AISC 341 RFEM 6 中的支撑框架设计

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普通异心支撑框架 (OCBF) 和特殊异心支撑框架 (SCBF) 可以在 RFEM 6 的钢结构设计模块中进行设计。 按照 AISC 341-16 和 341-22,抗震设计结果分为两部分: 杆件要求和连接要求。

有关地震配置输入的更多详细信息,请参见文章 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。 此处列出的截面是按照抗震规范 [1] AISC 341-16/22 [1] 的规定。

  • 宽度和厚度限值[截面 D1.1 和 F1.5a]
  • SCBF 稳定性梁支撑 - 所需强度和刚度[截面 F2.4b 和 D1.2a.1(b)]
  • SCBF 梁的稳定性支撑 - 最大间距[截面 F2.4b 和 D1.2a.1(c)]
  • 柱所需强度[截面 D1.4a]
  • 支撑长细比[规范 F1.5b (OCBF) 和 F2.5b(a) (SCBF)]

延性要求的宽度与厚度限值

OCBF 中的支撑按照 F1.5a 节被指定为中等延性构件。 SCBF 中的所有杆件(支撑、梁、柱)都根据 F2.5a 节的规定为高延性杆件。

OCBF 中的支撑必须满足 AISC 抗震设计章节 D1.1 中对中等延性构件的要求。 根据第 F1.5a 节,作为例外情况,Lc/r 大于 200 的受拉框架的支撑不需要满足延性要求。 在 RFEM 中显示为 EQ 1300(图 1)。

请注意: 按照 F2.4d 节,在 SCBF 中不允许使用纯拉式框架。

SCBF 梁的稳定性支撑

按照章节 F2.4b [1] ,稳定性支撑的要求只适用于 V 形和倒 V 形支撑框架中的梁。 在“稳定性支撑”-下的“杆件稳定性”选项卡中列出了稳定性支撑的强度和刚度(图2)。 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)。

所需强度 Pbr 在 AISC 360-16/22 [3] 附录 6 中公式 A-6-7 中定义:

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

请注意: Pr 不适用于支撑框架。

所需的刚度 βbr 在 AISC 360-16/22 附录 6 中公式 A-6-8 中定义[3]:

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

AISC 341-16/22 第 F2.4b 节中的规定,其最大间距为 D1.2a.1(c):

SCBF 梁的稳定性支撑(最大间距)

Lbr = 0.19·ry·ERy·Fy  (AISC 341-16)Lbr = 0.17·ry·ERy·Fy  (AISC 341-22)

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

在“杆件利用率”中给出了最大间距的设计验算值,以及其他杆件要求。 半向支撑长度 Lb 是弯扭屈曲(LTB)的有效长度。 文件 EQ 2100(图 3)。

柱所需强度

抗震结构体系(SFRS)中的所有柱子在设计时都必须具有超强荷载。 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 360-16/22 H 章验算荷载组合。

对于包含超强地震荷载的荷载组合,当在超强极限状态下激活了忽略所有柱子弯矩、弯矩和扭矩选项时,不应用 H 章。 抗震设计手册 [2] 中的示例 4.3.2 演示了使用标准和超强荷载组合的控制工况进行计算。

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。 因此,需要通过取消激活忽略弯矩的选项,在考虑轴向荷载的同时考虑弯矩(图 4)。

支撑长细比

对于 V 形或 OCBF 倒 V 形框架支撑,根据章节 F1.5b [1],长细比 Lc/r 必须小于或等于 4*²(E/Fy )。 目的是为了控制屈曲支撑构件中产生的不对称内力。 在 RFEM 中显示为 EQ 3300(图 5)。

对于 X 形支撑,可以在抗震配置中停用满足此要求的选项。

根据章节 F2.5b(a) [1] 的规定,对于 SCBF 形式的支撑,长细比 Lc/r 必须小于或等于200。 在 RFEM 中显示为 EQ 3310(图 6)。

连接要求

抗震要求中包括了斜撑的连接抗拉强度连接抗压强度。 它们都在支撑连接按杆件选项卡中列出(图7)。 不适用于连接强度设计验算。 各个公式和关系式都显示在表格中。

中的符号和定义通过以下公式显示:

支撑连接节点所需抗拉强度(OCBF & SCBF)

Ry·Fy·Ag/αs

Ry 预期屈服应力与最小屈服应力之比
Fy 指定的最小屈服应力
[THESIS.TITEL]g 支撑截面毛面积
αs LRFD-ASD 力水平调整系数 LRFD 为 1.0,ASD 为 1.5

支撑连接点需配抗压强度

1.1·Fcre·Ag/αs      for OCBF (341-16)1.14·Fcre·Ag/αs    for SCBF (341-16 & 341-22)Fne·Ag/αs                for OCBF (341-22)

Fcre AISC 360-16中截面E的临界屈曲应力,使用预期屈服应力,Ry Fy
[THESIS.TITEL]g 支撑截面毛面积
αs LRFD-ASD 力水平调整系数 LRFD 为 1.0,ASD 为 1.5
[F12]ne 根据 AISC 360-22 E 截面使用期望屈服应力的公称应力 Ry Fy

请注意: 在未来的版本中将支持基于预期支撑强度的承载力受限设计。

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 有支撑|无侧移框架 AISC 341-22 AISC 341

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
[4]   AISC 341-22. Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. (2022). American Institute of Steel Construction.
[5]   ANSI/AISC 360-22, Specification for Structural Steel Buildings

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  • 更新 2024年02月27日

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