中國與土耳其抗震規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施對比分析

王邦

機械工業(yè)第六設(shè)計研究院有限公司 鄭州450007

引言

隨著“一帶一路”建設(shè)推進，中國在沿線國家承擔(dān)了越來越多的工程建設(shè)，中國的建筑總承包企業(yè)和設(shè)計單位也逐漸更多地參與了很多國家主要工程的建設(shè)。中國設(shè)計單位參與國際項目設(shè)計時依據(jù)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)一直是困擾設(shè)計單位的重要問題，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的差異對設(shè)計有重大影響。根據(jù)項目實際，通常非洲、南美洲國家建筑領(lǐng)域技術(shù)相對薄弱，以采用國際上的歐洲規(guī)范或美國規(guī)范為主，隨著中國規(guī)范趨于國際化，有時也以采用中國規(guī)范為準(zhǔn)，但少數(shù)國家有自己的設(shè)計規(guī)范，因此在境外工程設(shè)計時，也需對項目所在國的規(guī)范有較深的了解和分析。

土耳其橫跨歐亞大陸，連接?xùn)|西文明，同時也位于歐亞地震帶上，當(dāng)?shù)氐卣痤l發(fā)。2019 年，土耳其政府頒布了第二版抗震設(shè)計規(guī)范，即為《DEPREM ETKiSi ALTINDA BiNALARIN TASARIMI i?iN ESASLAR》［1］，中文譯名為《地震下建筑物設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱土抗規(guī)）。

本文介紹土抗規(guī)鋼結(jié)構(gòu)部分抗震構(gòu)造措施，與中國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016 年版）［2］（以下簡稱中抗規(guī)）相應(yīng)部分進行對比，分析部分抗震構(gòu)造措施差異性，并通過實例進一步探討差異對工程設(shè)計造成的影響。

1 中抗規(guī)與土抗規(guī)鋼結(jié)構(gòu)適用概況分析

中抗規(guī)最新版為2016 年版本，2016 年修訂，2016 年8 月1 日生效。中抗規(guī)有關(guān)民用房屋鋼結(jié)構(gòu)部分的抗震要求主要在第8 章，適用于抗震設(shè)防烈度為6、7、8 和9 度地區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)民用房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要結(jié)構(gòu)類型包括鋼框架、鋼框架-鋼中心支撐、鋼框架-鋼偏心支撐（延性墻板）、鋼筒體（鋼框筒，鋼筒中筒，鋼桁架筒，鋼束筒）和巨型鋼框架，不適用于鋼支撐-混凝土框架、鋼框架-混凝土核心筒；中抗規(guī)有關(guān)工業(yè)建筑鋼結(jié)構(gòu)部分的抗震要求主要在附錄H；中抗規(guī)有關(guān)鋼支撐-混凝土框架、鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)抗震要求主要在附錄G。

土抗規(guī)最新版本為2020 年版本，2020 年生效。土抗規(guī)有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)部分的抗震要求主要在第9 章，適用于建筑物鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，鋼結(jié)構(gòu)類型包括鋼框架、中央或偏心支撐的鋼框架、彎曲支撐鋼框架、鋼框架-混凝土墻組合結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。

對比中、土抗規(guī)適用范圍，可知：中抗規(guī)對民用房屋、工業(yè)建筑、部分鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)三種建筑結(jié)構(gòu)類型分別要求，不同建筑結(jié)構(gòu)類型抗震構(gòu)造針對性強；且中抗規(guī)區(qū)分四個設(shè)防烈度（6 ～9 度），各設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)構(gòu)造等級差異明顯。土抗規(guī)適用面廣，基本可用于所有建筑，使用結(jié)構(gòu)類型廣，可適用于鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的所有結(jié)構(gòu)類型。

2 鋼材使用要求

中抗規(guī)對鋼結(jié)構(gòu)鋼材使用有具體的要求：結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用Q235 等級B、C、D的碳素結(jié)構(gòu)鋼及Q345 等級B、C、D、E 的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)有可靠依據(jù)時，尚可采用其他鋼種和鋼號；鋼材的屈服強度實測值與抗拉強度實測值的比值不應(yīng)大于0.85；鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺階，且伸長率不應(yīng)小于20%；鋼材應(yīng)有良好的焊接性和合格的沖擊韌性。

其中Q235 等級鋼材抗拉屈服強度設(shè)計值為215N／mm2（板厚t ≤16mm）、205N／mm2（板厚16mm ＜t≤40mm）；Q345 等級鋼材抗拉屈服強度設(shè)計值為305N／mm2（板厚t≤16mm）、295N／mm2（板厚16mm ＜t≤40mm）。Q235 碳素鋼鋼材沖擊韌性（V型缺口）分別為B 級溫度20℃達(dá)到27J、C級溫度0℃達(dá)到27J、D級溫度-20℃達(dá)到27J。Q345 低合金鋼鋼材沖擊韌性（V 型缺口）分別為B級溫度20℃達(dá)到34J、C 級溫度0℃達(dá)到34J、D 級溫度-20℃達(dá)到34J、E 級溫度- 40℃達(dá)到34J［5］。

