摘要：本文介紹1994年美國北嶺地震和1995年日本限神地震引起的鋼框架梁柱節點(diǎn)破壞情況，壞原因探討，設計改進(jìn)措施，兩國構造的異同和我國的相關(guān)對策等。

　　關(guān)鍵詞：鋼框架震害節點(diǎn)設計襯板

　　1.前言

　　1994年1月17日發(fā)生在美國加州圣費南多谷地的北嶺地震（Northridge Earthquake）和正好一年后1995年1月17日發(fā)生在日本兵庫縣南部地區的阪神地震（Hyogoken-Nanbu Earthquake）是兩次陸域型強震，都導致了焊接鋼框架梁-柱附性連接節點(diǎn)的廣泛破壞。震后兩國進(jìn)行了大量的調查和研究，揭示了破壞的原因，在此基礎上提出了改進(jìn)鋼框架節點(diǎn)設計的技術(shù)措施。兩國在此期間都發(fā)表了不少論文，所作的討論開(kāi)拓了人們的眼界，提供了對鋼框架的節點(diǎn)設計的更多了解，對今后鋼框架節點(diǎn)設計有深遠的影響。我們受中國建筑科學(xué)研究院抗震所委托，對有關(guān)資料進(jìn)行了搜集、整理和歸納，現將其主要內容在此作一介紹。

　　2.美日兩國鋼框架節點(diǎn)的破壞情況

　　兩國鋼框架破壞情況的報導，主要集中在梁柱混合連接節點(diǎn)上，因此本文也以梁柱混合連接為主要對象�；旌线B接是一種現場(chǎng)連接，其中梁翼緣與柱用全熔透坡口對接焊縫連接，梁腹板通過(guò)連接板與柱用高強度螺栓連接。美國慣常采用焊接工字形柱，日本則廣泛采用箱形柱，僅在一個(gè)方向組成剛架時(shí)采用工字形柱。在梁翼緣連接處，工字形柱腹板上要設置加勁肋（美國稱(chēng)為連續板），在箱形柱中則要設置隔板。

　　美、日兩國梁杠混合連接節點(diǎn)的典型構造。在節點(diǎn)設計上，兩國都采用彎矩由翼緣連接承受和剪力由腹板連接承受的設計方法，美國還規定，當梁翼緣承受的彎矩小于截面總彎矩的70％或梁腹板承受的彎矩大于截面總彎矩的30％時(shí)，要將梁腹板與連接板的角部用角焊縫焊接。日本則規定腹板螺栓連接應按保有耐力即框架達到塑性階段時(shí)的承載力設計，螺栓應設置2-3列，也是為了考慮腹板可能承受的的彎矩。梁翼緣處的柱加勁肋，美國過(guò)去根據傳力的需要由計算確定，其截面較小。日本根據構造要求采用，其截面較大。

　　2.1美國北嶺地震后對剛框架節點(diǎn)破壞的調查

　　從70年代以來(lái)，美國采用高強螺栓聯(lián)接鋼框架已很普遍，北嶺地震后出現破壞的有100多幢[3]（有的報導說(shuō)90多幢[7]、150多幢[1]或200多幢[5]）。為了弄清破壞的原因，北嶺地震后不久，在美國聯(lián)邦應急管理局（FEMA）資肋下，有加州結構工程協(xié)會(huì )（SEAOC）、應用技術(shù)研究會(huì )（ATC）和加州一些大學(xué)的地震工程研究單位（CU）等組成了被稱(chēng)為SAC和聯(lián)合動(dòng)機構，對此開(kāi)展了深入調查和研究，以便弄清破壞原因和提出改進(jìn)措施。

