第八章 多层和高层钢结构房屋 抗震设计新规定

1. 第八章 多层和高层钢结构房屋抗震设计新规定 3 郁银泉 yuyq@cbs.com.cn; 13901290516 4 2011年5月

2. 参加本章修订的单位： 中国建筑标准设计研究院 中国建筑设计研究院 中国建筑西北设计研究院 中国建筑科学研究院 同济大学 哈尔滨工业大学

3. 多层和高层钢结构房屋抗震设计，是在2001规范首次列入的，本次修订，主要做了如下改进： （1）调整了适用范围，增加7度（0.15g）和8度（0.3g）的适用高度要求； （2）新增抗震等级规定，将2001规范的内力调整和长细比、宽厚比等构造要求，按抗震等级做了划分和局部的调整； （3）适度放宽了钢结构阻尼比和层间位移角限值的规定； （4）改进了“强柱弱梁”和“强节点弱构件”的设计方法，并相应调整了构件承载力抗震调整系数γRE的取值； （5）改进了钢结构构件的连接构造； （6）新增钢支撑-混凝土框架和钢框架-混凝土核心筒结构抗震设计的原则规定（附录G）；

4. 总体上，修订后的钢结构，地震作用有所降低，承载力抗震调整系数有所减小，长细比和宽厚比的构造要求更加体现延性的特点，可比2001规范更加经济些。 对于2001规范中已有规定而这次变更不大的内容，只作一般介绍，着重说明本次修订中的新规定。

5. 8.1.1条 高层民用建筑钢结构不同结构体系在各设防烈度时的合理高度取值，与2001年规范的规定大体一致。 1.钢结构房屋的最大适用高度（m） 一、一般规定

6. 2.框架-支撑结构分中心支撑与偏心支撑两类,以及按设计地震加速度进行了细化。有混凝土剪力墙的钢结构另列入了附录G。2.框架-支撑结构分中心支撑与偏心支撑两类,以及按设计地震加速度进行了细化。有混凝土剪力墙的钢结构另列入了附录G。 3.将7度的适用高度按设计基本加速度0.1g和0.15g区分。关于0.15g和0.30g的规定，分别在7、8度和8、9度之间内插。 4.各类筒体的使用高度未做变化。 5.本规范增加了两种结构类型：钢支撑-混凝土框架和钢框架-混凝土筒体结构。列入了附录G，做出了原则性规定。 6.本条和2001规范不同的还有：取消了建造于Ⅳ类场地的钢结构适用高度适当降低的要求。 一、一般规定

7. 8.1.2条 没做改动。只是更加明确了塔形建筑底部有大底盘时，高宽比的计算办法。 一、一般规定

8. 8.1.3条 1.钢结构房屋的抗震等级 2.本条对2001规范的强制性条文作了深化，引入了抗震等级。原来的条文操作性不强。 一、一般规定 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。

9. 3. 对不同类别、不同烈度、不同高度的抗震措施，用抗震等级的不同来描述，使规定更简洁明了，并具体化。 4.有助于熟悉混凝土结构设计的设计者进行钢结构的抗震设计。 5.引进抗震等级，使钢结构能用不同的抗震等级体现不同的延性要求。 6.依据抗震性能化设计的方法，当按提高一度的地震内力进行构件抗震承载力（包括强度和稳定）验算时，则可以按降低了的抗震等级检查该构件的延性构造要求。 一、一般规定

10. 8.1.4条 取消了2001规范中的前半句话。可按3.4.3条执行。3.4.3条对混凝土结构和钢结构均有效。 8.1.5条 作了改动。主要是对超过50m，8、9度地区的钢结构房屋，推荐耗能性能好的体系。同时对单跨框架结构做出了限制。主要是参照混凝土结构新增加的。 8.1.6条 1.把2001规范8.4.1条列入了第3款； 2.增加了一款对屈曲约束支撑布置的要求。作为一种消能部件的设计方法根据本规范第12.3节设计； 3.屈曲约束支撑可分为承载型、耗能承载型和阻尼器3种类型。 一、一般规定

11. 8.1.7条 是2001规范的8.1.8条，主要是作了文字修改。 8.1.8条 1.是2001规范的8.1.7条； 2.对楼板需要设置水平支撑的情况作了明确：转换层楼盖或楼板有很大洞口。 8.1.9条 1.将2001规范的8.1.9、8.1.10条进行了合并； 2.对第1款作了文字修改，增加了“……其竖向荷载应直接传至基础。”目的是使传力变成简单、直接。 一、一般规定

