GB50017-2003《钢结构设计规范》应用讲座

钢结构设计规范 GB50017 2003应用讲座清华大学石永久教授 介绍内容 1 新增条文 较详细讲解 2 修改条文 指明修改之处 3 强制条文 重申重要性 4 未改条文 简要概述新旧规范比较 第 章轴心受力构件和拉弯 压弯构件的计算 5 1轴心受力构件 5 1 1条轴心受拉构件和轴心受压构件的强度 除高强度螺栓摩擦型连接处外 应按下式计算 不变 5 1 2条实腹式轴心受压构件的稳定性应按下式计算 不变 式中 轴心受压构件的稳定系数 应根据表5 1 2的截面分类并按附录三采用 式中 轴心受压构件的稳定系数 应根据表5 1 2的截面分类并按附录三采用 式中 轴心受压构件的稳定系数 应根据表5 1 2的截面分类并按附录三采用 式中 轴心受压构件的稳定系数 应根据构件长细比l 钢材屈服强度fy和表5 1 2 1 2的截面分类并按附录C采用 a b c d四个表 按换算长细比查 值 1 原规范将t 40mm的轴压构件稳定归入c曲线 不确切 新规范作了专门规定 参见规范表5 1 2 2 2 增加了d类截面 d曲线 t 40mm的轴压构件 视截面形式和屈曲方向 有b c d三类 3 截面为双轴对称或极对称的构件 弯曲失稳或扭转失稳 长细比取双轴对称十字形截面 x或 y取值不得小于5 07b t 避免扭转失稳 4 单轴对称截面 T L C等 绕对称轴的失稳是弯扭失稳 原规范视为弯曲失稳归入b曲线 或降低为c曲线 新规范截面类别的划分只考虑截面形式和残余应力的影响 将弯扭屈曲按弹性方法用换算长细比 代替ly 等效为弯曲屈曲 式中 z 扭转屈曲换算长细比 eo 剪心至形心距离 io 对剪心的极回转半径 Iw 毛截面扇性惯性矩It 毛截面抗扭惯性矩lw 扭转屈曲计算长度 一般取lw loy 开口截面 扇性坐标 扇性几何特性B 扇性极点 Mo 扇性零点 扇性静矩 扇性惯性积 扇性惯性矩 s1 截面中线总长 主扇性零点和主扇性极点 使得扇性静矩Sw 扇性惯性积Iwx Iwy为零 剪力中心S 截面剪力流的合力作用点 也是主扇性极点和扭转中心横向荷载通过截面剪力中心 杆件只弯曲 不扭转 C形截面 I形截面 1 等边单角钢b t 0 54loy b时b t 0 54loy b时 对单角钢和双角钢 形截面新规范建议了 yz的近似计算式 T形和十字形截面Iw 0 2 等边双角钢b t 0 58loy b时b t 0 58loy b时 3 不等边双角钢 长边相并b2 t 0 48loy b2时b2 t 0 48loy b2时 4 不等边双角钢 短边相并b1 t 0 56loy b1时b1 t 0 56loy b1时 单轴对称压杆绕非对称主轴以外的任一轴失稳时 应按弯扭屈曲计算 单角钢构件绕平行轴 u轴 失稳时 按b类截面查j值 换算长细比 b t 0 69lou b时b t 0 69lou b时 5 1 7条用作减小受压构件自由长度的支撑杆 支撑力为 1 单根柱柱高中点有一道支撑Fb1 N 60支撑不在柱中央 距柱端al 有m道间距基本相等支撑 每根撑杆轴力 2 支撑多根柱时在柱中央附近设置一道支撑 支撑力各柱压力相同时式中 n为被撑柱根数 3 以前对支撑一般按容许长细比控制截面 不计算承载力 现在 对支持多根柱的支撑应注意计算其承载力 4 当支撑同时承受结构上的其它作用时 如纵向刹车力 作用轴力不与支撑力叠加 5 2拉弯构件和压弯构件 本节作了一些局部修改 5 2 1条将取塑性发展系数 x y 1 0的条件由 直接承受动力荷载 缩小范围为 需要计算疲劳 的拉弯 压弯构件 受压翼缘自由外伸宽厚比时 x 1 0 1 原规范中N NEx N为设计值 NEx为欧拉临界荷载 按理应将NEx除以抗力分项系数 R 新规范将N NEx改为N N Ex 注明N Ex为参数 其值为N EX p2EA 1 1l2x 5 5 2条平面内稳定计算 1 等效弯矩系数 mx或 tx 无横向荷载时 mx 或 tx 0 65 0 35M2 M1 取消 不得小于0 4 的规定 2 