中国与土耳其抗震规范钢结构构造措施对比分析

王邦

机械工业第六设计研究院有限公司 郑州450007

引言

随着“一带一路”建设推进，中国在沿线国家承担了越来越多的工程建设，中国的建筑总承包企业和设计单位也逐渐更多地参与了很多国家主要工程的建设。中国设计单位参与国际项目设计时依据的规范标准一直是困扰设计单位的重要问题，执行标准的差异对设计有重大影响。根据项目实际，通常非洲、南美洲国家建筑领域技术相对薄弱，以采用国际上的欧洲规范或美国规范为主，随着中国规范趋于国际化，有时也以采用中国规范为准，但少数国家有自己的设计规范，因此在境外工程设计时，也需对项目所在国的规范有较深的了解和分析。

土耳其横跨欧亚大陆，连接东西文明，同时也位于欧亚地震带上，当地地震频发。2019 年，土耳其政府颁布了第二版抗震设计规范，即为《DEPREM ETKiSi ALTINDA BiNALARIN TASARIMI iÇiN ESASLAR》［1］，中文译名为《地震下建筑物设计规范》（以下简称土抗规）。

本文介绍土抗规钢结构部分抗震构造措施，与中国《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（2016 年版）［2］（以下简称中抗规）相应部分进行对比，分析部分抗震构造措施差异性，并通过实例进一步探讨差异对工程设计造成的影响。

1 中抗规与土抗规钢结构适用概况分析

中抗规最新版为2016 年版本，2016 年修订，2016 年8 月1 日生效。中抗规有关民用房屋钢结构部分的抗震要求主要在第8 章，适用于抗震设防烈度为6、7、8 和9 度地区的钢结构民用房屋结构设计，主要结构类型包括钢框架、钢框架-钢中心支撑、钢框架-钢偏心支撑（延性墙板）、钢筒体（钢框筒，钢筒中筒，钢桁架筒，钢束筒）和巨型钢框架，不适用于钢支撑-混凝土框架、钢框架-混凝土核心筒；中抗规有关工业建筑钢结构部分的抗震要求主要在附录H；中抗规有关钢支撑-混凝土框架、钢框架-混凝土核心筒结构抗震要求主要在附录G。

土抗规最新版本为2020 年版本，2020 年生效。土抗规有关钢结构部分的抗震要求主要在第9 章，适用于建筑物钢结构设计，钢结构类型包括钢框架、中央或偏心支撑的钢框架、弯曲支撑钢框架、钢框架-混凝土墙组合结构、型钢混凝土组合结构。

对比中、土抗规适用范围，可知：中抗规对民用房屋、工业建筑、部分钢-混凝土组合结构三种建筑结构类型分别要求，不同建筑结构类型抗震构造针对性强；且中抗规区分四个设防烈度（6 ～9 度），各设防烈度下结构构造等级差异明显。土抗规适用面广，基本可用于所有建筑，使用结构类型广，可适用于钢结构相关的所有结构类型。

2 钢材使用要求

中抗规对钢结构钢材使用有具体的要求：结构的钢材宜采用Q235 等级B、C、D的碳素结构钢及Q345 等级B、C、D、E 的低合金高强度结构钢，当有可靠依据时，尚可采用其他钢种和钢号；钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85；钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%；钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。

其中Q235 等级钢材抗拉屈服强度设计值为215N／mm2（板厚t ≤16mm）、205N／mm2（板厚16mm ＜t≤40mm）；Q345 等级钢材抗拉屈服强度设计值为305N／mm2（板厚t≤16mm）、295N／mm2（板厚16mm ＜t≤40mm）。Q235 碳素钢钢材冲击韧性（V型缺口）分别为B 级温度20℃达到27J、C级温度0℃达到27J、D级温度-20℃达到27J。Q345 低合金钢钢材冲击韧性（V 型缺口）分别为B级温度20℃达到34J、C 级温度0℃达到34J、D 级温度-20℃达到34J、E 级温度- 40℃达到34J［5］。

