钢结构的塑性设计和抗震设计

1  塑性设计的基本概念

    钢材具有良好的延性，在保证结构构件不丧失局部稳定和侧向稳定的情况下，可以在超静定结构中的若干部位形成具有充分转动能力的塑性铰，引起结构内力的重分配，从而发挥结构各部分的潜能。这种以整个结构的极限承载力作为结构极限状态的塑性设计( plastic design)方法具有如下的优点：

    (1)与通常的弹性设计方法相比，可以节约钢材(10%~15%)和降低造价；

    (2)对整个结构的安全度有更直观的估计。通常的弹性设计方法在弹性范围内可以给出精确的内力和位移，但给不出整个结构的极限承载能力；

    (3)对连续梁和低层框架的内力分析较弹性方法简便。

    1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性设计的建筑物，随后英、加、美等国均在本国建立了塑性设计的工程。英国在1948年第一个把塑性设计方法引进了BSS 499规范。随后，以英国和美国为中心，迅速地普及塑性钢结构工程设计。现已公认，塑性设计简单、合理，而且可以节约钢材，所以英国和荷兰的低层建筑几乎全部采用塑性设计，美国和加拿大的大部分低层建筑也应用塑性设计，我国1988年的GB J17-1988《钢结构设计规范》开始列入塑性设计，新修订的GB 50017规

范又进行了局部修改。

2  简单塑性分析方法

    1．塑性铰的性质    本书§4.2和§7.2节分别介绍了受弯构件和压弯构件全截面屈服的条件，当其截面满足了屈服条件时，就认为在该截面形成了塑性铰。实际的塑性铰附近截面均发展了一定的塑性（见图10.1.la），形成了一个塑性区域。为了简化计算，认为塑性区仅集中在塑性铰截面，杆件的其他部分都保持弹性。

    由图10.1.lb可见，当在外荷载作用下，杆件的某一截面达到塑性弯矩肘，以后，该截面除可以传递该弯矩外，在力矩作用方向上允许有任意大小的转动，但不能传递大于M，的弯矩。当荷载反向作用（或卸载）时，塑性铰恢复弹性，可以传递反方向弯矩，但不能任意转动，只有当反方向弯矩达到塑性弯矩时，才会形成反向的塑性铰。