《健筑抗震设计规范》在多高层钢结构房屋 抗侧力构件连接计算规定中隐存的安全问题
刘其祥，陈青来”，陈幼
（1中国建筑标准设计研究院，北京100044;2山东大学，济南250061）
[摘要]新领布的（建筑抗震设计规范）（GB50011-2010）在多高层钢结构房屋抗侧力构件连接计算规定中隐存0.90降成了与梁的相同的0.75使原要求的强连接降成了二者之间并无强弱关系的“等强连接”：2)在8.2.8- 的安全问题有：1）在表5.4.2的新规定中，把2001版抗震规范强制性条文中焊缝的承载力抗震调整系数由条中虽有弹性阶段“钢结构抗侧力构件连接的承载力设计值不应小于相连构件的承载力设计值：高强度螺栓连接不得滑移“的规定，但在不同连接抗力条件下如何计算？并没有给出计算公式，而把连接计算全都放在了8.2.8-3 ~5条用极限承载力验算的方法上.经对该法的深入分析和验证其结果却又不能满足8.2.84条连接抗力的必要条件使规范中的极限承载力验算方法在抗侧力构件连接计算式中井不起控制作用，从而失去了它的验算价值，使“强连接弱构件“的基本原则在计算中井没有得到实施.
[关键词]钢结构：弱连接：等强连接：强连接：弱构件：强屈比：极限承载力
中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：1002-848X（2012)01-0075-06
( 1 China Institute of Building Standard Design & Research Beijing 100044 China;2 Shandong University Jinan 250061 China)
Abstraet: There are safety problems of lateral force resistance joint caleulation about multi-story and tall steel structures inCode for seismic design of bildings ( GB 50011-2010) . In table 5.4. 2 the seismic eoeficient of weking seam 7kmedced from 0. 9 ( fermer code) to 0. 75 uhich leads the joint strength o strnger but equal that may against the mandatery tem. Although the stipulatin n item 8. 2. 8 “desin value of bearing capacity fr lateral fore resistane jointof stel tures shold t b lr than tht f the eted cmpt and high stngth bolt ceti shld tslip° we can only ue the metbod in item 8. 2. 83 ~ 5 to check the calelatin for making strong jit. But the result even cannot satisfy the essential codition of resistance conecting frce which makes the calelating method f the code aboutthe ultimate bearing capacity for resisting lateral foree member cnections have no control fnction and lese its checkingvalse. The basic prineiple of *the strength of coeneetion should be strnger than that of ponent* in the caleulatingformula is not put into effect.
Keywords: eel structure; weak joint; equal strength; stroeg joint; weak member ratio df strength and yield; ultimatebearing eapaeity
1《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）强连接“只适用于某些主要构件抗震等级要求较低二级）但并不是关键部位的连接-但对抗震等级较高（如一、二级）的某些主要构件的关键部位，必须 要采用高于“等强连接”的“强连接”.为此，宜将《新抗规》中y=0.75的规定按四到一级的抗震等级依次改为x=0.75-0.90（即将其中的上限值仍恢复到2001版抗震规范中Yax=0.9的规定）.使连接的承载力设计值达到不低于构件承载力设计值的1.0-1.2倍（为什么不能用不低于组合内力设
（以下简称《新抗规》）表5.4.2和8.2.8-3-5条的（如四级）的关键部位和虽然抗震等级较高（如一、规定清离了“强连接弱构件”的基本原则
1.1在《新抗规》表5.4.2中连接焊缝的承载力抗震调整系数Y被降为非强连接水平
在《新抗规》表5.4.2承载力抗震调整系数Yn中焊缝的y由2001版抗震规范中的0.90降低为与梁的相等，即把原强制性条文中要求的强连接降成了使二者之间毫无强弱关系的“等强连接”.与=Yn=0.75相对应的“等强连接”只是抗震
柱连接的螺栓群中螺栓除了承受式（8.2.8-2）右侧的竖向剪力之外还应有螺栓群在腹板弯矩作用下对连接进行极限承载力的验算-但式（8.2.8-2）中 所受的水平剪力并将这两部分的剪力合成后，才能也没有此项计算内容.
计值的1.0-1.2倍来计算？其理由和变换关系，详见文[10】.《新抗规》把y改为0.75违育了“强连接弱构件“的基本原则-
1.2“计算要点“8.2.8-3-5条所列的计算公式无实际指导作用
再看《新抗规》8.2.5-条，针对钢框架节点处的抗震承载力验算对端部翼缘变截面的梁其计算矩有增大的内容，见式（8.2.5-2）中右边的第二项 式就有塑性较外移后，塑性较处的剪力将对梁端弯∑W_(f - N/A ) ≥∑(W Vs) (8. 2. 5-2)但在更为重要的梁柱连接的计算式（8.2.8-）中，反而没有提供使塑性铰外移的加强连接的计算内容.