　　美國的鋼框架梁-柱連接，在50年代多采用鉚釘連接，60年代逐步改用高強度螺栓連接。為了評估栓焊混合連接的有效性，曾進(jìn)行過(guò)一系列試驗，這種由翼緣焊縫抗彎和腹板螺栓連接抗剪的節點(diǎn)，美國以前規定其塑性轉角應達到O.015rad（≈1／65），但大量試驗表明，塑性轉角的試驗結果很離散，且出現了早期破壞，總的說(shuō)來(lái)性能很不穩定。北嶺地震前，德州大學(xué)教授Engelhardt就曾對這種連接在大震時(shí)的性能產(chǎn)生疑問(wèn)，指出在大震時(shí)要密切注意，對它的的設計方法和連接構造要進(jìn)行改進(jìn)[7].北嶺地震證實(shí)了這一疑慮，為此SAC通過(guò)柏克萊加州大學(xué)地震工程研究中心（EERC）等4個(gè)試驗場(chǎng)地，進(jìn)行了以了解震前節點(diǎn)的變形響應和修復性能為目的的足尺試驗和改進(jìn)后的節點(diǎn)試驗。對北嶺地震前通常做法的節點(diǎn)及破壞后重新修復節點(diǎn)的試驗表明全部試驗都觀(guān)察到了與現場(chǎng)裂縫類(lèi)似的早期裂縫，試驗的特性曲線(xiàn)亦與以前的試驗結果相同，梁的塑性轉動(dòng)能力平均為0.05弧度，是SAC經(jīng)過(guò)研究后確定的目標值0.03弧度的1／6，說(shuō)明北嶺地震前鋼框架節點(diǎn)連接性能很差，這與地震中的連接破壞是吻合的。而且破壞前沒(méi)有看到或很少看到有延性表現，與設想能發(fā)展很大延性e6鋼框架設計意圖是違背的。焊接鋼框架節點(diǎn)的破壞，主要發(fā)生在梁的下翼緣，而且一般是由焊縫根部萌生的脆性破壞裂紋引起的。裂紋擴展的途徑是多樣的，由焊根進(jìn)入母材或熱影響區。一旦翼緣壞了，由螺栓或焊縫連接的剪力連接板往往被拉開(kāi)，沿連接線(xiàn)由下向上擴展。最具潛在危險的是由焊縫根部通過(guò)柱翼緣和腹板擴展的斷裂裂縫。

　　從破壞的程度看，可見(jiàn)裂縫約占20-30％，大量的是用超聲波探傷等方法才能發(fā)現的不可見(jiàn)裂紋。裂紋在上翼緣和下翼緣之間出現的比例為1：5-1：20，在焊縫和母材上出現的比例約為1：10到1：100.一般認為，混凝土樓板的組合作用減小了上翼緣的破壞，也有人認為上翼緣焊縫根部不象下翼緣那樣位于梁的最外側，因此焊根中引起的應力較低，減少了上翼緣破壞的概率[1].美國斯坦福大學(xué)Krawinkler教授對北嶺地震中幾種主要連接破壞形式作了歸納，由下翼緣焊縫根部開(kāi)始出現的這樣或那樣的破壞，最多的是沿焊縫金屬的邊緣破壞，另有沿柱翼緣表面附近裂開(kāi)的剝離破壞，也有沿腹板板切角端部開(kāi)始的梁翼緣斷裂破壞，或從柱翼緣穿透柱腹板的斷裂破壞。

　　北嶺地震雖然沒(méi)有使鋼框架房屋倒塌，也沒(méi)有因鋼框架節點(diǎn)破壞引起人身傷亡，但使業(yè)主和保險公司支付了大量的修復費用。僅就檢查費用而言，不需挪動(dòng)石棉時(shí)為每個(gè)節點(diǎn)800-1000美元，需挪動(dòng)石棉時(shí)為每個(gè)節點(diǎn)1000-2000美元，對于有石膏抹灰和吊頂的高級住宅，每個(gè)節點(diǎn)達2000-5000美元，修復費用更高211.更重要的當然是對過(guò)去長(cháng)期沿用的節點(diǎn)在抗震中的安全問(wèn)題提出了疑問(wèn)，必須認真研究和解決。

　　2.2日本販神地震后對鋼框架節點(diǎn)破壞的調查

　　阪神地震后，日本建設省建筑研究所成立了地震對策本部，組織了各方面人士多次參加的建筑應急危險度和震害的調查，民間有關(guān)團體也開(kāi)展了各類(lèi)領(lǐng)域的震害調查，但因鋼結構相對于其它結構的震害較少，除新發(fā)現了鋼柱脆斷或柱腳拔起外，鋼框架節點(diǎn)的破壞主要表現在扇形切角（scallop）工藝孔部位，但因結構體被內外裝修所隱蔽，一般業(yè)主、設計或施工人員對此震害調查不太積極，對鋼框架系統震害的調查遇到一定困難。僅管如此，日本學(xué)者還是就腹板切角工藝孔方面的問(wèn)題進(jìn)行了探索，如日本建筑學(xué)會(huì )結構連接委員會(huì )和鋼材俱樂(lè )部等單位，專(zhuān)就工藝孔破壞狀態(tài)等問(wèn)題作了系統深入的研究。

