05SG109-4民用建筑工程设计常见问题分析与图示（钢结构）

GB50011第5.4.2条规定的钢结构柱、梁的承载力调整系数为0.75；而对于消能梁段的承载力抗震调整系数应按有关规范规定取值。 改进措施：根据《抗震规范》第8.2.7条的规定，其消能梁段承载力抗震调整系数应取0.85，而不是通常梁用的0.75，同时还应该注意，偏心支撑框架构件的抗震承载力应按规范规定验算以下内容：1)偏心支撑框架消能梁段的受剪承载力的验算；2)支撑斜杆与消能梁段连接的承载力不得小于支撑的承载力。若支撑需要抵抗弯距，则支撑与梁的连接应按抗压弯连接设计，否则支撑斜杆、框架柱和与消能梁段相连的非消能梁段按现有规定设计，就不能保持弹性。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 4.2.3 轴心受压柱的板件厚度已大于40mm，按有关规定厚壁构件稳定系数的类别为d类，当计算轴心受压柱稳定性时，其稳定性系数应按厚壁构件稳定系数φ取值。

原因分析：高层建筑钢结构的厚壁柱设计有两个不同于一般轴心受压柱的问题应注意：一是钢材强度设计值f的取值，二是稳定系数φ的取值。

改进措施：高层建筑钢结构的轴心受压构件当板件厚度≥40mm时，其厚板构件截面类别应降低(φ值减小)，《钢结构规范》GB50017对此有专门规定。应按《钢结构规范》第5.1.2条规定分类并计算φ值。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 4.2.4 抗震设计时，框架梁在罕遇地震作用下可能出现塑性铰截面处，梁的上下翼缘均未设置侧向支撑。

原因分析：抗震设计时，为防止框架横梁在大震下发生侧向弯曲，应在梁可能出现塑性铰截面处的上下翼缘设置侧向支撑。

改进措施：抗震设计时，框架梁在罕遇地震作用下可能出现塑性铰截面处，梁的上下翼缘均应按有关规范、规程规定设置侧向支撑。《高钢规程》JGJ99第8.5.4条规定，抗震设防时，框架横梁下翼缘在距轴线l/8～1/10梁跨处，应设置侧向支撑构件，如图4.2.4所示。《高钢规程》第6.1.3条规定：“当梁上设有符合《钢结构规范》GB50017规定的整体铺板时，可不验算整体稳定性。”据此，当上翼缘设有现浇钢筋混凝土板时，上翼缘可不设侧向支撑构件。相邻两支撑点间的构件长细比，应符合《钢结构规范》关于塑性设计的有关规定。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 4.2.5 结构构件设计计算中，轴心受压柱的长细比按λ＝150控制，该数值不符合高层建筑钢结构设计规程中的有关规定。

原因分析：构件允许长细比值的规定，主要是避免构件柔度太大，在本身重力作用下产生过大的挠度和运输，安装过程中造成构件弯曲，以及在大震时竖向地震作用下防止屈曲。由于刚度不足产生的不利影响压杆远比拉杆影响严重。高层建筑钢结构压杆的长细比规定要比普通钢结构严格。

改进措施：高层建筑钢结构压杆的长细比规定要比普通钢结构严格，例如对于柱、桁架、天窗架中受压的杆件、柱的缀条、吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑的容许长细比《钢结构规范》GB50017规定为150。而《高钢规程》JGJ99第6.2.4条规定，其轴心受压柱的长细比不宜大于120。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

- 29 -

4.2.6 按抗震设防的框架柱板件的宽厚比不符合有关规范、规程的规定。

原因分析：结构设计时，首先要确定工程的抗震设防烈度，当抗震设防烈度为6度或非抗震设防时，柱一般不会出现塑性铰，其框架柱板件宽厚比可按《钢结构规范》设计，对于高层建筑钢结构的框架柱，当按7度及7度以上抗震设防时，按照强柱弱梁的要求，柱一般不会出现塑性铰，但是考虑到材料性能变异、截面尺寸偏差及竖向地震作用等因素，柱在某些情况下也可能出现塑性铰。因此，柱的板件宽厚比也应按塑性发展来加以限制。

