08 多层和高层钢结构房屋.docx
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08多层和高层钢结构房屋
8多层和高层钢结构房屋
8.1一般规定
8.1.1本章适用的钢结构民用房屋的结构类型和最大高度应符合表8.1.1的规定。
平面和竖向均不规则的钢结构，适用的最大高度宜适当降低。
注：
1，钢支撑-混凝土框架和钢框架-混凝土筒体结构的抗震设计，应符合本规范附录G的规定；
2，多层钢结构厂房的抗震设计，应符合本规范附录H第H.2节的规定。
表8.1.1钢结构房屋适用的最大高度（m）
结构类型
6、7度
（0.10g）
7度
（0.15g）
8度
9度
（0.40g）
（0.20g）
（0.30g）
框架
110
90
90
70
50
框架-中心支撑
220
200
180
150
120
框架-偏心支撑（延性墙板）
240
220
200
180
160
筒体（框筒，筒中筒，桁架筒，束筒）和巨型框架
300
280
260
240
180
注：
1，房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）；
2，超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施；
3，表内的筒体不包括混凝土筒。
8.1.2本章适用的钢结构民用房屋的最大高宽比不宜超过表8.1.2的规定。
表8.1.2钢结构民用房屋适用的最大高宽比
烈度
6、7
8
9
最大高宽比
6.5
6.0
5.5
注：
塔形建筑的腐部有大底盘时，高宽比可按大底盘以上计算。
8.1.3钢结构房屋应根据设防分类、烈度和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。
丙类建筑的抗震等级应按表8.1.3确定。
表8.1.3钢结构房屋的抗震等级
房屋高度
6
7
8
9
≤50m
四
三
二
＞50m
四
三
二
一
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。
8.1.4钢结构房屋需要设置防震缝时，缝宽应不小于相应钢筋混凝土结构房屋的1.5倍。
8.1.5一、二级的钢结构房屋，宜设置偏心支撑、带竖缝钢筋混凝土抗震墙板、内藏钢支撑钢筋混凝土墙板、屈曲约束支撑等消能支撑或筒体。
采用框架结构时，甲、乙类建筑和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。
注：
本章“一、二、三、四级”即“抗震等级为一、二、三、．四级”的简称。
8.1.6采用框架-支撑结构的钢结构房屋应符合下列规定：
1，支撑框架在两个方向的布置均宜基本对称，支撑框架之间楼盖的长宽比不宜大于3。
2，三、四级且高度不大于50m的钢结构宜采用中心支撑，也可采用偏心支撑、屈曲约束支撑等消能支撑。
3，中心支撑框架宜采用交叉支撑，也可采用人字支撑或单斜杆支撑，不宜采用K形支撑；支撑的轴线宜交汇于梁柱构件轴线的交点，偏离交点时的偏心距不应超过支撑杆件宽度，并应计入由此产生的附加弯矩。
当中心支撑采用只能受拉的单斜杆体系时，应同时设置不同倾斜方向的两组斜杆，且每组中不同方向单斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不应大于10%。
4，偏心支撑框架的每根支撑应至少有一端与框架梁连接，并在支撑与梁交点和柱之间或同一跨内另一支撑与梁交点之间形成消能梁段。
5，采用屈曲约束支撑时，宜采用人字支撑、成对布置的单斜杆支撑等形式，不应采用K形或X形，支撑与柱的夹角宜在35O～55O之间。
屈曲约束支撑受压时，其设计参数、性能检验和作为二种消能部件的计算方法可按相关要求设计。
8.1.7钢框架-筒体结构，必要时可设置由筒体外伸臂或外伸臂和周边桁架组成的加强层。
8.1.8钢结构房屋的楼盖应符合下列要求：
