《钢结构设计规范》修订情况介绍幻灯片

钢结构设计规范修订情况介绍,崔佳重庆大学土木工程学院,1,钢结构设计规范的历史,解放初期：1-461955年：121-551974年：TJ17-741988年：GBJ17-882003年：GB50017,2,根据建设部97建标字第108号文的要求，国家标准钢结构设计规范1997年开始进行全面修订。规范修订组总结了原GBJ17-88规范存在的问题与不足，针对近年来建筑钢结构快速发展的市场背景，吸收了国内外最新研究成果，数易其稿，完成了新的钢结构设计规范GB50017。,3,新规范共11章7个附录（增加第2章“术语和符号”，去掉原第11章“圆钢、小角钢的轻型结构”），共有条文239条，强制性条文14条。其中新增条文48条，局部修改102条。依据：各相关国家规范（如“统一标准”、“荷载规范”、“抗震规范”等）已修订，且应用范围有所扩大。,4,第1章总则,5,本章总条数不变，但其中三条作了修改。增加提到与有关规范的关系，如建筑结构可靠度设计统一标准、建筑结构荷载规范、冷弯薄壁型钢结构技术规范、抗震规范（包括建筑抗震设计规范、构筑物抗震设计规范、中国地震动参数区划图）等。但因防火问题是在构造要求中规定的，故与防火规范的关系在第8章8.9.4条中提到。,6,1.0.5强制性条文“在钢结构设计文件中，应注明建筑结构的设计使用年限、采用的钢材牌号，连接材料的型号(或钢号)和对钢材所要求的力学性能、化学成分及其它的附加保证项目。此外，还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位及对施工的其它要求。”钢结构设计文件中应注明的这些内容与保证工程质量密切相关，因此将本条确定为强制性条文。,7,钢材质量等级分为A、B、C、D、E级（E级仅用于Q345、Q390、Q420等低合金钢）。钢材的基本保证项目（1）抗拉强度、屈服点、伸长率；（2）化学成分：硫、磷、锰、碳（Q235-A不作交货条件）；（3）冷弯试验、冲击韧性（+20、0、-20）。第（3）项A级钢不保证，必要时可附加冷弯试验的要求。,8,第2章术语和符号,9,按工程建设标准编写规定的要求，新增加此一章。主要列出建筑结构设计术语和符号标准（GB/T50083-97）中没有的术语（如腹板“通用高厚比”、“腹板屈曲后强度”等），但符号列出较全。规范条文中的符号一般在第一次出现时解释。,10,第3章基本设计规定,11,3.1设计原则,本节包括4条强制性条文，即：3.1.2条强制性条文承重结构应按下列承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计：1承载能力极限状态包括：构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。中国最大的资料库下载,12,2正常使用极限状态包括：影响结构、构件和非结构构件正常使用和外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用和耐久性能的局部损坏（包括混凝土裂缝）。承载能力极限状态和正常使用极限状态是结构或构件设计及计算的依据，本规范根据现行国家标准建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001的规定，结合钢结构的特点分别对极限状态进行了分类。,13,3.1.3条强制性条文设计钢结构时，应根据结构破坏可能产生的后果，采用不同的安全等级。一般工业与民用建筑钢结构的安全等级可取为二级，其它特殊建筑钢结构的安全等级应根据具体情况另行确定。按照现行国家标准建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001的规定，对破坏后果很严重的重要的房屋，安全等级为一级；对破坏后果严重的一般的房屋，安全等级为二级。,14,建筑结构可靠度设计统一标准是对各设计规范的统一指导，不可能针对各种结构规范给出具体建议。本规范根据对我国已建成的建筑物采用概率统计方法分析的结果，一般工业与民用建筑钢结构，按照建筑结构可靠度设计统一标准的分级标准，安全等级多为二级，故规定可取为二级。