《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（“鋼標(biāo)”）翻到第2頁就能看到術(shù)語一節(jié)。在原“鋼規(guī)”的基礎(chǔ)上，“鋼標(biāo)”增加了不少的新術(shù)語。顯然新術(shù)語和“鋼標(biāo)”的條文內(nèi)容直接相關(guān)，本專題對(duì)其中關(guān)鍵的一些術(shù)語進(jìn)行解釋和說明。
一、正則化長細(xì)比或正則化寬厚比 normalized slenderness ratio
實(shí)際上這只是名稱的修改和延伸。
原“鋼規(guī)”中有“通用高厚比 normalized web slenderness”，從英文翻譯可以看到，實(shí)際上它代表的是腹板高厚比，主要是梁腹板局部穩(wěn)定計(jì)算時(shí)用的。新術(shù)語名稱改為了穩(wěn)定理論中常用的術(shù)語“正則化”，同時(shí)由于板件穩(wěn)定不光是腹板，于是棄用“高厚比”，改用更通用的“寬厚比”一詞。
“鋼標(biāo)”對(duì)其定義沒變，正則化長細(xì)比或正則化寬厚比 normalized slenderness ratio——參數(shù)，其值等于鋼材受彎、受剪或受壓屈服強(qiáng)度除以相應(yīng)的腹板抗彎、抗剪或局部承壓彈性屈曲應(yīng)力之商的平方根。這是穩(wěn)定理論中對(duì)于正則化類參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)解釋，簡單講就是鋼材強(qiáng)度與穩(wěn)定應(yīng)力的比值，這樣把穩(wěn)定問題中不同強(qiáng)度的影響剝離，只剩下穩(wěn)定因素自身。正則化長細(xì)比/寬厚比的值越大，越容易失穩(wěn)，而理想狀態(tài)下的臨界值是1.0：如果大于1.0，表示構(gòu)件或板件的彈性屈曲在達(dá)到屈服強(qiáng)度值之前；小于1.0，則可達(dá)到材料屈服強(qiáng)度，而不發(fā)生彈性屈曲，只能在彈塑性階段發(fā)生非彈性屈曲。如果用上一個(gè)專題講的截面板件寬厚比等級(jí)來說，那么，S4級(jí)截面的限值狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的就是抗彎的正則化寬厚比為1.0。
二、直接分析設(shè)計(jì)法 direct analysis method of design
即，直接考慮對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度性能有顯著影響的初始幾何缺陷、殘余應(yīng)力、材料非線性、節(jié)點(diǎn)連接剛度等因素，以整個(gè)結(jié)構(gòu)體系為對(duì)象進(jìn)行二階非線性分析的設(shè)計(jì)方法。
這是本次“鋼標(biāo)”新引進(jìn)的與國外規(guī)范接軌的計(jì)算方法。從穩(wěn)定理論來說，道理很簡單，把影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要因素在計(jì)算模型中考慮，直接進(jìn)行結(jié)構(gòu)的受力分析，應(yīng)該就能把握結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。經(jīng)典的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定教科書中都有這個(gè)方法。
大家知道，老“鋼規(guī)”的柱子曲線也是考慮了這些缺陷以后得到的穩(wěn)定系數(shù)，然后把結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定化解為構(gòu)件層面的穩(wěn)定考慮，俗稱計(jì)算長度法。當(dāng)然，原來的計(jì)算長度法只是對(duì)某些結(jié)構(gòu)適用，或者說它有幾個(gè)適用的前提條件，這也就是為啥還要直接分析設(shè)計(jì)法的原因。