土抗规对钢结构钢材要求为：钢框柱采用抗拉强度设计值≤460N／mm2的钢材，其他抗震构件采用抗拉强度设计值≤355N／mm2的钢材；板厚度≥40mm 的轧制型材，厚度≥50mm 的板以及由这些板制成的型材冲击韧性（V 型缺口）为21℃达到27J。

土耳其规范《Çelik Yapıların Tasarım，Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik》［3］，中文译名《钢结构的设计，计算和构造原理规范》介绍了土耳其钢材强度，钢材相关强度均同欧洲标准，其中当地经常采用的钢材为欧标EN10025-2 系列［4］S235、S275、S355、S450，板厚t ≤40mm时，对应屈服强度设计值Fy分别为235N／mm2、275N／mm2、355N／mm2、440N／mm2。

对比中、土抗规钢材要求可知：中抗规要求的钢材强度等级低于于土抗规；中抗规对所有钢材均有冲击韧性要求，而土抗规仅对较厚钢板型材有冲击韧要求，因此中抗规对钢材冲击韧性的要求高于土抗规。

3 钢构件板材宽厚比要求

3.1 两国规范宽厚比限值要求

本文对中、土抗规钢结构主要使用截面类型工字形和箱形截面的宽厚比限值进行介绍，截面类型见图1。

图1 截面类型Fig.1 Cross section type

中抗规对钢结构民用房屋相应结构类型使用板材宽厚比在第8 章有具体要求，并考虑抗震设防烈度和建筑高度等因素区分为抗震等级一级～四级。中抗规对民用房屋钢结构板材宽厚比限值见表1。

表1 中抗规民用房屋钢结构板材宽厚比限值Tab.1 Width-to-thickness ratio limits of steel structure for civil buildings in Chinese seismic code

土抗规对建筑物钢结构板材截面屈曲分为两大类，分别为高延性类和受限延性类，高延性类是指截面可完全屈曲形成塑性铰，并完全传递弯矩；受限延性类是指不完全屈曲，有限变形，并传递有限弯矩。高延性类、受限延性类截面板材宽厚比限值分别为λhd、λmd，见表2。

3.2 对比分析

现以工字形焊接型截面钢框架梁为例，对比分析两国规范宽厚比限值差别。选用10mm钢板为腹板、20mm厚钢板为翼缘的截面为A 组，选用16mm钢板为腹板、25mm 厚钢板为翼缘的截面为B组。中国钢材等级为Q345，土耳其钢材等级为S355，梁轴压比分别按0.1、0.3 考虑，按表1、表2 限值确定最大满足要求的焊接工字形理论截面。根据各工字形截面，假定各截面均可完全屈曲，见图2，计算各截面可传递的屈曲弯矩，并引用无量纲参数单位屈曲弯矩，将重量、强度设计值对屈曲弯矩的影响剔除，对比宽厚比对屈曲弯矩的影响，单位屈曲弯矩＝屈曲弯矩／（单位重量×强度设计值）。见表3 ～表6。

图2 工字形截面屈曲示意Fig.2 I section buckling

表2 土抗规民用房屋钢结构板材宽厚比限值Tab.2 Width-to-thickness ratio limits of steel structure for civil buildings in Turkish seismic code

表3 中、土抗规对比（A组截面、梁轴压比0.1）Tab.3 Comparison between Chinese and Turkish seismic code（group A，beam axial compression ratio 0.1）

表5 中、土抗规对比（B组截面、梁轴压比0.1）Tab.5 Comparison between Chinese and Turkish seismic code（group B，beam axial compression ratio 0.1）

表6 中、土抗规对比（B组截面、梁轴压比0.3）Tab.6 Comparison between Chinese and Turkish seismic code（group B，beam axial compression ratio 0.3）

