首页 国际标准结构工程-公众号 海外工程十五年之八十八——美标钢结构抗震(31)

海外工程十五年之八十八——美标钢结构抗震(31)

6.3什么是特殊抗弯框架?

特殊抗弯框架(SMF)是一种满足AISC 3419节中所含布置和详细标准的抗弯框架。为了满足SMF要求,框架必须符合以下要求:

•梁和柱必须具有抗震紧凑型截面,并且必须以足够的间隔进行横向支撑,以确保发生弯曲屈服。

•连接必须为全强度或近似强度。

•柱必须具有足够的抗弯强度,以满足强柱弱梁标准(见第6.7节)。

•柱腹板必须在面板区域(连接梁翼缘之间的柱腹板区域)具有足够的强度,以形成梁的预期抗弯强度。

•柱拼接必须能够在弯曲和剪切条件下提高柱的强度。

•根据AISC 341附录S,必须证明连接件能够承受至少0.04弧度的层间位移需求,而不会降低梁的弯曲强度,使其低于梁的标称塑性弯矩承载力的80%

以这种方式布置的框架应能够形成塑性机制,包括在梁中形成塑性铰,靠近梁与柱的接缝,以及在柱底部,如图6-5a所示,或在柱顶部,如图6-5b所示。此类框架应能承受较大的非弹性位移需求,而不会出现破坏或显著强度损失。这是因为非弹性位移应均匀分布在结构的高度上,并且非弹性变形集中在紧凑截面上,这些截面得到充分支撑以承受这些变形,而不会出现截面的侧向扭转屈曲,也不会造成过度的强度损失。

这些框架可以使用非常大的地震响应修正系数R进行设计。因此,这些框架中构件尺寸的选择通常通过考虑限制层间位移来控制

6-5SMF的预期侧移机制

6.4什么是中等抗弯框架?

中等抗弯框架(IMF)是是符合AISC 34110节标准的弯矩框架。根据AISC 341附录S的标准,梁和柱必须具有抗震性能,连接件必须能够抵抗至少0.02弧度的层间位移需求。但是,没有具体的强柱弱梁要求。此外,面板区域的强度只需足以形成设计地震力,并与建筑规范要求的其他荷载相结合,而不是能够形成梁的强度。

IMF可能不会形成图6-5中所示的侧移机制,也没有能力可靠地承受SMF的大非弹性变形。因此这些系统的允许地震响应修正系数R低于SMF。然而,这些框架的设计通常是由漂移的考虑来控制的。由于与SMF相比,IMF可靠地承受大循环非弹性变形的能力降低,建筑规范限制了在更高抗震设计类别的某些应用中使用IMF

6.5什么是普通抗弯框架?

普通抗弯框架(OMF)是满足AISC 34111节要求的抗弯框架。预计OMF不会发生明显的非弹性变形。因此,对这些结构或其连接的布置限制相对较少。连接可设计为部分或完全约束。部分约束连接也可以设计为部分强度。完全约束的连接需要有足够的强度,以形成连接梁或柱中较弱的构件的预期塑性弯矩承载力,因此,如果框架发生屈服,则应将其容纳在构件中,而不是连接件内。此外,如果使用梁翼缘与柱的CJP坡口焊缝进行连接,则焊接检修孔必须符合AISC 341中规定的几何要求,并且必须从梁柱连接的底部翼缘移除衬板(如使用)。

由于OMF不需要设计或详细构造以承受显著的非弹性变形,因此建筑规范要求使用相对较低的地震响应修正系数R值。因此,这些框架的设计可通过考虑强度而不是位移控制进行控制。由于OMF的延性相当有限,建筑规范将其在高地震活动区的使用限制为轻荷载结构。

7章双重体系

7.1什么是双重体系?

双重体系是一种将弯矩框架和支撑框架或剪力墙组合作为垂直构件的SLR。当使用该体系时,必须根据结构分析确定的相对刚度,使各种垂直构件成比例地抵抗设计地震力。无论分析表明抗弯框架将抵抗多大的力,抗弯框架必须具有足够的强度,以抵抗至少25%的结构规定地震设计力,而不考虑支撑框架或剪力墙。

从本质上讲,抗弯框架被认为是支撑框架或剪力墙的备用冗余系统,它们通常按比例分配以承载大部分抗震设计力。从理论上讲,这种冗余系统的存在将使结构能够经受住强烈的地震震动,这种震动会对主要系统造成广泛的破坏。

SEI/ASCE 7认可几种类型的双结构钢系统,包括SMFEBFSCBFBRBFSPSW结合,以及IMFSCBF结合。双系统结构中的每种类型的框架必须符合AISC 360AISC 341的适用要求。

7.2双重体系的优点是什么?

在抗震设计类别DEF中,建筑规范对仅带有支撑框架或剪力墙的结构的高度进行了限制。带有SMF的双系统在高度上不受限制。因此,通过提供能够抵抗至少25%地震设计力的抗弯框架系统,可以在非常高的结构中使用支撑框架或剪力墙系统。此外,建筑规范允许在双重体系中使用比支撑框架和剪力墙更高的地震响应修正系数R

在高层结构中,支撑框架或剪力墙和弯矩框架往往相互作用,使得支撑框架或墙在较低层承载大部分地震力,而抗弯框架在高层承载大部分地震力。这有助于减少对支撑框架和墙的倾覆要求,同时限制抗弯框架的挠度,从而为高层建筑提供非常经济的结构解决方案。

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作者: ganggouren

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