12. 8.2.1条 没作改动，只是个别文字修改。 8.2.2条 钢结构的阻尼比的修改 2001规范的阻尼比按12层划分：12层以下0.035,12层以上0.02。 本次修订，反映了随房屋高度增大，阻尼比减小的规律，并考虑了设计上的需要。 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时保持0.02。 二、计算要点

13. 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%以上时，其阻尼比相应增加0.005。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%以上时，其阻尼比相应增加0.005。 屈曲约束支撑的钢结构，其阻尼比应按消能减震设计的要求处理。 罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取0.05。 注意：按本规范第5章的修订，阻尼比小于0.05的结构，其地震作用比2001规范有所减小，阻尼比0.02时，最大降低幅度可达18%。 二、计算要点

14. 8.2.3条 8.2.3-1 重力二阶效应的考虑 本次修订中，明确提出要计入重力二阶效应。进行二阶效应的弹性分析时，应按GB50017的有关规定，在每层柱顶附加假想水平力。 假想水平力是反映了几何缺陷和其它因素对柱稳定性的不利影响。 当结构的高宽比较大以及柱的长细比较大时，此情况可能发生。 二、计算要点

15. 8.2.3-2 提出了工字型柱，宜计入梁柱节点域剪力变形的影响。并且在本条说明中给出了相应公式。箱型柱框架、支撑框架和不超过50m的钢结构，可不考虑，但应按框架轴线计算分析。 节点域剪切变形角的楼层平均值： 二、计算要点

16. 8.2.3-3 修订过程中主要研究的是框架-支撑结构的框架剪力分担率 框架-支撑体系中，支撑框架是第一道防线，纯框架是第二道防线； 框架-支撑结构中，框架部分承担的地震剪力如何确定，有许多不同意见； 争论焦点有二：其一，按照底部总剪力还是楼层剪力调整；其二，调整值的大小； 经过反复协商和讨论，以底部总剪力为基础进行调整，取总地震剪力的25%和框架部分按刚度分配的地震剪力最大值1.8倍二者的较小值； 今后，对有关问题还需要继续研究和探讨。 二、计算要点

17. 8.2.3-4 主要修订的是支撑杆件内力调整。中心支撑 中，参考AISC-2005的有关规定，取消了2001规范单斜杆支撑和交叉支撑系数1.3；人字形和V形支撑的系数1.5也取消； 8.2.3-5 偏心支撑中，斜杆轴力与消能梁段相连的框架梁，框架柱的内力调整系数，本次修订略有减小，并按抗震等级做了调整： 框架斜杆轴力增大系数，一、二、三级分别取1.4,1.3和1.2；2001规范，8度及以下≥1.4，9度≥ 1.5。 相连框架梁、框架柱内力增大系数，一、二、三级分别取1.3、1.2和1.1。 2001规范，8度及以下≥1.5，9度≥ 1.6。 二、计算要点

18. 8.2.3-7 钢结构转换构件下的钢框架柱，应乘以增大系数1.5。其目的是对重要构件按性能化的要求设计。 水平转换构件的地震内力应按3.4.4-2（1）执行乘以增大系数1.25~2.0。 8.2.4条本条没有修改，同2001规范。 本条里的抗剪连接件主要可采用《电弧螺柱焊用圆柱头螺钉》GB/T10433-2002，起抗剪锚固作用，加强与楼板的整体性。 二、计算要点

19. 8.2.5条本条主要是实现“强柱弱梁”抗震概念设计的基本要求。8.2.5条本条主要是实现“强柱弱梁”抗震概念设计的基本要求。 8.2.5-1强柱弱梁的验算 对不需要进行强柱弱梁验算的条件进行修改。2001规范“作为轴心受压构件在2倍地震力下稳定性得到保证时，可不验算强柱弱梁”，修改为“2倍地震作用下的地震组合轴力设计值”，即还要考虑重力荷载代表值引起的柱轴力，使该项要求能发挥应有的控制作用。 强柱弱梁验算公式 等截面梁与柱连接时 端部翼缘变截面梁，该公式为新增加的。 二、计算要点

20. S值与梁截面具体形式有关，建议取净跨的1/10和梁高二者的较大值；S值与梁截面具体形式有关，建议取净跨的1/10和梁高二者的较大值； 强柱系数η，本次修订，基本保持2001规范的系数。一、二、三级分别取1.15,1.10和1.05。 η实际隐含了1.15系数，实际强柱系数可分别达到：1.32、1.27和1.21，均大于1.2。 ,强柱弱梁条件： 验算公式略去1.15，可将η值取小一些。 二、计算要点