土抗规高延性类截面要求可以达到完全屈曲形成塑性铰，并完全传递弯矩，与中抗规一级等级要求一致。对于梁轴压比较小时，见表3、表5，土抗规高延性类截面翼缘宽度比中抗规一级等级翼缘宽度两组截面分别小3.8%、3.5%；土抗规高延性类截面腹板高度比中抗规一级等级腹板高度两组截面分别大6.5%、6.4%；土抗规高延性类截面单位屈曲弯矩比中抗规一级等级单位屈曲弯矩两组截面均大4.3%，故当梁轴压比较小时，中、土抗规的翼缘宽度、腹板高度和单位屈曲弯矩差别较小。对于梁轴压比较大时，见表4、表6，土抗规高延性类截面翼缘宽度比中抗规一级等级翼缘宽度两组截面分别小3.8%、3.5%；土抗规高延性类截面腹板高度比中抗规一级等级腹板高度两组截面分别大61.6%、61.9%；土抗规高延性类截面单位屈曲弯矩比中抗规一级等级单位屈曲弯矩两组截面分别大45.8%、46.3%，故当梁轴压比较大时，中、土抗规的翼缘宽度差别较小，而腹板高度、单位屈曲弯矩差别较大。

土抗规受限延性类截面要求不完全屈曲，有限变形，并传递有限弯矩，与中抗规二、三、四等级要求基本一致，但中抗规细分为三个等级，而土抗规仅按一个等级执行。对比A 组截面表3、表4 和B 组截面表5、表6，以参数显示判断：土抗规受限延性类截面与中抗规四级等级相近。对于梁轴压比较小时，见表3、表5，土抗规受限延性类截面翼缘宽度与中抗规四级等级几乎无差别；土抗规受限延性类截面腹板高度比中抗规四级等级腹板高度两组截面均大7.5%；土抗规受限延性类截面单位屈曲弯矩比中抗规四级等级单位屈曲弯矩两组截面分别大5.9%、5.8%，故当梁轴压比较小时，土抗规受限延性类截面与中抗规四级等级的翼缘宽度、腹板高度和单位屈曲弯矩差别较小。对于梁轴压比较大时，见表4、表6，土抗规受限延性类截面翼缘宽度与中抗规四级等级几乎无差别；土抗规受限延性类截面腹板高度比中抗规四级等级腹板高度两组截面分别大33.4%、33.3%；土抗规受限延性类截面单位屈曲弯矩比中抗规四级等级单位屈曲弯矩两组截面分别大26.7%、25.8%，故当梁轴压比较大时，土抗规受限延性类截面与中抗规四级等级的翼缘宽度差别较小，而腹板高度、单位屈曲弯矩差别明显。

4 结论

1.对比中、土抗规适用范围，中抗规对民用房屋、工业建筑、部分钢-混凝土组合结构三种建筑结构类型分别要求，不同建筑结构类型抗震构造针对性强；且中抗规区分四个设防烈度（6 ～9 度），各设防烈度下结构构造等级差异明显。土抗规适用面广，基本可用于所有建筑的钢结构相关结构类型。

2.中抗规限制钢材强度等级最大为Q345，土抗规限制钢材强度等级最大为S355 和S450（仅钢框柱），中抗规要求的钢材强度等级低于于土抗规；中抗规对钢材冲击韧性的要求高于土抗规。

3.土抗规高延性类截面宽厚比要求与中抗规一级等级要求基本一致；土抗规受限延性类截面要求与中抗规二、三、四等级要求基本一致，但以参数显示判断：土抗规受限延性类截面与中抗规四级等级相近。梁轴压比较小时，土抗规高延性类截面与中抗规一级等级差别很小，土抗规受限延性类截面与中抗规四级等级差别很小。梁轴压比较大时，土抗规高延性类截面与中抗规一级等级的翼缘宽度差别较小，而腹板高度、单位屈曲弯矩差别较大；土抗规受限延性类截面与中抗规四级等级的翼缘宽度差别较小，而腹板高度、单位屈曲弯矩差别明显。