对于其它特殊的建筑钢结构，其安全等级应根据具体情况另行确定。如对于跨度等于或大于60m的大跨度结构则宜取为一级。,15,由于本规范定位为不抗震设计，故所有条文均是针对不考虑抗震的情况而制定。当按抗震要求设计时，不再分安全等级，而应按现行国家标准建筑抗震设防分类标准GB50223的规定来确定建筑物的抗震设防类别。,16,3.1.4条强制性条文“按承载能力极限状态设计钢结构时，应考虑荷载效应的基本组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。按正常使用极限状态设计钢结构时，应考虑荷载的标准组合，对钢与混凝土组合梁，尚应考虑准永久组合。”本条为钢结构设计时荷载效应的组合原则，是根据建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001的规定并结合钢结构的特点制定的。,17,钢结构设计规范对结构或构件承载能力的计算一般采用应力表达式。根据建筑结构荷载规范，当按承载能力极限状态设计钢结构时，对于基本组合，内力设计值应从由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的组合中取最不利值考虑。钢结构自重较小，一般是由可变荷载效应控制设计，只有当采用钢筋混凝土楼面（或屋面）板或有积灰的屋盖结构以及特殊情况才有可能由永久荷载控制设计。对荷载效应的偶然组合，本规范参照统一标准只作出了原则性的规定，具体的设计表达式及各项系数应符合专门规范的规定。,18,3.1.5条强制性条文“计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载设计值(荷载标准值乘以荷载分项系数)；计算疲劳时，应采用荷载标准值。”由于现阶段对疲劳计算的可靠度理论问题尚未解决，所以钢结构的疲劳强度计算只能沿用传统的按弹性状态计算的“容许应力幅”的设计方法，容许应力幅是根据试验结果得到，故应采用荷载标准值进行计算。另外，疲劳计算中采用的计算数据大部分是根据实测应力或疲劳试验所得，已包含了荷载的动力影响，亦不再乘动力系数。,19,3.1.6条88规范在计算吊车梁挠度时对吊车荷载取由两台吊车产生的最不利组合，新规范改为由一台吊车加自重进行计算（相应挠度容许值有所调整）。理由是：符合“正常使用极限状态”的要求；与多数国外规范相一致。,20,3.2荷载和荷载效应计算,此节为新增加的内容，强调了对设计原则的指导。突出设计原则是目前各国规范的共同特点，早期的规范条文以试验或实践经验为主，故条文简单具体。随着结构形式越来越复杂，规范的任务不再仅限于提供计算公式和具体数据，而是应给予设计原则的指导。因此，规范补充了有关设计原则的有关条文。,21,3.2.1条强制性条文“设计钢结构时，荷载的标准值、荷载分项系数、荷载组合值系数、动力荷载的动力系数等，应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009的规定采用。结构的重要性系数应按现行国家标准建筑结构可靠度设计统一标准GB50068的规定采用，其中对设计使用年限为25年的结构构件，可取=0.95。”,22,（1）有关结构的重要性系数0，建筑结构可靠度设计统一标准7.0.3条注“对设计工作寿命为25年的结构构件，各结构规范可根据各自情况确定0值”。钢结构设计规范根据工作寿命50年时取01.0，工作寿命5年时取00.9，故规定工作寿命25年时取00.95。,23,（2）新修订的建筑结构荷载规范将不上人的屋面均布活荷载标准值统一规定为0.5kN/m2（原规范分0.3、0.5、0.7kN/m2三级）。对不上人的屋面均布活荷载，较早的荷载规范取0.3kN/m2，后发现对重屋面偏低，74规范改为0.5kN/m2。采用概率极限状态设计法后发现对以恒载为主的结构（混凝土结构）可靠度下降，故又提高到0.7kN/m2。,24,新修订的荷载规范增加了以恒载为主的不利组合式，屋面活荷载中主要考虑的仅是施工荷载即偶然因素的不利影响，故又恢复到0.5kN/m2。