在弹性阶段的8.2.8-1条规范作了对应于y=Y=0.75要求的“钢结构抗侧力构件连接的承载力设计值不应小于相连构件的承载力设计值：高 强度螺栓连接不得滑移”（以下简称为“不应小于等强连接”）的规定，但在不同连接抗力条件下如何用计算来体现？却没有提供计算公式，而是把连接计算全都放在了8.2.8-3-5条用极限承载力验算的 方法上，经对该法的分析和验证，其结果却又不满足“不应小于等强连接”的必要条件-这样，使《新抗规》在多高层钢结构房屋抗侧力构件的连接计算中失去了应有的指导作用.
以上分析说明规范关于梁柱连接的计算式欠缺在条文规定中也缺乏前后内容的连贯性-
2.2《新抗规》8.2.8-3条梁柱连接算式不满足“不应小于等强连接”的必要条件
2新抗规38.2.83条梁柱连接采用的极限承载力计算式存在的问题
在表8.2.8（表1）中的取值偏小-以工形梁与工形 规范式（8.2.8-1）M≥nM 中的连接系数;柱在工厂全截面用焊缝相连为例（忽略腹板上下端有焊接工艺孔的削弱影响），使之能满足“抗弯等强"连接的要求，并以此来检验连接系数n；是否满足“等强连接”的必要条件.
2.18.2.8-3条梁柱连接计算式的计算内容欠缺
在《新抗规》8.2.8-3条梁与柱的刚性连接中，其连接受弯、受剪的极限承载力计算式为：
( 8. 2. 81)
V ≥ 1. 2( 2M /I ) V(8. 2.8-2)
出现了在不同连接抗力条件下，计算式与计算内容不相吻合的矛盾，如在式（8.2.82）中，其腹板连接的计算式只抗剪不抗弯，而式（8.2.8-1）中又没有加强连接的内容，两者的抗力模型与弹性阶段“不应 小于等强连接”的受力模型发展到塑性阶段后的受力模型相矛盾.以框架梁与箱形柱在工地翼缘焊接、腹板栓接为例（这种结构和连接在我国用得最多）其腹板的连接抗力情况就有以下两种：
愿中案柱 本文中常用接连限计用的和续号 用的o // 15)1 =0.2时的1 =0.5时的 41、 0.3对的3 焊滞连接计拉式（}算用的= 按式目计要用的25 1.4) 取:375/225 = 1.67 1.536 1.5 5 1.46)(345 1.235 1.30 取 470:325 ± 1.45 1.380 1.336 1.37 5 1.315 1.30 1.294
在弹性阶段的抗弯等强连接，就是梁端连接焊缝（或母材）的抗弯承载力设计值应等于梁截面的抗弯承载力设计值即：
（1）当翼缘焊缝连接抗弯腹板螺栓连接只抗剪不抗弯时，式（8.2.8-2）是可以适用于此种情况，但仅靠翼缘的连接抗弯，在弹性阶段是不满足“不应小于等强连接”要求的.为此就必须将其做成塑性铰外移的加强型的连接形式，以便符合使囊缘 和加强板共同抗弯，腹板连接只抗剪的计算假定.但在式（8.2.8-4）中并没有塑性较外移的加强型连接的计算内容.
(1)
梁的弹性截面模量即： 或梁端连接焊缝（或母材）的弹性截面模量应等于
(2)
于是上式就成了抗弯等强连接的“必要条件”和检验受弯构件是“强连接”还是“弱连接”的判别式.接用极限抗弯承载力表达时的内在关系，可在梁与 为了寻求弹性抗弯等强连接的承载力设计值与该连柱的上述连接作法中将连接焊缝（或母材）的极限抗弯承载力用规范式（8.2.8-）M=nM，的表达形式并将其变为：
（2）当翼缘焊缝连接抗弯，腹板螺栓连接除抗剪外还能抵抗部分弯矩作用时如要满足弹性阶段 “不应小于等强连接”要求时，也必须要在梁端设置加强板设置加强板后也必然导致塑性铰外移，但在式（8.2.8-）中，也无相应的计算内容.再看其腹板的受力状况由于腹板连接既受剪又受弯梁腹板与
(3)
注：由于用于Q235钢和Q345钢的自动焊、半自动焊的焊丝、焊剂和手工焊的焊条其熔敷金属抗拉强度的最小值都分别大于Q235钢和Q345钢抗 拉强度的最小值（如用于Q235钢的E43型焊条和用于Q345钢的E50型焊条其熔敷金属抗拉强度大于Q235钢和Q345钢抗拉强度最小值375N/mm²和470N/mm²）.因此，当对接焊缝的质量得到保证 时其破坏面多发生在与对接焊缝交接处的母材截面上.换句话说，名义上Wf虽为对接焊缝的极限抗弯承载力实则为焊缝截面对应在母材截面上的极限抗弯承载力w f.所决定即w，f=W，f.-
（1）第一种计算方法
在式（3）中由于W=W，.f=f.，并令f=nf.从而式（3）变为：
阶段的式（3）中就已存在W，=W的关系-同样在 再从梁端焊缝截面与梁截面相同来看，由于在弹性塑性阶段的式（4）中也必然存在W，=W，的关系，由此可得n=n-并将其代入式（4）可得：
上式为将弹性抗弯等强连接（M=M）改用极限承载力表达时则规范式MnM中的π必须要 等于n.n=f.If、为钢材的抗拉强度选用值与屈服强度选用值之比即强屈比.