　　日本對于混合連接的研究，早在1978年以后的石油危機中，就曾利用建筑處于低潮機會(huì )結合自屏蔽電弧焊的出現和應用，系統地開(kāi)展過(guò)。進(jìn)入90年代后，隨著(zhù)高層、超高層和大跨度鋼結構建筑的增多，梁柱截面增大，若采用過(guò)去的梁懸臂段形式，由于運輸尺寸上的限制，懸臂長(cháng)度大致不能超過(guò)1m；另一方面，由于梁翼緣板厚增大，拼接螺栓增多，結果梁端至最近螺栓的距離只有500mm左右，截面受到很大削弱，對保證梁端塑性變形很不利。這樣，在大型鋼結構工程中，現在較多采用梁與柱的混合連接。圖1是采用箱形柱時(shí)的混合連接示意圖梁翼緣與箱形柱隔板直接焊接[7].日本在美國北嶺地震前不久，曾對此種連接進(jìn)行了試驗研究，結果表明，梁端翼緣焊縫處的破壞幾乎都是在梁下翼緣從扇形切角工藝孔端開(kāi)始的，沒(méi)有看到象在美國試驗中和地震中出現的沿焊縫金屬及其邊緣破壞的情況，通過(guò)試驗和版神地震觀(guān)察到的梁端工藝孔處的裂縫發(fā)展情況。

　　日本鋼材俱樂(lè )部研究了扇形切角工藝孔帶襯板及底部有焊縫的兩種節點(diǎn)試驗。

　　美、日兩國鋼框架在地震中的梁柱節點(diǎn)破壞形式是有區別的，北嶺地震中的裂縫多向柱段范圍擴展，而阪神地震中的裂縫則多向梁段范圍發(fā)展。對兩國節點(diǎn)破壞情況的這種差異與其與構造差異的關(guān)系，還有待進(jìn)一步探討。

　　3.節點(diǎn)破壞原因與分析

　　北嶺地震后，美日兩國學(xué)者就節點(diǎn)破壞原因，通過(guò)現場(chǎng)調查、室內試驗和現場(chǎng)檢驗，進(jìn)行了結構響應分析、有限元分析、斷裂力學(xué)分析等，還作了很多補充試驗，結合震前研究，對節點(diǎn)破壞原因提出了一些看法。首先認為節點(diǎn)破壞與加勁板、補強板腹板附加焊縫等的變動(dòng)，并沒(méi)有什么直接關(guān)系，也并不是僅由設計或施工不良所能說(shuō)明的，而是應從節點(diǎn)本身存在根本性缺陷方面去找原因。有以下幾方面因素，被認為是決定和和影響節點(diǎn)性能而導致了破壞。

　　3.1焊縫金屬沖擊韌性低[3]

　　美國北嶺地震前，焊縫多采用E70T-4或E70T-7自屏蔽藥芯焊條施焊，這種焊條提供的最小抗拉強度480MPa，恰帕沖擊韌性無(wú)規定，試驗室試件和從實(shí)際破壞的結構中取出的連接試件在室溫下的試驗表明，其沖擊韌性往往只有10-15J，這樣低的沖擊韌性使得連接很易產(chǎn)生脆性破壞，成為引發(fā)節點(diǎn)破壞的重要因素。在北嶺地震后不久所作的大型驗證性試驗，對焊縫進(jìn)行十分仔細的操作，做到了確保焊接質(zhì)量，排除了焊接操作產(chǎn)生的影響。焊縫采用E70T-4型低韌性焊條，盡管焊接操作的質(zhì)量很高，連接還是出現了早期破壞，從而證明了焊接縫金屬沖擊韌性低，是焊接破壞的因素之一。

　　3.2焊縫存在的缺陷[3]

　　對破壞的連接所作調查表明，焊接質(zhì)量往往很差，很多缺陷可以看出明顯違背了規范規定的焊接質(zhì)量要求，不但焊接操作有問(wèn)題，焊縫檢查也有問(wèn)題。很多缺陷說(shuō)明，裂縫萌生在下翼緣焊縫中腹板的焊條通過(guò)孔附近，該處的下翼緣焊縫是中斷的，使缺陷更為明顯。該部位進(jìn)行超聲波檢查也比較困難，因為梁腹板妨礙探頭的設置。因此，主要的連接焊縫中由于施焊困難和探傷困難出現了質(zhì)量極差的部位。上冀緣焊縫的施焊和探傷不存在梁腹板妨礙的問(wèn)題，因此可以認為是上翼緣焊縫破壞較少的原因之一。

