10 塑性及弯矩调幅设计

10 塑性及弯矩调幅设计#

10.1 一般规定#

本章规定适用于不直接承受动力荷载的下列结构：
1. 超静定梁、连续梁；
2. 水平荷载参与的荷载组合不控制设计的1-6层框架结构；
3. 满足下列条件之一的框架支撑（剪力墙、核心筒等）结构中的框架部分：
  1. 结构下部1/3楼层的框架部分承担的水平力不大于该层总水平力20%；
  2. 支撑（剪力墙）系统能够承担所有水平力。
塑性及弯矩调幅设计，仅适用于单向弯曲的构件。
采用塑性及弯矩调幅设计的结构或构件，进行正常使用极限状态设计时，采用荷载的标准值，并按弹性理论进行计算。
采用塑性设计的结构或构件，按承载能力极限状态设计时，应采用荷载的设计值，用简单塑性理论进行内力分析。
采用弯矩调幅设计时，框架柱不得产生塑性铰，水平荷载产生的弯矩及柱端弯矩不得进行调幅。连续梁及框架梁可采用对竖向重力荷载产生的梁端弯矩往下调幅、梁跨中弯矩相应增大的简化方法，代替塑性机构分析。
采用塑性设计的结构及进行弯矩调幅的构件，钢材性能应符合本规范4.3.7条的规定。
采用塑性及弯矩调幅设计的结构构件，其截面设计等级应符合下列规定：
1. 形成塑性铰、并发生塑性转动的截面，其截面设计等级应采用S1级；
2. 最后形成塑性铰的截面，其截面设计等级不应低于S2级截面要求；
3. 不形成塑性铰的截面，其截面设计等级不应低于S3级截面要求。
构成抗侧力支撑系统的梁柱构件，不得进行弯矩调幅设计。
塑性铰区承受的轴力不应大于轴向塑性承载力（$A f_y$）的15%，剪力不应大于截面塑性抗剪承载力的50%。
采用塑性设计，或采用弯矩调幅设计且结构为有侧移失稳时，框架柱的计算长度系数应乘以1.1的放大系数。

10.2 弯矩调幅设计要点#

当框架支撑结构采用弯矩调幅设计及一阶弹性分析时，框架柱计算长度系数取为1，支撑系统应满足本规范式（8.3.1-10）的要求。
当采用一阶弹性分析时，对于连续梁和框架梁，钢梁及钢-混凝土组合梁的调幅幅度应按表10.2.2的规定采用。

表10.2.2-1 钢梁调幅幅度#

调幅幅度	梁截面设计等级	挠度增大系数	侧移增大系数
10%	S3级	1	不变
15%	S2级	1	不变
20%	S1级	1	1.05

表10.2.2-2 钢－混凝土组合梁调幅幅度#

梁分析模型	调幅幅度	梁截面设计等级	挠度增大系数	侧移增大系数
变截面模型	5%	S1级	1	1
	10%	S1级	1.05	1.05
等截面模型	15%	S2级	1	1
	20%	S1级	1	1.05

10.3 构件的计算#

受弯构件的强度计算、压弯构件的稳定性计算应符合本规范第6、8章的相关规定。
受弯构件的剪切强度应符合下式要求：

\[ V \leq h_{\rm{w}} t_{\rm{w}} f_{\rm{v}} \tag{10.3.2} \]

式中：
$h_{\rm{w}}, t_{\rm{w}}$ —— 腹板高度和厚度；
$V$ —— 构件的剪力设计值；
$f_{\rm{v}}$ —— 钢材抗剪强度设计值。
采用弯矩调幅设计时，压弯构件的强度计算应符合本规范第8章的相关规定。
采用塑性设计时，弯矩作用在一个主平面内的压弯构件，其强度计算应符合下列公式的规定：

\[ N \leq 0.6 A_{\rm{n}} f \tag{10.3.4-1} \]

当 $N / (A_{\rm{n}} f) \leq 0.13$ 时：

\[ M_{\rm{x}} \leq \gamma_{\rm{x}} W_{\rm{nx}} f \tag{10.3.4-2} \]