1，宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或钢筋混凝土楼板，并应与钢梁有可靠连接。
2，对6、7度时不超过50m的钢结构，尚可采用装配整体式钢筋混凝土楼板，也可采用装配式楼板或其他轻型楼盖；但应将楼板预埋件与钢梁焊接，或采取其他保证楼盖整体性的措施。
3，对转换层楼盖或楼板有大洞口等情况，必要时可设置水平支撑。
8.1.9钢结构房屋的地下室设置，应符合下列要求：
1，设置地下室时，框架-支撑<抗震墙板）结构中竖向连续布置的支撑（抗震墙板）应延伸至基础；钢框架柱应至少延伸至地下一层，其竖向荷载应直接传至基础。
2，超过50m的钢结构房屋应设置地下室。
其基础埋置深度，当采用天然地基时不宜小于房屋总高度的1/15；当采用桩基时，桩承台埋深不宜小于房屋总高度的1/20。
8.2计算要点
8.2.1钢结构应按本节规定调整地震作用效应，其层间变形应符合本规范第5.5节的有关规定。
构件截面和连接抗震验算时，非抗震的承载力设计值应除以本规范规定的承载力抗震调整系数；凡本章未作规定者，应符合现行有关设计规范、规程的要求。
8.2.2钢结构抗震计算的阻尼比宜符合下列规定：
1，多遇地震下的计算，高度不大于50m时可取0.04；高度大于50m且小于200m时，可取0.03；高度不小于200m时，宜取0.02。
2，当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时，其阻尼比可比本条1款相应增加0.005。
3，在罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取0.05。
8.2.3钢结构在地震作用下的内力和变形分析，应符合下列规定：
1，钢结构应按本规范第3.6.3条规定计入重力二阶效应。
进行二阶效应的弹性分析时，应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的有关规定，在每层柱顶附加假想水平力。
2，框架梁可按梁端截面的内力设计。
对工字形截面柱，宜计入梁柱节点域剪切变形对结构侧移的影响；对箱形柱框架、中心支撑框架和不超过50m的钢结构，其层间位移计算可不计入梁柱节点域剪切变形的影响，近似按框架轴线进行分析。
3，钢框架-支撑结构的斜杆可按端部铰接杆计算；其框架部分按刚度分配计算得到的地震层剪力应乘以调整系数，达到不小于结构底部总地震剪力的25%和框架部分计算最大层剪力1.8倍二者的较小值。
4，中心支撑框架的斜杆轴线偏离梁柱轴线交点不超过支撑杆件的宽度时，仍可按中心支撑框架分析，但应计及由此产生的附加弯矩。
5，偏心支撑框架中，与消能梁段相连构件的内力设计值，应按下列要求调整：
1）支撑斜杆的轴力设计值，应取与支撑斜杆相连接的消能梁段达到受剪承载力时支撑斜杆轴力与增大系数的乘积；其增大系数，一级不应小于1.4，二级不应小于1.3，三级不应小于1.2；
2）位于消能梁段同一跨的框架梁内力设计值，应取消能梁段达到受剪承载力时框架梁内力与增大系数的乘积；其增大系数，一级不应小于1.3，二级不应小于1.2，三级不应小于1.1；
3）框架柱的内力设计值，应取消能梁段达到受剪承载力时柱内力与增大系数的乘积；其增大系数，一级不应小于1.3，二级不应小于1-2，三级不应小于1.1。
6，内藏钢支撑钢筋混凝土墙板和带竖缝钢筋混凝土墙板应按有关规定计算，带竖缝钢筋混凝土墙板可仅承受水平荷载产生的剪力，不承受竖向荷载产生的压力。
7，钢结构转换构件下的钢框架柱，地震内力应乘以增大系数，其值可采用1.5。
8.2.4钢框架梁的上翼缘采用抗剪连接件与组合楼板连接时，可不验算地震作用下的整体稳定。
8.2.5钢框架节点处的抗震承载力验算，应符合下列规定：
1，节点左右梁端和上下柱端的全塑性承载力，除下列情况之一外，应符合下式要求：
1）柱所在楼层的受剪承载力比相邻上一层的受剪承载力高出25%；
