I)低屈服點鋼支撐I的承載力驗算公式為，
[0027]Nr，Rd ^ Nr，Ed — Nr，Ed，G+Nr，Ed，E (I) [0028]式中，Nyd為低屈服點鋼支撐I的軸向承載力設計值，對普通支撐分拉壓兩種受力狀態分別取受拉屈服承載力和受壓屈曲承載力，對防屈曲支撐取屈服承載力；&Ed是設計地震荷載組合工況下低屈服點鋼支撐I的軸力作用設計值，\%(；、隊;(^分別為重力荷載代表值、設計地震荷載下低屈服點鋼支撐I的軸力作用設計值。
[0029]2)普通鋼框架梁2的承載力驗算公式為，
【權利要求】
1.一種高強鋼柱一普通鋼梁一低屈服點鋼支撐三重抗震設防高性能鋼結構體系，其特徵在於，包括低屈服點鋼支撐、普通鋼框架梁和高強鋼框架柱，其中，所述低屈服點鋼支撐與所述普通鋼框架梁和/或所述高強鋼框架柱連接，所述普通鋼框架梁與所述高強鋼框架柱連接；當地震作用發生時，所述低屈服點鋼支撐能夠率先屈服耗能，成為抗震設防的第一道防線，所述普通鋼框架梁的屈服耗能在所述低屈服點鋼支撐之後，成為抗震設防的第二道防線，所述高強鋼框架柱的屈服耗能在所述普通鋼框架梁之後，成為抗震設防的第三道防線。
2.根據權利要求1所述的鋼結構體系，其中所述低屈服點鋼支撐採用普通支撐或防屈曲支撐。
3.根據權利要求1所述的鋼結構體系，其中所述低屈服點鋼支撐與所述普通鋼框架梁和/或所述高強鋼框架柱的連接採用剛接方式或鉸接方式。
4.根據權利要求1所述的鋼結構體系，其中所述普通鋼框架梁與所述高強鋼框架柱的連接採用剛接方式。
5.根據權利要求4所述的鋼結構體系，其中所述普通鋼框架梁與所述高強鋼框架柱的連接採用梁端狗骨形節點或梁端加強型節點。
6.一種根據權利要求1-5中任一項所述的高強鋼柱一普通鋼梁一低屈服點鋼支撐三重抗震設防高性能鋼結構體系的設計方法，其特徵在於，在設計地震荷載組合工況下的作用效應設計值Ed不大於各個構件的承載力設計值Rd，且高強鋼框架柱設計承載力Rcu不小於普通鋼框架梁設計承載力Rb，d，普通鋼框架梁設計承載力Rb，d不小於低屈服點鋼支撐設計承載力Rr,d，其中各個構件的設計承載力Rd包括軸向設計承載力Nm、抗彎設計承載力Mm和抗剪設計承載力VKd。
7.根據權利要求6所述的設計方法，其中，所述低屈服點鋼支撐的承載力驗算公式為，
8.根據權利要求6所述的設計方法，其中所述普通鋼框架梁的承載力驗算公式為，
9.根據權利要求6所述的設計方法，其中所述高強鋼框架柱的承載力驗算公式為，
【文檔編號】E04B1/24GK103741831SQ201410026033
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2014年1月21日
【發明者】施剛, 胡方鑫, 石永久 申請人:清華大學