AISC 341-16 在 RFEM 6 中的弯矩杆件设计

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在 RFEM 6 的钢结构设计模块中提供了三种类型的弯矩框架(普通、中间和特殊)。 按照 AISC 341-16 进行抗震设计结果,分为两部分: 杆件要求和连接要求。

关于地震配置输入的更多详细信息将在另一篇文章中介绍, 知识库 001761 | AISC 341 RFEM 6 中的抗震设计.

杆件要求

在 RFEM 中可以对抗震体系 (SFRS) 的杆件进行以下设计验算。 此处列出的截面是参照抗震规范 AISC 341-16 [1] 的规定。

  • 宽度与厚度限值[章节 D1.1]
  • 梁的稳定性支撑 - 所需强度和刚度[IMF截面 D1.2a.1(b) 和 SMF 截面 D1.2b]
  • 梁的稳定性支撑 - 最大间距[截面 D1.2a.1(c) - IMF 和 D1.2b - SMF]
  • 铰位置梁的稳定性支撑 - 所需强度[截面 D1.2c.1(b)]
  • 柱所需强度[截面 D1.4a]
  • 无支撑连接的柱长细比[截面 E3.4c.2b]

延性要求的宽度与厚度限值

在 IMF 中杆件根据 E2.5a 被指定为中等延性杆件。 在 SMF 中的杆件按照 E3.5a 节的规定为高延性杆件。

柱子翼缘

SMF 的柱子翼缘必须满足 AISC 抗震设计章节 D1.1 [1] 中对高延性构件的要求。 在 RFEM 中显示为 EQ 1200(图 1)。

柱子腹板

按照 D1.4a [1] 节的规定,高延性构件腹板的极限宽厚比通过轴向荷载的主导荷载工况确定。 主导荷载工况基于所有荷载组合,包括纯重力荷载组合、荷载组合加标准地震荷载和荷载组合加超强地震荷载。 上述验算在 RFEM 中的 EQ 1100 中进行了说明(图 2)。

与柱子类似,梁也进行宽度与厚度的检查。

梁的稳定性支撑

在“稳定性支撑”-“杆件抗震”选项卡中列出了稳定性支撑的强度和刚度(图3)。 在设计支撑杆件时,可以将这些值与现有的强度和刚度进行比较。 没有设计验算细节(只有参考)。

这里列出了两个不同的强度要求值。 第一个数值 Pbr适用于位于塑性铰位置外的稳定支撑。 AISC 360-16 附录 6 中公式 A-6-7 中定义了 Pbr [3]:

梁的稳定性支撑 (所需强度)

Pbr = 0.02·(Mr·Cdho)

Pbr 稳定梁的支撑所需强度
Mr 梁的所需抗弯强度。 Mr = Ry Fy Z/ αs [AISC 341 公式 D1-1]
Cd 倍曲率系数 = 1.0 [AISC 341 章节 D1.2a(b)]
ho 翼缘中心距离 ho = d - tf

第二个较大的值Pr适用于塑性铰位置的斜撑。 根据 AISC 341-16 [1] 中公式 D1-4 的定义:

梁的稳定性支撑 (塑性铰所需强度)

Pr = 0.06·Ry·Fy·Z/(αs·ho)

Pr 塑性铰位置处稳定梁的所需支撑强度
Ry 预期屈服应力与最小屈服应力之比
Fy 规定的最小屈服应力
Z 截面(或连接)在塑性铰位置的有效塑性截面模量
αs LRFD-ASD 力大小调整系数 = 1.0 (LRFD) 和 1.5 (ASD)
ho 翼缘重心之间的距离

所需刚度 βbr在附录6中公式A-6-8中定义:

梁的稳定性支撑(所需刚度)

βbr =1Φ·(10·Mr·CdLbr·ho)  (LRFD)βbr =Ω·(10·Mr·CdLbr·ho)  (ASD)

βBr 稳定梁的支撑所需刚度
Mr 梁所需的抗弯强度
Cd 双曲率系数 = 1.0
Lbr 稳定梁支撑的最大间距
ho 翼缘重心之间的距离

钢支撑的最大间距必须满足 AISC 341-16 章节 D1.2a.1(c) 对于 IMF 和 SMF 以及 D1.2b。

梁的稳定性支撑(最大间距)

Lbr = 0.19·ry·ERy·Fy  for IMFLbr = 0.095·ry·ERy·Fy  for SMF

Lbr 稳定梁支撑的最大间距
ry 绕弱轴的回转半径
E 弹性模量
Ry 预期屈服应力与最小屈服应力之比
Fy 规定的最小屈服应力

最大间距的设计验算与其他杆件要求在“杆件利用率”中介绍。 设计验算的细节见 EQ 2100(图 4)。 相应的,对弯扭屈曲(LTB),杆件的最大支撑长度Lb

柱所需强度

抗震体系(SFRS)中的所有柱子的设计值必须达到超强荷载。 在许多情况下,放大的轴力不需要与同时出现的弯矩进行组合。 对超强极限状态忽略所有柱子的弯矩、剪力和扭矩是默认激活的。 该选项可以在地震配置中被停用。

对于没有地震荷载作用的标准荷载组合,按照 AISC 360-16 第 H 章的规定验算荷载组合。

对于包含超强地震荷载的荷载组合,当在超强极限状态激活了忽略所有柱子弯矩选项时,不检查章节 F 和 H。 在抗震手册[2] 中的例 4.3.2 中,需要考虑标准和超强这两个荷载组合作为控制工况。

在两个侧向支座之间施加荷载所产生的弯矩会导致柱子发生屈曲。 那么在考虑轴向荷载的同时要同时考虑它们。

无支撑连接的柱长细比

根据章节 E3,对于连接处没有横向杆件支撑的 SMF 柱,应通过将长细比 L/r 限制为等于或小于 60,最大限度地减少连接处平面外屈曲的可能性。 4c.2b [1]。 非支撑连接出现在特殊情况下,例如没有中间楼板的两层框架中。

在所有其他情况下,可以在地震配置中停用满足此要求的选项。

连接要求参见文章 知识库 001768 | RFEM 6 中的 AISC 341-16 弯矩结构连接强度.

作者

Cisca Tjoa, PE

Cisca Tjoa, PE

技术支持工程师

Cisca 负责北美市场的客户技术支持和程序的持续开发。

关键词

抗震验算 AISC 341-16 钢结构 钢结构设计 地震 超强系数 稳定性支撑 弯矩框架

参考文献

[1]   AISC 341-16 Seismic Provisions for Structural Steel Building
[2]   AISC Seismic Design Manual, 3rd Edition
[3]   ANSI/AISC 360-16, Specification for Structural Steel Buildings

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  • 更新 2024年02月27日

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