中华人民共和国国家标准建筑抗震设计规范GB 50011-2001 13
7.2.9 砖砌体横向配筋的抗剪验算公式是根据试验资料得到的。本次修订调整了钢筋的效应系数,由定值0.15改为随墙段高宽比在0.07~0.15之间变化,并明确水平配筋的适用范围是0.07%~0.17%。
7.2.10 混凝土小砌块的验算公式,系根据小砌块设计施工规程的基础资料,无芯柱时取γRE=1.0和ζc=0.0,有芯柱时取γRE=0.9,按《统一标准》的原则要求分析得到的。本次修订,按混凝土规范修订的要求,芯柱受剪承载力的表达式中,将混凝土抗压强度设计值改为混凝土抗拉强度设计值,系数的取值,由0.03相应换算为0.3。
7.2.11 底层框架-抗震墙房屋中采用砖砌体作为抗震墙时,砖墙和框架成为组合的抗侧力构件,直接引用89规范在试验和震害调查基础上提出的抗侧力砖填充墙的承载力计算方法。由砖抗震墙-周边框架所承担的地震作用,将通过周边框架向下传递,故底层砖抗震墙周边的框架柱还需考虑砖墙的附加轴向力和附加剪力。
7.3 多层粘土砖房屋抗震构造措施
7.3.1,7.3.2 钢筋混凝土构造柱在多层砖砌体结构中的应用,根据唐山地震的经验和大量试验研究,得到了比较一致的结论,即:①构造柱能够提高砌体的受剪承载力10%~30%左右,提高幅度与墙体高宽比、竖向压力和开洞情况有关;②构造柱主要是对砌体起约束作用,使之有较高的变形能力;③构造柱应当设置在震害较重、连接构造比较薄弱和易于应力集中的部位。
本次修订继续保持89规范的规定,根据房屋的用途、结构部位、烈度和承担地震作用的大小来设置构造柱。并增加了内外墙交接处间距15m(大致是单元式住宅楼的分隔墙与外墙交接处)设置构造柱的要求;调整了6度设防时八层砖房的构造柱设置要求;当房屋高度接近本规范表7.1.2的总高度和层数限值时,增加了纵、横墙中构造柱间距的要求。对较长的纵、横墙需有构造柱来加强墙体的约束和抗倒塌能力。
由于钢筋混凝土构造柱的作用主要在于对墙体的约束,构造上截面不必很大,但须与各层纵横墙的圈梁或现浇楼板连接,才能发挥约束作用。
为保证钢筋混凝土构造柱的施工质量,构造柱须有外露面。一般利用马牙槎外露即可。
7.3.3,7.3.4 圈梁能增强房屋的整体性,提高房屋的抗震能力,是抗震的有效措施,本次修订,取消了89规范对砖配筋圈梁的有关规定,6、7度时,圈梁由隔层设置改为每层设置。
现浇楼板允许不设圈梁,楼板内须有足够的钢筋(沿墙体周边加强配筋)伸入构造柱内并满足锚固要求。
圈梁的截面和配筋等构造要求,与89规范保持一致。
7.3.5,7.3.6 砌体房屋楼、屋盖的抗震构造要求,包括楼板搁置长度,楼板与圈梁、墙体的拉结,屋架(梁)与墙、柱的锚固、拉结等等,是保证楼、屋盖与墙体整体性的重要措施。基本沿用了89规范的规定。
7.3.7 由于砌体材料的特性,较大的房间在地震中会加重破坏程度,需要局部加强墙体的连接构造要求。
7.3.8 历次地震震害表明,楼梯间由于比较空旷常常破坏严重,必须采取一系列有效措施,本条的规定也基本上保持89规范的要求。
突出屋顶的楼、电梯间,地震中受到较大的地震作用,因此在构造措施上也应当特别加强。
7.3.9 坡屋顶与平屋顶相比,震害有明显差别。硬山搁檩的做法不利于抗震。屋架的支撑应保证屋架的纵向稳定。出入口处要加强屋盖构件的连接和锚固,以防脱落伤人。