再将式（4）变为下式：
由上式可发现，当n<n，则W16 35 >35 50 >50 ~ 100/%/em² (强层比 s) 2535522534515 -1.25)Q36GJ B-E ≥345 11）[2）[9）（] 345 065 335 455325 ~405490 610a≤0.83
注：在表中“區服点“和“抗拉强度”下增加了带括号的数字其数字为该栏数据中最大值与最小值之比
【例1】框架梁与柱刚性连接的计算实例-
设有一抗震框架梁，截面为H400×250×10×20柱为H形截面，钢材为Q235，梁端为工厂连接焊缝，试分别用弹性和极限承载力计算该连接焊缝所需的截面模量W和W
计算中的有关数据：Q235的f.=375N/mm²cm²塑性截面模量为W_=2224cm². =225N/mm²；梁的弹性截面模量为w=2000
（1）当连接按弹性抗弯等强连接计算时
M=即Wf=wf-须将梁端全截面用对接焊缝才能得到W；=W=2000cm².对应于按cm'. 极限抗弯承载计算时的截面模量W=W.=2224
（2）当连接用极限抗弯承载力计算时
梁的塑性弯矩：
M = W f = 2 224 × 10² × 225 = 500. 4kN m
翼缘连接的塑性截面模量：
W = 250 × 20 ×(400 - 20) = 1 900 × 10²mm²
（2）在塑性阶段如用式（9）N≥nAf，计算，式中n=ff =375/235=1.596则支撑所需对接焊得 A≥1.596 ×235 ×7 228/375 = 7 228mm²，结果 缝或拼接板的截面面积为：375A≥1.596×235A;同（1).
翼缘的极限抗弯承载力：
M = W J = 1 900 × 10² × 375 = 712. 5kN • m
M_ /.M = 712. 5 /500. 4 = 1. 42 > 1. 4 ( 满足要求）.
上述计算揭示了如用规范式M≥nM，验算梁与柱的刚性连接，只需用翼缘的塑性截面模量算得M≥1.4W，f的要求，远小于弹性抗弯等强连接 的极限抗弯承载力Wf.=712.5kNm就能满足W=2000cm²发展成塑性后用极限抗弯承载力计算时连接所需的W，=W=2224cm²的结果，说明规范式（8.2.8-1）M≥M，在验算中不起控制作用无验算价值.
也可在Af≥nAf 中取f=400N/mm²f=320N/mm²强屈比n=400/320= 1. 25，将其代入A f≥nAf 即 400A ≥1. 25 ×320A 得 A ≥1. 25×320 ×7228/400 = 7 228mm²结果仍同（1). 证明其连接计算最能适应表2中f.和f，二元动态强度中的取值-
（3）如按规范式（8.2.8-3）N ≥nAf 计算，查表8.2.8（或查表3）得n，=1.25，则支撑所需的对接焊缝或拼接板的截面面积为：375A≥1.25× 235A由此可得：
3《新抗规》8.2.84条支撑连接和拼接的极限承载力计算式存在的问题
3.1支撑与柱用对接焊缝连接或支撑用拼（连）接板加角焊缝拼接规范式（8.2.8-3）中的v，值偏小
A ≥1. 25 × 235 ×7 228/375 = 5 662mm² N说明支撑净截面的极限承载力不满足受 =2 063kN 式右 nAf = 1. 3 ×7 228 × 235 = 2 208力要求，该支撑用栓接的方案不成立，只能改用非螺栓连接的方案.
查《高钢规》表2.0.6得Q235的f=375N/mm²J=235N/mm²支撑的截面面积A，=7228mm².
（1）按弹性阶段连接承载力“不应小于等强连接“的要求其对接焊缝或拼接板的拉力设计值应接板所需截面面积为A≥A即A≥7228mm². 满足式A/≥Af的要求，由此可得对接焊缝或拼
（2）解决办法，由于中心支撑（图1）的良好延性是靠支撑在大震时拉杆发生屈服、压杆发生整体
是得不出这一结论的，且在规范的条文中也未提及这一重要问题.
mm²A = 5 500mm² n = A /A =0. 761 则应 （3）用上述方法进行题解：已知A，=7228采用屈强比的最大值<0.761的钢材-即只要钢材实测值的f A f 即 得: 5 500 × 400 = 2 200kN >7228×300=2168kN，满足要求，如其中的f Afm( 12a)
或N = mn A 0. 58 f > n Af (12b)数目：A.为一个螺栓在螺纹处的有效截面面积； 式中：m为连（拼）接一侧的螺栓数目；n.为受剪面
