10 塑性及弯矩调幅设计
10 塑性及弯矩调幅设计
10.1 一般规定
10.1.1 本章规定宜用于不直接承受动力荷载的下列结构或构件：
1 超静定梁；
2 由实腹构件组成的单层框架结构；
3 水平荷载作为主导可变荷载的荷载组合不控制构件截面设计的 2 层~6 层框架结构；
4 满足下列条件之一的框架-支撑（剪力墙、核心筒等）结构中的框架部分：
1) 结构下部 1/3 楼层的框架部分承担的水平力不大于该层总水平力 20%;
2）支撑（剪力墙）系统能够承担所有水平力。
10.1.2 塑性及弯矩调幅设计时，容许形成塑性铰的构件应为单向弯曲的构件。
10.1.3 结构或构件采用塑性或弯矩调幅设计时应符合下列规定：
1 进行正常使用极限状态设计时，应采用荷载的标准值，并应按弹性理论进行计算。
2 按承载能力极限状态设计时，应采用荷载的设计值，用简单塑性理论进行内力分析。
3 柱端弯矩及水平荷载产生的弯矩不得进行调幅。
10.1.4 采用塑性设计的结构及进行弯矩调幅的构件，钢材性能应符合本标准第 4.3.6 条的规定。
10.1.5 采用塑性及弯矩调幅设计的结构构件，其截面板件宽厚比等级应符合下列规定：
1 形成塑性铰并发生塑性转动的截面，其截面板件宽厚比等级应采用 S1 级；
2 最后形成塑性铰的截面，其截面板件宽厚比等级不应低于 S2 级截面要求；
3 其他截面板件宽厚比等级不应低于 S3 级截面要求。
10.1.6 构成抗侧力支撑系统的梁、柱构件，不得进行弯矩调幅设计。
10.1.7 采用塑性设计，或采用弯矩调幅设计且结构为有侧移失稳时，框架柱的计算长度系数应乘以1.1的放大系数。
10.2 弯矩调幅设计要点
10.2.1 当采用一阶弹性分析的框架-支撑结构进行弯矩调幅设计时，框架柱计算长度系数可取为1.0，支撑系统应满足本标准式（8.3.1-6）的要求。
10.2.2 当采用一阶弹性分析时，对于连续梁和框架梁，钢梁及钢-混凝土组合梁的调幅幅度限值及挠度和侧移增大系数应按表 10.2.2 的规定采用。
| 调幅幅度限值 | 梁截面板件宽厚比等级 | 侧移增大系数 |
| 15% | S1 级 | 1.00 |
| 20% | S1 级 | 1.05 |
| 梁分析模型 | 调幅幅度限值 | 梁截面板件宽厚比等级 | 挠度增大系数 | 侧移增大系数 |
| 变截面模型 | 5% | S1级 | 1.00 | 1.00 |
| 10% | S1级 | 1.05 | 1.05 | |
| 等截面模型 | 15% | S1级 | 1.00 | 1.00 |
| 20% | S1级 | 1.00 | 1.05 |
10.3 构件的计算
10.3.1 除采用塑性设计的塑性铰部位外，受弯构件的强度和稳定性计算应符合本标准第6章的规定。
10.3.2 受弯构件的剪切强度应符合下式要求：
$$ V\leq h_{\mathrm{w}}t_{\mathrm{w}}f_{\mathrm{v}} $$
式中： $ h_{w} $ 、 $ t_{w} $ ——腹板高度和厚度（mm）；
V ——构件的剪力设计值（N）；
$ f_{v} $ ——钢材抗剪强度设计值（N/mm $ ^{2} $ ）。
10.3.3 除采用塑性设计的塑性铰部位外，压弯构件的强度和稳定性计算应符合本标准第8章的规定。
10.3.4 采用塑性设计时，塑性铰部位的强度计算应符合下列公式的规定：
$$ N\leq0.6A_{n}f $$
当 $ \frac{N}{A_{n}f}\leq0.15 $ 时：
$$ M_{\mathrm{x}}\leq0.9W_{\mathrm{n p x}}f $$
当 $ \frac{N}{A_{n}f}>0.15 $ 时：
$$ M_{\mathrm{x}}\leq1.05\left(1-\frac{N}{A_{\mathrm{n}}f}\right)W_{\mathrm{npx}}f $$
式中：N ——构件的压力设计值（N）；
$ M_{x} $ ——构件的弯矩设计值（N·mm）；
$ A_{n} $ ——净截面面积 $ \left(\mathrm{mm}^{2}\right) $ ;
$ W_{npx} $ ——对 x 轴的塑性净截面模量（mm $ ^{3} $ ）；
f ——钢材的抗弯强度设计值（N/mm²）。
10.4 容许长细比和构造要求
10.4.1 受压构件的长细比不宜大于 $ 130\varepsilon_{k} $ 。
10.4.2 当钢梁的上翼缘没有通长的刚性铺板或防止侧向弯扭屈曲的构件时，在构件出现塑性铰的截面处应设置侧向支承。该支承点与其相邻支承点间构件的长细比 $ \lambda_{y} $ 应符合下列规定：
当 $ -1\leq\frac{M_{1}}{W_{px}f}\leq0.5 $ 时：
$$ \lambda_{\mathrm{y}}\leq\left(60-40\frac{M_{\mathrm{l}}}{W_{\mathrm{px}}f}\right)\varepsilon_{\mathrm{k}} $$
当 $ 0.5<\frac{M_{1}}{W_{px}f}\leq1 $ 时：
$$ \lambda_{\mathrm{y}}\leq\left(45-10\frac{M_{\mathrm{l}}}{W_{\mathrm{px}}f}\right)\varepsilon_{\mathrm{k}} $$
$$ \lambda_{y}=\frac{l_{1}}{i_{y}} $$
式中： $ \lambda_{y} $ ——弯矩作用平面外的长细比；
$ l_{1} $ ——侧向支承点间距离（mm）；对不出现塑性较的构件区段，其侧向支承点间距应由本标准第6章和第8章内有关弯矩作用平面外的整体稳定计算确定；
$ i_{y} $ ——截面绕弱轴的回转半径（mm）；
$ W_{px} $ ——对 x 轴的塑性毛截面模量（mm $ ^{3} $ ）；
$ M_{1} $ ——与塑性铰相距为 $ l_{1} $ 的侧向支承点处的弯矩（N·mm）；当长度 $ l_{1} $ 内为同向曲率时，
$ M_{1}/(W_{px}f) $ 为正；当为反向曲率时， $ M_{1}/(W_{px}f) $ 为负。
10.4.3 当工字钢梁受拉的上翼缘有楼板或刚性铺板与钢梁可靠连接时，形成塑性铰的截面应满足下列要求之一：
1 根据本标准公式 $ （6.2.7-3） $ 计算的正则化长细比不大于0.3;
2 布置间距不大于 2 倍梁高的加劲肋；
3 受压下翼缘设置侧向支撑。
10.4.4 用作减少构件弯矩作用平面外计算长度的侧向支撑，其轴心力应按本标准第 7.5.1 条确定。
10.4.5 所有节点及其连接应有足够的刚度，应保证在出现塑性铰前节点处各构件间的夹角保持不变。构件拼接和构件间的连接应能传递该处最大弯矩设计值的1.1倍，且不得低于 $ 0.5\gamma_{x}W_{x}f $ 。
10.4.6 当构件采用手工气割或剪切机割时，应将出现塑性铰部位的边缘刨平。当螺栓孔位于构件塑性铰部位的受拉板件上时，应采用钻成孔或先冲后扩钻孔。