分析内力未考虑二阶效应的无支撑纯框架和弱支撑框架柱 mx 1 0 2 弯矩作用平面外稳定计算式改为h为调整系数 箱形截面h 0 7 其它截面h 1 0 以避免原规范取箱形截面jb 1 4的概念不清现象 现规范闭口截面jb 1 0规范规定jy 按5 1 2条确定 即表示弯矩作用于对称轴平面的单轴对称截面 jy应按考虑扭转效应的换算长细比lyz确定 这必然增加不少计算工作量 5 3构件的计算长度和容许长细比 5 3 2条有关交叉腹杆在桁架平面外的计算长度lo 所计算杆内力为N 另一杆内力为No 均为绝对值 l为节间距 交叉点不是节点 1 压杆1 相交另一杆受压 两杆截面相同 并在交点处均不中断原规范l2 相交另一杆受压 且另一杆在交点处中断 以节点板搭接原规范l 3 相交另一杆受拉 两杆截面相同 并在交点处均不中断原规范0 5l4 相交另一杆受拉 且拉杆在交点处中断 以节点板搭接原规范0 7l5 相交另一杆受拉 且在交点处拉杆连续 压杆中断 以节点板搭接 若No N或拉杆在平面外刚度取lo 0 5l 2 拉杆lo l5 3 3条确定框架柱在框架平面内的计算长度时 原规范分为有侧移框架 m 1 和无侧移框架 m 1 新规范确定框架柱在框架平面内的计算长度时分为 1 无支撑纯框架 按一阶弹性分析计算内力时 计算长度系数m 1 0 按有侧移框架柱的表查得 采用二阶弹性分析方法计算内力时 取m 1 0 每层柱顶附加假想水平力Hni 2 有支撑框架 强支撑框架 支撑结构 支撑桁架 剪力墙等 的侧移刚度满足式中Sb 产生单位侧倾角的水平力 第i层间所有柱分别用无侧移框架柱和有侧移框架柱计算长度系数算得的轴压杆稳定承载力之和 按无侧移框架柱的表查得 弱支撑框架 Sb不满足上式时 柱的稳定系数为式中 分别按无侧移和有侧移框架柱计算长度算得的稳定系数 5 3 6条为新增条文 1 附有摇摆柱的无支撑和弱支撑框架柱的计算长度系数应乘以增大系数h 各框架柱轴心压力设计值与柱子高度比值之和 各摇摆柱轴心压力设计值与柱子高度比值之和 摇摆柱的计算长度系数m 1 0 2 当与计算柱同层的其它柱或与计算柱连续的上下层柱的稳定承载力有潜力时 可利用这些柱的支持作用 对计算柱的计算长度系数m进行折减 提供支持作用的柱的计算长度系数m应相应增大 3 梁与柱半刚性连接 确定柱的计算长度时 应考虑节点特性 5 3 8条 5 3 9条增加对跨度等于和大于60m桁架杆件的容许长细比的规定 这是根据近年大跨度桁架的实践经验作的补充规定 1 受压弦杆和端压杆的容许长细比值宜取100 其它受压腹杆可取150 静力或间接动力 或120 直接动力 2 受拉弦杆和腹杆的容许长细比值宜取300 静力或间接动力 或250 直接动力 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 容许长细比 1 12层以下框架柱6 8度9度 2 12层以上框架柱 6度 7度 8 9度 3 12层以上支撑6 7度 8度 9度 4 12层以下支撑6 7度 压杆拉杆8 9度 压杆拉杆 所有地区均在6度或以上 GB50017规定已被替代 4受压构件的局部稳定 5 4 1条轴心受压构件中翼缘板外伸宽度b与厚度t之比 不变 5 4 4条轴心受压T形截面腹板原规范宽厚比 对剖分T型钢太严 限制改为 轴心受压构件和弯矩使自由边受拉的压弯构件热轧T型钢 焊接T型钢 弯矩使腹板自由边受压的压弯构件 不变 当ao 1 0时当ao 1 0时 5 4 5条 新增 圆管截面受压构件外径b与壁厚t之比 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 容许宽厚比 所有地区均在6度或以上 GB50017规定已被替代 第6章疲劳计算 6 1 1条应力变化循环次数等于或大于5 104次时应进行疲劳计算附录E 原附录五 的疲劳分类表中项次5 梁翼缘焊缝 原规定为二级 但根据 施工验收规范 角焊缝因内部探伤不准确 不能达到二级 吊车梁受拉翼缘常用角焊缝 这就产生了矛盾 