7.3.10 砌体结构中的过梁应采用钢筋混凝土过梁,条件不具备时至少采用配筋过梁,不得采用无筋过梁。
7.3.11 预制的悬挑构件,特别是较大跨度时,需要加强与现浇构件的连接,以增强稳定性。
7.3.13 房屋的同一独立单元中,基础底面最好处于同一标高,否则易因地面运动传递到基础不同标高处而造成震害。如有困难时,则应设基础圈梁并放坡逐步过渡,不宜有高差上的过大突变。
对于软弱地基上的房屋,按本规范第3章的原则,应在外墙及所有承重墙下设置基础圈梁,以增强抵抗不均匀沉陷和加强房屋基础部分的整体性。
7.3.14 本条是新增加的条文。对于横墙间距大于4.2m的房间超过楼层总面积40%且房屋总高度和层数接近本章表7.1.2规定限值的粘土砖住宅,其抗震设计方法大致包括以下方面:
(1)墙体的布置和开洞大小不妨碍纵横墙的整体连接的要求;
(2)楼、屋盖结构采用现浇钢筋混凝土板等加强整体性的构造要求;
(3)增设满足截面和配筋要求的钢筋混凝土构造柱并控制其间距,在房屋底层和顶层沿楼层半高处设置现浇钢筋混凝土带,并增大配筋数量,以形成约束砌体墙段的要求;
(4)按本章第7.2.8条2款计入墙段中部钢筋混凝土构造柱的承载力。
7.4 多层砌块房屋抗震构造措施
7.4.1,7.4.2 为了增加混凝土小型空心砌块砌体房屋的整体性和延性,提高其抗震能力,结合空心砌块的特点,规定了在墙体的适当部位设置钢筋混凝土芯柱的构造措施。这些芯柱设置要求均比砖房构造柱设置严格,且芯柱与墙体的连接要采用钢筋网片。
芯柱伸入室外地面下500mm,地下部分为砖砌体时,可采用类似于构造柱的方法。
本次修订,芯柱的设置数量略有增加,并补充规定,在外墙转角、内外墙交接处等部位,可采用钢筋混凝土构造柱替代芯柱。
7.4.3 本条是新增加的,规定了替代芯柱的构造柱的基本要求,与砖房的构造柱规定大致相同。小砌块墙体在马牙槎部位浇灌混凝土后,需形成无插筋的芯柱。
试验表明。在墙体交接处用构造柱代替芯柱,可较大程度地提高对砌块砌体的约束能力,也为施工带来方便。
7.4.4 考虑到砌块的竖缝高,砂浆不易饱满且墙体受剪承载力低于粘土砖砌体,适当提高砌块砌体房屋的圈梁设置要求。
7.4.5 砌块房屋墙体交接处、墙体与构造柱、芯柱的连接,均要设钢筋网片,保证连接的有效性。
7.4.6 根据振动台模拟试验的结果,作为砌块房屋的层数和高度增加的加强措施之一,在房屋的底层和顶层,沿楼层半高处增设一道通长的现浇钢筋混凝土带,以增强结构抗震的整体性。
7.4.7 砌块砌体房屋楼盖、屋盖、楼梯间、门窗过梁和基础等的抗震构造要求,则基本上与多层砖房相同。
7.5 底部框架房屋抗震构造措施
7.5.1,7.5.2 总体上看,底部框架砖房比多层砖房抗震性能稍弱,因此构造柱的设置要求更严格。本次修订,考虑到过渡层刚度变化和应力集中,增加了过渡层构造柱设置的专门要求,包括截面、配筋和锚固等要求。
7.5.3 底层框架-抗震墙房屋的底层与上部各层的抗侧力结构体系不同,为使楼盖具有传递水平地震力的刚度,要求底层顶板为现浇钢筋混凝土板。
底层框架-抗震墙和多层内框架房屋的整体性较差,层高较高,又比较空旷,为了增强结构的整体性,要求各装配式楼盖处均设置钢筋混凝土圈梁。现浇楼盖与构造柱的连接要求,同多层砖房。
