18 框架节点域抗震验算(V1.00)
钢结构节点设计中抗震验算问题研究
钢结构节点设计中抗震验算问题研究摘要：随着我国建筑行业的飞速发展，建筑材质也在不断增多，多层钢结构逐渐的被应用于建筑等多个领域。
钢结构的节点设计中的抗震验算问题也成了越来越多人关注的焦点。
结合当前钢结构节点设计当中存在的一些情况 , 对于钢结构节点设计中抗震验算要给予深入的探究。
本文主要论述钢结构节点设计中抗震验算问题的研究探讨。
关键词：钢结构；结构节点；抗震验算引言钢结构的特征非常明显，如在安装的过程非常便捷，其中的各项性能非常突出，并有着非常高的强度，对于具体的设计工作，需要对钢结构内部的各个节点实施抗震设计，之后实施相应的演算，从而对建筑内部的整体稳定性给予最大程度的保障。
在真正对其进行设计的过程中，设计人员要依照其中的设计原则，使用的计算方式为抗震演算，可具体的强度以及实际稳定性等，进行非常细致的演算。
对于该项演算方式的应用非常宏观，没有对钢结构各个连接构建当中的节点设计进行详细的验算，甚至有些连接构件当中的节点设计为钢结构厂家直接完成的，但是这便很难保障钢结构工程的安全性。
1、钢结构节点在地震中被破坏的原因在建筑中，不同的钢结构对应了结构上的不同特点，但是在受震害破坏时都会呈现一定的共同点。
钢结构在震害中被破坏的大部分原因都在于钢结构的节点焊缝随着震动而被拉抻，导致脆性破坏。
也就是说，影响钢结构的抗震强度的主要因素是钢结构节点的焊接质量和内部的三向应力。
在地震的作用下，钢结构的节点处应力值较大，施力点较多，且各个力之间的作用机理较为复杂，使钢结构的焊接节点往往处于三向应力的状态，造成了节点焊接面成为框架中最为薄弱的环节。
三向应力作用下的钢结构失去了起本身良好的延展性与韧性，使钢结构无法向侧向收缩和剪切流动，无法发挥材料的性能优势，导致钢结构在地震中以焊接节点为中心发生脆性破坏。
这就要求我们在设计钢结构时，不仅仅是要针对钢结构的强度和位移以及稳定性进行简单的抗震验算，更应从实际出发，对其节点的抗震设计进行反复的验算，为钢结构工程的安全性和抗震性提供有效保障。
新旧抗震规范对钢框架节点域验算方法对比
ｆ ＝ １ ８ ０ Ｎ／ ｍｍｅ ｆ ｙ ｖ ＝ ３ ４ ５ Ｎ／ ｒ ｎ ｍ Ｘ ０ ． ５ ８ ＝２ ０ ０Ｎ／ ｍｍ
究 与
应 用
②其次 ， 新规范在计算节点域体积 时计 入加 劲肋 、 柱 翼缘的影响 ， 改变 了式（ ｈ ） 中仅 采用 腹板截面来 汁算节点 域屈服承载力的方法。 高 层钢结 构 柱子 的翼缘 厚度 不容 乎视 ，美 国早 在
史 慧媛 ， 成 拮 ，陈庆
（ １ ． 山东科技大学土木建筑学院 ， 山东 青 岛 ２ ６ ６ ５ ９ ０； ２ ． 常州 市建筑设计研究院有限公司 ， 江苏 ３ ． 鲁商置业股份有限公 司 ， 山东 济南 ２ ５ ０ ０ ０ ２ ） 常州 ２ １ ３ ０ ０ ３ ；
●—■■—一 ｌ ＿● ＿ －●
钢框架粱柱节点域抗震验算在钢结构抗震验算中非常新旧规范对工字形截面柱节点域的承载力验算规定对比表1一重要文章从对2010抗震规范与2001抗震规范中节点域的验旧规范i新规范算公式对比分析入手总结新旧规范规定不同之处通过计算实例验证新规范的方法更省钢
安
徽
建
筑
２ ０ １ ３年第 １期（ 总１ ８ ９期 ）
新 旧抗震规 范对钢框 架节点域 验算 方法对 比
Ｃｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｐａ ｎ ｅ ｌ Ｚｏ ｎ ｅ 。 Ｓ Ｃｈ ｅ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｓｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ Ｎｅ ｗ ａ ｎ ｄ Ｏｌ ｄ Ｓｅ ｉ ｓ ｍ ｉ ｃ Ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ Ｃｏ ｄ ｅ
承载力的要求。
不 同参
据原规范
据新 规范
