钢结构外露柱脚：何时不用满足1.2倍承载力要求？

一、问题提出

对于那种是外露钢柱脚的情况, 要求是要满足《建筑抗震设计规范》第8.3.8条, 而且设计时设防烈度设定为6度、7度, 同时建筑高度不超过50m。那么, 在什么样的条件之下, 能够不执行“柱脚极限承载力不宜小于柱截面塑性屈服承载力的1.2倍”这样的要求呢? 《钢结构设计标准》简称为《钢标》, 其性能化设计第17.2.12条表明, 对于框架结构或是框架承担总水平地震剪力50%以上的双重抗侧力结构里框架部分的框架柱柱脚, 当采用外露式柱脚时, 锚栓适宜符合以下规定, 实腹柱刚接柱脚, 按锚栓毛截面屈服计算的受弯承载力不应当小于钢柱全截面塑性受弯承载力的50%。明显地, 该条文阐述较为含混, 并未明确确切的设计方法。本文针对此问题展开一番探讨。

二、设计标准

1、同仁、专家于网上建议在结构方面采用小震2倍作用来展开分析, 其理由如下（此为引自《抗规》条文解释）:

但应注意以下解释：

分析：

多层钢框架情况下，没办法确保柱根于大震之际不出现塑性铰, 鉴于《抗规》第8.1.3条规定, 当符合小震2倍效应之时, 仅仅抗震等级能够降低一级, 若从宽厚比层面来看, 依旧属于塑性耗能构件, 所以给出建议, 对于多层框架而言, 不适合用此方法进行计算。

2、采用大震不屈服：

1）于2024年2月发布的, 名为《山东省施工图审查常见问题解答（第一册房屋建筑）》的内容:

解答里面清楚表明: 要是按照大震不屈服性能目标的情况下, 柱根不会出现塑性铰, 那么就不需要去满足这个要求。意思就是能够采用外露式柱脚。

2）魏利金总工在公众号中的观点。（魏教授土木故事）

3、采用中震弹性：

1）来源于余海群总工（《钢标》副主编）的微信答疑

三、分析

1、《抗规》小震与《钢标》性能等级换算关系：

《抗规》：

《钢标》：

区别：

1）性能化抗震设计采用标准值，抗震规范中采用设计值；

2）性能化设计未采用承载力抗震调整系数；

3）分项系数相差1.4倍。

假定, 在进行小震计算的时候, 地震荷载分项系数选取数值为1.4, 而承载力抗震调整系数γre取值是0.75, 那构件承载力标准值选取为设计值的1.1倍, 并且中震与小震的比值取作2.85。由此能够得出:

0.75以1.1乘以1.4的乘积结果等于1.155, Ω同2.85相乘所得结果为1.155, 由此可推出, 用以表示性能方面关系的系数Ω等于0.405。

也就是说, 按照多遇地震来进行设计, 塑性耗能区能够达到性能6的水准, 按照多遇地震的2倍来做设计, 便可以达到性能3的水准, 按照性能1（Ω=1.1）实施设计, 则能够达到中震弹性的水准。

2、钢材结构里, 中震呈现弹性状态（性能系数设定为1.1）, 这种情况能不能够达成大震时不发生屈服现象呢?

（节选自, 钢结构主编王立军大师, DS结构工作室公众号: 所谓的, 抗规小震弹性设计, 实际上, 是极限承载力的中震设计。说明: 这个性能系数, 是《钢标》性能系数的倒数）

因为王立军总所运用的性能系数, 它是《钢标》性能系数的倒数, 还等于超强系数乘以延性系数, 对于大震不屈服这种情况来说, 延性系数应当要是1, 并且超强系数不应该把塑性耗能段包含进来, 基于此就得出了两种方法。

方法1）：对于低延性构件，若超强系数为2.5，扣除其中

1.36（对应着塑性耗能的那一部分）, 剩余超强系数等于2.5除以1.36, 约等于1.83。这一部分契合线性关系，并非是由塑性耗能所引发的。1.83乘以1.1（《钢标》里性能1是1.1）, 约等于2, 符合大震与中震的比值要求。也就是说, 要是满足中震弹性, 那就必定会满足大震不屈服。

采用方法2）来说, 当中震的性能系数是1.1的情形下, 对应大震的性能系数为0.55, 该数值符合性能4所要求的0.55标准, 在这个时候, 宽厚比等级S4呈现为弹性状态, 当前并未进入塑性耗能段。

建议：

外露的钢柱脚, 其抗震设计要满足性能目标1里中震弹性的要求, 大震之下不屈服自然也是能够满足的。与此同时, 底层柱的设计同样应该依照性能目标1的要求来操作, 以此确保底层柱在大震的时候不会出现塑性铰。

以上为个人浅见，不妥之处敬请批评指正。