但注明“对不同结构可按有关设计规范作0.2kN/m2的增减”。新修订的钢结构设计规范规定“对支承轻屋面的构件或结构，当仅有一个可变荷载且受荷面积超过60m2时，取0.3kN/m2”。这与原规定有所不同，应注意檩条的计算。对重屋面由于增加了以永久荷载为主的组合，不再提高屋面活荷载。,25,3.2.2条原规范参考苏联规范，对重级工作制吊车梁，将荷载规范规定的横向水平荷载乘以增大系数以考虑由吊车摆动引起的横向水平力（即卡轨力，荷载规范只规定了小车的制动力），现改为按下式计算：HK=Pkmax式中，Pkmax为吊车轮压标准值；系数0.1（一般软钩吊车），0.15(抓斗、磁盘吊车)和0.2（硬钩吊车）。卡轨力不与横向水平力同时考虑，此外，与吊车工作制及连接无关。,26,根据起重机设计规范（GB3811-83），按吊车利用等级（即循环次数，分为U0-U9等10级）和载荷状态（载荷谱系数Kp有轻、中、重、特重等4级）综合划分吊车工作级别为A1A8级。本规范一般所指轻级工作制即A1A3级；中级为A4A5级；重级为A6A8级（其中A8为特重级）。但对吊车工作制的界定不能死搬硬套吊车工作制与吊车工作级别的一般对应关系，而应根据吊车的具体操作情况确定。,27,3.2.8条新增，此条为有关内力分析的设计原则，“对0.1的框架结构（一般指无支撑纯框架结构），宜采用二阶弹性分析”。此处N为所计算楼层各柱轴压力之和；H为所计算楼层及以上各层水平力之和；h为所计算楼层的高度；u为所计算楼层按一阶分析的层间侧移，当确定是否满足以上条件时可用位移容许值u代替。判断式为层间侧移容许值。,28,（1）采用二阶分析时，应在每层柱顶附加考虑假想水平力（概念荷载）Hni：,式中，Qi为第i楼层的总重力荷载设计值；ns为框架总层数；y为钢材强度影响系数；Q235钢,y=1.0；Q345钢,y=1.1；Q390钢,y=1.2；Q420钢,y=1.25。等式右端的根号为折减系数，考虑当柱子较多时初始侧移有正有负，缺陷相互抵消。,29,（3）规范提出了采用二阶弹性分析时杆端弯矩的近似计算方法：M2M1b+2iM1s；式中M1b、M1s分别为框架无侧移或有侧移时按一阶弹性分析求得的杆端弯矩；2i考虑二阶效应第i层杆件的侧移弯矩增大系数。,30,框架结构的一阶弹性分析,31,3.3材料选用（原规范第二章材料）,3.3.1条增加了钢材的牌号：Q235(相当于旧标准的3号钢)Q345(相当于旧标准的16Mn、12MnV、14MnNb、16MnRE、18Nb)Q390(相当于旧标准的15MnV、15MnTi、16MnNb)Q420(旧标准的15MnVN、14MnVTiRE)此材料为新增，相当于美国的A572-60级和日本的SM520钢。其中，15MnVN曾用于九江长江大桥。,32,3.3.3条强制性条文“承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。”本条对用于承重结构的钢材应具有的强度、塑性、韧性等力学性能和化学成分等合格保证项目作出了规定。,33,3.3.6条增加推荐Z向钢。厚板容易出现层状撕裂，这对沿厚度方向受拉的接头来说是很不利的，因而需要采用厚度方向性能钢材。我国建筑抗震设计规范和建筑钢结构焊接技术规程中均规定厚度大于40mm时应采用厚度方向性能钢材。3.3.7条增加对耐腐蚀有特殊要求时推荐采用耐候钢。,34,3.4设计指标,3.4.1条强制性条文（1）钢材强度设计值为fy/R。R为抗力分项系数，新规范对Q235钢取R=1.087；对Q345、Q390和Q420钢，R1.111。这样对Q345钢来说，比原规范的16Mn（R1.087）强度设计值有所降低。原因：Q345钢包括旧标准的5种钢材，统计资料不足；近年来发现16Mn钢质量不理想，稍厚（当t20mm）就容易分层。,35,（2）钢材的强度设计值与厚度有关，钢材越薄，辊轧的次数越多，强度越高。钢材厚度增加到100mm（原规范3号钢50mm，16Mn和15MnV钢36mm），这是因为厚板的应用越来越广。其实，厚板的统计资料尚不够充分。（3）普通螺栓的A、B级，根据现行国家标准GB5782-86，其材料不是3号钢，而是5.6级和8.8级，现改取ftb=（210）400N/mm2,fvb=（190）320N/mm2。