新旧抗震规范对钢框架节点域验算方法对比_史慧媛
层的厚度不能太大，也不能太小。厚度太大造成桩土应力比降
低，不能充分发挥桩身性能特点；而厚度太小则褥垫层协调桩
与桩土间的变形能力弱，不能充分发挥桩土间的承载力。从本
试验结果分析，中粗砂垫层的最佳厚度应为 １５ｃｍ￣３０ｃｍ。这与
《长螺旋钻孔压灌混凝土桩技术规程》 建议的褥垫层厚度及目
前工程中常用的褥垫层厚度要求一致。
安徽建筑
2013 年第 1 期（总 189 期）
新旧抗震规范对钢框架节点域验算方法对比
Comparison of Panel Zone's Checking Method for Steel Structure According to New and Old Seismic Design Code
本次试验仅研究了褥垫层厚度对相同桩长、相同桩身强度
的长螺旋钻孔压灌混凝土桩复合地基承载特性的影响。下一步
岩
土
工
程 与
的荷载相差不大。
基 2.2 桩土应力比
础
图 ３ 为不同厚度褥垫层下单桩复合地基桩土应力比与荷
处
理 载的关系曲线。由图 ３ 可见，随着荷载的增大，在复合地基屈服
破坏前桩土应力比逐渐增大，各曲线变化趋势基本相同。当褥
＋Ｍｂ２）＝１０．７９ｍｍ ｈｂ ｈｃ
ｔｗ
≥ ψ（Ｍｐｂ１ ＋Ｍｐｂ２）＝１２．７０ｍｍ （４／３）ｆｙｖ ｈｂ１ ｈｃ１
ｔｗ ≥
０．７５（Ｍｂ１ ＋Ｍｂ２）＝８．８９ｍｍ （４／３）ｆｖ ｈｂ１ ｈｃ１
均有 ｔｗ≥（ｈｂ＋ｈ）ｃ ／９０＝１２．０ｍｍ
2 节点域承载力验算实例
某三层钢框架建筑，采用 Ｑ３４５ 钢，其中一梁柱节点 域如图 １ 所示，节点域两侧梁的弯矩设计值分别为
某18层框架抗震墙住宅结构设计图
构筑物钢排架梁柱及其节点抗震验算
构筑物钢排架梁柱及其节点抗震验算7.4.1 框排架结构构件及其节点的抗震承载力，除本章有专门说明或规定外，均应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的有关规定进行验算；结构构件的内力应采用计入地震作用效应组合的设计值。
7.4.2 框架梁上楼(屋)面板属于下列情况之一时，可不进行框架梁的整体稳定性验算：1 钢梁与混凝土板按组合结构设计。
2 钢梁上有抗剪连接件的混凝土现浇板。
3 在梁的受压翼缘上密铺钢板且与其牢固连接。
7.4.3 7度～9度时，框架梁的梁端区段，侧向支承点间的长细比应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的有关规定；8度和9度时，除梁的上翼缘应有可靠的侧向支撑外，梁的下翼缘亦应设置侧向支撑。
7.4.4 7度～9度时，单层刚架和框架梁柱节点的抗震承载力应符合下列规定：1 柱腹板由柱翼缘和加劲肋形成的节点域，其最大剪应力应符合下式要求：式中：τ——节点区格板的最大剪应力；M pb——柱(梁)截面全塑性受弯承载力；ƒvy——节点区格板的抗剪屈服强度；V p——节点区格板的体积。
2 柱(梁)截面全塑性受弯承载力M pb，可按下列公式计算：式中：N、N p——柱(梁)中的轴力设计值及其全截面塑性承载力；W p——柱(梁)截面的塑性截面模量；ƒy——柱(梁)的钢材屈服强度；A——柱(梁)的截面面积。
3 节点区格板的抗剪屈服强度ƒvy，可取0.58ƒy；但当区格板为上下柱与左右梁四面围成时，可取0.77ƒy；其中ƒy为节点区格板的钢材屈服强度；当计入轴力的影响时，尚应乘以4 节点区格板的体积，可按下列公式计算：式中：h b——梁的腹板高度；h c、t w——分别为节点区与梁直接连接的工字形柱或十字形柱的腹板高度和厚度(图7.4.4-1)；t f——柱翼缘的厚度；α——梁腹板高度与柱翼缘宽度的比值；β——柱翼缘板截面面积与腹板截面面积的比值。