当 $N / (A_{\rm{n}} f) > 0.13$ 时：

\[ M_{\rm{x}} \leq 1.15 \left( 1 - \frac{N}{A_{\rm{n}} f} \right) \gamma_{\rm{x}} W_{\rm{nx}} f \tag{10.3.4-3} \]

式中：
$N$ —— 构件的压力设计值；
$M_{\rm{x}}$ —— 构件的弯矩设计值；
$A_{\rm{n}}$ —— 净截面面积；
$\gamma_{\rm{x}}$ —— 截面塑性发展系数，按表8.1.1取值；
$W_{\rm{nx}}$ —— 弹性净截面模量；
$f$ —— 钢材的抗弯强度设计值。

10.4 容许长细比和构造要求#

受压构件的长细比不宜大于 $120 \varepsilon_{\rm{k}}$。
当钢梁的上翼缘没有通长的刚性铺板或防止侧向弯扭屈曲的构件时，在构件出现塑性铰的截面处，应设置侧向支承。该支承点与其相邻支承点间构件的长细比 $\lambda_{\rm{y}}$ 应符合下列要求：

当 $-1 \leq M_1 / (\gamma_{\rm{x}} W_{\rm{x1}} f) \leq 0.5$ 时：

\[ \lambda_{\rm{y}} \leq \left( 60 - 40 \frac{M_1}{\gamma_{\rm{x}} W_{\rm{x1}} f} \right) \varepsilon_{\rm{k}} \tag{10.4.2-1} \]

当 $0.5 < M_1 / (\gamma_{\rm{x}} W_{\rm{x1}} f) \leq 1$ 时：

\[ \lambda_{\rm{y}} \leq \left( 45 - 10 \frac{M_1}{\gamma_{\rm{x}} W_{\rm{x1}} f} \right) \varepsilon_{\rm{k}} \tag{10.4.2-2} \]

\[ \lambda_{\rm{y}} = \frac{l_1}{i_y} \tag{10.4.2-3} \]

式中：
$\lambda_{\rm{y}}$ —— 弯矩作用平面外的长细比；
$l_1$ —— 侧向支承点间距离；对不出现塑性铰的构件区段，其侧向支承点间距应由本规范第6章和第8章内有关弯矩作用平面外的整体稳定计算确定；
$i_{\rm{y}}$ —— 截面绕弱轴的回转半径；
$M_1$ —— 与塑性铰相距为 $l_1$ 的侧向支承点处的弯矩；当长度 $l_1$ 内为同向曲率时，$M_1 / (W_{\rm{x1}}
当工字钢梁受拉的上翼缘有楼板或刚性铺板与钢梁可靠连接时，形成塑性铰的截面，应满足下列要求之一：
1. 根据本规范式（6.2.8-4）计算的正则化长细比不大于0.25要求。
2. 布置间距不大于2倍梁高的加劲肋。
3. 受压下翼缘设置侧向支撑。
用作减少构件弯矩作用平面外计算长度的侧向支撑，其轴心力应按本规范第7.5.1条确定。
1. 所有节点及其连接应有足够的刚度，应保证在出现塑性铰前节点处各构件间的夹角保持不变。
2. 构件拼接和构件间的连接应避开塑性区，应能传递该处最大弯矩设计值的1.1倍，且不得低于$0.5\gamma _{\rm{x}} W_{\rm{x}} f$。
当构件采用手工气割或剪切机割时，应将出现塑性铰部位的边缘刨平。当螺栓孔位于构件塑性铰部位的受拉板件上时，应采用钻成孔或先冲后扩钻孔。

10 塑性及弯矩调幅设计

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10 塑性及弯矩调幅设计#

10.1 一般规定#

10.2 弯矩调幅设计要点#

表10.2.2-1 钢梁调幅幅度#

表10.2.2-2 钢－混凝土组合梁调幅幅度#

10.3 构件的计算#

10.4 容许长细比和构造要求#