《PKPM軟件在應(yīng)用中的問題解析》講義(十八)

　　第十八章　鋼結(jié)構(gòu)

　　(一)Mu < 1.2Mp何意?如何解決?

　?、乓?guī)范要求：根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱《抗震規(guī)范》)第 8.2.8條的規(guī)定：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接應(yīng)按地震組合內(nèi)力進(jìn)行彈性設(shè)計，并應(yīng)進(jìn)行極限承載力計算;

　　梁與柱連接彈性設(shè)計時，梁上下翼緣的端截面應(yīng)滿足連接的彈性設(shè)計要求，梁腹板應(yīng)計入剪力和彎矩。梁與柱連接的極限受彎、受剪承載力，應(yīng)符合下列要求：

　　Mu ≥ 1.2Mp---(8.2.8-1)

　　式中：Mu-梁上下翼緣全熔透坡口焊縫的極限受彎承載力，其計算公式為：

　　Mu =Af(h-tf)fy

　　MP-梁(梁貫通時為柱)的全塑性受彎承載力，其計算公式為：

　　Mp =Wpfy

　　Wp-構(gòu)件截面塑性抵抗矩

　?、乒こ虒嵗耗彻こ虨?層鋼框架結(jié)構(gòu)，地震設(shè)防烈度為8度，地震加速度為0.2g，場地土類別為三類，設(shè)計地震為第一組，梁、柱均采用焊接工字鋼，鋼號均為Q345，首層平面圖如圖1所示：(圖略)

　　通過STS軟件計算可知，圖1中所示GL27與柱GZ6的節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計不滿足《抗震規(guī)范》第8.2.8條的規(guī)定。由于有些設(shè)計人貝對公式(8.2.8-1)缺乏正確的理解，在處理此問題時盲目加大鋼梁截面，調(diào)整結(jié)果如表1所示：(表略)

　　從表1可以看出，增大梁的截面尺寸后，仍不能滿足要求，構(gòu)件的極限承載能力提高的非常地有限，僅提高了0.72%，但用鋼量每延米卻增大了 64%，這顯然不合理。通過對《抗震規(guī)范》中Mu和1.2Mp的計算公式的分析，我們得知：

　　①M(fèi)u主要與梁翼緣板面積和梁高有關(guān)，與梁腹板厚無關(guān);

　?、贛p的大小主要受構(gòu)件截面塑性抵抗矩Mp的控制，而Wp的大小則與截面的尺寸有關(guān)。

　?、墼龃罅阂砭壈宄叽绾土焊唠m然可以增大Mu的值，但Wp的值也會相應(yīng)增大，這也是為什么如表1所示增大梁截面尺寸但計算結(jié)果卻沒有明顯改善的主要原因。

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　?、墙鉀Q方案： 根據(jù)強(qiáng)連接弱構(gòu)件的設(shè)計特點(diǎn)，采取如下技術(shù)措施：

　　①在梁上下翼緣處加楔形板(如圖2所示，圖略)。通過在梁端上下翼緣處加楔形板，增大全熔透坡口焊縫的長度，從而增加了焊縫的極限抗彎承載力。

　　以本工程為例，設(shè)楔形板挑出長度為0.08m，根據(jù)公式(1)：

　　Mu=0.08×(0.15+0.016)×(0.25-0.008)×4.7×105=151.05kn-m>1.2Mp=145.73kn-m

　　滿足規(guī)范要求

　?、诹荷舷乱砭壖有ㄐ紊w板(如圖3所示，圖略)

　　通過在梁端上下翼緣處加楔形蓋板，增大全熔透坡口焊縫的高度，從而增加了焊縫的極限抗彎承載力。

　　以本工程為例，設(shè)楔形蓋板板厚為 0 008m，根據(jù)公式(1)：

　　Mu=(0.008+0.006)×0.15×(0.25-0.008)×4.7×105=238.85kn-m>1.2Mp=145.73kn-m

　　滿足規(guī)范要求

　　需要指出的是，在梁端上下翼緣處加楔形蓋板后，梁翼緣厚與楔形蓋板厚之和應(yīng)小于柱翼緣的厚度，否則就有可能使梁翼緣的抗彎承載力大于柱翼緣的抗彎承載力，從而將柱翼緣拉壞。

　　③狗骨法(如圖4所示，圖略)