7.5.4 底部框架的托墙梁是其重要的受力构件,根据有关试验资料和工程经验,对其构造做了较多的规定。
7.5.5 底部框架房屋中的钢筋混凝土抗震墙,是底部的主要抗侧力构件,而且往往为低矮抗震墙。对其构造上提出了具体的要求,以加强抗震能力。
7.5.6 对6、7度时底层仍采用粘土砖抗震墙的底部框架房屋,补充了砖抗震墙的构造要求,确实加强砖抗震墙的抗震能力,并在使用中不致随意拆除更换。
7.5.7 针对底部框架房屋在结构上的特殊性,提出了有别于一般多层房屋的材料强度等级要求。
7.6 多层内框架房屋构造措施
多层内框架结构的震害,主要和首先发生在抗震横墙上,其次发生在外纵墙上,故专门规定了外纵墙的抗震措施。
本节保留了89规范第7.3节中的有关规定,主要修改是:按照外墙砖柱应有组合砖柱的要求对个别规定作了调整;增加了楼梯间休息板梁支承部位设置构造柱的要求。
附录F 配筋混凝土小砌块抗震墙房屋抗震设计要
1 配筋混凝土小砌块抗震墙的分布钢筋仅需混凝土抗震墙的一半就有一定的延性,但其地震力大于框架结构且变形能力不如框架结构。从安全、经济诸方面综合考虑,本规范的规定仅适用于房屋高度不超过表F.1.1的配筋混凝土小砌块房屋。当经过专门研究,有可靠技术依据,采取必要的加强措施后,房屋高度可适当增加。
2 配筋混凝土小砌块房屋高宽比限制在一定范围内时,有利于房屋的稳定性,减少房屋发生整体弯曲破坏的可能性,一般可不做整体弯曲验算。
3 参照钢筋混凝土房屋的抗震设计要求,也根据抗震设防分类、烈度和房屋高度等划分不同的抗震等级。
4 根据本规范第3.4节的规则性要求,提出配筋混凝土小砌块房屋平面和竖向布置简单、规则、抗震墙拉通对直的要求。为提高变形能力,要求墙段不宜过长。
5 选用合理的结构布置,采取有效的结构措施,保证结构整体性,避免扭转等不利因素,可以不设置防震缝。当房屋各部分高差较大,建筑结构不规则等需要设置防震缝时,为减少强烈地震下相邻结构局部碰撞造成破坏,防震缝必须保证一定的宽度。此时,缝宽可按两侧较低房屋的高度计算。
6 配筋混凝土小砌块房屋的抗震计算分析,包括整体分析、内力调整和截面验算方法,大多参照钢筋混凝土结构的规定,并针对砌体结构的特点做了修正。其中:
配筋混凝土小砌块墙体截面剪应力控制和受剪承载力,基本形式与混凝土墙体相同,仅需把混凝土抗压、抗拉强度设计值改为"灌芯小砌块砌体"的抗压、抗剪强度。
配筋混凝土小砌块墙体截面受剪承载力由砌体、竖向力和水平分布筋三者共同承担,为使水平分布钢筋不致过小,要求水平分布筋应承担一半以上的水平剪力。
7 配筋混凝土小砌块抗震墙的连梁,宜采用钢筋混凝土连梁。
8 多层和高层钢结构房屋
8.1 一般规定
8。1.1 混凝土核心筒-钢框架混合结构,在美国主要用于非抗震区,且认为不宜大于150m。在日本,1992年建了两幢,其高度分别为78m和107m,结合这两项工程开展了一些研究,但并未推广。据报导,日本规定今后采用这类体系要经建筑中心评定和建设大臣批准,至今尚未出现第三幢。
我国自80年代在不设防的上海希尔顿酒店采用混合结构以来,应用较多,但对其抗震性能和合理高度尚缺乏研究。由于这种体系主要由混凝土核心筒承担地震作用,钢框架和混凝土筒的侧向刚度差异较大,国内对其抗震性能尚未进行系统的研究,故本次修订,不列入混凝土核心筒-钢框架结构。
