鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面通常采用組合構(gòu)件,涉及到橫截面受力性能與板件的寬厚比,高厚比的關(guān)系,以及桿件整體受力性能與長細(xì)比的關(guān)系,在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50017-2017,《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011-2010,《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB 51022-2015,《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 99-2015四本規(guī)范規(guī)程中有不同側(cè)重的要求。下面具體對比談一談。
首先,常見的鋼結(jié)構(gòu)建筑物、構(gòu)筑物,從主要建筑功能、體型、荷載、作用區(qū)分有:
1輕型鋼結(jié)構(gòu)單層廠房(門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房和其他形式的輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房)
2單層鋼結(jié)構(gòu)廠房(單層重屋蓋和單層輕屋蓋)
3單層鋼結(jié)構(gòu)廠房(多層但總高度小于40m,按單層鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計)
4多層鋼結(jié)構(gòu)廠房(多層輕屋蓋但總高度小于40m,按單層鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計,屋面按門式剛架設(shè)計)
5多層鋼結(jié)構(gòu)廠房(多層但總高度大于40m,按多高層鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計)
6多層鋼結(jié)構(gòu)房屋
7高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)
四本規(guī)范主要設(shè)計原則如下:
1、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50017-2017:
標(biāo)準(zhǔn)不涉及體系抗震的一些構(gòu)件設(shè)計,執(zhí)行板件S4級,即俗稱的普通鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件寬厚比最低設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),屬于截面邊緣纖維彈性設(shè)計。涉及塑性鉸開展的塑性調(diào)幅設(shè)計及抗震性能化設(shè)計,是標(biāo)準(zhǔn)截面分類等級的主要使用場合。但目前性能設(shè)計牽涉到構(gòu)件塑性耗能區(qū)承載性能等級的描述籠統(tǒng),以及性能參考等級的范圍跨度較大,準(zhǔn)確操作工作量較大,不確定性較大,因此性能設(shè)計的方法不太方便使用。對于一般規(guī)模體量一般重要性的鋼結(jié)構(gòu)建筑,按照抗震規(guī)范的相關(guān)章節(jié),針對前述不同結(jié)構(gòu)體系的具體要求,設(shè)計顯得依據(jù)清晰,工作效率高。
2、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011-2010:
8.1.3鋼結(jié)構(gòu)房屋應(yīng)根據(jù)設(shè)防分類、烈度和房屋高度采用不同的抗震等級,并應(yīng)符合相應(yīng)的計算和構(gòu)造措施要求。丙類建筑的抗震等級應(yīng)按表8.1.3確定。
2一般情況,構(gòu)件的抗震等級應(yīng)與結(jié)構(gòu)相同;當(dāng)某個部位各構(gòu)件的承載力均滿足2倍地震作用組合下的內(nèi)力要求時,7~9度的構(gòu)件抗震等級應(yīng)允許按降低一度確定。
表8.3.1抗震等級最低是四級,比四級低的用斜線注明,那么斜線的含義可以解釋為:無抗震等級,對應(yīng)PKPM的抗震等級定義,為五級非抗震。即執(zhí)行鋼標(biāo)S4截面,截面翼緣邊緣纖維彈性。那么對于附注2的運(yùn)用,通過兩倍地震力計算滿足,從而降低抗震等級,以適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)高承載力低延性的特性,從而降低因構(gòu)造措施造成的用鋼量。
鋼標(biāo)截面寬厚比等級S3,屬于彈塑性截面的低塑性發(fā)展截面,對比抗規(guī)的抗震等級確定的梁翼緣截面寬厚比,發(fā)現(xiàn)鋼標(biāo)的S3,S4,S5尚未達(dá)到抗震等級4級的嚴(yán)格程度,只有S1、S2截面達(dá)到抗震等級4級以上的嚴(yán)格等級。S1、S2是全截面塑性。從抗震三水準(zhǔn)角度講,抗震規(guī)范的梁截面寬厚比等級限值,實(shí)際上是充分發(fā)揮截面塑性耗能及全截面塑性承載力,籍此來提高大震下結(jié)構(gòu)的抗震性能。
9.2.1單層的輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房的抗震設(shè)計應(yīng)符合專門的規(guī)定---門式剛架規(guī)范的要求。