现增加规定了 角焊缝 但外观质量符合二级 的疲劳类别 第7章连接计算 7 1焊缝连接 对接焊缝 角接焊缝 对接与角接组合焊缝 7 1 1条有关焊缝质量等级的选用 是设计规范的新增条文 焊缝质量等级是原 钢结构工程施工及验收规范 GBJ205 83首先提到的 不过它只提到一 二 三级焊缝的质量标准 并未提到何种情况需要采用何级焊缝 而GBJ17 88也没有明确规定 导致一些设计人员对焊缝质量等级提出不恰当要求 影响工程质量或者给施工单位造成不必要的困难 焊缝质量等级的规定 大部份在设计规范有关条文或表格中已有反映 但不全面不集中 现集中为一条较为直观明确 1 在需要计算疲劳结构中的对接焊缝 包括T形对接与角接组合焊缝 横向焊缝受拉的应为一级 受压的应为二级 纵向对接焊缝应为二级 新规范附表E 1 项次2 3 4已有反映 2 在不需要计算疲劳的构件中 凡要求与母材等强的对接焊缝应焊透 受拉时不应低于二级 受压时宜为二级 因一级或二级对接焊缝的抗拉强度正好与母材的相等 而三级焊缝只有母材强度的85 3 重级工作制和Q 50t的中级工作制吊车梁腹板与上翼缘之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头应予焊透 质量等级不低于二级 本来上述焊缝处于构件的弯曲受压区 主要承受剪应力和轮压产生的局部压应力 没有受到明确的拉应力作用 按理不会产生疲劳破坏 但由于承担轨道偏心等带来的不利影响 国内外均发现连接及附近经常开裂 所以我国74规 TJ17 74 规定此种焊缝 应予焊透 即不允许采用角焊缝 而88年规范 GBJ17 88 又补充规定 不低于二级质量标准 对新规范来说 此内容已放在7 1 1条 故将 构造要求 一章的这部份规定取消 4 角焊缝以及不焊透的对接与角接组合焊缝 由于内部探伤困难 不能要求其质量等级为一级或二级 因此对需要验算疲劳结构的此种焊缝只能规定其外观质量标准应符合二级 此内容在设计规范GB50017疲劳计算分类表 表E 1 项次5中已有反映 5 关于本条提到的 需要验算疲劳结构中的横向对接焊缝受压时应为二级 不需要计算疲劳结构中与母材等强的受压对接焊缝宜为二级 在设计规范的其它条文中没有提到 这是根据过去工程实践和参考国外标准规定的 例如美国 钢结构焊接规范 AWS中 对要求熔透的与母材等强的对接焊缝 不论承受动力荷载或静力载 亦不论受拉或受压 均要求无损探伤 而我国的三级焊缝是不进行无损探伤的 由于对接焊缝中存在很大残余拉应力 外压力往往不能完全抵消此拉应力 在某些情况 例如吊车梁上翼缘中的对接焊缝 常有偶然偏心力作用 例如吊车轨道的偏移 使名义上为受压的焊缝受力复杂 常难免有拉应力存在 7 1 2条和7 1 3条原规范规定角焊缝和不加引弧板的对接焊缝 每条焊缝的计算长度均采用实际长度减去10mm 经讨论 此种不分焊缝大小取为定值的办法不合理 新规范改为 对接焊缝减去2t 角焊缝减去2hf 7 1 4条斜角角焊缝的计算两焊脚边夹角 不等于900的角焊缝称为斜角角焊缝 这种焊缝一般用于T形接头中 与原规范一样 斜角角焊缝计算时不考虑应力方向 任何情况都取 f或 f 1 0 这是因为以前对角焊缝的试验研究一般都是针对直角角焊缝进行的 对斜角角焊缝研究很少 而且 我国采用的计算公式也是根据直角角焊缝简化而得 不能用于斜角角焊缝 新规范参考美国 钢结构焊接规范 AWS 并与我国 建筑钢结构焊接技术规程 进行协调 作了下列修改 1 规定锐角角焊缝两焊脚边夹角 600 而钝角角焊缝 1350 这表示焊脚边夹角小于600或大于1350的焊缝不推荐用作受力焊缝 2 原规范规定的锐角角焊缝计算厚度取he 0 7hf 比实际的喉部尺寸小 这是考虑到当 角较小时 焊缝根部不易焊满以及在熔合线的强度较低这两个因素 现规定 600已无此问题 因此 不论锐角和钝角的计算厚度均统一取为喉部尺寸he hfcos 2 但当根部间隙 b b1或b2 1 5mm 则应考虑间隙影响 取 3 新规范规定任何情况根部间隙 b b1或b2 