　　3.3坡口焊縫處的襯板和引弧板造成人工縫[4]

　　實(shí)際工程中，往往焊接后將焊接襯板留在原處，這種做法已經(jīng)表明，對連接的破壞具有重要影響。在加州大學(xué)進(jìn)行的試驗表明，襯板與柱翼緣之間形成一條未熔化的垂直界面，相當于一條人工縫，在梁翼緣的拉力作用下會(huì )使該裂縫擴大，引起脆性破壞。其它人員的研究也得出相同結果。

　　1995年加州大學(xué)Popov等所作的試驗，再現了節點(diǎn)的脆性破壞，破裂的速度很高，事前并無(wú)延性表現，因此破壞是災難性的。研究指出，受拉時(shí)切口部位應力最大，破壞是三軸應力引起的，表現為脆性破壞，外觀(guān)無(wú)屈服。他們還通過(guò)有限元模擬計算，得出最大應力集中系數出現在梁緣焊接襯板連接處中部，破壞時(shí)裂縫將從應力集中系數最大的地方開(kāi)始，此一結論已為試驗所證實(shí)。研究表明：大多數節點(diǎn)破壞都起源于下部襯板處。引弧板同樣也會(huì )引發(fā)裂縫。

　　3.4梁翼緣坡口焊縫出現的超應力[3]

　　北嶺地震后對震前節點(diǎn)進(jìn)行的分析表明，當梁發(fā)展到塑性彎矩時(shí)，梁下翼緣坡口焊縫處會(huì )出現超高應力。超應力的出現因素有：當螺栓連接的腹板不足以參加彎矩傳遞時(shí)，柱翼緣受彎導致梁翼緣中段存在著(zhù)較大的集中應力；在供焊條通過(guò)的焊接工藝孔處，存著(zhù)附加集中應力；據觀(guān)察，有一大部分剪力實(shí)際是由翼緣焊縫傳遞，而不是象通常設計假設的那樣由腹板的連接傳遞。梁翼緣坡口焊縫的應力很高，很可能對節點(diǎn)破壞起了不利影響。Popov[4]采用8節點(diǎn)塊體單元有限元模擬分析發(fā)現，節點(diǎn)應力分布的最高應力點(diǎn)，是在梁的翼緣焊縫處和節點(diǎn)板域，節點(diǎn)板域的屈服從中心開(kāi)始，然后向四周擴散。嶺前進(jìn)行的大量試驗表明，當焊縫不出現裂紋時(shí)，節點(diǎn)受力情況也常常不能滿(mǎn)足坡口焊縫近處梁翼緣母材不出現超應力的要求。日本利用震前帶有工藝孔的節點(diǎn)，在試驗荷載下由應變儀測得的工藝孔端點(diǎn)翼緣內外的應變分布，應變集中傾向出現在翼緣外側端部，內側則在工藝孔端部，最大應變發(fā)生在工藝孔端點(diǎn)位置上。應變集中的原因，不僅大于工藝孔造成的不連續性，還在于工藝孔部分梁腹板負擔的一部分剪力由翼緣去承擔了，使翼緣和柱隔板上產(chǎn)生了二階彎曲應力。這些試驗與分析均指出，今后對節點(diǎn)性能的改進(jìn)，不僅應改善焊縫，而且還應降低梁翼緣坡口焊縫處的應力水平。

　　3.5其它因素[3]

　　有很多其它因素也被認為對節點(diǎn)破壞產(chǎn)生潛在影響，包括：梁的屈服應力比規定的最小值高出很多；柱翼緣板在厚度方向的抗拉強度和延性不確定；柱節點(diǎn)域過(guò)大的剪切屈服和變形產(chǎn)生不利影響；組合樓板產(chǎn)生負面影響。這些影響因素可能還需要一定時(shí)間進(jìn)行爭論，才能弄清楚。

　　4.改進(jìn)節點(diǎn)設計的途徑

　　4.1將塑性鉸的位置外移[2][3][4]