9.2.14廠房框架柱、梁的板件寬厚比,應(yīng)符合下列要求:
1重屋蓋廠房,板件寬厚比限值可按本規(guī)范第8.3.2條的規(guī)定采用,7、8、9度的抗震等級可分別按四、三、二級采用。
2輕屋蓋廠房,塑性耗能區(qū)板件寬厚比可根據(jù)其承載力的高低按性能目標(biāo)確定。塑性耗能區(qū)外的板件寬厚比限值,可采用現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50017彈性設(shè)計階段的板件寬厚比限值。
條文說明:9.2.14板件的寬厚比,是保證廠房框架延性的關(guān)鍵指標(biāo),也是影響單位面積耗鋼量的關(guān)鍵指標(biāo)。本次修訂,對重屋蓋和輕屋蓋予以區(qū)別對待。重屋蓋參照多層鋼結(jié)構(gòu)低于50m的抗震等級采用,柱的寬厚比要求比2001規(guī)范有所放松。
對于采用壓型鋼板輕型屋蓋的單層鋼結(jié)構(gòu)廠房,對于設(shè)防烈度8度(0.20g)及以下的情況,即使按設(shè)防烈度的地震動參數(shù)進(jìn)行彈性計算,也經(jīng)常出現(xiàn)由非地震組合控制廠房框架受力的情況。因此,根據(jù)實(shí)際工程的計算分析,發(fā)現(xiàn)如果采用性能化設(shè)計的方法,可以分別按“高延性,低彈性承載力”或“低延性,高彈性承載力”的抗震設(shè)計思路來確定板件寬厚比。即通過廠房框架承受的地震內(nèi)力與其具有的彈性抗力進(jìn)行比較來選擇板件寬厚比:
當(dāng)構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定的承載力均滿足高承載力——2倍多遇地震作用下的要求(γGSGE+γEh2SE≤R/γRE)時,可采用現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50017彈性設(shè)計階段的板件寬厚比限值,即C類;當(dāng)強(qiáng)度和穩(wěn)定的承載力均滿足中等承載力——1.5倍多遇地震作用下的要求(γGSGE+γEh1.5SE≤R/γRE)時,可按表6中B類采用;其他情況,則按表6中A類采用。
其他情況即是按多遇地震計算并滿足承載力強(qiáng)度要求。不難發(fā)現(xiàn)A類相當(dāng)于鋼框架抗震等級為一級、二級的水平,相對單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的重要性來講,構(gòu)造措施相當(dāng)嚴(yán)格。
3、《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB 51022-2015:
2 構(gòu)件中受壓板件的寬厚比,不應(yīng)大于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB 50018規(guī)定的寬厚比限值;主剛架構(gòu)件受壓板件中,工字形截面構(gòu)件受壓翼緣板自由外伸寬度b與其厚度t之比,不應(yīng)大于15;工字形截面梁、柱構(gòu)件腹板的計算高度hw與其厚度tw之比,不應(yīng)大于250。當(dāng)受壓板件的局部穩(wěn)定臨界應(yīng)力低于鋼材屈服強(qiáng)度時,應(yīng)按實(shí)際應(yīng)力驗(yàn)算板件的穩(wěn)定性,或采用有效寬度計算構(gòu)件的有效截面,并驗(yàn)算構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定。
3.4.3 當(dāng)?shù)卣鹱饔媒M合的效應(yīng)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計時,門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施應(yīng)符合下列規(guī)定:
1 工字形截面構(gòu)件受壓翼緣板自由外伸寬度b與其厚度t之比,不應(yīng)大于;工字形截面梁、柱構(gòu)件腹板的計算高度hw與其厚度tw之比,不應(yīng)大于160;
4、《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 99-2015
總則說明此規(guī)程針對高層建筑,在基調(diào)上確定本規(guī)程的一切要求嚴(yán)于前述三本規(guī)范。
1.0.4 抗震設(shè)計的高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu),當(dāng)其房屋高度、規(guī)則性、結(jié)構(gòu)類型等超過本規(guī)程的規(guī)定或抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等有特殊要求時,可采用結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計方法進(jìn)行補(bǔ)充分析和論證。
簡單結(jié)論:前述規(guī)范確定建筑等級及設(shè)計方法主要還是依照抗震敏感性,而抗震敏感性還是和結(jié)構(gòu)自重、建筑形態(tài)掛鉤,因此按照規(guī)范松與嚴(yán)的構(gòu)造措施不難理解具體情況具體分析的設(shè)計思路是正確的。