關(guān)于“鋼標(biāo)”直接分析設(shè)計(jì)法，目前從規(guī)范條文層面存在一點(diǎn)爭議，就是關(guān)于長細(xì)比的限值問題。“鋼規(guī)”、“抗規(guī)”等由于種種原因，規(guī)定了一些構(gòu)件的長細(xì)比值。而計(jì)算長細(xì)比又是基于傳統(tǒng)的計(jì)算長度法根據(jù)計(jì)算長度系數(shù)得到的。目前“鋼標(biāo)”雖然給了直接計(jì)算分析法，但計(jì)算長度限值的規(guī)定依舊存在，此時(shí)的計(jì)算長度限值如何考慮，成了問題。個(gè)人意見是，實(shí)際上長細(xì)比本身就是構(gòu)造要求，是穩(wěn)定計(jì)算不成熟條件下的一個(gè)補(bǔ)充而已。如果按直接分析設(shè)計(jì)法，那就干脆放開那些長細(xì)比構(gòu)造要求，最多，僅僅對(duì)幾何長細(xì)比（按構(gòu)件自然長度的長細(xì)比）作一些限值規(guī)定，而且可以放得很寬。
另外，設(shè)計(jì)單位目前在操作層面還存在一點(diǎn)問題，也就是，如何在計(jì)算程序中實(shí)現(xiàn)直接分析（貌似現(xiàn)在好多結(jié)構(gòu)工程師=計(jì)算軟件操作員+CAD描圖員，不能一鍵搞定的免談）。但這個(gè)似乎只是暫時(shí)的問題，不算大問題，我想，萬能的PK等等，會(huì)很快解決這個(gè)問題的吧。是不是真的算得準(zhǔn)，嘿嘿，你問我？我哪知道？！
三、關(guān)于支撐框架
無支撐框架、支撐結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)，強(qiáng)支撐框架，支撐系統(tǒng)，這是相關(guān)的幾個(gè)術(shù)語，有必要放在一起扯扯。
前面已出的規(guī)范，包括“抗規(guī)”等等，更嚴(yán)重的是在工程技術(shù)人員的理解中，已經(jīng)把所謂的“框架”概念給模糊化了——“框架”，可以是純框架、支撐框架，更可以是框架-支撐。這種模糊化導(dǎo)致了抗規(guī)等規(guī)范條文在應(yīng)用上的模糊。比如，純框架的抗震構(gòu)造要求，和支撐結(jié)構(gòu)、框架-支撐是有很大區(qū)別的，因?yàn)楹哪苣Ｊ酵耆煌?。這個(gè)具體在第五個(gè)術(shù)語“塑性耗能區(qū)”中具體說。
先說一下各自的定義：
無支撐框架 unbraced frame——利用節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件的抗彎能力抵抗荷載的結(jié)構(gòu)。其實(shí)就是純框架，受力特征是靠構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的抗彎剛度來形成抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，典型如門式剛架。
支撐結(jié)構(gòu) bracing structure——在梁柱構(gòu)件所在的平面內(nèi)，沿斜向設(shè)置支撐構(gòu)件，以支撐軸向剛度抵抗側(cè)向荷載的結(jié)構(gòu)。實(shí)際這就是純支撐結(jié)構(gòu)，支撐拿掉了，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系就沒了，類似于腳手架，沒東西扶著它，就倒了。
框架-支撐結(jié)構(gòu) frame- bracing structure——由框架及支撐共同組成抗側(cè)力體系的結(jié)構(gòu)。
在我們的抗震規(guī)范中，因?yàn)橐箅p重抗側(cè)力體系，如果支撐壞了，框架部分還能承擔(dān)一些側(cè)向力。因此，上述的純支撐結(jié)構(gòu)由于缺少框架部分的抗側(cè)剛度，是被排斥使用的（實(shí)際工程中往往給禁止使用）。但工程實(shí)踐中又存在不少這樣的結(jié)構(gòu)形式，尤其是構(gòu)筑物，比如支架。當(dāng)然，國外規(guī)范中存在這類結(jié)構(gòu)，比如美國的建筑鋼結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范AISC 341，嚴(yán)格區(qū)分單一抗側(cè)力體系和雙重抗側(cè)力體系。而上述的支撐結(jié)構(gòu)就是其中的單一抗側(cè)力體系。我們“抗規(guī)”中的框架-支撐，是雙重抗側(cè)力體系，等于無支撐框架和支撐結(jié)構(gòu)的組合。
