钢结构规范讲义1.doc

中国标准新钢结构设计规范GB50017和美国钢结构标准 AISC-LRFD-1999介绍陈绍蕃 教授西 安 建 筑 科 技 大 学西安 2002.03一、 概况GB500171997年四季度开始，历时四年有余。更新、增补、协调、接轨。博采众长AISC-19991986 第一本 LRFD1989 新 ASD & PD1993 LRFD 建筑钢结构进展 2001.2 期起有介绍1999 本特点：英制单位和国际单位并用增加支撑计算等内容由正文、附录、说明三部分组成，有些公式在附录中给出。二、 材料 GB50017 (16Mn)(15MnV) 配合材料标准 Q235，Q345，Q390，Q420（新增）质量等级ABCDE冲击试验温度200-20-40工作温度（Q235，Q345）-20T0T-20（Q390，Q420）-20T0T-20温度差距的原因：冲击韧性试验加荷速度很快，建筑结构如吊车梁加荷速度较慢。加荷速度慢的结构用快速加荷的冲击值，则应提高温度。Q345和Q235同属一级而不是和其他高强度钢同属一级：强度高的钢材对冲击韧性的要求应该高。Q235 Akv 要求 27JQ345，390、420 Akv 34J 和 27J（-40）因此 Q235和Q345同一温度 Q390和Q420温度低一级美国公路钢桥设计规范取T=39，但以所在地区最低温度为准，GB50017规定的结构工作温度为最低日平均温度。 还增加了：防止层状撕裂的Z向钢（厚度方向性能钢板GB/T5313）、抗腐蚀的耐候钢（焊接结构用耐候钢GB/T4172） AISC-99 低碳钢 ASTM A36/A36M fy：250N/mm2（36 ksi）低合金高强度钢 ASTM A242/A242M fy：345N/mm2（t=19mm 以下） ASTM A588/A588M fy：345N/mm2（ t 100mm ） 有耐腐蚀性 fy 不随厚度增大而下降，直至 高强度低合金（铌钒钢）ASTM A572/A572M，分为4级Grade42506065fy(N/mm2)290345415450fy不降低的厚度 t 100382513 高屈服点淬火回火合金钢板 ASTM A514/A514M 厚50mm以内 fy: 690 N/mm2 50t100 620冲击韧性要求 t50mm 的焊接受拉构件，要求2027J 。冲击试样在翼缘邻近腹板处截取，和我国不同。 螺栓材料 A307 4.6 级 A325，A449 8.8 级 A490 10.9 级三、 荷载和荷载组合 GB50017 按荷载规范 GB50009 采用。 软钩吊车 =0.1重级工作制吊车梁横向水平力不同于荷载规范 抓斗、磁盘 =0.15 硬钩 =0.2 1.2D+1.6L AISC-LRFD-99 按 ASCE7 规定，条文说明中： 1.2D+0.5L+1.6W -93 1.6L和0.5L分别为最大值和常在值 规定下列6种组合：1.4D1.2D+1.6L+0.5(Lr or S or R)Lr: roof L.L1.2D+1.6(Lr or S or R)+(0.5L or 0.8W)S: snow L.1.2D+1.3W+0.5L+0.5(Lr or S or R) R: rainwater or ice1.2D1.0E+0.5L+0.2S E: earthquake 0.9D(1.3W or 1.0E)特点：活荷载的荷载系数大 风荷载的荷载系数小 组合系数取值低四、 轴心受拉构件 GB50017 无变化 拉杆0.9, 0.75 AISC-LRFD-99 抗力分项系数各类杆不同，取= 压杆 0.85 梁 0.9, 0.85 强度计算：毛截面屈服 承载力设计值 0.9fy.A 相当于r=1.1 净截面拉断 0.75fu.Ae r= Ae=有效净截面有效净截面：考虑剪切滞后效应 拉杆截面各部分都有紧固件（或焊缝）直接传力者Ae = An 非所有板件都直接传力者 Ae 需要折减 由紧固件传力者 Ae=An.U U：折减系数 = 1- a/L 0.9 a：连接偏心， L：连接长度由焊缝传力者区分三种情况：纵焊缝传力者，U 同上 横焊缝传力者，U = 1 纵焊缝传力于板者，U = 0.751.0各部分直接传力 Ae = An腹板不直接传力 Ae An剪切滞后造成板端部应力分布不均匀。净截面计算在美国教科书中和我国也有所不同，以二孔错排为例：An=A-2dt+AISC-LRFD-99 还有抠接拉杆的计算。五、 轴心压杆 GB50017 增加d类曲线，适用于 t 40mm 的厚板。 焊接 I形或 H 形截面 翼缘为轧制边或剪切边 绕 Y 轴 d曲线 热轧 I形或 H 形截面 t80 mm 绕 Y 轴 d 曲线 高层钢结构规程已有 d 类 曲线，与 GB50017 略有不同。给出单轴对称轴压杆弯扭屈曲的计算公式:单轴对称轴压杆绕对称轴屈曲必然既弯又扭。GBJ17-88采用一律列为 C 类截面的办法，有时可能偏于不安全。给出弯扭屈曲计算公式增加规范的透明度。计算方法：换算长细比一般公式 It：扭转惯性矩 I：扇形惯性矩角钢压杆的近似公式：每种截面两个公式，区分弯曲为主还是扭转为主，扭转为主不利。（1） 等边单角钢截面（图3a） 当 b/t0.54 l/b时， （9a） 当 b/t0.54 l/b时， （9b） 式中 b，t 分别为角钢肢宽度和厚度(a) (b) (c) (d) (e)图3 角钢截面的尺寸和屈曲轴（2） 等边双角钢截面（图3b） 当b/t0.58 l/b时， （10a） 当b/t0.58 l/b时， （10b）（3） 长肢相并的不等边双角钢（图3c） 当b/t0.48 l/b时， （11a） 当b/t0.48 l/b时， （11b）（4） 短肢相并的不等边双角钢（图3d） 当b/t0.56 l/b时， 可近似取 （12a） 当b/t0.56 l/b时， （12b）以上公式中角钢宽度取值和屈曲轴 y 都示于附图3中。设计中有时采取构造措施使单角钢压杆绕平行于一个边屈曲（图3e）。基于文献4分析结果，可得绕 u 轴弯扭屈曲的换算长细比当b/t0.69 l/b时， （13a）当b/t0.69 l/b时， （13b）式中 。 支撑力88规范的支撑力 V= 只适用于支撑一根柱的撑杆。GB50017的规定 单柱一道支撑，在中央 F=N/60 在L处 单柱 m 道等间距支撑 Fbm= N/30（m+1）多柱，中央一道支撑 Fb不与其他作用效应相叠加撑杆应满足的要求：刚度：柱为理想直杆时，撑杆具有足够刚度， 则 lo = 否则 lo 强度：柱有初曲，撑杆一开始即受力。支撑力 Fb 的大小，不仅和达到临界状