不得大于5mm 主要是图a中的b1可能大于5mm 如果是这样 可将板端切成图b的形状并使b 5mm 对于斜T形接头的角焊缝 在设计图中应绘制大样 详细标明两侧斜角角焊缝的焊脚尺寸 7 2紧固件 螺栓 铆钉等 连接 7 2 2条 1 新规范名称变化 高强度螺栓摩擦型连接 承压型连接 原规范 摩擦型高强度螺栓 承压型高强度螺栓 2 表7 2 2 1中的抗滑移系数 值作了一些修正 原规范喷砂 丸 和喷砂后生赤锈时Q345 Q390和Q420钢的 0 55 实际上达不到此要求 降为0 50 3 高强度螺栓的预拉力P 原规范取为式中考虑螺栓材质的不定性系数0 9 施工时的超张拉0 9 拧紧螺帽时螺杆所受扭转剪应力影响系数1 2 由此得出的8 8级螺栓的P 使抗剪承载力有时 当 0 4时 比同直径的粗制螺栓还低 不合理 且与薄钢规范的规定不协调 新规范改为由于高强度螺栓材料无明显的屈服点 用抗拉强度fu代替fy再补充一个系数0 9是适宜的 10 9级没变 8 8级提高 70 110 135 155 205 250 4 将同时受剪和拉力的高强度螺栓摩擦型连接的计算新规范改用相关公式表达实质与原规范未变 由Nvb 0 9nf P和Ntb 0 8P 代入后即得原规范计算式Nv 0 9nf P 1 25Nt 但考虑拉剪互相影响 7 2 3条 1 在杆轴方向受拉的连接中 承压型连接高强度螺栓的承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同 原规范为0 8P 2 取消原规范 承压型高强度螺栓连接的抗剪承载力不得大于按摩擦型连接计算的1 3倍 的规定 理由为 原规范的此规定是鉴于当时使用经验不足 控制一下 使承压型在正常情况下 即荷载标准值作用下 不滑移 但国外标准并没有此规定 而承压型不一定施加与摩擦型相同的预拉力 因此矛盾较多 况且现在已有使用经验 7 3 2条原规范规定的计算式 7 3 2 在右侧漏掉了在计算截面处紧固件数目n1 新规范已加上 另外 规范条文提出计算 翼缘与腹板连接铆钉或摩擦型连接高强度螺栓 表示普通粗制螺栓和承压型连接高强度螺栓不得用于此种连接 至于A B级螺栓 由于制造费工 装配困难 也不推荐采用 实际上 公式 7 3 2 还应包括翼缘板与翼缘角钢之间的承载力计算 此时取F 0 S1为翼缘板截面对梁中和轴的面积矩 7 4梁与柱的刚性连接 在框架结构中 梁与柱的刚性连接是很重要的节点 原规范没有本节内容 现参考国外标准和我国实践经验 增加了本节 7 4 1条规定了不设置横向加劲肋时 对柱腹板和柱翼缘厚度的要求 在梁的受压翼缘处 柱腹板受有梁翼缘经过柱翼缘传给柱腹板的压力 柱腹板应满足强度要求和局部稳定要求 柱腹板的强度应与梁受压翼缘等强 即式中be 柱腹板计算宽度边缘处压应力的假定分布长度 参照梁的局部压应力计算式 取be a 5hy a为集中压力在柱外边缘分布长度 等于梁翼缘板厚度 hy为自柱外边缘至柱腹板计算宽度边缘的距离 tw 柱腹板厚度 fc 柱腹板钢材抗拉 抗压强度设计值 Afc 梁受压翼缘的截面积 fb 梁翼缘钢材抗拉 抗压强度设计值 为保证柱腹板在梁受压翼缘压力作用下的局部稳定 应控制柱腹板的宽厚比 规范参考国外规定 偏安全地规定柱腹板的宽厚比应满足下式规定 式中hc 柱腹板的计算宽度 fyc 柱腹板钢材屈服点 在梁的受拉翼缘处 计算柱的翼缘和腹板仍用等强度准则 柱翼缘板所受拉力为 T Aftfb式中Aft 梁受拉翼缘截面积 fb 梁钢材抗拉强度设计值 此拉力T由柱翼缘板三个部份共同承担 中间部份 分布长度为m 直接传给柱腹板的力为fctbm tb为梁翼缘厚度 余下部份由两侧各ABCD的板件承担 根据试验研究 拉力在柱翼缘板的影响长度p 12tc 可将此受力部份视为三边固定一边自由的板件 而在固定边将因受弯形成塑性铰 可用屈服线理论导出两侧翼缘板的承载力设计值分别为P c1fctc2式中c1为系数 与几何尺寸p h q等有关 对实际工程中常用的H型钢或宽翼缘工字钢梁和柱 c1 3 5 5 0 