　　在北嶺地震之前，美國UBC和NEHRP兩本法規對節點(diǎn)設計的規定，都是根據在柱面產(chǎn)生塑性鉸的假定提出的。由于在北嶺地震中發(fā)現梁在柱面并沒(méi)有產(chǎn)生塑性變性，卻出現了裂縫。切口處的破壞是由三軸應力引起的，從而導致了脆性破壞。過(guò)去采用的焊接鋼框架節點(diǎn)標準構造，不能提供可靠的非彈性變形。試驗表明，其節點(diǎn)轉動(dòng)能力不超過(guò)O.005rad，大大小于SAC建議的最小塑性轉動(dòng)能力0.03rad.另一方面，從受力情況看，塑性鉸出現在柱面附近的梁上，還可能在柱翼緣的材料中引起很大的厚度方向應變，并對焊縫金屬及其周?chē)�的熱影響區提出較高的塑性變形要求，這些情況也可能導致脆性破壞。因此，為了取得可靠的性能，最好還是將梁柱連接在構造上使塑性鉸外移。將塑性位置從柱面外移有兩種方法，一種是將節點(diǎn)部位局部加強，一種是在離開(kāi)柱面一定距離處將梁截面局部削弱。鋼梁中的塑性鉸典型長(cháng)度約為梁高的一半，當對節點(diǎn)局部加強時(shí)，可取塑性鉸位置為距加強部分的邊緣處梁高的1／3.節點(diǎn)局部加強固然也可使塑性鉸外移，但應十分注意不要因此出現弱柱，有背強柱弱梁的原則。

　　也有一部分專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員認為，在構造上采取某些措施仍可使塑性鉸出現在柱面附近，這些措施包括限制構件的截面，控制梁柱鋼材的有關(guān)強度，使母材和焊縫金屬有足夠的沖擊韌性，在節點(diǎn)構件上消除缺口效應等。但是由于沒(méi)有足夠的研究來(lái)肯定這些建議，使得這種建議在美國遲遲未能落實(shí)。而將塑性鉸自柱面外移的建議，試驗已表明是可行的和行之有效的。目前，美國對節點(diǎn)局部加強及梁截面減弱，都已提出了若干構造方案。實(shí)際上，將梁截面減弱使塑性鉸外移的方法，早在北嶺地震以前即有學(xué)者提出過(guò)，北嶺地震后又作了研究，在技術(shù)上己較成熟[4]，從近期在美國鹽湖城建造的25層辦公樓中采用的犬骨式（dog-bone）連接，就可以看到它的構造細節。目前，美國雖未提出今后在抗震框架中推薦采用何種節點(diǎn)形式，但從實(shí)際情況看，上述犬骨式連接已成為主導形式[3].因它制作方便、省工，由美國公司設計的我國天津國貿大廈鋼框架中也已采用了這種節點(diǎn)形式。

　　日本阪神地震后，沒(méi)有象美國采用將塑性鉸外移的方案。日本1996年發(fā)表的《鋼結構工程技術(shù)指針》和1997年發(fā)表的《鋼結構技術(shù)指針》JASS6等，僅提出了鋼框架梁柱連接節點(diǎn)的構造改進(jìn)形式，對節點(diǎn)構造特別是扇形切角工藝孔作了不少規定，目的也是消除可能出現的裂縫，保證結構的非彈性變形。也就是說(shuō)，日本與美國分別采用了不同的避免脆性破壞的途徑。

　　4.2梁冀緣焊縫襯板缺口效應的處理[11][6]

　　在北嶺地震前，美國鋼框架節點(diǎn)施工中，通常將襯板和引弧板焊接后留在原處，這種做法，如前所述存在缺口效應，會(huì )導致開(kāi)裂，現在則在焊后將下翼緣的襯板和引弧板割除，同時(shí)對焊縫進(jìn)行檢查[11].正如前面曾指出的，在下翼緣的焊縫中部由于焊條通過(guò)切角困難，焊接和探傷操作都要被迫中斷，通常存在缺陷，割除襯板后可以目視觀(guān)察，從而減少在此部位不易查看到的裂紋。襯板和引弧板可用氣刨割除后再清根補焊，但費用較高，操作不慎還可能傷及母材。研究表明，襯板也可不去除，而將襯板底面邊緣與柱焊接，缺點(diǎn)是無(wú)法象去除襯板后能對焊縫進(jìn)行仔細檢查。

　　由于上翼緣焊縫處襯板的缺口效應不嚴重，而且它對焊接和超探也沒(méi)有妨礙，出于費用考慮，割除上翼緣襯板可能不合算，如果將上翼緣襯板邊緣用焊縫封閉，試驗表明并無(wú)利影響，因此美國現時(shí)做法是上翼緣襯板仍然保留并用焊縫封口。