21. 8.2.5-2 节点域验算 节点域屈服承载力是检验节点域的屈服性能， ，本次未变仅增加了圆管柱的Vp。 节点域柱腹板的最小厚度：，保证局部稳定。 关于——折减系数，三、四级取0.6, 一、二级取0.7； 为节点域两侧梁的总屈服承载力，因此采用 对地震作用进行折减。 我国有广大地区，JGJ99-98考虑此情况，规定7度可用0.6，现在8度50m以下为三级，将0.6推广到8度的多层房屋，设计对此应考虑具体情况合理应用。 二、计算要点

22. 8.2.6条 本条第1款未变，第2款文字作了修改，并增加了构造做法。 8.2.6-1 支撑斜杆的受压承载力应按下式验算： 其中，为轴心受压构件的稳定系数，γRE ——支撑屈曲稳定承载力抗震调整系数，取0.8。 二、计算要点

23. 二、计算要点 考虑循环荷载时的强度降低系数，是高钢规编制时陈绍蕃教授提出的。考虑到中心支撑长细比限制改动较大，所以还是保留了这个系数。 在罕遇地震作用下，支撑斜杆反复受拉压，在构件屈服后变形增加很大。在受拉时，变形不能完全拉直，杆件继续发生受压时承载力将降低，长细比越大，承载力的降低幅度越大。上式中的就是因此设置，其值主要与杆件长细比有关。

24. 二、计算要点 8.2.6-2 当人字支撑的腹杆在大震下受压屈曲后，其承载力将下降，导致横梁在支撑处出现向下的不平衡集中力，可能引起横梁破坏和楼板下降，可在横梁两端出现塑性铰。 和2001抗规相比，更加明确了不平衡力的取法。“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”。仅考虑竖向分量，不考虑超强系数和应变硬化系数。 有设计单位反映，考虑不平衡力后，梁截面过大，所以提出了构造措施。

25. 二、计算要点 对承载型屈曲约束支撑（BRB）就不存在不平衡力的问题。

26. 8.2.7条 本条和2001规范相同，没有改变。 本条中的N（轴向力）是由支撑斜杆在水平力作用下的内力对梁的影响产生的，是水平分力，并且主要由梁的翼缘承受。 支撑斜杆与消能梁段连接的承载力不得小于支撑的承载力。 二、计算要点

27. 8.2.8条 构件连接验算 钢结构构件的连接，应遵守“强连接，弱构件”的概念设计原则，保证结构大震不倒。 采用二次设计法：取构件的承载力设计值进行连接承载力的验算；然后按连接的极限承载力进行二次验算。 分别给出梁柱刚接、支撑与框架连接以及梁，柱，支撑的拼接的极限承载力验算公式。 二、计算要点

28. 本次修订中，配合连接系数的引入，修改了γRE。本次修订中，配合连接系数的引入，修改了γRE。 2001规范系数γRE为：梁、柱0.75，支撑0.80，栓接0.85，焊接0.90。 本次修订在构件连接计算方法中，采用更合理的系数ηj予以体现。γRE按强度验算时均取0.75，按稳定验算时均取0.80。 这样修改，使用方便，较符合钢结构构件设计的习惯。验算的结果，用钢量有所减小。 二、计算要点

29. 引入连接系数 ：连接系数的影响因素有：钢材类别、屈服强度、超强系数、应变硬化系数、连接类别（焊接、螺栓连接）、连接的部位、对塑性发展的要求等。 钢结构抗震设计的连接系数 二、计算要点

30. 连接系数对梁柱连接要求最高，对支撑连接，构件拼接相对低些；随钢材冶炼方法的改进和强度的增高而降低（与超强系数降低有关）；高强螺栓连接的连接系数高于焊接连接（因螺栓的强屈比较低）。连接系数对梁柱连接要求最高，对支撑连接，构件拼接相对低些；随钢材冶炼方法的改进和强度的增高而降低（与超强系数降低有关）；高强螺栓连接的连接系数高于焊接连接（因螺栓的强屈比较低）。 我国过去对连接系数偏于笼统，对梁柱连接要求过高。这次作了修订。 二、计算要点

31. 8.2.8-3 梁与柱刚性连接的极限承载力公式变化 2001规范规定采用腹板全截面屈服时的剪力过于保守； 2001规范用1.3代替了1.2考虑重力荷载代表值影响往往偏小； 式中连接系数取1.2，是考虑框架梁一般为弯矩控 制，梁腹板的塑性变形小于翼缘的变形要求较多； 当梁截面受剪力控制时，该系数宜适当加大。 二、计算要点

