钢和混凝土结构抗震设计的基本原则有区别吗
zsd_3322138751
2023年08月23日 15:30:33
只看楼主

经常会遇到和钢筋混凝土的设计理论混在一起,比如这个抗震概念设计中的“三强三弱”。是否仍然适用于钢结构? 概念设计的基本原则,有时就直接影响到设计的优化方向。 下面就谈一谈自己浅显的看法: 钢筋混凝土框架结构 查阅资料才知道有“四强四弱”: 1. 强柱弱梁 2. 强剪弱弯 3. 强节点弱杆件 4. 强压弱拉 那钢结构抗震设计也适用这些原则吗?那就要从这几个原则的基本出发点说一说。

经常会遇到和钢筋混凝土的设计理论混在一起,比如这个抗震概念设计中的“三强三弱”。是否仍然适用于钢结构?

概念设计的基本原则,有时就直接影响到设计的优化方向。

下面就谈一谈自己浅显的看法:

钢筋混凝土框架结构

查阅资料才知道有“四强四弱”:

  1. 1. 强柱弱梁

  2. 2. 强剪弱弯

  3. 3. 强节点弱杆件

  4. 4. 强压弱拉

那钢结构抗震设计也适用这些原则吗?那就要从这几个原则的基本出发点说一说。


强柱弱梁

在框架结构中,为了提高结构的变形能力,防止在强烈地震作用下倒塌,使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求。具体来说,就是柱子不先于梁破坏,因为梁破坏属于构件破坏,是局部性的,柱子破坏将危及整个结构的安全—可能会整体倒塌,后果严重。

图片

柱顶先破坏

在实际设计中,“强柱弱梁”的设计理念可以通过调整系数、加大柱端弯矩和剪力设计值、提高柱的抗剪强度和抗弯强度等方式实现。

这些也仅限于一定经验数值的概念设计,因为钢筋和楼板的原因,梁端实配情况下的抗震承载力是比较难确定的。如果要让钢筋混凝土框架表现出很好的延性,实际上是不省钢的。

钢结构实现的方式有多种形式,比如骨形连接(RBS)

图片

骨形连接(RBS)


强剪弱弯

在梁端塑性铰的转动过程中,要求梁和柱的斜截面受剪承载力更强,大于其正截面受弯承载力,可能发生的将是延性破坏,不是脆性破坏。

在设计中,需要有目的地增大柱子和梁的剪力设计值,不同抗震等级采用不同的剪力增大系数(1.1~1.3)。

图片

梁的剪切破坏

钢结构抗震设计中需要考虑“强剪弱弯”吗?不需要。

因为钢结构的抗剪承载能力非常高,通过下面一个算例可以看出有多高。

比如一根500x200的钢筋混凝土梁,在抗弯承载能力达到最大时,相应的剪力设计值为266.7kN,该截面的抗剪承载力只有202kN,所以钢筋混凝土梁,非常需要“强剪弱弯”的设计。

图片

一根H型钢600x200x11x17的截面,在抗弯承载能力达到最大时,自身的抗剪承载能力还有3倍多的余量,所以钢构件不需要考虑“强剪弱弯”的设计。

图片

钢构件的设计一般都是弯矩控制的,很少有剪力控制。


强节点弱杆件

框架节点不应先于梁、柱屈服破坏,体现在节点抗剪承载力不低于梁柱抗震承载力。为了保证结构具有足够的韧性,节点处容易发生剪切破坏,应优先考虑抗剪能力。所以节点域的验算是为了满足强节点弱构件的要求。

图片

理想的节点破坏模式

图片

钢结构的强节点


强压弱拉

钢筋受拉屈服在前,混凝土受压破坏在后.这是杆件截面产生塑性铰的前提。要使受拉区钢筋的屈服先于受压区混凝土破坏,则要控制柱的轴压比、限制梁的受拉配筋率及受压区高度。

对于钢结构,轴压比更是控制要点,压弯稳定性常常控制钢构件的设计。


钢结构框架结构

抗震设计的基本原则是:强柱弱梁,强节点弱构件,强压弱拉。

钢结构抗震不用考虑“强剪弱弯”。


小结

在“强柱弱梁”的概念设计中,还应增加一项“强柱根”。对钢结构而言,就是“强柱脚”

图片

强柱脚-外包式钢柱脚

为了做到这些抗震的基本概念设计,相关规范作出了一系列的规定,可惜的是规定的内容过于零散,很难系统化地理解。

程序自动设计,增大系数乘增大系数,然后就发现配筋或者节点就设计得很大,有时候不自己去复盘下结果怎么出来的,这么硬做下去,很难说服自己,是否真的合适。

系统化地理解概念设计怎么体现在具体规范条文、怎么落实到软件参数设计和人为优化调整,这个问题感觉是个“深坑”,有时间再慢慢系统梳理吧,干活出活要紧。

相关推荐

APP内打开