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海外工程十五年之一二二——美标钢结构特殊抗弯框架之设计(1)

特殊抗弯框架之设计(1)

美国的钢结构抗震框架,分为普能抗弯框架、中等抗弯框架以及特殊抗弯框架。目前设计时计算按ASCE7-26进行,一般钢结构按AISC360-16,体系构造按AISC-34-16,节点按AISC358-16。几本规范相互配合,完成一个设计项目。

1.概述

钢结构特殊抗弯框架通常用作设计用于抵抗严重地面震动的建筑物中抗震体系的一部分,并且是ASCE/SEI 7-16《建筑物和其他结构的最小设计荷载和相关标准》(ASCE2016)允许的,以下简称ASCE 7,该标准适用于任何抗震设计类别,不限高度。

钢结构特殊抗弯框架中的梁、柱和梁柱连接应合理布置构造适当,以抵抗在强震地面震动期间,由于建筑物通过多个非弹性位移周期摇摆而产生的弯曲、轴向和剪切作用。合理布置构造适当使这些结构能够安全地抵抗强烈的地震震动,同时经历大量的非弹性行为。由于这些附加要求,这些框架被ASCE 7称为特殊抗弯框架,与构造要求不太严格的中等和普通抗弯框架相比,这些附加要求改善了这些框架的非弹性响应特性。

钢结构特殊抗弯框架的设计要求包含在一系列标准中。ASCE 7规定了钢结构特殊抗弯框架的基本荷载标准以及相关的侧向位移限值。ANSI/AISC341-16《钢结构建筑抗震规程》(AISC 2016a(以下简称AISC 341)提供了有关材料、框架构件(梁、柱和梁柱接头)、连接件以及施工质量保证和质量控制的详细设计要求。此外,AISC341对未指定为抗震体系一部分的柱提出了要求。AISC 341的多个章节介绍了钢结构特殊抗弯框架的众多相关要求,E3节介绍了主要要求。AISC 341E3.6c节参考了ANSI/AISC358-16《中等和特殊抗弯框架预验连接》(AISC 2016b),以下简称AISC 358,这有助于和标准化钢结构特殊抗弯框架连接件的选择和设计,以允许其在无需项目特定测试的情况下使用。AISC 358中介绍了一系列不同的搞弯连接,预计在未来版本中会添加其他连接。

AISC 341AISC 358均与ANSI/AISC360-16《钢结构建筑规范》(AISC 2016c)(以下简称AISC 360)和AISC303《钢结构建筑和桥梁标准实施规范》(AISC 2016d)(以下简称AISC 303)结合使用。AISC360AISC的主要规范,提供了所有钢结构建筑的设计和构造要求。除这些标准外,美国焊接协会(AWS)标准AWSD1.1《钢结构焊接规范》(AWS 2015)和(AWS)标准D1.8/D1.8M:2009《结构焊接规范抗震补充》(AWS 2009)还提出了与钢结构特殊抗弯框架相关的焊接和制造要求。本文仅结构工程师使用,以帮助他们理解和应用ASCE 7AISC 341AISC358AWS D1.8标准进行钢结构特殊抗弯框架设计。本文以实践工程师认为有用的顺序编写,首先讨论抗震设计的历史和一般原则,然后是体系特定分析和设计要求。

本文对建筑官员、教育工作者和学生也有价值。本文遵循2016AISC 341AISC358的规定,以及ASCE 7中规定的相关设计荷载要求。AISC 341主要针对ASCE7中定义的抗震设计类别DEF中的体系抗震设计。美国普遍采用的国际建筑规范(IBC)(ICC2015)参考ASCE 7确定地震荷载。AISC 341是与ASCE7并行编写的,因此这些文件在术语、体系定义、应用限制和其他问题上协调良好。

本文编写时的规范和标准版本《国际建筑规范》(ICC 2015)采用ASCE 7-10AISC 360-10AISC 341-10,其中参考了AISC 358-10。但这些标准的2016版已经完成,预计将被2018年《国际建筑规范》采用,并将在短期内用于设计项目。

为了实现长期相关性,本出版物参考了2016版标准和2018年国际建筑规范。侧栏中注明了这些文件与早期版本相比的实质性变化,这些变化影响了钢结构特殊抗弯框架的设计。设计工程师负责验证对其项目具有管辖权的当局采用的现行适用建筑规范规定。应与建筑官员讨论并获得其批准,以验证是否可以使用当地尚未采用的规范或标准的更高版本。

本文第一版(NIST CGR 09-917-3)于20096月发布。该版本中引用的规范和标准在当时是最新的,但已由第二版中引用的文件更新。第一版参考了2006年版的《国际建筑规范》、ASCE 7-05ANSI/AISC 341-05ANSI/AISC 358-05ANSI/AISC 360-05AISC 303-05AWS D1.1-2004AWS D1.8-2005,该版本在某些工程应用中可能仍然适用于根据早期版本的规范和标准建造的建筑物。

本指南正文强调了规范要求和公认的实现方法。它包括背景资料和说明要求的图表。第3节至第6节介绍了钢结构特殊抗弯框架和与这些框架相互作用的建筑物其他部分的分析、性能、配置和构造要求。第7节对构造和可施工性问题进行了讨论,以突出钢结构特殊抗弯框架框架结构的独特特征。引用的参考文献、符号和缩写见第8910节。

规范要求与指南建议建筑规范规定了建筑物设计和施工的最低要求,是具有管辖权的当局采用的法律要求。因此,在采用时,至少必须遵循AISC 341AISC 358AISC360以及ASCE 7。本指南主要用于阐明建筑规范和这些参考标准的要求,并提出规范或标准可能未明确要求的良好分析、设计和施工实践的其他建议。该指南明确区分了建筑规范要求和其他建议。


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作者: ganggouren

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