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海外工程十五年之一三八——美标钢结构普通抗弯框架之设计(1)

回答朋友:与国标相类似,美标的结构抗震风险等级分为A、B、C、D、E和F类。相应的结构抗震等级可以分为普通、中等及特殊三类,分别是对应于不同的延性要求。类似国标的四、三、二和一级抗震等级。

本部分介绍了以下类型的抗弯框架:普通抗弯框架(OMF)体系、中等抗弯框架(IMF)体系、特殊抗弯框架(SMF)体系。本部分总结的AISC抗震规定要求和其他设计注意事项用于需要根据AISC抗震规定进行抗震详细设计的抗弯框架构件和连接的设计。

抗弯框架体系通过梁和柱的抗弯和抗剪强度抵抗侧向力。侧向位移主要通过框架构件的抗弯刚度以及连接梁和柱之间的相对旋转约束或“框架作用”来抵抗,与支撑框架系统相比,抗弯框架体系的梁和柱尺寸往往更大、更重,因为梁和柱的尺寸通常用于侧移控制,而不是强度。但由于结构中建筑和设备布局的灵活性增加,构件尺寸和相关成本的增加是可以接受的。没有对角支撑构件可以为墙体布置和管道系统和管道布线提供更大的自由度。另一方面,框架的柔性特性确实需要额外考虑侧移增加对建筑围护体系性能的影响。

美标钢结构普通抗弯框架之设计(1) 

普通抗弯框架(OMF

OMF的唯一体系特定要求涉及梁柱抗弯连接。AISC抗震规定第E1节中提供的OMF设计规定的总体意图是,连接失效不应是框架对地震荷载响应的第一个重大非弹性事件,连接失效通常是钢框架延性最小的失效模式之一。因此,基本设计要求是提供具有强力抗弯连接的框架。根据AISC抗震规定第E1.6节,设计完全约束(FR)和部分约束(PROMF体系时,允许使用两种连接类型,如AISC规范第B3.4b节所规定。

OMF体系中的所有FR连接必须至少满足AISC抗震规程第E1.6b节中三个选项中的一个。

a FR抗弯连接要求抗弯强度等于梁的预期抗弯强度乘以1.1,再除以αs,如下所示:

Mn=1.1RyMp/αs                                                                                              

式中:

Mp=梁的塑性弯矩,kip in

Ry=预期屈服应力与规定最小屈服应力之比,Fy

αs=LRFD-ASD调整系数(LRFD1.0ASD1.5

连接需求抗剪强度是根据地震荷载产生的剪力来确定的,地震荷载与梁各端同时产生的预期弯矩有关。

(b)FR抗弯连接根据需求的抗弯强度和抗剪强度等于最大弯矩和体系可传递到连接的相应剪力,包括材料超强和应变硬化的影响。如AISC抗震规定条文说明第E1.6b节所述,体系潜在限制方面的具体示例包括:

•当柱的抗弯强度小于梁的抗弯强时度柱的屈服强度;

•柱节点域的抗剪强度,试验结果表明节点域的抗剪屈服为节点提供了相当大的延性响应;

•基础上拨

地震超强

c宽翼缘梁和宽翼缘柱翼缘之间的FR抗弯连接根据IMFAISC抗震规定第E2.6节)或SMFAISC抗震规定第E3.6节)的连接要求进行设计,或者使用类似于ANSI/AISC 358中包含的测试WUF-W连接的连接。详细要求见AISC抗震规定第E1.6bc)节。

AISC抗震规定第E1.6c节所述,要求PR抗弯连接具有与FR抗弯矩连接相似的适用强度,但不得小于连接梁Mp50%(或单层结构柱Mp50%)。设计中必须考虑连接的强度和刚度,包括对整体框架稳定的影响。

OMF体系无需对节点域进行任何特殊构造,对梁和柱强度之间的关系也无特殊要求。这表明整体OMF体系构造要求降低,地震力大于时需要的抗弯框架体系。当适用规范允许OMF体系时,OMF体系的基本设计理念允许其作为经济的抗弯框架体系。根据ASCE/SEI 7ASCE2016),第12.2.5.6节和表15.4-1,在一定高度和荷载限制下,单层结构的抗震设计类别DEF允许使用OMF框架。





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作者: ganggouren

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