本章主要适用于民用建筑,多层工业建筑不同于民用建筑的部分,由附录G予以规定。
本章不适用于上层为钢结构下层为钢筋混凝土结构的混合型多层结构。用冷弯薄壁型钢作主要承重结构的房屋,构件截面较小,自重较轻,可不执行本章的规定。
8.1.2 国外70年代及以前建造的高层钢结构,高宽比较大的,如纽约世界贸易中心双塔,为6.6,其他建筑很少超过此值的。注意到美国东部的地震烈度很小,《高层民用建筑钢结构技术规程》据此对高宽比作了规定。本规范考虑到市场经济发展的现实,在合理的前提下比高层钢结构规程适当放宽高宽比要求。
8.1.5 本章对钢结构房屋的抗震措施,一般以12层为界区分。凡未注明的规定,则各种高度的钢结构房屋均要遵守。
8.1.6 不超过12层的钢结构房屋宜优先采用交叉支撑,它可按拉杆设计,较经济。若采用受压支撑,其长细比及板件宽厚比应符合有关规定。
大量研究表明,偏心支撑具有弹性阶段刚度接近中心支撑框架,弹塑性阶段的延性和消能能力接近于延性框架的特点,是一种良好的抗震结构。常用的偏心支撑形式如图8.1.6所示。
偏心支撑框架的设计原则是强柱、强支撑和弱消能梁段,即在大震时消能梁段屈服形成塑性铰,且具有稳定的滞回性能,即使消能梁段进入应变硬化阶段,支撑斜杆、柱和其余梁段仍保持弹性。因此,每根斜杆只能在一端与消能梁段连接,若两端均与消能梁段相连,则可能一端的消能梁段屈服,另一端消能梁段不屈服,使偏心支撑的承载力和消能能力降低。
8.1.9 支撑桁架沿竖向连续布置,可使层间刚度变化较均匀。支撑桁架需延伸到地下室,不可因建筑方面的要求而在地下室移动位置。支撑在地下室是否改为混凝土抗震墙形式,与是否设置钢骨混凝土结构层有关,设置钢骨混凝土结构层时采用混凝土墙较协调。该抗震墙是否由钢支撑外包混凝土构成还是采用混凝土墙,由设计确定。
日本在高层钢结构的下部(地下室)设钢骨混凝土结构层,目的是使内力传递平稳,保证柱脚的嵌固性,增加建筑底部刚性、整体性和抗倾覆稳定性。而美国无此要求,故本规范对此不作规定。
多层钢结构与高层钢结构不同,根据工程情况可设置或不设置地下室。当设置地下室时,房屋一般较高,钢框架柱宜伸至地下一层。
8.1.10 钢结构的基础埋置深度,参照高层混凝土结构的规定和上海的工程经验确定。
8.2 计算要点
8.2.1 钢结构构件按地震组合内力设计值进行抗震验算时,钢材的各种强度设计值需除以本规范规定的承载力抗震调整系数γRE,以体现钢材动静强度和抗震设计与非抗震设计可靠指标的不同。国外采用许用应力设计的规范中,考虑地震组合时钢材的强度通常规定提高1/3或30%,与本规范γRE的作用类似。
8.2.2 多层和高层钢结构房屋的阻尼比,实测表明小于钢筋混凝土结构,本规范对多于12层拟取0.02,对不超过12层拟取0.035,对单层仍取0.05。采用该阻尼比后,地震影响系数均按本规范5章的规定采用,不再采用高层钢结构规程的规定。
8.2.3 本条规定了钢结构内力和变形分析的一些原则要求。
箱形截面柱节点域变形较小,其对框架位移的影响可略去不计。
国外规范规定,框架-支撑结构等双重抗侧力体系,框架部分应按25%的结构底部剪力进行设计。这一规定体现了多道设防的原则,抗震分析时可通过框架部分的楼层剪力调整系数来实现,也可采用删去支撑的框架进行计算实现。
