钢结构性能设计的本质:控制地震施加给建筑物的能量

本文通过对GB50017-2017《钢结构设计标准》第17章-钢结构抗震性能化设计的概括总结,以期梳理出钢结构抗震性能化设计的本质,促进对性能化设计的理解及应用。

一、原理

“等能量原理”,在地震能量输入相同的条件下,结构延性越好,弹性承载力要求越低,反之,结构延性越差,则弹性承载力要求越高,即“高延性-低承载力、低延性-高承载力”。

二、基本思路

钢结构抗震性能化设计的思路是进行塑性机构控制,即控制结构的破坏路径。

塑性耗能区:构件首先进入塑性变形并消耗能量的区域,即为设计预定的屈服部位;

例如,框架梁端、支撑、耗能梁段等宜设为塑性耗能区;

三、基本方法

两条腿走路:承载验算—性能系数;构造措施—延性等级;

性能系数:依据塑性耗能区的实际承载力来确定,即结构在设防地震作用下,按弹性设计所需屈服强度的折减系数;因此,承载性能等级1~7,性能目标依次降低,性能系数(最小值)即“折减系数”依次减小,则构件(塑性耗能区)承载力越小,易首先进入塑性变形,延性要求越高。

除框架-偏心支撑结构外构件性能系数排列:框架柱>框架梁>支撑;

框架-偏心支撑结构的构件性能系数排列:框架柱>支撑>框架梁>消能梁段;

延性等级:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ延性依次变差,延性等级依次降低,承载力则由小到大,性能系数由小变大,性能等级数由大变小(7~1);

构造措施:目的是保证节点破坏不先于构件破坏,按表17.1.4-2确定延性等级,并按17.3节对不同延性等级的要求采取对应抗震措施;

四、本质

抗震设计的本质是控制地震施加给建筑物的能量,弹性变形与塑性变形(延性)均可消耗能量。

那么性能化抗震设计的本质就是:结构根据预先(人为)设定的延性高等级(高低)确定对应(性能等级)的地震作用大小的设计方法。

THE END
0.【钢结构·技术】抗震性能化设计概念梳理所以,钢结构的性能化设计更有用武之地。我们经常有这样的困扰,比如一个玻璃棚,或者景观造型,不仅被别人吐槽傻大黑粗,而且我们自己心里也过不去。尽管《抗规》中有“满足2倍地震作用可以降低一度”的规定,但长细比、宽厚比依然太严,此时即可用性能化设计,实现承载力、延性等级和构造的合理组合。设计过程如下:jvzq<84yyy4xj‚iii0io1jwvkerf/rygo/:90qyon
1.《钢结构设计标准》中抗震性能化设计的概念另外,需要注意的是,根据《钢标》17.1.4条3款的规定,当结构构件承载力满足延性等级为V级(此时延性较低)的内力组合效应验算时,可忽略机构控制验算;更直观点说,当按《钢标》进行性能化设计,采用低延性-高承载力设计思路时,无须进行机构控制验算,但当性能系数小于1时,支撑系统构件尚应考虑压杆屈曲和卸载的影响。 jvzquC41dnuh0lxfp0tfv8LZ3676;;;7575bt}neng5eg}fknu525>6:;7>3