　　坡口焊縫的引弧板，在上下翼緣處通常都切除，因為引弧和滅弧處通常都有很多缺用氣切切除后還需打磨，才能消除潛在的裂縫源。

　　在消除襯板的缺口效應方面，日本是非常重視的。在阪神地震后發(fā)表的技術(shù)規定中，對采用H型鋼梁、組合梁，以及采用組合梁時(shí)梁預先焊接或與襯板同時(shí)裝配，不論是否切角，均采用襯板，對其構造包括引弧板，分別作了詳細規定。

　　4.3扇形切角構造的改進(jìn)[8][9]

　　在日本阪神大地震中，由于扇形切角工藝孔的端部起點(diǎn)存在產(chǎn)生裂縫的危險，是否設置形切角以及如何設置，已成為關(guān)系到抗震安全的一項重要問(wèn)題。日本震后發(fā)表的技術(shù)規范中，對扇形切角的設置也提出一系列規定，包括不開(kāi)扇形切角和開(kāi)扇形切角兩大類(lèi)，并規定扇形切角可采用不同形狀；對于柱貫通形和梁貫通形節點(diǎn)分別規定了不同的構造形式。柱貫通型節點(diǎn)的扇形切角形式有兩種，其特點(diǎn)是將扇形切角端部與梁翼緣連接處圓弧半徑減小，以便減少應力集中。日本早就研究不設扇形切角以提高梁變形能力的方案，在最近公布的技術(shù)規定中，根據目前的焊接技術(shù)水平已將此種方案付諸實(shí)施[8][9].

　　4.4選用有較高沖擊韌性的焊縫[2][6]

　　如前所述，焊縫沖擊韌性不足會(huì )引起節點(diǎn)破壞。那么焊縫究竟要有多大的沖擊韌性才能防止裂紋出現呢？美國提出，焊縫的恰帕沖擊韌性（CVN）最小值取-29℃時(shí)27J（相當于-200F時(shí)20ft-1bs）是合適的，可以發(fā)展成為事實(shí)上的標準。在最近美國的實(shí)際工程中，采用E71T-8型和E70TG-K2型焊條的普通手工焊電弧焊已表明焊縫最小沖擊韌性可滿(mǎn)足上述要求，而采用E7018型藥芯焊條的‘貼緊焊’焊縫沖擊韌性值更高，但都必須按AWS規定的焊接和探傷方法操作。

　　4.5將梁腹板與柱焊接[3]

　　美國SAC在采用犬骨式連接時(shí)建議：將以往的腹板栓接改為焊接，用全熔透坡口焊縫將梁腹板直接焊在柱上或通過(guò)較厚連接板焊接。在北嶺地震前，就已有很多研究指出腹板焊接比栓接性能好，它能更好地傳力，從而減小梁冀緣和翼緣坡口焊縫的應力。日本在阪神地震前的研究也已指出，梁端腹板用高強度螺栓連接時(shí)，與焊接相比抗彎能力變小，塑性變形能力有明顯差異，但在日本新規定中尚未看到與美國提出的相類(lèi)似的要求。

　　5 .美、日節點(diǎn)構造的比較、根據美、日鋼框架梁-柱節點(diǎn)構造及震后的改進(jìn)情況，可以看到下列差異：

　　1）美國認為梁端不能產(chǎn)生塑性變形，采取了將塑性鉸外移的基本對策，提出將節點(diǎn)局部加強或將梁局部削弱的方法，雖然目前尚無(wú)定論，但從實(shí)際發(fā)展情況看，因削弱梁截面的方法省工、效果好，已在某些工程中采用。但日本卻沒(méi)有采用將塑性鉸外移的方法，而是采取在原構造的基礎上消除裂縫的病灶的方法。

　　2）兩國都注意到了梁翼緣坡口焊縫的焊接襯板邊緣存在的缺口效應所帶來(lái)的嚴重后果，在北嶺地震和神地震后都采取了相應對策。美國SAC建議，下翼緣焊縫的襯板宜割除，然后清根補焊；考慮上翼緣焊縫缺陷一般較少，受力條件較有利以及費用等原因，可對襯邊緣用焊縫封閉。而日本則對H型鋼梁和焊接組合梁（包括梁先焊好和梁與襯板時(shí)裝配兩種情況）以及節點(diǎn)為柱貫通型或梁貫通型時(shí)襯板的設置，作了詳細規定。