強(qiáng)支撐框架 frame braced with strong bracing system——在框架-支撐中，支撐結(jié)構(gòu)（支撐桁架、剪力墻、筒體等）的抗側(cè)移剛度較大，可將該框架視為無側(cè)移的框架。
強(qiáng)支撐框架，大家都知道，就是強(qiáng)的支撐框架唄。這不廢話嗎？強(qiáng)支撐框架，是跟弱支撐框架相對(duì)應(yīng)的。從本質(zhì)上說，強(qiáng)與弱，對(duì)應(yīng)的是不同的失穩(wěn)模式，而不是真的側(cè)移大小，也就是穩(wěn)定理論中講的無側(cè)移和有側(cè)移框架。順便說一句，98版“高鋼規(guī)”曾經(jīng)規(guī)定層間位移角小于1/1000就可按無側(cè)移計(jì)算，從穩(wěn)定理論來說，似乎是不大合適的。
“鋼標(biāo)”本來是有弱支撐的，征求意見稿大家都能看到。考慮到不推薦采用弱支撐框架，最終取消了弱支撐框架柱穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式。另外還有個(gè)事實(shí)，一旦設(shè)置了支撐，常見的一般框架-支撐結(jié)構(gòu)，都是強(qiáng)支撐。
支撐系統(tǒng) bracing system——由支撐及傳遞其內(nèi)力的梁（包括基礎(chǔ)梁）、柱組成的抗側(cè)力系統(tǒng)。
這是一個(gè)新的概念，強(qiáng)調(diào)支撐不是倆斜桿就能成結(jié)構(gòu)體系，而是必須由一個(gè)完整的體系才能形成支撐系統(tǒng)，才能起抗側(cè)作用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須關(guān)注整個(gè)系統(tǒng)。缺了任何一環(huán)，支撐體系就不成立。
四、畸變屈曲
畸變屈曲 distorsional buckling——截面形狀發(fā)生變化、且板件與板件的交線至少有一條會(huì)產(chǎn)生位移的屈曲形式。
看一下圖就明白了。
對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的梁，上翼緣鋪板，正彎矩區(qū)沒有穩(wěn)定問題，但負(fù)彎矩區(qū)的下翼緣有穩(wěn)定問題，就是上圖的畸變屈曲。以往我們的規(guī)范中都沒考慮，而國外規(guī)范已有這個(gè)規(guī)定?；兦嚓P(guān)的研究內(nèi)容可以參考童根樹教授的專著《鋼結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定》。
“鋼標(biāo)”6.2.7條就是針對(duì)框架主梁負(fù)彎矩區(qū)畸變屈曲新增加的規(guī)定。將下翼緣作為壓桿，腹板作為對(duì)下翼緣提供側(cè)向彈性支撐的部件，上翼緣看成固定，給出了一個(gè)簡單的畸變屈曲的臨界應(yīng)力公式，同時(shí)給出了需要考慮畸變屈曲的情況以及不滿足時(shí)的做法。
“鋼標(biāo)”抗震設(shè)計(jì)第17章的相應(yīng)章節(jié)，也有關(guān)于框架梁梁端負(fù)彎矩區(qū)畸變屈曲的相關(guān)要求。
五、塑性耗能區(qū)、彈性區(qū)
先看看定義：
塑性耗能區(qū) plastic energy dissipative zone——在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件首先進(jìn)入塑性變形并消耗能量的區(qū)域。
彈性區(qū) elastic region——在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件仍處于彈性工作狀態(tài)的區(qū)域。
