第３９卷第３期 ２０１５年６月 北京交通大学学报 Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．３ Ｉｕｎ．２０１５ ＿ＩＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＢＥＵＩＮＧ ＪＩＡ０ＴｏＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ 文章编号：１６７３—０２９１（２０１５）０３—０１０６—０３ ＤＯＩ：１０．１１８６０￣．ｉｓｓｎ．１６７３—０２９１．２０１５．０３．０１８ 钢结构抗侧力构件的连接计算与分析 冯 东，莫培佳，汪一骏 （北京交通大学土木建筑工程学院，北京１０００４４） 摘要：构件拼接和连接是抗震性能化设计中十分重要的环节，其主导思想是连接的承载力应大于 构件的承载力．根据理论和实际工程经验，将现行建筑抗震设计规范的钢结构抗侧力构件连接计算 公式与一般设计中采用的构件与节点等强设计公式进行对比分析，结果表明：如现行建筑抗震设计 规范中的节点极限承载力计算公式改用节点的承载力设计值大于构件的承载力设计值表达，则显 得较直观和安全． 关键词：抗震性能化；承载力；极限；屈服；连接系数 中图分类号：ＴＵ３９１；ＴＵ３１１．４ 文献标志码：Ａ Ｊｏｉｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｌａｔｅｒａｌ ｆｏｒｃｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｍｅｍｂｅｒｓ ＦＥＮＧ Ｄｏｎｇ，ＭＯ Ｐｅｉｊｉａ，ＷＡＮＧ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｊｏｉｎｔｉｎｇ ｏｆ ｍｅｍｂｅｒｓ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｌｉｎｋ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ— ｂａｓｅｄ ｄｅｓｉｇｎ，ｗｈｏｓｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｉｄｅａ ｉｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｊｏｉｎｔｉｎｇ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｍｂｅｒｓ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｌａｔｅｒａｌ ｆｏｒｃｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｍｅｍｂｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｄｅ ｆｏｒ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｍｂｅｒ ａｎｄ ｎｏｄｅ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｗｅ ｄｒａｗ ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ：ｉｆ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ ｉｎ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｄｅ ｆｏｒ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｉｓ ｅｘｐｒｅｓｓｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｎｏｄｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｍｅｍｂｅｒ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｉｔ ｗｉｌｌ ｂｅｃｏｍｅ ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ ａｎｄ ｓａｆｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｉｓｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ—ｂａｓｅｄ ｄｅｓｉｇｎ；ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ；ｕｌｔｉｍａｔｅ；ｙｉｅｌｄ；ｊｏｉｎｔｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ 在地震区为提高房屋的整体抗震性能，避免房 屋发生连续倒塌，加强节点和构件的拼接和连接是 十分重要的措施之一．现行《建筑抗震设计规范》ＧＢ ５００１１－－２０１０［ 在旧版规范的基础上作了一定的改 进，如将节点的连接系数由１．２改为叩ｉ（１．１０～ 规的等强节点（即连接与构件的强度设计值相等）与 规范提供的节点公式进行对比分析，并提出改进 建议． １连接计算公式 对于不同的钢结构抗侧力构件的连接，《建筑抗 震设计规范》ＧＢ ５００１１－２０１０［１ｊ第８．