可偏安全地取c1 3 5 这样柱翼缘板受拉时的总承载力为2 3 5fctc2 fctbm 考虑到柱翼缘板中间和两侧部份刚度不同 难以充分发挥共同工作 可乘以0 8的折减系数后再与拉力T相平衡 即即 在上式中 括号内第二项 按统计分析 此项的最小值为0 15 以此代入 即得当梁柱刚性连接处不满足上述公式的要求时 应设置柱腹板的横向加劲肋 在 高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ99 98中规定 框架梁与柱刚性连接时 应在梁翼缘的对应位置设置柱的水平加劲肋 即横向加劲肋 或隔板 这是因为高层钢结构的梁 柱一般受力较大 设计经验认为 没有不需要设置柱横向加劲肋的情况 7 4 2条设置柱的横向加劲肋时 柱腹板节点域的计算 节点域的抗剪强度计算在柱翼缘和横向加劲肋为边界的节点腹板区域所受的剪力 剪应力应满足下式要求 规范规定的计算式 7 4 2 1 是在上式的基础上加以调整和简化而得 a 节点域的周边有柱翼缘和加劲肋提供的约束 使抗剪承载力大大提高 试验证明 可将节点域抗剪强度提高到 b 在节点域中弯矩的影响较大 剪力的影响较小 如果略去剪力项使算得的结果偏于安全20 30 但上式中没有包括柱腹板所受轴压力对抗剪强度的不利影响 一般柱腹板轴压力设计值N与其屈服承载力Ny之比N Ny 0 5 则轴压力对抗剪强度不利影响系数为 与略去剪应力有利影响相互抵消而略偏安全 由此 上式即成为 a 式中的hbhctw Vp称为节点域的体积 对箱形截面柱 考虑两腹板受力不均的影响 取Vp 1 8hbhctw 公式 a 仅适用于非抗震地区的结构 对地震区的结构 节点域的计算公式参见 建筑抗震设计规范 的规定 节点域腹板的稳定 新规范规定为保证节点域的稳定 应满足下式要求 hc hb tw 90 b 上式与抗震规范GB50011的规定相同 也是美国规范的建议 为在强震情况下不产生弹塑性剪切失稳的条件 但在抗震规范中 根据我国初步研究 在轴力和剪力共同作用下 保证不失稳的条件应为 hc hb tw 70 将此列为 注 本规范不包括抗震 取消此 注 只将公式 b 列入作为最低限值 当柱腹板节点域不满足公式 a 的要求时 需要采取加强措施 对由板件焊成的组合柱宜将腹板在节点域加厚 加厚的范围应伸出梁上 下翼缘外不小于150mm处 对轧制H型钢或工字钢柱 宜用补强板加强 补强板可伸出加劲肋各150mm 亦可不伸过加劲肋而与加劲肋焊接 此两种加贴补强板的办法 均有应用实例 补强板侧边应用角焊缝与柱翼缘相连 其板面尚应采用塞焊缝与柱腹板连成整体 塞焊点之间的距离不应大于较薄焊体厚度的 以防止补强板向外拱曲 至于采用斜加劲肋的补强办法 对抗震耗能不利 而且与纵向梁连接有时在构造上亦有困难 一般仅用于轻型结构 7 4 3条柱腹板横向加劲肋要求 1 厚度为梁翼缘的0 5 1 0倍 2 加劲肋中心线与梁翼缘对齐 用焊透对接焊缝与柱翼缘连接 3 箱形柱横向隔板与柱翼缘宜用焊透对接焊缝连接 7 5连接节点处板件的计算 本节为新增内容 连接节点处板件 主要是桁架节点板 的计算方法 多年来一直是我国悬而未决的问题 直到1983年前后 重庆钢铁设计研究院会同云南省建筑设计院在昆明作了一系列双角钢杆件桁架节点板的试验和理论分析研究 拟合出连接节点处板件在拉力作用下的强度计算公式和在杆件压力作用下的稳定计算式 这次修订规范时 将上述研究成果加以整理并与国外有关规定对比 主要在杆件压力作用下的计算和构造加以简化 以方便使用 7 5 1条连接节点处板件的强度计算 当时的抗拉试验共有6种不同形式的16个试件 所有试件的破坏特征均为沿最危险的线段撕裂破坏 即图a中的三折线撕裂 和均与节点板边缘线基本垂直 沿BACD撕裂线割取自由体 图b 由于板内塑性发展引起应力重分布 可假定破坏时在撕裂面各段上平行于腹杆轴线的应力均匀分布 当各撕裂线段的折算应力达到抗拉强度fu时试件破坏 根据平衡条件并略去影响很小的M和V 则第i段撕裂面的平均正应力 i和平均剪应力 i为 