土抗規(guī)對鋼結(jié)構(gòu)鋼材要求為：鋼框柱采用抗拉強度設(shè)計值≤460N／mm2的鋼材，其他抗震構(gòu)件采用抗拉強度設(shè)計值≤355N／mm2的鋼材；板厚度≥40mm 的軋制型材，厚度≥50mm 的板以及由這些板制成的型材沖擊韌性（V 型缺口）為21℃達(dá)到27J。

土耳其規(guī)范《?elik Yap?lar?n Tasar?m，Hesap ve Yap?m Esaslar?na Dair Y?netmelik》［3］，中文譯名《鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，計算和構(gòu)造原理規(guī)范》介紹了土耳其鋼材強度，鋼材相關(guān)強度均同歐洲標(biāo)準(zhǔn)，其中當(dāng)?shù)亟?jīng)常采用的鋼材為歐標(biāo)EN10025-2 系列［4］S235、S275、S355、S450，板厚t ≤40mm時，對應(yīng)屈服強度設(shè)計值Fy分別為235N／mm2、275N／mm2、355N／mm2、440N／mm2。

對比中、土抗規(guī)鋼材要求可知：中抗規(guī)要求的鋼材強度等級低于于土抗規(guī)；中抗規(guī)對所有鋼材均有沖擊韌性要求，而土抗規(guī)僅對較厚鋼板型材有沖擊韌要求，因此中抗規(guī)對鋼材沖擊韌性的要求高于土抗規(guī)。

3 鋼構(gòu)件板材寬厚比要求

3.1 兩國規(guī)范寬厚比限值要求

本文對中、土抗規(guī)鋼結(jié)構(gòu)主要使用截面類型工字形和箱形截面的寬厚比限值進行介紹，截面類型見圖1。

圖1 截面類型Fig.1 Cross section type

中抗規(guī)對鋼結(jié)構(gòu)民用房屋相應(yīng)結(jié)構(gòu)類型使用板材寬厚比在第8 章有具體要求，并考慮抗震設(shè)防烈度和建筑高度等因素區(qū)分為抗震等級一級～四級。中抗規(guī)對民用房屋鋼結(jié)構(gòu)板材寬厚比限值見表1。

表1 中抗規(guī)民用房屋鋼結(jié)構(gòu)板材寬厚比限值Tab.1 Width-to-thickness ratio limits of steel structure for civil buildings in Chinese seismic code

土抗規(guī)對建筑物鋼結(jié)構(gòu)板材截面屈曲分為兩大類，分別為高延性類和受限延性類，高延性類是指截面可完全屈曲形成塑性鉸，并完全傳遞彎矩；受限延性類是指不完全屈曲，有限變形，并傳遞有限彎矩。高延性類、受限延性類截面板材寬厚比限值分別為λhd、λmd，見表2。

3.2 對比分析

現(xiàn)以工字形焊接型截面鋼框架梁為例，對比分析兩國規(guī)范寬厚比限值差別。選用10mm鋼板為腹板、20mm厚鋼板為翼緣的截面為A 組，選用16mm鋼板為腹板、25mm 厚鋼板為翼緣的截面為B組。中國鋼材等級為Q345，土耳其鋼材等級為S355，梁軸壓比分別按0.1、0.3 考慮，按表1、表2 限值確定最大滿足要求的焊接工字形理論截面。根據(jù)各工字形截面，假定各截面均可完全屈曲，見圖2，計算各截面可傳遞的屈曲彎矩，并引用無量綱參數(shù)單位屈曲彎矩，將重量、強度設(shè)計值對屈曲彎矩的影響剔除，對比寬厚比對屈曲彎矩的影響，單位屈曲彎矩＝屈曲彎矩／（單位重量×強度設(shè)計值）。見表3 ～表6。

圖2 工字形截面屈曲示意Fig.2 I section buckling

表2 土抗規(guī)民用房屋鋼結(jié)構(gòu)板材寬厚比限值Tab.2 Width-to-thickness ratio limits of steel structure for civil buildings in Turkish seismic code

表3 中、土抗規(guī)對比（A組截面、梁軸壓比0.1）Tab.3 Comparison between Chinese and Turkish seismic code（group A，beam axial compression ratio 0.1）

表5 中、土抗規(guī)對比（B組截面、梁軸壓比0.1）Tab.5 Comparison between Chinese and Turkish seismic code（group B，beam axial compression ratio 0.1）

表6 中、土抗規(guī)對比（B組截面、梁軸壓比0.3）Tab.6 Comparison between Chinese and Turkish seismic code（group B，beam axial compression ratio 0.3）