为使偏心支撑框架仅在消能梁段屈服,支撑斜杆、柱和非消能梁段的内力设计值应根据消能梁段屈服时的内力确定并考虑消能梁段的实际有效超强系数,再根据各构件的承载力抗震调整系数,确定了斜杆、柱和非消能梁段保持弹性所需的承载力。
偏心支撑主要用于高烈度,故仅对8度和9度时的内力调整系数作出规定。
本款消能梁段的受剪承载力按本规范第8.2.7条确定,即Vl或Vlc,需取剪切屈服和弯曲屈服二者的较小值:
支撑轴向力、框架柱的弯矩和轴向力同跨框架梁的弯矩、剪力和轴向力的设计值,需先乘以消能梁段受剪承载力与剪力设计值的比值(Vl/V或Vlc/V,小于1.0时取1.0),再乘以本款规定考虑钢材实际超强的增大系数。该增大系数依据国产钢材给出,当采用进口钢材时,需适当提高。
8.2.5 强柱弱梁是抗震设计的基本要求,本条强柱系数η是为了提高柱的承载力。
由于钢结构塑性设计时(GBJ 17-88第9.2.3条),压弯构件本身已含有1.15的增强系数,因此,若系数η取得过大,将使柱的钢材用量增加过多,不利于推广钢结构,故本规范规定6、7度时取1.0,8度时取1.05,9度时取1.15。
研究表明,节点域既不能太厚,也不能太薄,太厚了使节点域不能发挥其耗能作用,太薄了将使框架的侧向位移太大;规范采用折减系数ψ来设计。日本的研究表明,取节点域的屈服承载力为该节点梁的总屈服承载力的0.7倍是适合的。本规范为了避免7度时普遍加厚节点域,在7度时取0.6,但不满足本条3款的规定时,仍需按第8.3.5条的方法加厚。
按本条规定,在大震时节点域首先屈服,其次才是梁出现塑陛铰。
不需验算强柱弱梁的条件,是参考AISC的1992年和1997年抗震设计规程中的有关规定,并考虑我国情况规定的。所谓2倍地震力作用下保持稳定,即地震作用加大一倍后的组合轴向力设计值N1,满足N1<φfAc的柱。
节点域稳定性计算公式,参考高层钢结构规程、冶金部抗震规程和上海市抗震规程取值(1/90)。节点域强度计算公式右侧的4/3,是考虑左侧省去了剪力引起的剪应力项以及考虑节点域在周边构件影响下承载力的提高。
8.2.6 支撑斜杆在反复拉压荷载作用下承载力要降低,适用于支撑屈曲前的情况。
当人字支撑的腹杆在大震下受压屈曲后,其承载力将下降,导致横梁在支撑连接处出现向下的不平衡集中力,可能引起横梁破坏和楼板下陷,并在横梁两端出现塑性铰;此不平衡集中力取受拉支撑的竖向分量减去受压支撑屈曲压力竖向分量的30%。V形支撑的情况类似,仅当斜杆失稳时楼板不是下陷而是向上隆起;不平衡力方向相反。
8.2.7 偏心支撑框架的设计计算,主要参考AISC于1997年颁布的《钢结构房屋抗震规程》并根据我国情况作了适当调整。
当消能梁段的轴力设计值不超过0.15Af时,按AISC规定,忽略轴力影响,消能梁段的受剪承载力取腹板屈服时的剪力和梁段两端形成塑性铰时的剪力两者的较小值。本规范根据我国钢结构设计规范关于钢材拉、压、弯强度设计值与屈服强度的关系,取承载力抗震调整系数为1.0,计算结果与AISC相当;当轴力设计值超过0.15Af时,则降低梁段的受剪承载力,以保证该梁段具有稳定的滞回性能。
为使支撑斜杆能承受消能梁段的梁端弯矩,支撑与梁段的连接应设计成刚接。
8.2.8 本条按强连接弱构件的原则规定,按地震组合内力(不是构件截面乘强度设计值)计算时体现在γRE的不同,按承载力验算即构件达到屈服(流限)时连接不受破坏。由于γRE的取值对构件低于连接,仅对连接的极限承载力进行验算,可能在弹性阶段就出现螺栓连接滑移,因此,连接的弹性设计是十分重要的。