32. 其它 1. 这里再补充一下，《高钢规程》里关于高强螺栓群连接计算的内容： 美国、日本在震后进行了重要补充。 过去只考虑螺栓受剪和构件承压两种破坏模式，是单个螺栓连接的破坏模式。 补充整块剪坏（block sheer）的模式。包括板边撕脱、连接中部的板件撕脱和单列螺栓沿中心线挤穿。 《钢结构设计规范》GB50017-2003 涉及板边撕脱破坏形式。 《高钢规程》JGJ99修订稿列入了这些破坏模式及其简化计算方法。将使我国高强螺栓连接的设计更符合实际情况，也更加安全。 二、计算要点

33. 二、计算要点

34. 2.层间位移角限值修改 本次修订将层间位移角的限值由2001规范的1/300改为1/250。后者是在JGJ99-98规范程中采用，参考了当时美、日有关规定，为了不使柱截面过大，采用1/250。 这次修订，从经济合理的设计要求考虑，仍改用层间位移角限值1/250。 二、计算要点

35. 对地震作用效应进行的设计计算，有一些不确定因素，或是结构构件的很多功能需要通过具体构造才能满足。因此，结构抗震构造措施是保证建筑物具有足够延性的重要条件。钢结构的构造措施对保证结构安全是极其重要的。通过构造措施，实现可靠的连接，保证构件的局部和整体稳定。2010规范按不同的抗震等级采取不同的抗震构造措施。对地震作用效应进行的设计计算，有一些不确定因素，或是结构构件的很多功能需要通过具体构造才能满足。因此，结构抗震构造措施是保证建筑物具有足够延性的重要条件。钢结构的构造措施对保证结构安全是极其重要的。通过构造措施，实现可靠的连接，保证构件的局部和整体稳定。2010规范按不同的抗震等级采取不同的抗震构造措施。 当风荷载为结构的承载力与变形验算的主要控制荷载时，地震作用不起主导作用，但仍要按当地的设防烈度判断抗震等级并采取相应的抗震构造措施。 三、抗震构造措施

36. 8.3.1 框架柱长细比 框架柱最大长细比是为了保证结构在计算中未考虑的作用力，特别是大震时的竖向地震作用下的安全是至关重要的，是强条。 本次修订中，改为按抗震等级区分。 框架柱的长细比，一级不应大于，二级不应大于 ，三级不应大于 ,四级时不应大于。 框架柱抗震设计还包括应满足强柱弱梁要求等，在很多情况下，根据强柱弱梁要求，高层框架柱按长细比限值确定的柱截面可能不够，此时必须增大柱截面。 对于多层框架柱，一般可能由长细比控制决定截面，此时，可采用强度相对低一些的钢材，如Q235等。 柱的长细比越大，结构的延性越差，设计烈度越高，长细比要求应越严。 三、抗震构造措施

37. 框架柱的计算长度（JGJ99-98修订） 考虑二阶效应第i层杆件的侧移弯矩增大系数 时，可忽略二阶效应的影响，属于侧移不敏感结构，采用一阶弹性分析（线弹性分析）。 框架柱的计算长度采用计算长度系数法。 三、抗震构造措施

38. 纯框架结构，发生无侧移失稳，计算长度系数：纯框架结构，发生无侧移失稳，计算长度系数： 纯框架结构，发生有侧移失稳，计算长度系数： 有支撑框架的框架柱，其计算长度系数可取1.0。 三、抗震构造措施

39. 时，属于侧移敏感型结构，应采用二阶弹性分析。时，属于侧移敏感型结构，应采用二阶弹性分析。 二阶弹性分析，按GB50017的有关规定进行。框架柱和支撑的计算长度系数取1.0。 在每层柱顶附加假想水平力。 三、抗震构造措施

40. 有支撑的框架柱取计算长度系数1.0, 系参考美国《钢结构房屋规范》AISC 360-05的规定。该标准规定：当结构的侧向稳定完全由支撑、剪力墙或其它等效的手段提供时，支撑框架可视为铰接桁架竖向悬臂梁体系，支撑框架构件的计算长度系数应取1.0。该规定忽略了框架梁对柱的约束作用，却避开了复杂的计算，使支撑框架柱的计算长度系数大为简化。 参考《钢结构设计规范》GB50017修订的有关专题论文，进行钢框架压弯杆件平面内稳定验算时，对框架采用二阶弹性分析方法并将柱的计算长度取实际长度，所得验算结果较对框架采用一阶弹性分析，并将柱的计算长度取为框架弹性屈曲长度，所得结果合理，且偏于保守。 三、抗震构造措施