5 工字形柱在节点区格板域内，腹板厚度尚应符合下式要求，当腹板厚度不能满足下式的要求时，应采取局部加厚等加强措施：图7.4.4-1 十字形截面柱截面6 工字形截面刚架梁柱节点区格板的厚度应符合下式要求：7 当不能满足本规范式(7.4.4-11)的要求时，应设置斜向加劲肋(图7.4.4-2)，斜向加劲肋的截面面积可按下列公式计算：式中：M pb——刚架梁的全塑性受弯承载力，可按本规范式(7.4.4-2)或式(7.4.4-3)计算；h b0、h c——分别为刚架梁的截面计算高度和截面高度，刚架梁的截面计算高度应采用梁上、下翼缘板中心线之间的距离；ƒvy——节点区格板的抗剪屈服强度；A d——斜向加劲肋的截面面积；b d、t d——每块加劲肋的宽度和厚度；——斜向加劲肋钢材的抗拉、抗压屈服强度；θ——斜向加劲肋的倾角。
框架梁-柱与节点的抗震设计
地发生剪切破坏，这就要求构件的抗剪承载力大于塑性铰的抗弯承载力，为此，
要提高构件的抗剪强度，形成“强剪弱弯”。 （3）强节点、强锚固 为了保证延性结构的要求，在梁的塑性铰充分发挥
作用前，框架节点、钢筋的锚固不应过早地破坏。
框架虽不直接承受楼板上的重力荷载，但它要承受外纵墙或内纵墙的重量，以及
纵向地震作用。因此，在高烈度区，纵向框架梁的高度也不宜太小，一般取h ≥ l/12，且不宜小于500mm，否则配筋太多，甚至有可能发生超筋现象。为了避免
在框架节点处纵、横钢筋相互干扰，通常取纵梁底部比横梁底部高出50mm以上
4
（图4-68）。
l Mb M br Vb vb VGb ln
一级框架结构和9度的一级框架梁：
l r M bua M bua Vb 1.1 VGb ln
8
框架梁-柱与节点的抗震设计
二、框架梁的设计
（四）梁的斜截面受剪承载力计算 3、斜截面受剪承载力的验算 矩形、T形和工字形截面一般框架梁，其斜截面抗震承载力仍采用非地震时 梁的斜截面受剪承载力公式进行验算，但除应除以承载力抗震调整系数外，尚应 考虑反复荷载作用下，钢筋混凝土斜截面强度有所降低，于是，框架梁受剪承载 力抗震验算公式为：
架-抗震墙结构成为具有较大延性的“延性结构”。
2
框架梁-柱与节点的抗震设计
一、一般设计原则
根据震害分析，以及近年来国内外试验研究资料，关于梁、柱塑性铰设计，
应遵循下述一些原则： （1）强柱弱梁 要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁中出现（图
4-67a），尽量避免或减少在柱中出现。因为塑性铰在柱中出现，很容易形成可变
钢筋混凝土框架节点核心区抗震性能探讨
传统的梁柱塑性铰都出现在构件端部，而端部的
钢筋锚固导致核心区施工难度加大，核心区强度
及约束性降低，如果将塑性铰转移距柱面一定距
离处，可改善节点的钢筋锚固环境，使得核心区强
度间接提升（如图８所示）．
跟性
＞ｈ
铰瞬
Ｉｒ Ｍ
柱
强弯 弱弯
弱剪
强萌
图８塑性铰转移做法 ２．３严格控制节点区的混凝土浇筑质量。保证节
可采用下列二者的较小值：ｂｉ＝ｂ６＋０．５ ｈ。；６ｉ＝ ｂ。其中ｂ。为梁截面宽度；＾。为验算方向的柱截面 高度；６。为验算方向的柱截面宽度．３）当梁柱的中 线不重合且偏心距不大于柱宽的１／４时，核芯区的
截面有效验算宽度可采用２）和下式计算结果的较 小值．ｂｊ＝０．５（ｂ６＋ｂ。）＋０．２５ ｈ。一ｅ；式中ｅ 为梁与柱中线偏心距． １．２ 结构设计中对节点核心区截面尺寸的保证
机构中斜压杆作用 结构布置时要考虑节点处框架柱及框架梁的 刚度的均衡性，不要出现节点左右或上下杆件刚 度悬殊，使得节点在水平地震作用下吸收地震能 量差异太大而角位移或线位移差值过大，导致节 点变形不协调使核心区混凝土压杆失效．结构设
万方数据
．３０．
兰州７－．，Ｉｋ高等专科学校学报
第１８卷
计中结构层高尽量接近，梁跨不要悬殊太大或跨 度相差加大时，节点两侧梁刚度要接近，有利于核 心区混凝土的平衡约束．
图１ 节点实物
图２ 节点交叉裂缝
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混凝土框架边节点抗震性能分析
混凝土框架边节点抗震性能分析摘要：运用ABAQUS软件对型钢再生粗骨料混凝土框架边节点进行分析，当粗骨料取代率为100%时，分别研究在不同轴压比和不同核心区体积配箍率下框架边节点的抗震性能。