土抗規(guī)高延性類截面要求可以達(dá)到完全屈曲形成塑性鉸，并完全傳遞彎矩，與中抗規(guī)一級等級要求一致。對于梁軸壓比較小時，見表3、表5，土抗規(guī)高延性類截面翼緣寬度比中抗規(guī)一級等級翼緣寬度兩組截面分別小3.8%、3.5%；土抗規(guī)高延性類截面腹板高度比中抗規(guī)一級等級腹板高度兩組截面分別大6.5%、6.4%；土抗規(guī)高延性類截面單位屈曲彎矩比中抗規(guī)一級等級單位屈曲彎矩兩組截面均大4.3%，故當(dāng)梁軸壓比較小時，中、土抗規(guī)的翼緣寬度、腹板高度和單位屈曲彎矩差別較小。對于梁軸壓比較大時，見表4、表6，土抗規(guī)高延性類截面翼緣寬度比中抗規(guī)一級等級翼緣寬度兩組截面分別小3.8%、3.5%；土抗規(guī)高延性類截面腹板高度比中抗規(guī)一級等級腹板高度兩組截面分別大61.6%、61.9%；土抗規(guī)高延性類截面單位屈曲彎矩比中抗規(guī)一級等級單位屈曲彎矩兩組截面分別大45.8%、46.3%，故當(dāng)梁軸壓比較大時，中、土抗規(guī)的翼緣寬度差別較小，而腹板高度、單位屈曲彎矩差別較大。

土抗規(guī)受限延性類截面要求不完全屈曲，有限變形，并傳遞有限彎矩，與中抗規(guī)二、三、四等級要求基本一致，但中抗規(guī)細(xì)分為三個等級，而土抗規(guī)僅按一個等級執(zhí)行。對比A 組截面表3、表4 和B 組截面表5、表6，以參數(shù)顯示判斷：土抗規(guī)受限延性類截面與中抗規(guī)四級等級相近。對于梁軸壓比較小時，見表3、表5，土抗規(guī)受限延性類截面翼緣寬度與中抗規(guī)四級等級幾乎無差別；土抗規(guī)受限延性類截面腹板高度比中抗規(guī)四級等級腹板高度兩組截面均大7.5%；土抗規(guī)受限延性類截面單位屈曲彎矩比中抗規(guī)四級等級單位屈曲彎矩兩組截面分別大5.9%、5.8%，故當(dāng)梁軸壓比較小時，土抗規(guī)受限延性類截面與中抗規(guī)四級等級的翼緣寬度、腹板高度和單位屈曲彎矩差別較小。對于梁軸壓比較大時，見表4、表6，土抗規(guī)受限延性類截面翼緣寬度與中抗規(guī)四級等級幾乎無差別；土抗規(guī)受限延性類截面腹板高度比中抗規(guī)四級等級腹板高度兩組截面分別大33.4%、33.3%；土抗規(guī)受限延性類截面單位屈曲彎矩比中抗規(guī)四級等級單位屈曲彎矩兩組截面分別大26.7%、25.8%，故當(dāng)梁軸壓比較大時，土抗規(guī)受限延性類截面與中抗規(guī)四級等級的翼緣寬度差別較小，而腹板高度、單位屈曲彎矩差別明顯。

4 結(jié)論

1.對比中、土抗規(guī)適用范圍，中抗規(guī)對民用房屋、工業(yè)建筑、部分鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)三種建筑結(jié)構(gòu)類型分別要求，不同建筑結(jié)構(gòu)類型抗震構(gòu)造針對性強；且中抗規(guī)區(qū)分四個設(shè)防烈度（6 ～9 度），各設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)構(gòu)造等級差異明顯。土抗規(guī)適用面廣，基本可用于所有建筑的鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)結(jié)構(gòu)類型。

2.中抗規(guī)限制鋼材強度等級最大為Q345，土抗規(guī)限制鋼材強度等級最大為S355 和S450（僅鋼框柱），中抗規(guī)要求的鋼材強度等級低于于土抗規(guī)；中抗規(guī)對鋼材沖擊韌性的要求高于土抗規(guī)。

3.土抗規(guī)高延性類截面寬厚比要求與中抗規(guī)一級等級要求基本一致；土抗規(guī)受限延性類截面要求與中抗規(guī)二、三、四等級要求基本一致，但以參數(shù)顯示判斷：土抗規(guī)受限延性類截面與中抗規(guī)四級等級相近。梁軸壓比較小時，土抗規(guī)高延性類截面與中抗規(guī)一級等級差別很小，土抗規(guī)受限延性類截面與中抗規(guī)四級等級差別很小。梁軸壓比較大時，土抗規(guī)高延性類截面與中抗規(guī)一級等級的翼緣寬度差別較小，而腹板高度、單位屈曲彎矩差別較大；土抗規(guī)受限延性類截面與中抗規(guī)四級等級的翼緣寬度差別較小，而腹板高度、單位屈曲彎矩差別明顯。