　　通過設(shè)置狗骨式節(jié)點(diǎn)連接方式，削弱梁瑞的全塑性受彎承載力以達(dá)到滿足規(guī)范的要求。(狗骨者，構(gòu)件兩端翼緣加寬)

　　⑷上述三種連接方法的適用條件。

　　上述三種設(shè)計方法主要用于梁柱剛性連接，對于梁柱鉸接連接的節(jié)點(diǎn)，由于其連接方式不屬于“強(qiáng)連接弱構(gòu)件”，因此不需要進(jìn)行地震組合作用下的極限抗彎承載力驗算。

　　(二)節(jié)點(diǎn)域不滿足要求何意?如何解決?

　　⑴規(guī)范要求：根據(jù)《抗震規(guī)范》第8.2.5條第2款的規(guī)定：節(jié)點(diǎn)域的屈服承載力應(yīng)符合下式要求：

　　[Ψ(Mpb1+Mpb2)/Vp]≤[(4/3)fv]----(8.2.5-2)

　　工字形截面柱：Vp=hbhcbtw----(8.2.5-3)

　　《抗震規(guī)范》第8.2.5條第3款的規(guī)定：工字形截面柱和箱形截面柱的節(jié)點(diǎn)域應(yīng)按下列公式驗算：

　　tw≥(hb+hb)/90-----(8.2.5-5)

　　[Ψ(Mb1+Mb2)/Vp]≤[(4/3)fv/γRE]----(8.2.5-6)

　　式中，Mpb1+Mpb2--分別為節(jié)點(diǎn)域兩側(cè)梁的全塑性受彎矩承載力;

　　Mb1+Mb2--分別為節(jié)點(diǎn)域兩側(cè)梁的彎矩設(shè)計值;

　　Vp--節(jié)點(diǎn)域的體積。

　　通過鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接計算我們得知，公式(8.2.5-2)和(8.2.5-5)不滿足要求的最多，公式(8.2.5-6)一般較容易滿足要求。仔細(xì)分析這三個公式的具體含義，我們不難得出以下結(jié)論：

　?、俟?8.2.5-2)主要驗算的是節(jié)點(diǎn)域的屈服承載力，其大小只與構(gòu)件的截面大小等本身性質(zhì)有關(guān)，而與外力無關(guān)。

　?、诠?8.2.5-5)與(8.2.5-2)一樣，也是只與構(gòu)件的截面大小有關(guān)的物理量，而與外力無關(guān)。

　?、酃?8.2.5-6)主要是驗算節(jié)點(diǎn)域兩側(cè)梁的端彎矩之和所產(chǎn)生的強(qiáng)度應(yīng)力要滿足規(guī)范的允許限值。如果內(nèi)力不是很大，一般情況下都能滿足要求。

　?、乒こ虒嵗簣D1結(jié)構(gòu)平面圖(圖略)

　　工字形梁1和梁2斷面尺寸為：B×H×tw×tf=150×250×4.5×8

　　工字形柱1斷面尺寸為;B×H×tw×tf=175×350×6×81

　　將上述各參數(shù)代入公式(8.2.5-2)中得

　　[Ψ(Mpb1+Mpb2)/Vp]=362.56>[(4/3)fv]=240

　　不滿足規(guī)范要求

　　tw=6<(hb+hc)/90=6.3

　　也不滿足規(guī)范要求

　　⑶節(jié)點(diǎn)域的構(gòu)造措施：

　　①對于組合柱，直接將柱腹板在節(jié)點(diǎn)域范圍內(nèi)更換為較厚板件。加厚板件應(yīng)伸出柱橫向加勁肋之處各150mm，并采用對接焊縫與柱腹板相連。

　?、趯τ谲堉艸型柱，可貼焊補(bǔ)強(qiáng)板加強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)板上下邊緣可不伸過或伸出柱橫向加勁肋之處各150mm。當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)板不伸過往橫向加勁助時，板厚不小于5mm。補(bǔ)強(qiáng)板側(cè)邊可采用角焊縫與柱翼緣相連，其板面尚應(yīng)采用塞焊與柱腹板連成整體。塞焊點(diǎn)之間的距離不應(yīng)大于相連板件中較薄板件厚度的21(235/fy)1/2倍。[(235/fy)1/2是[(235/fy)的1/2次方的意思]]