简介
在设计结构以抵抗地震荷载组合时，结构工程师必须选择一种设计概念：
- 低耗能结构行为
- q = 1 至 2（截面等级 4 → q = 1）
- 对钢结构无特殊要求
- 低延性等级（DCL）
- 耗能结构行为
- q ≤ 4 – 中延性等级（DCM），截面等级 1、2
- q > 4 – 高延性等级（DCH），截面等级 1
对于低耗能结构行为，无需特殊要求，仅需进行常规节点校核。然而，对于高地震荷载，将结构设计为保持弹性状态是不可行的，必须采用耗能结构行为。IDEA StatiCa Connection 中的构件能力设计分析正是针对此类行为而设计的。
EN 1998-1 中允许的抗震体系结构类型包括：
- 抗弯框架（MRF）
- 塑性铰位于梁端或梁柱节点处
- 塑性铰也可位于：
- 柱脚处
- 顶层柱顶处
- 中心支撑框架（CBF）：
- 耗能区位于受拉斜杆中
- 偏心支撑框架（EBF）：
- 耗能区位于地震连梁中，主要在梁中
- 倒摆结构
- 与混凝土核心筒或混凝土墙组合的钢结构
- 由抗弯框架与支撑框架组合而成的双重框架
- MRF 承担总强度和刚度的 > 25%
- 与钢筋混凝土填充墙组合的抗弯框架
地震荷载工况的确定
地震荷载组合的内力可通过以下结构地震分析方法之一确定：
- 侧力法
- 线性振型反应谱分析
- 非线性静力推覆分析
- 非线性时程动力分析
采用线性振型反应谱分析时，由于平方和开方（SRSS）方法的原因，内力会"失去符号"。应通过侧力法重新获取符号——IDEA StatiCa 中的节点必须处于平衡状态。地震荷载属于偶然荷载组合，对结构进行分析。节点设计采用 IDEA StatiCa Connection 中的标准应力-应变分析（EPS）。
此外，非耗能构件必须能够安全地、无明显变形地传递在耗能构件中形成塑性铰所需的力。该附加校核在构件能力设计分析（MC）中进行。
能力设计
能力设计的目标是确保建筑在设计地震水准下发生受控的延性行为，以避免倒塌。这包括将结构设计为允许在结构内关键可预测位置发生延性破坏，并防止在这些位置附近或结构其他部位发生其他破坏类型。
换言之，在同时包含脆性和延性构件的结构中，能力设计是一种使结构整体具有延性特征的方法。
部分构件被视为耗能构件，其余为非耗能构件。节点通常为非耗能构件，但在某些情况下也可以是耗能构件。耗能构件在地震荷载工况下预期会发生显著的塑性变形，地震能量可在这些变形中耗散，因此地震荷载显著降低。另一方面，耗能构件必须能够承受循环应变而不产生裂缝，所有非耗能构件必须能够传递由耗能构件引起的荷载。为确保塑性铰在耗能构件中形成，采用可能屈服强度代替名义屈服强度，有时（尤其是 MRF 中的梁）还考虑应变硬化。因此，耗能构件的强度取为：
（EN）
（AISC）
其中：
- γsh – 应变硬化系数，EN 1998-1 中取 1.1，EN 1993-1-8 中取 1.2；ECCS 手册推荐取 1.2，因为其更符合地震应用中所用钢材等级；可在耗能构件功能中编辑
- γov – 超强系数，推荐值为 1.25；可在材料中编辑
- – 应变硬化系数 – AISC 358-16（2.4-2）；可在耗能构件功能中开启或关闭
- Ry – 可能屈服强度与最小屈服强度之比 – AISC 341-16 – 表 A3.1；可在材料中编辑
对于选定为耗能构件的构件，极限（抗拉）强度也相应修正：
（EN）
（AISC）
其中：
- γov – 超强系数，推荐值为 1.25；可在材料中编辑
- Ru – 可能抗拉强度与最小抗拉强度之比 – AISC 341-16 – 表 A3.1；可在材料中编辑
所有系数均可修改，赋予用户较大的自由度。此外，可创建具有不同属性的多个超强函数，但每块板只能选择一次。对于支撑框架的分析，应变硬化系数通常不使用（取 1）。请注意，对于耗能构件（应用了超强函数的构件或板件），不使用安全（抗力/承载力）系数。
案例研究：抗弯框架
通常，梁为耗能构件，塑性铰预期在其中形成，而节点和柱为非耗能构件，必须保持无明显变形。梁承受在具有可能屈服强度的梁中形成塑性铰所需的荷载以及相应的剪力：
其中：
- Wpl – 梁的塑性截面模量
- Lh – 梁上两个塑性铰之间的距离
- Vgravity – 地震组合中重力荷载产生的剪力
请注意，若采用双侧梁柱节点，各力必须来自同一荷载工况且方向正确，例如：
对于刚性节点，剪力通常施加在节点处。但施加的相应剪力会减小塑性铰处的弯矩。塑性铰处的弯矩计算为 ，节点处的弯矩 My 因剪力 Vz 而增大为 ，其中 sh 为节点与塑性铰位置之间的距离。AISC 358 规定了 sh 的值，但该值为柱面与塑性铰之间的距离。
另一种方法是设置 ，并将剪力的作用位置设置在预期塑性铰的位置（模型 > 力作用于 > 位置）。
节点处可能连接有其他非耗能构件。此类构件应承受偶然地震荷载组合中的重力荷载。
构造要求
相关规范中规定的构造要求不在 IDEA StatiCa Connection 中进行校核，必须人工遵守。许多抗震节点抵抗低周疲劳的能力已通过试验验证。焊缝细节尤其容易发生疲劳开裂，对于耗能构件的节点，仅进行标准焊缝校核是不够的。以下为 EQUALJOINTS 项目中规定的焊缝细节示例。
加劲和非加劲扩展端板梁柱节点坡口全熔透焊缝细节：
加腋扩展端板节点的焊缝细节：
狗骨式削弱
梁翼缘宽度： bf
梁截面高度： db
翼缘切割最大深度： c = 0.25 bf
翼缘切割推荐深度： c = 0.20 bf
柱面与梁截面削弱起始点之间的距离： a = 0.6 bf
翼缘削弱长度： s = 0.75 db
节点的转动能力
IDEA StatiCa Connection 为任意连接构件提供弯矩-转角曲线。刚度分析给出（不限于）以下结果：
- 初始刚度
- 5% 塑性应变对应的极限承载力
- 15% 塑性应变对应的转动能力
上述结果对于节点的正确抗震设计均至关重要。转动能力（转角 ϕc）用于评估节点的延性。所得值可与设计规范中推荐值进行比较。
总结
作为耗能结构行为抗震体系一部分的节点，须针对以下情况进行校核：
- 标准荷载组合（EPS 分析）
- 偶然地震荷载组合（EPS 分析）
- 在耗能构件中形成塑性铰所需的荷载（MC 分析）
必须遵守规范规定的构造要求。
参考文献：
- EN 1998-1 第 6 章：钢结构建筑专项规定
- EN 1993-1-8
- CSA S16-14