A、B级螺栓都是以前的“精制螺栓”，质量标准要求相同。A级螺栓用于d24mm和L（螺栓公称长度）10d或L150mm（按较小值）；d或L较大者为B级螺栓。,36,8.8级普通螺栓与8.8级承压型高强度螺栓的性能等级相同，其区别在于：（1）承压型高强度螺栓要求施加预拉力；（2）承压型高强度螺栓的孔径要求低于普通螺栓，因此，其抗剪强度低于普通螺栓，但抗拉强度相同（见材料表中的强度设计值）。铆钉连接在验收规范GB50205-2001中已无条文，在设计中规范中是否保留意见不一致，现予保留。,37,3.4.2条强制性条文第3.4.1条所规定的强度设计值是结构处于正常工作情况下求得的，对一些工作情况处于不利的结构构件或连接，其强度设计值有所降低。所以本条规定，在某些特殊情况下钢材的强度设计值应乘以相应的折减系数:在“强度设计值折减系数”中，增加“无垫板的单面施焊对接焊缝折减系数，取0.85”。,38,3.5结构或构件变形的规定,3.5.1条对结构或构件变形的规定，正文中仅为原则性规定，并强调当有实践经验或有特殊要求时可作适当调整。有关变形的具体数值规定改放在附录A，同时，增加了对框架柱柱顶位移的限制值。受弯构件的挠度容许值改为考虑两种情况：vT恒载活荷载作用下的挠度容许值，主要是观感要求；vQ活荷载作用下的挠度容许值，主要是使用要求。,39,第4章受弯构件的计算,40,4.1强度规范规定梁的强度设计应考虑以下几项：4.1.1条抗弯强度f4.1.2条抗剪强度fv4.1.3条承压强度cf4.1.4条折算应力1f,4.1.1条梁抗弯强度计算不考虑塑性发展的范围由“直接承受动力荷载”缩小为“需要计算疲劳”的梁。,41,4.1.3条在梁局部承压强度计算中，原规范假定集中荷载从作用点处以1:1扩散，新规范将集中力在腹板边缘的分布长度改为（与梁和柱刚性连接节点一致，以1:2.5和1:1扩散）：,42,4.2整体稳定,4.2.2条梁的整体稳定性按下式计算：f；b实质为临界应力与屈服点的比值。在梁整体稳定计算中，将时采用的弹塑性修正式改为简化式（与冷弯薄壁型钢结构设计规范协调，便于使用）。两者计算结果最大相差3.2%。,43,4.3局部稳定,组合梁腹板局部稳定计算有较大变动，主要有：对原来按无限弹性计算的腹板各项临界应力作了弹塑性修正。原各种应力共同作用下的临界条件公式来源于完全弹性条件，新的公式参考了澳大利亚规范等资料，适合于弹塑性修正后的临界应力。无局部压应力且承受静力荷载的焊接工字形载面梁，可按新增的4.4节利用屈曲后强度设计。,44,梁腹板在各种应力单独作用下发生局部失稳时的形式：,弯曲应力,剪应力,局部承压应力,45,根据弹性稳定理论，矩形弹性薄板在周边应力作用下的临界条件可用下式表达：式中嵌固系数，其值取决于梁翼缘对腹板的嵌固程度。当梁翼缘扭转受到约束时，翼缘对腹板的嵌固程度较强，可取=1.66；当梁翼缘扭转未受约束时，翼缘对腹板的嵌固程度较弱，可取=1.23。k板的屈曲系数，与板边的支承条件及板的受力情况（受压、受弯或受剪）有关。,46,将钢材的弹性模量E=2.06105N/mm2，泊松比n=0.3代入公式，为使公式方便计算，引入国际上通行的采用通用高厚比的表示方法，取通用高厚比，即可得：上式由弹性公式推出，为完全弹性的临界条件，88规范以此为基础，推出了梁加劲肋间距的近似计算公式。,47,4.3.3条主要修订内容：（1）各种应力单独作用下的单项临界应力cr、cr、c,cr原88规范只有一个值，由弹性公式推出，新规范将临界应力用三段式表示。其中c式为完全弹性的临界应力，与88规范的规定相当；a式的临界应力等于强度设计值f，即塑性阶段；b式则为弹性到屈服之间的过渡，即弹塑性阶段的临界应力计算式。,48,例如计算腹板抗剪临界应力cr为4.3.3-3a、b、c三个公式，公式采用了国际通行的表达方式，采用通用高厚比作为参数，即当(a)当(b)当弹性范围，为钢材抗剪屈服强度，等于，用设计值表达：(c),49,50,根据弹性稳定求得的临界应力，可求得:当a/ho1.0时,当a/ho1.0时,51,弯曲正应力作用下的临界应力cr和局部压应力作用下的临界应力c,cr与cr类似。