　　3）美國在梁腹板端部襯板通過(guò)處采用矩形切角（端部呈半圓形），而不象日本采用圓弧形切角，由于腹板受彎矩較大時(shí)將連接板與腹板焊接，從有關(guān)震害情況報導看，沒(méi)有發(fā)現這種形式的切角引發(fā)多少裂縫。日本為消除梁端扇形切角端部的應力集中，作出一系列規定，包括不作扇形切角、梁腹板用直線(xiàn)切剖不設扇形切角的方法以及允許采用不同形式的切角等，如在與梁翼緣連接處將曲率半徑變小和采用類(lèi)似美國采用的切角形式。

　　4）美日兩國都規定，節點(diǎn)按翼緣連接受彎矩和腹板連接受剪力的要求設計。美國附加規定了當梁翼緣的受彎承載力小于截面受彎承載力的70％或梁腹板受彎承載力大于截面受彎承載力的30％時(shí)，在柱連接板角部應將梁腹板與連接板焊接。日本過(guò)去在梁端混合連接中，采用彎矩由翼緣連接承受，剪力由腹板連接承受的設計方法，螺栓一般配置一列。在94年的文獻[5]中指出，“現在該處的連接必需滿(mǎn)足保有耐力連接的條件，考慮腹板高強螺栓連接也要部分地承受彎矩，要求布置2列到3列，與以前的連接相比，抗彎承載力儲備提高了，這是結構設計上的一個(gè)特點(diǎn)�！边@些都是北嶺和阪神地震前的情況，震后基本上沒(méi)有改變。只是北嶺地震后，美國建議將梁腹板直接與柱焊接或與連接板焊接，以便減小梁翼緣焊縫處的焊縫應力，日本則尚無(wú)此規定。

　　5）與梁翼緣對應位置的柱加勁肋（美國叫做連續板），日本一貫規定應比對應的梁翼緣厚度大一級，認為這是關(guān)鍵部位，為此多用一點(diǎn)材料是很值得的。美國過(guò)去根據傳遞梁翼緣壓力的需要確定，考慮一部分內力由柱腹板直接傳遞，加勁肋厚度顯著(zhù)小于梁翼緣厚度。而且曾有一些設計規定，例如可取厚度等于梁翼緣厚度的一半。有的文獻認為，太厚了可能產(chǎn)生較大殘余應力，最好用試驗確定。北嶺地震中，有些加勁肋屈曲了，有的學(xué)者己提出改為與梁翼緣等厚的建議。

　　6）美國強調焊縫沖擊韌性的重要性，規定了節點(diǎn)翼緣焊縫的沖擊韌性指標，嚴格焊接工藝的探傷要求。日本一貫重視焊接質(zhì)量，還沒(méi)有看到在這方面有什么新的規定。

　　7）美國認為，鋼材屈服點(diǎn)高出標準值較多是鋼框架震害的重要原因之一，這也許在美國特別突出。美國鋼材屈服點(diǎn)超過(guò)標準值很多，過(guò)去就有報導，如低碳鋼A36的屈服強度可高達48ksi，抗拉強度可高達701Csi，它使連接實(shí)際要求的承載力大大提高，當按設計不能滿(mǎn)足時(shí)，就要出現破壞。根據美國型鋼生產(chǎn)商研究會(huì )所作調查和建議，AISC于97年規定將框架連接計算中的強度增大系數由過(guò)去的1.2提高到1.5（對A36）和1.3（對A572），其它鋼號仍保留1.2，強柱弱梁條件式中柱的抗彎承載力也作了相應提高。

　　6.我國采取的對策

　　我國早期的高層建筑鋼結構基本上都是國外設計的，我國的設計施工規程是在學(xué)習國外先進(jìn)技術(shù)的基礎上制訂的。由于日本設計的我國高層鋼結構建筑較多，我國的設計、制作和安裝人員對日本的鋼結構構造方法比較熟悉，設計規定特別是節點(diǎn)設計，大部分是參照日本規定適當考慮我國特點(diǎn)制訂的，部分規定吸收了美國的經(jīng)驗。美國北嶺地震和日本阪神地震后所發(fā)表的報導，對我們有很大啟示，在我國抗震規范中對高層鋼結構的節點(diǎn)設計擬提出如下建議：

　　1）將梁截面局部削弱，可以確保塑性鉸外移，這種構造具有優(yōu)越的抗震性能。根據美國報導，梁翼緣削弱后可將受彎承載力降至0.8Mp，因鋼材用量要增多，結合我國情況作為主要形式推廣將難以接受，可將此方案列入了條文說(shuō)明，必要時(shí)可參考采用。