用大白話說，塑性耗能區(qū)就是大的地震下面進(jìn)入塑性并且耗散地震輸入能量的構(gòu)件部分。那么，彈性區(qū)就是，咋震，都不進(jìn)入塑性的構(gòu)件部分。因此，按這么說，其實(shí)抗震結(jié)構(gòu)分兩部分：塑性耗能區(qū)vs非塑性耗能區(qū)，非塑性耗能區(qū)也可以設(shè)計(jì)成彈性區(qū)，當(dāng)然也可以存在一些可能的或者說潛在的塑性區(qū)。
不同區(qū)域，抗震的做法和要求也不同?？拐鹪O(shè)計(jì)思路是進(jìn)行塑性機(jī)構(gòu)控制，可以說，整個(gè)“鋼標(biāo)”第17章的抗震，基本都是圍繞塑性耗能區(qū)寫的，從性能等級(jí)目標(biāo)、延性等級(jí)、抗震計(jì)算到抗震構(gòu)造。非塑性耗能區(qū)的構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，是根據(jù)既定的結(jié)構(gòu)體系和塑性耗能區(qū)性能，再確定相應(yīng)如何進(jìn)行設(shè)計(jì)。
因此，有必要來具體說說整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系中，哪兒是塑性耗能區(qū)。當(dāng)然也需要注意，塑性耗能區(qū)是和抗震設(shè)計(jì)的意圖是相關(guān)的，說白了，就是還得結(jié)合你設(shè)計(jì)時(shí)候，想讓哪兒塑性耗能。
對(duì)于純框架結(jié)構(gòu)，大家最熟悉，都知道就是啥地方能形成塑性鉸，那就是塑性耗能區(qū)，一般就是梁柱節(jié)點(diǎn)附近以及柱腳。但是對(duì)于抗震設(shè)計(jì)來說，希望保證“強(qiáng)柱弱梁”和防止形成倒塌機(jī)構(gòu)，那么一般是把除單層和頂層框架外的框架梁端設(shè)計(jì)為塑性耗能區(qū)。
支撐結(jié)構(gòu)，上面說了，就是支撐在抵抗側(cè)向力。那么，塑性耗能區(qū)其實(shí)就是那個(gè)支撐了。從抗震性能而言，希望是把成對(duì)設(shè)置的支撐設(shè)計(jì)為塑性耗能區(qū)。
框架-中心支撐結(jié)構(gòu)，按上述的雙重抗側(cè)力體系設(shè)計(jì)目標(biāo)，塑性耗能區(qū)那就是成對(duì)設(shè)置的支撐和框架的梁端。
框架-偏心支撐結(jié)構(gòu)，對(duì)于支撐框架的部分，肯定是剪切屈服的耗能梁段。而框架的梁端塑性鉸區(qū)，肯定也是塑性耗能區(qū)。
其余比如設(shè)置了阻尼器的框架，那毫無疑問，首先屈服的阻尼器就是塑性耗能區(qū)。
六、焊接截面 welded section
知道這個(gè)術(shù)語在老“鋼規(guī)”叫啥嗎？——叫“組合構(gòu)件 built-up member”。
啥？一定會(huì)有好多人覺得很奇怪：“組合構(gòu)件”，不是那個(gè)啥鋼和混凝土組合的東東？不信？翻開老“鋼規(guī)”，組合構(gòu)件 built-up member——由一塊以上的鋼板（或型鋼）相互連接組成的構(gòu)件，如工字形截面或箱形截面組合梁或柱。
本來沒想把這個(gè)列出來，但是想想工作中真就有好多人問我“鋼規(guī)”的組合構(gòu)件到底咋回事，就說說吧。
這應(yīng)該是歷史上延續(xù)過來的，最早鋼結(jié)構(gòu)分型鋼和鋼板、型鋼組合焊接的構(gòu)件，而當(dāng)初鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)也少，于是命名叫“組合構(gòu)件”，一直在“鋼規(guī)”中延續(xù)?！颁摌?biāo)”修編可能發(fā)現(xiàn)容易歧義，改了。
（PS，前段時(shí)間太忙一直沒更新。國慶放假，草草寫成，可能解釋不夠深入到位，歡迎回復(fù)，討論，掰扯?。?/span>
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