２．８条采用以 下公式进行验算． 梁与柱刚性连接： １．４５）．之后，刘其祥等Ｌ２ｊ指出 ｉ的取值仍存在安全 问题，建议在梁端上下翼缘加焊补强钢板，再将其与 柱连接来提高连接的安全度．为了进一步定量论证， 本文作者以５种轴心受拉代表性的连接为例，用常 收稿日期：２０１５．０３—１０ 作者简介：冯东（１９６１一），男，北京市人，副教授，硕士．研究方向为钢结构．ｅｍａｉｌ：ｆｅｎｇｌ１０９ｄｏｎｇ＠ｓｉｎａ．ＣＯＦＩ１ 第３期 冯东等：钢结构抗侧力构件的连接计算与分析 ＭＪｕ≥ ｊＭｐ （１） 数，按表１ 采用；Ｍｐ为梁的塑性受弯承载力；｜Ｎ 为支撑连接和拼接的极限受压（拉）承载力；Ａｂ 为支 支撑连接和拼接： Ｎ ｂ ≥ ｉＡｂ 厂ｙ 柱脚与基础连接： Ｍ ｂａｓｅ≥ｒ／ｊＭｐｃ ，（２） （３） 撑杆件的截面面积； 为支撑杆件钢材的屈服强 度；Ｍｊｕ，ｂ 为柱脚的连接极限受弯承载力；Ｍ 为考 虑轴力影响时柱的塑性受弯承载力． 式中：Ｍ 为连接的极限受弯承载力； ｉ为连接系 表１钢结构抗震设计的连接系数 Ｔａｂ．１ Ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｊｏｉｎｔｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ２两种计算方法的比较 对几种钢结构构件的连接，分别按等强度和文献［１］公式（２）计算连接所需的截面面积进行对比，见表 ２［３１．同理，可用公式（１）和公式（３）进行计算． 表２两种方法计算的连接截面面积 Ｔａｂ．２ Ｊｏｉｎｔｉｎｇ ａｒｅａｓｏｆｔｈｅ ｃｎ）ｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓ 表中：强度设计值、屈服强度值、极限强度值均 最小，对接焊缝极限强度和承压型高强度螺栓极限 抗剪强度次之，承压型高强度螺栓孔壁承压和柱脚 螺栓极限强度最高．因此，极限强度越高，连接面积 越小，Ａ】／Ａ２越大，越偏于不安全．这与连接的极限 强度取值、材料系数与结构的可靠度取值有关［５－６］． 取自《钢结构设计规范｝ＧＢ５００１７－－２００３ ；钢材牌 号Ｑ２３５级（强度设计值ｆ＿－２１５ Ｎ／ｍｍ２，屈服强度 ＝２３５ Ｎ／㈣２），焊条Ｅ４３ｘｘ型，高强度螺栓性能 等级１０．９级（ 。ｂ＝１ ０４０ Ｎ／㈣２）；ｒ／ｉ除序号５取 １．２０外，其余均按表１取１．２５和１．３；Ａｂ】为一个螺 栓净截面面积，，ｚ为螺栓个数，ｄ为螺栓直径，ｔ为 板件厚度； （ｚ２）为截面压应力合力作用点至锚栓 的距离，近似取ｚ】和ｚ２相等． 计算表明：按极限强度设计的角焊缝极限强度 ３关于构件承载力检验系数允许值 如按表２取连接极限值计算所得的连接承载 力，则其检验系数达不到构件检验系数最小值 ［ｙ ］．根据文献［７］，预制混凝土构件的承载力检验 ０８ 北京交通大学学报 第３９卷 系数 ）， ≥），０［ｙ ］ （４） 式中：ｙ 为构件的承载力检验系数实测值，即试件 的极限荷载实测值与与荷载设计值的比值；ｙ 为结 构重要性系数，按设计要求确定．［ｙ ］为构件承载 力检验系数允许值，取［ｙ ］ ＝１．５Ⅲ７ｊ．钢结构一般 均参考此值．参考表２，如将焊缝或螺栓的极限承载 力Ａｆ 。视为承载力检验极限荷载实测值，屈服承 载力 视为荷载屈服值，则荷载设计值Ａｂ，ｆ＿－ ｆ Ａｂ ．女口ｙ０取１．０，贝０ ｙ ＝ｙ０［ｙ ］＝１．０×１．５＝ １．５，而当 ｊ＝１．２时，表２中的ｕ：１．１ ；＝１．３２＜ １．５０，不能满足节点的承载力检验最低要求． ４《建筑抗震设计规范》中存在的问题 １）文献［１］采用节点极限承载力大于ｒ／ 倍的构 件屈服承载力，在理论上是可行的，但由于构件和节 点在计算时两者取用的强度值不在同一水平，导致 材料系数差异较大．而在表１中的 ｉ值并未考虑这 些因素Ｌ２］，故导致其极限强度连接承载力反而低于 等强节点承载力． ２）采用节点与构件等强设计，也即文献［１］第 ８．２．８条第１款的要求，可以满足第８．２．８条中的 所有公式，建议取消第８．２．８条的计算公式和表１ 中的 值，只需保留该条第１款＿５ Ｊ，否则应大幅度 调整连接系数 值．表８．２．８中的计算公式和 ｉ 值极易使人忽略条文第１款中等强节点的要求． ３）如采用文献［１］的计算方法，则构件节点承载 力理论检验系数低于１．５０，不能满足检验要求． ４）截面的塑性屈服弯矩Ｍ 应随板件的宽厚比 等级进行调整，即受弯构件的塑性弯矩Ｍ。均用 ＷＥｆｙ表示为宜． ５ 结论 １）在设防烈度７度以下地震区的所有主要抗震 构件都必须采用节点与构件等强的基本设计原则， 对于截面板件设计等级为Ｓ１、ｓ２的截面及８度和８ 度以上的主要抗震构件应以节点承载力设计值不小 于１．２倍的构件承载力设计值为宜． ２）文献［１］第８．２．８条第１款中“高强度螺栓连 接不得滑移”，建议修改为在小震（常遇烈度）下摩擦 型高强度螺栓不得滑移，在中震（设防烈度）下不宜 滑移． ３）要提高节点的抗震性能，除了计算外还得配 合节点构造形式，梁端腹板应采用改进型的过焊孔 和骨形节点． 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）： ［１］ＧＢ ５００１１—２０１０，建筑抗震设计规范［ｓ］．北京：中国建 筑工业出版社，２０１０． ＧＢ ５００１１－－２０１０，Ｃｏｄｅ ｆｏｒ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ［Ｓ］． Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ，２０１０．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［２］刘其祥，陈青来，陈幼瑶．《建筑抗震设计规范》在多高层 钢结构房屋抗侧力构件连接计算规定中隐存的安全问 题［Ｊ］．建筑结构，２０１２，４２（１）：７５—８０． ＬＩＵ Ｑｉｘｉａｎｇ，ＣＨＥＮ Ｑｉｎｇｌａｉ，ＣＨＥＮ Ｙｏｕｆａｎ．Ｓａｆｅｔｙ ｐｒｏｂ— ｌｅｍｓ ｏｆ ｌａｔｅｒａｌ ｆｏｒｃｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｊｏｉｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｍｕｌｔｉ— ｓｔｏｒｙ ａｎｄ ｔａｌｌ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ｃｏｄｅ ｆｏｒ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｎｇ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｓｅ，２０１２，４２（１）： ７５—８０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） ［３］ＪＧＪ ９９—９８，高层民用建筑钢结构技术规程Ｉｓ］．北京：中 国建筑工业出版社，１９９８． ＪＧＪ９９－－９８，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｆｉａｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔａｌｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ［Ｓ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ，１９９８．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［４］ＧＢ ５００１７－－２００３，钢结构设计规范［Ｓ］．北京：中国计划 出版社，２００３． ＧＢ ５００１７－－２００３，Ｃｏｄｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｎｇ ｏｆ ｓｔｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｓ］． Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ，２００３．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［５］ＧＢ ５００６８－－２００１，建筑结构可靠度设计统一标准［Ｓ］．北 京：中国建筑工业出版社，２００１． ＧＢ ５００６８－－２００１，Ｕｎｉｆｉｅｄ ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｄｅｓｉｎｇ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｔｕｒｃｔｕｒｅｓ［Ｓ］．Ｂｅｉｊｉｇｎ：Ｃｈｉｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ，２００１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［６］０１（０４）Ｓ￣－５１９，多、高层民用建筑钢结构节点构造详图 ［Ｓ］．北京：中国计划出版社，２００４． Ｏ１（０４）ＳＧ５１９，Ｄｅｔａｉｌｉｎｇ ｄｒａｗｉｎｇ ｆｏｒ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｊｏｉｎｔｓ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｓｔｏｒｙ ａｎｄ ｔａｌｌ ｃｉｖｉｌ［Ｓ］．Ｂｅｉｊｉｇｎ：Ｃｈｉｎａ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ，２００４．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［７］ＧＢ ５０２０４－－２００２，混凝土结构工程施工质量验收规范 ［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００２． ＧＢ ５０２０４－－２００２，Ｃｏｄｅ ｆｏｒ ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｏｃｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｓ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ａｒｃｈｉｔｃｅ— ｔｕｒｅ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｇｎ Ｐｒｅｓｓ，２００２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