折算应力为即 即令 a 则由写成计算式则为 b 式中N 作用于板件的拉力 Ai 第i段撕裂面的净截面积 i 第i段的拉剪折算系数 由公式 a 计算 ai 第i段撕裂面与拉力作用线的夹角 公式 b 符合破坏机理 其计算结果与试验值之比平均为87 5 略偏安全且离散性小 此公式还适用于规范正文图7 5 1中其它两种板件的撕裂面的计算 它与美国规范的计算相同 7 5 2条桁架节点板强度的有效宽度计算法考虑到桁架节点板的外形往往不规则 用规范公式 7 5 1 计算比较麻烦 建议对桁架节点板可采用有效宽度法进行承载力计算 所谓有效宽度即认为腹杆轴力 将通过连接件在节点板内按照某一个应力扩散角度传至连接件端部与N相垂直的一定宽度范围内 该一定宽度即称为有效宽度be 在试验研究中 假定be范围内的节点板应力达到fu 并令be t fu Nu Nu为节点板破坏时的腹杆轴力 按此法拟合的结果 当应力扩散角 270时精确度最高 计算值与试验值的比值平均为98 9 当 300时此比值为106 8 考虑到国外多数国家对应力扩散角均取为300 为与国际接轨且误差较小 故亦建议取 300 有效宽度法计算简单 概念清楚 适用于腹杆与节点板的多种连接情况 如侧焊 围焊 和铆钉 螺栓连接等 当采用铆钉或螺栓连接时 be应取为有效净宽度 当桁架弦杆或腹杆为T型钢或双板焊接T形截面时 节点构造方式有所不同 节点内的应力状态更加复杂 故规范公式 7 5 1 和 7 5 2 均不适用 7 5 3 7 5 4条桁架节点板的稳定计算 与受压杆件相连的节点板区域在压力作用下可能失稳 规范所列的稳定计算公式是根据8个试件的试验结果拟合出来的 在斜腹杆压力作用下 失稳形式一般为在BA AC CD线附近或前方呈三折线屈折破坏 图c 失稳时屈折线位置和方向与受拉时的撕裂线类似 而且一般在区的前方首先失稳 其它各区相继失稳 当节点板的自由边长度lf与厚度t之比时 一般出现在无竖腹杆的节点板 如图c所示 在区稳定性很差 此时应沿自由边加劲 加劲后 稳定承载力有较大提高 则仅需验算区和区的稳定 节点板的抗压性能取决于c t的大小 c为受压斜腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆的净距 在一般情况下 c t愈大稳定承载力愈低 对有竖腹杆的节点板 当时 可不验算节点板稳定 对无竖腹杆的节点板 当时 节点板的稳定承载力为0 8betf 当时应按规范附录F进行稳定计算 但当时 规范规定的计算值将大于试验值 不安全 故规定c t不能超过 对自由边加劲的无竖腹杆节点板要求与有竖腹杆的相同 5 桁架节点板厚度选用表到目前为止 一般的钢结构教科书和手册均列有 桁节点厚度选用表 但都为互相参考 缺乏科学依据 这次该研究组先制作了N t b关系表 N为腹杆最大拉力 t为节点板厚度 b为连接肢宽度 反映了侧焊缝焊脚尺寸hf1 hf2的影响 因此比以往的N t表更符合实际 这次 规范修订组在上述参数组合的最不利情况 重新整理出偏于安全的N t表 相对来说它比以往的N t表更合理 6 为保证节点板受压时的稳定 桁架杆件间间隙不能太大 例如有竖腹杆的节点板 或自由边有加劲的节点板 受压斜腹杆连接肢中点沿轴线方向至弦杆边的斜向距离 不能理解为c值愈小愈好 规范第8 4 6条又规定 弦杆与腹杆 腹杆与腹杆之间的间隙 不应小于20mm 这是由于间隙过小 焊接残余应力影响过大 而对吊车桁架 为避免疲劳破坏规范第8 5 3条又规定此间隙 不宜小于50mm 在第8 7 2条又规定在工作温度 20 C地区的桁架 为防冷脆 规定 腹杆与弦杆相邻焊缝焊趾间净距不宜小于2 5t 同样这些规定不能理解为杆件间间隙愈大愈好 在某些情况如出现矛盾 工程技术人员应妥善处理 7 6支座 7 6 1条为新增加的条文 因为平板支座为跨度不大的梁和桁架支于混凝土柱或混凝土垫块上最常用的支座 7 6 2 7 6 3条支座计算有变化 7 6 4 7 6 5条增加 球形支座 和 橡胶支座 但未提出具体计算公式 橡胶支座考虑老化和更换 