改进措施：对于需要抗震设防的结构，高层建筑钢结构的框架梁柱的板件宽厚比，应按《抗震规范》GB50011第8.3.2条规定设计，见表4.2.6-1及表4.2.6-2。

（1）不超过12层框架的梁、柱板件宽厚比应符合表4.2.6-1的规定。

（2）超过12层框架的梁、柱板件宽厚比应符合表4.2.6-2的规定。

表4.2.6-1 不超过12层框架的梁、柱板件宽厚比限值 板件名称 柱 工字形截面翼缘外伸部分 箱形截面壁板 工字形截面腹板 工字形和箱形截面翼缘外伸部分 箱形截面翼缘在两腹板的部分 梁 工字形和箱形截面腹板(Nb/Af＜0.37) 工字形和箱形截面腹板(Nb/Af≥0.37) 7度 13 40 52 11 36 8度 12 36 48 10 32 9度 11 36 44 9 30 85-120(Nb/AF) 80-110(Nb/AF) 72-100(Nb/AF) 40 39 35 注：表列数值适用于Q235，当材料为其它牌号钢材时，应乘以（235／fay）1/2

表4.2.6-2 超过12层框架的梁、柱板件宽厚比限值 板件名称 工字形截面翼缘外伸部分 工字形截面腹板 箱形截面壁板 工字形和箱形截面翼缘外伸部分 梁 箱形截面翼缘在两腹板的部分 工字形和箱形截面6度 13 43 39 11 36 7度 11 43 37 10 32 8度 10 43 35 9 30 9度 9 43 33 9 30 柱 85-120(Nb/AF) 80-110(Nb/AF) 72-100(Nb/AF) 72-100(Nb/AF) 腹板 注：表列数值适用于Q235，当材料为其它牌号钢材时，应乘以（235／fay）1/2 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 4.2.7 框架柱与梁的连接为刚性节点，框架柱与梁的上、下翼缘对应位置未按规定设置柱的横向加劲肋。

原因分析：抗震框架柱与梁刚性连接时，为了使柱翼缘和腹板在梁翼缘集中力作用下不致压坏，保证节点域的承载力和稳定性，以及当节点域进入塑性时能较多地吸收地震能量，规范规定框架柱在与梁的上、下翼缘对应位置应设置柱的横向加劲肋。 改进措施：工程设计中应根据工程的抗震设防级别按有关设计规范、规程的规定在框架柱与

- 30 -

梁的上、下翼缘对应位置应设置柱加劲肋，在箱形柱中应设置隔板。

《高钢规程》JGJ99第8.3.6条规定，框架梁与柱刚接时应在梁翼缘的对应位置设置柱的水平加劲肋。对于抗震设防的结构，水平加劲肋和隔板应与梁翼缘等厚，水平加劲肋和隔板的中心线应与梁翼缘的中心线对准。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 4.2.8 按抗震设计设防的框架柱其长细比不符合有关规范规程的规定。

原因分析：框架柱要满足强柱弱梁要求，它的长细比关系到钢结构的整体稳定，对于高层建筑钢结构，高度越高，轴向力越大，应考虑竖向地震力对框架柱的影响，后者在结构分析时一般是不计算的。此外，框架柱还应满足轴压比要求，轴压比不能过大。所以地震区高层建筑钢结构框架柱的长细比不应太大。

改进措施：对于高层建筑钢结构框架柱，应根据不同的抗震设防要求按有关规程规定数值采用：

《高钢规程》JGJ99第6.3.6条规定，对于7度及以上抗震设防的结构，柱的长细比不宜大于60(适用于Q235)。

《抗震规范》GB50011第8.3.1条规定：1)不超过12层的钢框架柱的长细比，6～8度时不应大于120(适用于Q235)。2)超过12层的钢框架柱的长细比，8度时不应大于60(适用于Q235)。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 4.2.9 抗震设防框支体系中，中心支撑按有关规定不得使用“K”形斜杆体系支撑。 原因分析：高层建筑钢结构的中心支撑形式一般有以下几种，如图4.2.9-1所示。其中(d)型为“K”型支撑，该形式支撑在地震作用下，可能因斜杆屈服，引起较大的侧向变形，使柱发生屈服甚至造成倒塌，故不应该在抗震结构中采用。

