鋼結構構件的截面通常采用組合構件,涉及到橫截面受力性能與板件的寬厚比,高厚比的關系,以及桿件整體受力性能與長細比的關系,在《鋼結構設計標準》GB 50017-2017,《建筑抗震設計規范》GB 50011-2010,《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》GB 51022-2015,《高層民用建筑鋼結構技術規程》JGJ 99-2015四本規范規程中有不同側重的要求。下面具體對比談一談。

首先,常見的鋼結構建筑物、構筑物,從主要建筑功能、體型、荷載、作用區分有:

1輕型鋼結構單層廠房(門式剛架輕型鋼結構廠房和其他形式的輕型鋼結構廠房)

2單層鋼結構廠房(單層重屋蓋和單層輕屋蓋)

3單層鋼結構廠房(多層但總高度小于40m,按單層鋼結構廠房設計)

4多層鋼結構廠房(多層輕屋蓋但總高度小于40m,按單層鋼結構廠房設計,屋面按門式剛架設計)

5多層鋼結構廠房(多層但總高度大于40m,按多高層鋼結構房屋設計)

6多層鋼結構房屋

7高層民用建筑鋼結構

四本規范主要設計原則如下:

1、《鋼結構設計標準》GB 50017-2017:

標準不涉及體系抗震的一些構件設計,執行板件S4級,即俗稱的普通鋼結構的構件寬厚比最低設計標準,屬于截面邊緣纖維彈性設計。涉及塑性鉸開展的塑性調幅設計及抗震性能化設計,是標準截面分類等級的主要使用場合。但目前性能設計牽涉到構件塑性耗能區承載性能等級的描述籠統,以及性能參考等級的范圍跨度較大,準確操作工作量較大,不確定性較大,因此性能設計的方法不太方便使用。對于一般規模體量一般重要性的鋼結構建筑,按照抗震規范的相關章節,針對前述不同結構體系的具體要求,設計顯得依據清晰,工作效率高。

2、《建筑抗震設計規范》GB 50011-2010:

8.1.3鋼結構房屋應根據設防分類、烈度和房屋高度采用不同的抗震等級,并應符合相應的計算和構造措施要求。丙類建筑的抗震等級應按表8.1.3確定。

2一般情況,構件的抗震等級應與結構相同;當某個部位各構件的承載力均滿足2倍地震作用組合下的內力要求時,7~9度的構件抗震等級應允許按降低一度確定。

表8.3.1抗震等級最低是四級,比四級低的用斜線注明,那么斜線的含義可以解釋為:無抗震等級,對應PKPM的抗震等級定義,為五級非抗震。即執行鋼標S4截面,截面翼緣邊緣纖維彈性。那么對于附注2的運用,通過兩倍地震力計算滿足,從而降低抗震等級,以適應鋼結構容易實現高承載力低延性的特性,從而降低因構造措施造成的用鋼量。

鋼標截面寬厚比等級S3,屬于彈塑性截面的低塑性發展截面,對比抗規的抗震等級確定的梁翼緣截面寬厚比,發現鋼標的S3,S4,S5尚未達到抗震等級4級的嚴格程度,只有S1、S2截面達到抗震等級4級以上的嚴格等級。S1、S2是全截面塑性。從抗震三水準角度講,抗震規范的梁截面寬厚比等級限值,實際上是充分發揮截面塑性耗能及全截面塑性承載力,籍此來提高大震下結構的抗震性能。

9.2.1單層的輕型鋼結構廠房的抗震設計應符合專門的規定---門式剛架規范的要求。

9.2.14廠房框架柱、梁的板件寬厚比,應符合下列要求:

1重屋蓋廠房,板件寬厚比限值可按本規范第8.3.2條的規定采用,7、8、9度的抗震等級可分別按四、三、二級采用。

2輕屋蓋廠房,塑性耗能區板件寬厚比可根據其承載力的高低按性能目標確定。塑性耗能區外的板件寬厚比限值,可采用現行《鋼結構設計規范》GB 50017彈性設計階段的板件寬厚比限值。

條文說明:9.2.14板件的寬厚比,是保證廠房框架延性的關鍵指標,也是影響單位面積耗鋼量的關鍵指標。本次修訂,對重屋蓋和輕屋蓋予以區別對待。重屋蓋參照多層鋼結構低于50m的抗震等級采用,柱的寬厚比要求比2001規范有所放松。

對于采用壓型鋼板輕型屋蓋的單層鋼結構廠房,對于設防烈度8度(0.20g)及以下的情況,即使按設防烈度的地震動參數進行彈性計算,也經常出現由非地震組合控制廠房框架受力的情況。因此,根據實際工程的計算分析,發現如果采用性能化設計的方法,可以分別按“高延性,低彈性承載力”或“低延性,高彈性承載力”的抗震設計思路來確定板件寬厚比。即通過廠房框架承受的地震內力與其具有的彈性抗力進行比較來選擇板件寬厚比:

當構件的強度和穩定的承載力均滿足高承載力——2倍多遇地震作用下的要求(γGSGE+γEh2SE≤R/γRE)時,可采用現行《鋼結構設計規范》GB 50017彈性設計階段的板件寬厚比限值,即C類;當強度和穩定的承載力均滿足中等承載力——1.5倍多遇地震作用下的要求(γGSGE+γEh1.5SE≤R/γRE)時,可按表6中B類采用;其他情況,則按表6中A類采用。

其他情況即是按多遇地震計算并滿足承載力強度要求。不難發現A類相當于鋼框架抗震等級為一級、二級的水平,相對單層鋼結構廠房的重要性來講,構造措施相當嚴格。

3、《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》GB 51022-2015:

2 構件中受壓板件的寬厚比,不應大于現行國家標準《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》GB 50018規定的寬厚比限值;主剛架構件受壓板件中,工字形截面構件受壓翼緣板自由外伸寬度b與其厚度t之比,不應大于151.jpg;工字形截面梁、柱構件腹板的計算高度hw與其厚度tw之比,不應大于250。當受壓板件的局部穩定臨界應力低于鋼材屈服強度時,應按實際應力驗算板件的穩定性,或采用有效寬度計算構件的有效截面,并驗算構件的強度和穩定。   

3.4.3 當地震作用組合的效應控制結構設計時,門式剛架輕型房屋鋼結構的抗震構造措施應符合下列規定:

1 工字形截面構件受壓翼緣板自由外伸寬度b與其厚度t之比,不應大于2.jpg;工字形截面梁、柱構件腹板的計算高度hw與其厚度tw之比,不應大于160;

4、《高層民用建筑鋼結構技術規程》JGJ 99-2015

總則說明此規程針對高層建筑,在基調上確定本規程的一切要求嚴于前述三本規范。

1.0.4 抗震設計的高層民用建筑鋼結構,當其房屋高度、規則性、結構類型等超過本規程的規定或抗震設防標準等有特殊要求時,可采用結構抗震性能化設計方法進行補充分析和論證。

簡單結論:前述規范確定建筑等級及設計方法主要還是依照抗震敏感性,而抗震敏感性還是和結構自重、建筑形態掛鉤,因此按照規范松與嚴的構造措施不難理解具體情況具體分析的設計思路是正確的。