条文说明中有部分产品 第8章构造要求 8 1一般规定8 1 1条着重提出 避免材料三向受拉 是在构造上防止可能引发脆断的措施 8 1 2条钢板的最小厚度由5mm减小为4mm 8 1 3条删去了原规范对焊件厚度 50mm和36mm 的建议 是因为 1 正常情况 的概念比较模糊 2 从防止脆断的角度出发 焊件的厚度限值与结构形式 应力特征 工作温度以及焊接构造等多种因素有关 很难提出某个具体数值 8 1 4条 强制条文 结构应根据其形式 组成和荷载的不同情况 设置可靠的支撑系统 在建筑物每一个温度区段或分期建设的区段中 应分别设置独立的空间稳定的支撑系统 不允许挂靠 8 2焊缝连接 8 2 2条参照ISO国际标准 补充规定当焊件厚度t 20mm ISO为t 16mm 前苏联为25mm 建议取t 20mm 的角接接头焊缝应采用收缩时不易引起层状撕裂的构造 层状撕裂是垂直于轧制钢材厚度方向的一种开裂现象 因为焊缝收缩使附近金属产生很大应变和应力集中 所以焊接接头中很容易产生层状撕裂 8 2 4条根据美国AWS的多年经验 凡不等厚 宽 焊件对焊连接时 均在较厚 宽 焊件上做成坡度不大于1 2 5 ISO为不大于1 1 的斜角 为减少加工工作量 对承受静态荷载的结构 将原规范规定的斜角坡度不大于1 4改为不大于1 2 5 而对承受动态荷载的结构仍为不大于1 4 不作改变 因为根据我国的试验研究 不论改变宽度或厚度 坡度用1 8 1 4接头的疲劳强度与等宽 等厚的情况相差不大 8 2 6条两焊脚边夹角 135 原规范为120 时 焊缝表面较难成型 受力状况不良 而 60 的焊缝施焊条件差 根部将留有空隙和焊渣 已不能用7 1 4条的规定来计算这类斜角角焊缝的承载力 故规定这种情况只能用于不受力的构造焊缝 但钢管结构有其特殊性 不在此限 8 2 7条侧面角焊缝所受的剪应力 在弹性阶段沿长度的分布很不均匀 两端大中间小 侧焊缝愈长 应力集中系数 最大剪应力 fmax与平均剪应力 fm与之比 愈大 由于侧面角焊缝有良好的塑性 在荷载作用下 只要焊缝不是过长 其两端点达到屈服极限以后继续加载 应力会逐渐拉平 直使全焊缝长度同时达到强度极限而破坏 但是 若焊缝长度很大时 也有可能端部首先破坏 中部焊缝起不到应有的传力作用 因此各国和地区的规范均对侧面角焊缝的长度提出了限制 侧面角焊缝的最大长度 原来对动力荷载作用下控制较严 lw 40hf 后来经过我国的试验研究证明 对静载或动载可以不加区别 统一取lw 60hf 现在国外亦都不考虑荷载状态的影响 8 3螺栓连接和铆钉连接 8 3 4条表8 3 4的修改是参考我国 铁路桥梁钢结构设计规范 1997年征求意见稿 及美国钢结构设计规范 AISC1989 进行的 修改的主要内容及理由是 1 原规范表中对中间排的中心间距 任意方向 涵义不清 今参照桥规明确为 沿对角线方向 垂直内力方向 和 顺内力方向 的情况 2 原规范表中的边距区分为切割边和轧制边两类 这和前苏联的规定相同 我国桥规亦如此 但美国AISC却始终区分为剪切边 shearcut 和轧制边或气割 gascut 与锯割 sawcut 两类 意即气割及锯割和轧制是属于同一类的 从切割方法对钢材边缘质量的影响来看 美国规范是比较合理的 现从我国国情出发 将手工气割归于剪切这一类 8 3 6条 强制性条文 对直接承受动力荷载的普通螺栓受拉连接应采用双螺帽或其它能防止螺帽松动的有效措施 8 3 9条 新增条文 因撬力很难精确计算 故增加了对沿杆轴方向受拉的螺栓 铆钉 连接中的端板 法篮板 应适当增强刚度的构造要求 如设置加劲肋等 以免有时撬力过大影响安全 8 4结构构件 8 4 6条增加了腹杆与弦杆直接对焊情况下 相邻腹杆连接角焊缝焊趾间净距不小于5mm 钢管结构除外 的规定 以利施焊且改善抗脆断性能 钢管结构相贯连接节点处的焊缝连接另有详细规定 故不受此限 8 4 13条按我国习惯 柱脚锚栓不考虑承受剪力 特别是有靴梁的锚栓更不能承受剪力 但对于没有靴梁的锚栓 国外有两种意见 一种认为可以承受剪力 