[实用新型]延性耗能抗震钢框架

说明书

技术领域

本实用新型涉及建筑结构领域，具体为一种延性耗能抗震钢框架。

背景技术

钢材是绿色建筑材料。广义讲，钢结构强度自重比高，延性好，抗震性能卓越。目前，我国钢产量已居全世界之首，供大于需矛盾日趋严重，推广钢结构建筑成为建筑行业发展的必然趋势。然而，钢结构的造价却比混凝土结构要贵，这已成为制约钢结构建筑发展的主要矛盾之一。因此，降低钢结构建筑的耗钢量（即降低造价），是加速发展建筑钢结构的一条关键途径。

框架是钢结构最基本的结构形式。当今国际流行建筑设计规范几乎都要求抗震钢框架满足“强柱弱梁”的要求。我国《建筑抗震设计规范》（GB50011）也规定抗震钢框架应满足“强柱弱梁”的要求，即期望：当遭遇强烈地震时，框架的极限状态呈梁铰机构（塑性铰主要分布于框架梁端），通过梁端塑性耗能区耗散地震能量，保证结构不坍塌。框架延性耗能是实现抗震目标（小震不坏，中震可修，大震不倒）的一条主要途径。

根据钢结构基本原理，梁端塑性耗能区对其截面的板件（翼缘、腹板）宽厚比有严格的限制（否则，将由于局部屈曲而不能达到塑性耗能的要求）。例如，《建筑抗震设计规范（GB50011）》对多层和高层钢结构房屋要求（以H形截面为例）：一级框架，梁翼缘和腹板的宽厚比限值分别为9                                               和60（f_y为钢材屈服强度）；二级框架，9和65；三级框架，10和70；四级框架，11和75。上述一、二、三级框架的梁截面板件宽厚比限值基本属于塑性设计截面（塑性铰有较大的转动能力）的要求；四级框架的，相当于塑性强度截面（可达全截面塑性，但由于板件局部屈曲塑性转动能力有限）。然而，大量的工程实践表明，钢框架的截面板件宽厚比是影响单位面积耗钢量的关键指标，尤其是框架梁腹板宽厚比。板件宽厚比小，虽然延性耗能性能好，但耗钢量也高。如果能在保证框架抗震性能的条件下放松板件宽厚比要求，则可降低耗钢量。

钢结构弹性设计截面（包含部分塑化截面和边缘纤维屈服截面。部分塑化截面——在边缘纤维屈服后可发展一定的塑性；边缘纤维屈服截面——边缘纤维可达屈服强度，但由于板件局部屈曲而不能发展塑性）的板件宽厚比限值，比塑性设计截面/塑性强度截面的要大。例如H形截面框架梁，弹性设计截面的翼缘宽厚比限值为15（可部分塑化时，13）；腹板的宽厚比限值可取130即按腹板正则化宽厚比λb＝0.85，梁受压翼缘扭转不受约束时的条件取值。当不需设置横向加劲肋时，80）。通常情况下，截面板件宽厚比大，截面回转半径也大，构件整体稳定性提高，但由于局部屈曲而使抗震耗能性能变差。

钢框架设计时，即使框架梁采用弹性设计截面已足以承受作用的静力荷载，但为保证抗震性能而需满足钢梁截面板件宽厚比的要求（采用塑性设计截面、或塑性屈服截面）。目前常规的做法，是直接采用较厚的翼缘、腹板，直至达到规定的塑性设计截面或塑性强度截面的宽厚比要求。显然，这会导致钢框架单位面积耗钢量较大上升。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，提供一种钢材消耗量低、抗震性能高、结构简单、容易施工的建筑物框架体系，本实用新型公开了一种延性耗能抗震钢框架。

本实用新型通过如下技术方案达到发明目的：

一种延性耗能抗震钢框架，包括框架柱和框架梁，框架柱的截面为H形或箱形，框架柱垂直固定在地面上；框架梁的截面为H形，框架梁水平架设，框架梁的两端为塑性耗能区，在塑性耗能区之间的为弹性区段，塑性耗能区和弹性区段都由翼缘和腹板两部分组成，框架梁两端的塑性耗能区分别固定在两根相邻的框架柱上，框架梁塑性耗能区的长度L可在1.5倍～2倍的梁高之间取值，并且不小于框架梁净跨度的1/10，f_y是框架梁所用材料的屈服强度在以MPa为单位时的数值部分，其特征是：

框架梁弹性区段的宽厚比的上限值为：用于多高层建筑钢框架时，翼缘取13，腹板取80；用于工业钢框架时，翼缘取15，腹板取130。

框架梁塑性耗能区翼缘的厚度和弹性区段翼缘的厚度相等，翼缘的宽度经切割削减，使得翼缘宽厚比的上限值为：9～11，根据框架的抗震等级最终确定；腹板的宽度及厚度分别和弹性区段腹板的宽度及厚度相等，腹板设置1道或2道纵向加劲肋，并在塑性耗能区的边缘处设置横向加劲肋。