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海外工程十五年之一二七——美标钢结构特殊抗弯框架之设计(7)

美标钢结构特殊抗弯框架之设计(7)

3.3框架稳定

在强烈地震中,由于P-Δ效应,框架结构有可能以侧移模式倒塌。这些影响是由作用在结构变形后的结构上的竖向重力荷载引起的。出于设计目的,P-Δ效应在规范中通过弹性静态概念进行评估,即使结构在强烈地震中的响应是非弹性和动态的。ASCE 7§12.8.7中简单的P-Δ规定提供了一些防止侧移破坏的措施,但没有提供结构对此类破坏敏感性的准确信息。

ASCE 7§12.8.7要求明确考虑公式12.8-16给出的弹性层稳定系数θ超过0.1的每个层中的P-Δ效应。该评估是对AISC 360要求的框架稳定评估的补充。在抗震设计类别DEF中,这通常是一个更严格的要求。当进行计算机分析时,通常可以在分析中自动考虑这些弹性P-Δ效应;但用户通常必须指定软件执行此计算。

ASCE 7§12.8.7,公式12.8-17θmax=0.5/βCd<0.25给出的θ值设定了上限,其中β是所考虑楼层的设计剪力与抗剪承载力之比。设计剪力是荷载和抗力系数设计法的设计剪力,抗剪承载力是层可以抵抗的最大剪力。该抗剪承载力不能唯一定义,因为一层中的承载力取决于应用于整个结构的荷载模式。楼层抗剪承载力的估计值可通过将楼层边界两层的楼层弯矩承载力平均值除以楼层高度来获得。楼层弯矩承载力是楼层所有梁柱中心线相交处可产生的最大梁柱弯矩之和。

对于遵循强柱/弱梁概念的连接,等于AISC 341§E3.4a公式 E3-1中使用的∑M*pb除以1.1,以消除计算∑M*pb时固有的假定超强。对于弱柱连接,应使用AISC 341§E3.4a方程3.1中的数量∑M*pc

楼层稳定系数超过0.1并不少见,尤其是在设计反应谱值SDSSD1相对较小的区域。在这种情况下,抗震设计力很小,除非风荷载控制构件设计,否则钢结构特殊抗弯框架可能变得非常柔弱。在这种情况下,θmax标准控制和P-Δ考虑因素要求增加构件刚度也是很常见的。大多数计算机分析程序不会检查θmax,因此必须手动检查该标准。

当稳定系数θ超过0.1时,ASCE 7§12.8要求评估P-Δ效应,或者使用一阶方法,其中计算的挠度通过数量1/1-θ)放大,或者通过二阶分析,其中明确考虑几何非线性。工程师常用于分析和设计钢结构的许多结构软件包具有执行这些二阶分析的能力。然而,如上所述,该软件通常不会按照ASCE 7§12.8的要求评估θ是否超过θmax。此时工程师必须手动检查是否满足此条件。

应为每个框架进行P-Δ评估,以便考虑导致位移放大的扭转效应。

3.4强度校核

考虑到轴向弯曲相互作用效应,要求柱和梁具有足够的强度,以抵抗ASCE 7§2.3或§2.4的荷载组合。此外,要求柱及其拼接件具有足够的强度,以避免在最大轴向力下发生整体屈曲或拉伸断裂,并且要求梁柱连接具有足够的强度,以使梁产生可能的弯曲强度。AISC 341AISC 360的规定适用于容许应力法、荷载和抗力系数设计法的进行设计强度计算。


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作者: ganggouren

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