1 梁与柱连接极限受弯承载力的计算系数1.2,是考虑钢材实际屈服强度对其标准值的提高。各国钢材的情况不同,取值也有所不同。美国AISC-97抗震规定和日本1998年钢结构极限状态设计规范对该系数作了调整,有的提高,有的降低,不同牌号钢材也不相同,与各自钢材的情况有关。我国1998年对Q235和Q345(16Mn)的抗力分项系数进行了调查,并按国家标准规定的钢材厚度等级划分新规定进行了统计,其结果与过去对3号钢和16Mn的统计很接近,故仍采用原来的1.2。
极限受剪承载力的计算系数1.2,仅考虑了钢材实际屈服强度对标准值的提高,并另外考虑了该跨内荷载的剪力效应。
连接计算时,弯矩由翼缘承受和剪力由腹板承受的近似方法计算。梁上下翼缘全熔透坡口焊缝的极限受弯承载力Mu,取梁的一个翼缘的截面面积Af、厚度tf、梁截面高度h和构件母材的抗拉强度最小值fu按下式计算:
角焊缝的强度高于母材的抗剪强度,参考日本1998年规范,梁腹板连接的极限受剪承载力Vu,取不高于母材的极限抗剪强度和角焊缝的有效受剪面积Awf按下式计算:
2 支撑与框架的连接及支撑的拼接,需采用螺栓连接。连接在支撑轴线方向的极限承载力应不小于支撑净截面屈服承载力的1.2倍。
3 梁、柱构件拼接处,除少数情况外,在大震时都将进入塑性区,故拼接按承受构件全截面屈服时的内力设计。梁的拼接,考虑构件运输,通常位于距节点不远处,在大震时将进入塑性,其连接承载力要求与梁端连接类似。梁拼接的极限剪力取拼接截面腹板屈服时的剪力乘1.3。
4 工字形截面(绕强轴)和箱形截面有轴力时的塑性受弯承载力,按GBJl7-88的规定采用。工字形截面(绕弱轴)有轴力时的塑性受弯承载力,参考日本《钢结构塑性设计指南》的规定采用。
5 对接焊缝的极限强度高于母材的抗拉强度,计算时取其等于母材的抗拉强度最小值。角焊缝的极限抗剪强度也高于母材的极限抗剪强度,参考日本规定,梁腹板连接的角焊缝极限受剪承载力Vu,取母材的极限抗剪强度乘角焊缝的有效受剪面积。
6 高强度螺栓的极限抗剪强度,根据原哈尔滨建筑工程学院的试验结果,螺栓剪切破坏强度与抗拉强度之比大于0.59,本规范偏于安全地取0.58。螺栓连接的极限承压强度,GBJl7-88修订时曾做过大量试验,螺栓连接的端距取2d,就是考虑fcu=1.5fu得出的。因此,连接的极限承压强度取fbcu=1.5fu,以便与相关标准相协调。对螺栓受剪和钢板承压得出的承载力,应取二者的较小值。
8.3 钢框架结构的抗震构造措施
8.3.1 框架柱的长细比关系到钢结构的整体稳定,研究表明,钢结构高度很大时,轴向力大,竖向地震对框架柱的影响很大,本规范的数值参考国外标准,对6、7度时适当放宽。
8.3.2 框架梁柱板件宽厚比的规定,是以结构符合强柱弱梁为前提,考虑柱仅在后期出现少量塑性,不需要很高的转动能力,综合考虑美国和日本的规定制定的。当不能做到强柱弱梁,即不满足规范8.2.5-1要求时,表8.3.2-2中工字形柱翼缘悬伸部分的11和10应分别改为10和9,工字形柱腹板的43应分别改为40(7度)和36(8、9度)。
8.3.4 本条规定了梁柱连接的构造要求。