41. 钢结构构件中板件的宽厚比直接影响构件的局部稳定性。很多钢结构工程由于板件的宽厚比过大，造成板件失稳以致破坏，尤其在荷载突然变化，例如发生地震时，非常容易导致构件破坏。日本阪神地震中的实例很多。由于某些原因板件宽厚比不能满足规定限值时，应按照《钢结构设计规范》GB50017的规定设置纵向加劲肋，或设置梁的侧向支承。钢结构构件中板件的宽厚比直接影响构件的局部稳定性。很多钢结构工程由于板件的宽厚比过大，造成板件失稳以致破坏，尤其在荷载突然变化，例如发生地震时，非常容易导致构件破坏。日本阪神地震中的实例很多。由于某些原因板件宽厚比不能满足规定限值时，应按照《钢结构设计规范》GB50017的规定设置纵向加劲肋，或设置梁的侧向支承。 8.3.2条框架柱板件宽厚比 框架结构的板件宽厚比，是以结构符合强柱弱梁为前提的。 强震区，梁的板件宽厚比要求满足塑性设计的要求，而柱的规定则可适当放宽。 强柱弱梁不能保证时，对柱子应适当从严。 三、抗震构造措施

42. 三、抗震构造措施

43. 8.3.3条 框架梁的侧向支撑 框架梁的端部负弯矩区下翼缘受压，在构造上设置侧向支撑是必要的。 固端梁下翼缘在梁端0.15倍梁跨附近设置隅撑。 梁端采用骨形连接或梁端扩大时，应在塑性区外设置竖向加劲肋，隅撑与偏置的竖向加劲肋相连。 梁侧向支撑示意图如下： 三、抗震构造措施

44. 8.3.4条 框架梁柱构造 美、日发生的钢结构震害，框架梁柱连接孔的断裂破坏。 原因是孔与梁柱连接处存在应力集中：衬板与柱的界面存在实际人工缝；孔端与构件的夹角较大引起垂直于板边的应力分量。 2001规范对框架梁的上翼缘规定了用复合圆弧形的焊接孔型，下翼缘用角焊缝封闭衬板边缘。 三、抗震构造措施

45. 四条关键性的连接焊接：梁翼缘与柱、梁腹板与柱、剪力板与柱、框架柱拼接。四条关键性的连接焊接：梁翼缘与柱、梁腹板与柱、剪力板与柱、框架柱拼接。 要求梁与柱连接焊接采用气体保护焊，对梁下翼缘焊接孔孔形作了修改，对梁上翼缘连接强调可采用无焊接孔工法。 梁翼缘与柱的全熔透坡口焊缝，一、二级时，应检验焊缝的V形切口冲击韧性，其夏比冲击韧性在-20℃时不低于27J。 2001规范时是8度乙类建筑和9度，现在改为一、二级抗震等级。 三、抗震构造措施

46. 我国主要采用柱贯通型。 在梁翼缘的对应位置设加 劲肋（连续板）或内隔板。 对柱在梁翼缘对应位置的横向加劲肋（隔板），增加了强度要求与梁翼缘相同。 箱型柱设内隔板采用电渣焊。 梁腹板与柱连接板连接可用高强度螺栓或气保焊焊接。 腹板连接板与柱的焊接，t≤16mm时采用双面角焊缝，t＞16mm时，用K型坡口对接焊缝。焊缝采用气保焊，在板端应绕焊。 三、抗震构造措施

47. 采用冷成型柱和梁贯通型连接。 采用电渣焊内隔板的箱形柱壁板厚度不得小于16mm。 2010规范取消了2001规范中的8.3.4-3（4）条款，主要是在JGJ99-98中增加了可以考虑腹板受弯的计算方法，可以避免此种情况的出现：使腹板螺栓太少。 三、抗震构造措施

48. 8.3.4-3（5） 强震区框架梁柱连接形式 翼缘加宽式、盖板式、翼缘板式、骨式（dog-bone）。 三、抗震构造措施

49. 翼缘加宽式、盖板式、翼缘板式、骨式（dog-bone）。翼缘加宽式、盖板式、翼缘板式、骨式（dog-bone）。 对减轻或避免地震作用下的梁柱连接损坏有明显作用。 今后在高烈度区将推广应用，主要用于一、二级抗震等级。 三、抗震构造措施

50. 8.3.4-4 框架梁采用悬臂梁段与柱刚性连接的规定未变。悬臂梁段与柱的连接方式应采用2010规范图8.3.4-1详图A的形式。 8.3.4-5 与2001规范相比，没作修改。主要交待的是隔板、横向加劲肋与壁板和翼缘的连接要求。 三、抗震构造措施