改进措施：应按《高钢规程》JGJ99第6.4.1条，采用图4.2.9-1中的(a)、(b)、(c)形式。另外，当采用只能受拉的单斜杆体系时，应同时设不同方向的两组单斜杆体系如图4.2.9-2所示，且每层中不同方向单斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不得大于10%。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 4.2.10 抗震设防的框架，中心支撑的长细比取值不符合有关规范规定。

原因分析：框架的中心支撑主要作用是减少层间位移和保证结构的整体稳定，在地震作用下框架支撑体系的恢复力特性，主要取决于支撑杆件的受压行为，支撑的长细比大者，滞回圈较小，吸收能量的能力较弱。支撑的长细比应根据抗震设防烈度按有关规范、规程的规定设计。

改进措施：《高钢规程》JGJ99第6.4.2条对抗震设防烈度为6、7、8、9度时的支撑长细比都作了明确规定。《抗震规范》GB5001l中第8.4.2条对支撑的长细比作为强制性条文规定如下：

- 31 -

表4.2.10 钢结构中心支撑杆件长细比限值

类型 不超过12层 按压杆设计 按拉杆设计 6、7度 150 200 120 8度 120 150 90 9度 120 150 60 超过12层 注：表列数值适用于Q235钢，采用其它牌号钢材应乘以(235/fay)1/2 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 4.2.11 抗震设防的柱间支撑杆件采用单轴对称截面(双角钢组合T型截面)情况下，未采取防止截面绕对称轴屈曲的构造措施。

原因分析：试验证明，结构杆件在地震作用下，双角钢组合T型截面支撑斜杆绕截面对称轴失稳时，会因杆件弯扭屈曲和单肢屈曲而使性能下降，因此单轴对称断面形式不宜用于抗震设防烈度大于或等于7度地区。

改进措施：《高钢规程》JGJ99第6.4.3条规定，“支撑斜杆宜采用双轴对称截面”，例如 H形及箱形截面。工程中柱间支撑的杆件如果采用单轴对称截面时，应当采取防止截面绕对称轴屈曲的有效构造措施。如图4.2.11中在人字形斜杆支撑上增加再分杆等措施。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 4.2.12 结构中的偏心支撑消能梁段按有关规定腹板上不得开洞，且梁翼缘宽厚比已超过规程规定数值。

原因分析：在消能梁段腹板上开洞，将影响其弹塑性变形和耗能能力，使偏心支撑的性能不好预测。因此消能梁段的翼缘宽厚比要求也宜比普通梁严格些。 改进措施：《高钢规程》JGJ99第6.5.8条规定，消能梁段不得在腹板上开洞。并规定：

(1)翼缘板自由外伸宽度b1与其厚度tf之比，应符合下式要求：b1/tf＝8(235/fy)

(2)腹板计算高度h0与其厚度tw之比，应符合下式要求：h0/tw＝(72－100N1b/A1b·f)(235/fy)，式中A1b为耗能梁段的截面面积。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 4.3 节点设计

4.3.1 框架梁断面高度为1800mm，梁端部开设直径为1000mm的管道用孔口，且孔口的补强措施不满足有关规范、规程的规定。

原因分析：框架梁端的1/10跨度或长度等于两倍截面高度范围为塑性铰区域，规范规定该区域一般情况下应避免开设孔口。 改进措施：《高钢规程》JGJ99第8.5.5条规定，不应在消能梁段(设有隅撑)范围内开孔口。孔口的高度(直径)不得大于梁高的1/2，孔的净距不应小于梁高，当孔直径小于100mm时孔可不予补强。否则，宜按下图对孔口补强。如图4.3.l所示：

1/2

1/2

- 32 -