在建立骨架曲线基础上的分析数据及结果表明:轴压比与核心区的体积配筋率对结构抗震性能有很大影响。
关键词：型钢再生粗骨料混凝土；框架边节点；有限元分析；抗震性能当今社会越来越注重绿色建筑理念，为贯彻可持续发展，许多国内的研究者致力于对再生混凝土的材料性能进行研究，但对于再生混凝土还有许多需要我们去探究的地方。
型钢混凝土结构承载能力较好，并且延性比普通混凝土结构高，在耐久性、耐火性方面更胜一筹，所以频繁的被应用于高层，甚至超高层建筑中。
在我国乃至世界，混凝土都是用量最大的建筑材料，在建筑行业的快速发展下，充分利用废弃材料，在建筑施工时使用型钢再生混凝土[1]，不仅可以节省资源，而且符合绿色建筑理念。
在科技与计算机技术的飞速发展下，对问题的探究不再拘泥于传统的试验，我们可以通过运用有限元软件建立模型进行模拟分析。
这样不仅节省材料，还可以节省许多时间。
本文主要通过ABAQUS[2]有限元软件分析，研究再生粗骨料取代率为100%的型钢再生混凝土框架边节点，在不同轴压比下、不同核心区体积配箍率下的抗震性能。
1型钢再生混凝土有限元模型运用ABAQUS软件建立的型钢混凝土框架边节点有限元模型如图1所示。
1.1再生混凝土本构关系。
借鉴过镇海[3]和肖建庄[4]混凝土应力应变曲线，算出在不同轴压比和不同核心区体积配筋率下的抗拉、抗压强度。
（1）再生混凝土的单轴受压应力应变曲线y=ax+（3-2a）x2+（a-2）x3x≤1y=x/［b（x-1）2+x］x ＞1式中、，其中εc是再生混凝土峰值应变；fc是再生混凝土抗压强度，N/mm2；a、b的取值与粗骨料取代率r（%）有关，关系为：a=2.2×（0.748r2-1.23r+0.975）；b=0.8×（7.6483r+1.142）。
框架梁柱节点核芯区截面抗震验算
框架梁柱节点核芯区截面抗震验算D.1一般框架梁柱节点D.1.1一、二级框架梁柱节点核芯区组合的剪力设计值，应按下列公式确定：9度时和一级框架结构尚应符合式中Vj－梁柱节点核芯区组合的剪力设计值；hb0－梁截面的有效高度，节点两侧梁截面高度不等时可采用平均值；a′s－梁受压钢筋合力点至受压边缘的距离；Hc－柱的计算高度，可采用节点上下柱反弯点之间的距离；hb－梁的截面高度，节点两侧梁截面高度不等时可采用平均值；ηjb－节点剪力增大系数，一级取1.35，二级取1.2；∑Mb－节点左右梁端反时针或顺时针方向组合弯矩设计值之和，一级时节点左右梁端均为负弯矩，绝对值较小的弯矩应取零；∑Mbua－节点左右梁端反时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值之和，根据实配钢筋面积(计入受压筋)和材料强度标准值确定。
D.1.2 核芯区截面有效验算宽度，应按下列规定采用：1 核芯区截面有效验算宽度当验算方向的梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2时，可采用该侧柱截面宽度，当小于柱截面宽度的1/2时，可采用下列二者的较小值：式中bj－节点核芯区的截面有效验算宽度；bb－梁截面宽度；hc－验算方向的柱截面高度；bc－验算方向的柱截面宽度。
2 当梁柱的中线不重合且偏心距不大于柱宽的1/4时，核芯区的截面有效验算宽度可采用上款和下式计算结果的较小值。
式中e－梁与柱中线偏心距。
D.1.3节点核芯区组合的剪力设计值，应符合下列要求：式中ηj－正交梁的约束影响系数，楼板为现浇，梁柱中线重合，四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2，且正交方向梁高度不小于框架梁高度的3/4时，可采用1.5，9度时宜采用1.25，其他情况均采用1.0；hj－节点核芯区的截面高度，可采用验算方向的柱截面高度；γRE－承载力抗震调整系数，可采用0.85。
D.1.4节点核芯区截面抗震受剪承载力，应采用下列公式验算：9度时式中N－对应于组合剪力设计值的上柱组合轴向压力较小值，其取值不应大于柱的截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值的乘积的50%，当N为拉力时，取N=0；fyv－箍筋的抗拉强度设计值；ft－混凝土轴心抗拉强度设计值；Asvj－核芯区有效验算宽度范围内同一截面验算方向箍筋的总截面面积；S－箍筋间距。