　　2）參考日本新規定，將混合連接上端扇形切角的上部圓弧半徑改為10-15mm，與半徑35mm的切角相接；同時(shí)，規定圓弧起點(diǎn)與襯板外側焊縫間保持10-15mm的間隔，以減小焊接熱影響區的相互影響。至于日本采用的不開(kāi)切角以及直通式不設切角的構造，因為我們沒(méi)有經(jīng)驗，不敢貿然采用，有持今后對其性能進(jìn)行驗證后再作取舍。

　　3）在消除襯板的缺口效應方面，考慮割除襯板弄得不好會(huì )傷及母材，且費用較高，故采用角焊縫封閉襯板邊緣的方法。上翼緣襯板影響較小，暫不作處理。下翼緣襯板邊緣建議用6mm角焊縫沿下翼緣全寬封閉。因仰焊施工不便，角焊縫最多只能做到6mm；為了更好地消除缺口效應，應要求焊沿翼緣全寬滿(mǎn)焊。

　　4）在翼緣焊接腹板栓接的混合連接中，按照彎矩僅由翼緣連接承受和剪力僅由腹板連接承受的原則設計時(shí)，在某些情況下是不安全的，因為當腹板的截面模量較大時(shí)，腹板要承受一部分彎矩�？拐鹨幏缎抻啿莅赋�規定腹板螺栓連接應能承受梁端屈服時(shí)的剪力外，還規定當梁翼緣截面模量小于梁截面模量70％時(shí)，腹板螺栓不得少于2列，每列的螺栓數不得少于采用一列時(shí)的數量。

　　5）我國在梁翼緣對應位置設置的柱加勁肋，從一開(kāi)始就注意到了日本的經(jīng)驗，規定了與梁翼緣等厚，北嶺地震表明這樣規定是適合的。

　　6）翼緣焊縫的沖擊韌性要滿(mǎn)足-30℃時(shí)27J的要求，這種試驗我國過(guò)去沒(méi)有做過(guò)，對于我國鋼結構制作單位是否可以做到，需待調查后再確定是否列入。

　　這時(shí)要附帶說(shuō)明，美國SAC的有關(guān)規定是適用于美國3、4類(lèi)地區，大體相當于7度強、8、9度地區，我國6度地區可適當放寬。

　　參考文獻

　　1.W.E.Gates，M.Morden，Professional Structural Engineering EXperien Related to Welded Steel Moment Frame F0llowing tbe Northridge Earthquake.The Structural Design of Tall Building，Vo1.5，29-44（1996）

　　2.Interim guidelines：Evaluation，Repair，Modiflcation and Design of Steel Moment Frames，Report No.SAC- 95-02，SAC Joint Venture一

　　3.M.D.Engelhardt and t.A.Sabot，Seismic-resistant steel moment connect ions：deVelopment since the l994 Northridge earthquake，Construction Research Communicatons Limited，1997 ISSN，1365-0556

　　4.E.P.Popov，T.S.Yang，S.P.Chang，Design of steel MRF Connections before and after 1994 Northridge earthquake. 5.A.Whittaker，A.Gilani，V Bertero，Evaluation of Pre-Northridge steel moment-resisting frame joints，The Strctural design of tall Buildings，7，1998，263-283

　　6. AISC Seismic Provisions for Structural steel buildings，April 15，1997

　　7.田中淳夫，梁端混合連接，建筑技術(shù)（日），1994，9

　　8.本建筑學(xué)會(huì )，鐵骨構造技術(shù)指針（JASS 6），1996

　　9.日本建筑學(xué)會(huì )，鐵骨工事技術(shù)指針——工場(chǎng)制作編，5.16新技術(shù)·新工法介紹，1996

　　10.吳志超，框架梁剛性連接焊接節點(diǎn)，鋼結構，1997，3

　　11. B.S.Taranath，Steel，Concrete，composite Design of tall Buildings，second edition，McGraw-Hill，965-975

　　12.蔡益燕，美國鋼框架節點(diǎn)抗震設計研究動(dòng)向，高層建筑抗震技術(shù)交流會(huì )論文集，1997.11.9-11.12 P187-196，廣東·珠海，中國抗震防災研究會(huì )·高層建筑抗震專(zhuān)業(yè)委員會(huì )