另一种则不考虑 另外 在我国亦有资料建议在抗震设计中可用半经验半理论的方法适当考虑外露式钢柱脚 不管有无靴梁 受压侧锚栓的抗剪作用 为此 将原规范的 不得 改为 不宜 考虑 至于摩擦系数的取值 现在国内外已普遍采用0 4 故列入 8 4 15条新增 插入式柱脚 的有关构造规定 当钢柱直接插入混凝土杯口基础内用二次浇灌层固定时 即为插入式柱脚 本条规定是参照北京钢铁设计研究总院编写的 钢柱杯口式柱脚设计规定 提出来的 同时还参考了钢管混凝土结构设计规程 钢柱插入杯口的最小深度与我国电力行业标准 钢 混凝土组合结构设计规程 DL T5085 1999 的插入深度比较接近 另外 本条规定的数值大于预制混凝土柱插入杯口的深度 这是合适的 对双肢柱的插入深度 北钢院原取为 1 3 1 2 hc 而混凝土双肢柱为 1 3 2 3 hc 并说明当柱安装采用缆绳固定时才用1 3hc 为安全计 本条将最小插入深度改为0 5hc 8 4 16条新增 埋入式柱脚 和 外包式柱脚 的有关构造规定 将钢柱直接埋入混凝土构件 如地下室墙 基础梁等 中的柱脚称为埋入式柱脚 而将钢柱置于混凝土构件上又伸出钢筋在钢柱四周外包一段钢筋混凝土者为外包式柱脚 亦称为非埋入式柱脚 规定了保护层厚度 栓钉直径和间距 本条规定参照了 高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ99 98 以及冶金部 钢骨混凝土结构设计规程 YB9082 97 中相类似的构造要求 关于对埋入深度或外包高度的要求 高钢规程中规定为柱截面高度的2 3倍 大于插入式柱脚的插入深度 是引用日本的经验 对抗震有利 而在钢骨混凝土规程中对此没有提出要求 因此 本条没有对埋深或外包高度提出具体要求 8 5对吊车梁和吊车桁架 或类似结构 的要求 8 5 6条对原规范进行补充和修改的内容为 1 明确规定了支座加劲肋和中间横向加劲肋的配置方式和构造要求 2 参照前苏联的经验 规定了横向加劲肋的宽度不宜小于90mm 8 5 12条焊接吊车长轨要保证轨道在温度作有下能沿纵向伸缩 同时不损伤固定件 日本在钢轨固定件与轨道间留有约1mm空隙 西德经验约为2mm 我国使用的经验应留有一定空隙 1mm 8 6大跨度屋盖结构 本节是新增加的内容 是我国大跨度房屋结构建设经验的总结 8 6 1条明确定义跨度L 60m的屋盖为大跨度屋盖结构 8 6 2条重点介绍了大跨度屋盖结构的构造要求 其它结构形式 如空间结构 拱形结构等 见专门的设计规程或有关资料 8 6 3条大跨度结构的变形限制 8 7提高寒冷地区结构抗脆断能力的要求 本节是新增加的内容 是为了使设计人员重视钢结构可能发生脆断 特别是寒冷地区 而提出来的 内容主要来自前苏联的资料 同时亦参考了其它国内外的有关资料 这些资料在定量的规定上差别较大 很难直接引用 但在定性方面即概念设计中却有一些共同规律可供今后设计中参照 1 钢结构的抗脆断性能与环境温度 结构型式 钢材厚度 应力特征 钢材性能 加荷速率以及重要性 破坏后果 等多种因素有关 工作温度愈低 钢材愈厚 名义拉应力愈大 应力集中及焊残余应力愈高 特别是有多向拉应力存在时 钢材韧性愈差 加荷速率愈快的结构愈容易发生脆断 重要性愈大的结构对抗脆断性能的要求亦愈高 2 钢材在相应试验温度下的冲击韧性指标目前仍被视作钢材抗脆断性能的主要指标 3 对低合金高强度结构钢的要求比碳素结构钢严 如最大使用厚度更小 冲击试验温度更低等 而且钢材强度愈高 要求愈严 至于钢材厚度与结构抗脆断性能在定量上的关系 国内外均有研究 有的已在规范中根据结构的不同工作条件对不同牌号的钢材规定了最大使用厚度 但由于我们对国产建筑钢材在不同工作条件下的脆断问题还缺乏深入研究 故这次修订时尚无法对我国钢材的最大使用厚度作出具体规定 只能参照国外资料在构造上作出一些规定以提高结构的抗脆断能力 8 7 1条根据前苏联对脆断事故调查的结果 格构式桁架结构占事故总数的48 而梁结构仅占18 板结构占34 可见桁架结构容易发生脆