6度区多层框架结构抗震设计小议
6度区多层框架结构抗震设计小议地震所产生的灾害是众所周知的，因此结构的抗震设计就显得尤为重要，把好抗震设计关，是减轻地震灾害的根本措施。
而在我们日常的设计工作当中，框架结构以其平面布置较灵活，易于布置较大房间的特点得到了广泛的应用。
在工业或民用建筑设计中，出现较多的则是多层钢筋混凝土框架结构。
本文以湖北杭氧气体办公楼工程对框架结构的抗震设计要点进行分析、论述。
标签：框架结构；抗震；构造；剪压比；轴压比；PKPM；SATWE81 工程概况湖北杭氧气体办公楼工程建筑总长为24.6m×5.4m，各跨跨度为 3.60m，3.60m，3.60m，3.00m，4.20m，6.60m。
活载标准值为2.50kN/m2，层数为4层。
层高为3.60m（首层），3.30m，3.30m，3.30m，总高13.50m。
本工程抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计分组为第一组，抗震等级为四级，建筑场地类别为II类，设计特征周期为0.35g。
主要功能为办公、会议、活动等。
2 结构选型首先，在我们接手一个工程项目时，要确定将要设计的工程适用于何种结构型式。
在国内的多层及高层钢筋混凝土房屋中，常用的建筑结构型式有：框架结构，剪力墙结构，框架-剪力墙结构等。
框架结构的特点是，它由线型的杆件-梁和柱所构成，框架结构可为建筑提供灵活布置的室内空间，使用方便。
由于它的抗侧移刚度较小，侧移大，在较强地震作用下房屋的非结构构件一般破坏严重，结构的次生内力较大，抗震性能较差，在多层建筑中应用得较为普遍。
根据湖北杭氧办公楼的层数，所在地区的设防烈度，用途，对建筑的空间使用要求，办公楼所在场地类别及其平面布置等因素，确定本工程的建筑结构型式采用框架结构较为合适。
3 结构抗震设计若干注意问题确定了建筑物可以采用框架结构，下一部的工作是在计算建模之前预先进行概念设计。
掌握概念设计，将有助于明确抗震设计思想，灵活恰当地运用抗震设计原则，使不至于陷入盲目地计算工作，做到比较合理地进行抗震设计。
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项目名称：设计：项目编号：版本号： 节点编号：
相应规范:
钢材材质：fu=470N/mm2fy=345N/mm2
抗震烈度:ψ=
0.6
V 1.00(GB50011-2001)
钢框架梁柱节点域腹板验算
Wilson 例题
L-1(GB50017-2003)
21.2
>
NO!
7934400
mm3
79
<
OK!
8722KN-m 7354KN-m 0.99<1
NO!
厚度tgb=12mm 长度lgb=525mm 角焊缝高度
hf=
11
mm
Ln=8.667m hf=16mm Vu=
8854KN Vu / (0.58 * hw * tw * fy) = 1.91>1OK!4.01
>
1
OK!
腹板角焊缝受剪承载力：
Vp = hc * hb * tp =
0.75*γre*( Mb1 + Mb2 ) / Vp =( hb + hc ) / 90 =
梁的净跨：4). 梁柱连接处梁腹板角焊缝抗剪承载力验算--按抗震规范公式（8.2.8-2）验算：
1). 节点域腹板稳定验算--按抗震规范公式（8.2.5-5）验算：
2). 节点域腹板承载力验算--按抗震规范公式（8.2.5-6）验算：
tw = 12 mm
fv = 180 N/mm2
节点域体积：
3). 梁柱连接处梁翼缘全熔透坡口焊缝抗弯承载力验算--按抗震规范公式（8.2.8-1）验算：
Mu = Af * ( h - tf ) * fu =
Vu / (1.3 * 2 * Mp / Ln) =
翼缘上贴板
Mp = Wp * fy =Mu / ( 1.2 * Mp ) =
腹板角焊缝高度：。