2）柱轴压比不超过0.4，或N2≤φAcf（N2为2倍地震作用下的组合轴力设计值）；
3）与支撑斜杆相连的节点。
等截面梁
∑Wpc（fyc－N/Ac）≥η∑Wpbfyb（8,2.5-1）
端部翼缘变截面的梁
∑Wpc（fyc－N/Ac）≥∑（ηWpblfyb＋Vbps）（8.2.5-2）
式中：
Wpc、Wpb——分别为交汇于节点的柱和梁的塑性截面模量；
Wpbl——梁塑性铰所在截面的梁塑性截面模量；
fyc、fyb——分别为柱和梁的钢材屈服强度；
N——地震组合的柱轴力；
Ac——框架柱的截面面积；
η——强柱系数，一级取1.15，二级取1.10，三级取1.05；
Vpb——梁塑性铰剪力；
S——塑性铰至柱面的距离，塑性铰可取梁端部变截面翼缘的最小处。
2，节点域的屈服承载力应符合下列要求：
ψ（Mpb1＋Mpb2）／Vp≤（4/3）fyv（8.2.5-3）
工字形截面柱
Vp＝hblhcltw（8.2.5-4）
箱形截面柱
Vp＝1.8hblhcltw（8.2.5-5）
圆管截面柱
vp＝（π/2）bblhcltw（8.2.5-6）
3，工字形截面柱和箱形截面柱的节点域应按下列公式验算：
tw≥（hb＋hc）/90（8.2.5-7）
（Mb1＋Mb2）/Vp≤（4/3）fv/γWE（8.2.5-8）
式中：
Mpb1、Mpb2——分别为节点域两侧梁的全塑性受弯承载力；
Vp——节点域的体积；
fv——钢材的抗剪强度设计值；
fyv——钢材的屈服抗剪强度，取钢材屈服强度的0.58倍；
ψ——折减系数；三、四级取0.6，一、二级取0.7；
hbl、hcl——分别为梁翼缘厚度中点间的距离和柱翼缘（或钢管直径线上管壁）厚度中点间的距离；
tw——柱在节点域的腹板厚度；
Mb1、Mb2——分别为节点域两侧梁的弯矩设计值；
γWE——节点域承载力抗震调整系数，取0.75。
8.2.6中心支撑框架构件的抗震承载力验算，应符合下列规定：
1，支撑斜杆的受压承载力应按下式验算：
N/（φAbr）≤ψf/γWE（8.2.6-1）
ψ＝1/（1＋0.35λn）（8.2.6-2）
λn＝（λ/π）
（8.2.6-3）
式中：
N——支撑斜杆的轴向力设计值；
Abr——支撑斜杆的截面面积；
φ——轴心受压构件的稳定系数；
ψ——受循环荷载时的强度降低系数；
λ、λn——支撑斜杆的长细比和正则化长细比；
E——支撑斜杆钢材的弹性模量；
f、fay——分别为钢材强度设计值和屈服强度；
γWE——支撑稳定破坏承载力抗震调整系数。
2，人字支撑和V形支撑的框架梁在支撑连接处应保持连续，并按不计入支撑支点作用的梁验算重力荷载和支撑屈曲时不平衡力作用下的承载力；不平衡力应按受拉支撑的最小屈服承载力和受压支撑最大屈曲承载力的0.3倍计算。
必要时，人字支撑和V形支撑可沿竖向交替设置或采用拉链柱。
注：
顶层和出屋面房间的梁可不执行本款。
8.2.7偏心支撑框架构件的抗震承载力验算，应符合下列规定：
1，消能梁段的受剪承载力应符合下列要求：
当N≤0.15Af时
V≤φVl/γRE（8.2.7-1）
Vl＝0.58Awfay或、Vl＝2Mlp/a，取较小值
Aww＝（h－2tf）tw
Mlp,＝fWp
当N＞0.15Af时
V≤ΦVlc/γRE（8.2.7-2）
Vlc＝0.58Awfay/
或Vlc＝2.4Mlp[1－N/（Af）]/a，取较小值
式中：
N、V——分别为消能梁段的轴力设计值和剪力设计值；
Vl、Vlc——梁段受剪承载力和计入轴力影响的受剪承载力；
Mlp——消能梁段的全塑性受弯承载力；
A、Aw——分别为消能梁段的截面面积和腹板截面面积；
Wp——消能梁段的塑性截面模量；
A、h——分别为消能梁段的净长和截面高度；
tw、tf——分别为消能梁段的腹板厚度和翼缘厚度；
f、fay——消能梁段钢材的抗压强度设计值和屈服强度；
Φ——系数，可取0.9；
γRE
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