梁与柱刚性连接的两种方法,在工程中应用都很多。通过与柱焊接的梁悬臂段进行连接的方式对结构制作要求较高,可根据具体情况选用。
震害表明,梁翼缘对应位置的柱加劲肋规定与梁翼缘等厚是十分必要的。6度时加劲肋厚度可适当减小,但应通过承载力计算确定,且不得小于梁翼缘厚度的一半。
当梁腹板的截面模量较大时,腹板将承受部分弯矩。美国规定翼缘截面模量小于全截面模量70%时要考虑腹板受弯。本规范要求此时将腹板的连接适当加强。
美国加州1994年诺斯里奇地震和日本1995年阪神地震,钢框架梁柱节点受严重破坏,但两国的节点构造不同,破坏特点和所采取的改进措施也不完全相同。
(1)美国通常采用工字形柱,日本主要采用箱形柱;
(2)在梁翼缘对应位置的柱加劲肋厚度,美国按传递设计内力设计,一般为梁翼缘厚度之半,而日本要比梁翼缘厚一个等级;
(3)梁端腹板的下翼缘切角,美国采用矩形,高度较小,使下翼缘焊缝在施焊时实际上要中断,并使探伤操作困难,致使梁下翼缘焊缝出现了较大缺陷,日本梁端下翼缘切角接近三角形,高度稍大,允许施焊时焊条通过,虽然施焊仍不很方便,但情况要好些;
(4)对于梁腹板与连接板的连接,美国除螺栓外,当梁翼缘的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的70%时,在连接板的角部要用焊缝连接,日本只用螺栓连接,但规定应按保有耐力计算,且不少于2~3排。
这两种不同构造所遭受破坏的主要区别是,日本的节点震害仅出现在梁端,柱无损伤,而美国的节点震害是梁柱均遭受破坏。
震后,日本仅对梁端构造作了改进,并消除焊接衬板引起的缺口效应;美国除采取措施消除焊接衬板的缺口效应外,主要致力于采取措施将塑性铰外移。
我国高层钢结构,初期由日本设计的较多,现行高钢规程的节点构造基本上参考了日本的规定,表现为:普遍采用箱形柱,梁翼缘与柱的加劲肋等厚。因此,节点的改进主要参考日本1996年《钢结构工程技术指南--工场制作篇》中的"新技术和新工法"的规定。其中,梁腹板上下端的扇形切角采用了日本的规定:
(1)腹板角部设置半径为35mm的扇形切角,与梁翼缘连接处作成半径10~15mm的圆弧,其端部与梁翼缘的全熔透焊缝应隔开10mm以上;
(2)下翼缘焊接衬板的反面与柱翼缘或壁板相连处,应采用角焊缝连接;角焊缝应沿衬板全长焊接,焊脚尺寸宜取6mm。
美日两国都发现梁翼缘焊缝的焊接衬板边缘缺口效应的危害,并采取了对策。根据我国的情况,梁上翼缘有楼板加强,并施焊条件较好,震害较少,不做处理;仅规定对梁下翼缘的焊接衬板边缘施焊。也可采用割除衬板,然后清根补焊的方法,但国外实践表明,此法费用较高。此外参考美国规定,给出了腹板设双排螺栓的必要条件。
将塑性铰外移的措施可采取梁-柱骨形连接,如图8.3.4所示。该法是在距梁端一定距离处,将翼缘两侧做月牙切削,形成薄弱截面,使强烈地震时梁的塑性铰自柱面外移,从而避免脆性破坏。月牙形切削的切削面应刨光,起点可位于距梁端约150mm,宜对上下翼缘均进行切削。切削后的梁翼缘截面不宜大于原截面面积的90%,应能承受按弹性设计的多遇地震下的组合内力。其节点延性可得到充分保证,能产生较大转角。建议8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时采用。
美国加州1994年诺斯里奇地震中,梁与柱铰接点破坏较多,建议适当加强。