只是在确定cr时，屈曲系数取=23.9，腹板边缘的嵌固系数取为=1.66（受压翼缘扭转受到约束）或1.23（受压翼缘扭转未受到约束），代替了原规范的单一约束系数1.61。（2）各种应力共同作用下的计算式，新旧规范有较大区别，例如仅设有横向加劲肋时：旧规范,52,新规范旧规范计算式中，分母cr、c,cr、cr均可超过屈服强度，假定钢材是无限弹性，加劲肋的间距由构造要求控制，不适用于弹塑性修正后的临界应力。新规范的相关公式较能适应经弹塑性修正后的临界应力。4.3.4、4.3.5条当同时设置纵、横向加劲肋时，或还设有短加劲肋时的计算方法，均修改为考虑弹塑性修正后的相关公式。,53,4.4组合梁腹板考虑屈曲后强度的设计,本节为新增加的条文4.4.1条组合梁腹板考虑屈曲后强度的承载力（1）条款不适用于吊车梁，因有关资料不充分，多次反复屈曲可能导致腹板边缘出现疲劳裂纹。（2）梁腹板受剪屈曲后的强度计算利用了张力场概念，使极限剪力大于屈曲剪力。精确确定张力场剪力值需要算出张力场宽度，比较复杂，为简化计算，条文采用了相当于下限的近似公式。,54,（3）利用腹板屈曲后强度，即使h0/tw很大，一般也不再考虑设置纵向加劲肋。而且只要腹板的抗剪承载力不低于梁的实际最大剪力，可只设支承加劲肋，而不设置中间横向加劲肋。（4）利用腹板屈曲后强度后，梁的抗弯承载力有所降低，但降低不多，对Q235钢的梁来说，当h0/tw=200（受压翼缘扭转受到约束）或h0/tw=175（受压翼缘扭转未受到约束），抗弯承载力只下降5%以内。,55,（5）规范提出的计算公式与欧洲规范EC3相同，即基本计算式：(a)当M/Mf1.0时,VVu(b)当V/Vu0.5时,MMeu(c)式中M、V所计算区格内同一截面处梁的弯矩和剪力设计值。由于是强度计算，不能像计算腹板稳定那样，取为区格内的平均值；,56,Mf梁两翼缘所承担的弯矩设计值，对双轴对称截面梁Mf=Afh1f（Af为一个翼缘截面积；h1为两翼缘轴线间距离），规范的Mf计算式是考虑两翼缘截面不等的情况；Vu、Meu梁腹板屈曲后的抗剪和抗弯承载力设计值。腹板屈曲后的抗剪承载力Vu，应为屈曲剪力与张力场剪力之和，用下列公式计算：当s0.8时Vu=hotwfv(a),57,当0.81.2时：Vu=hotwfv/s1.2(c)式中s用于抗剪计算的腹板通用高厚比。当a/ho1.0时，=4+5.34(ho/a)2；当a/ho1.0时，5.34+4(ho/a)2。如果只设置支承加劲肋而使a/ho甚大时，则可取5.34。,58,腹板屈曲后的抗弯承载力Meu腹板屈曲后考虑张力场的作用，抗剪承载力有所提高。但弯矩作用下腹板受压区屈曲后，梁的抗弯承载力有所下降，我国规范采用有效截面的概念来计算梁的抗弯承载力。,59,梁截面惯性矩为（忽略孔洞绕自身轴的惯性矩）：梁截面模量折减系数为：上式按双轴对称截面塑性发展系数x=1.0得出，是偏安全的近似公式，可用于x=1.05和单轴对称截面。因而，梁的抗弯承载力设计值为：,60,有效高度系数，与计算局部稳定中临界应力一样以通用高厚比作为参数，也分为三个阶段，分界点也与计算相同，即当时，(a)当(b)当(c),61,通用高厚比b仍按局部稳定计算中公式计算，即（受压翼缘扭转受到约束）或（梁受压翼缘未受到约束）任何情况，以上公式中的截面数据Wx、Ix以及hc均按截面全部有效计算。,62,4.4.2条考虑腹板屈曲后强度的加劲肋设计梁腹板利用屈曲后强度，当有跨间集中荷载作用时，其中间加劲肋除承受集中荷载外，还承受张力场产生的压力。其加劲肋设计应注意：（1）只设横向加劲肋（支承加劲肋和剪力较大区的中间横向加劲肋），但不允许在腹板单侧设置。,63,张力场对横向加劲肋的作用有竖向和水平两个分力，对中间横向加劲肋所受轴心压力规定为：s=Vu-hotwcr+F式中，Vu为腹板屈曲后的抗剪承载力；cr为临界剪应力；F为承受的集中荷载。上式比理论值偏大，以考虑张力场张力的水平分力的不利影响。（2）梁的支座加劲肋除承受支座反力外，还承受张力场斜拉力中的水平分力Ht，梁端构造有两个方案可供选择：,64,方案一：增加抗弯能力，在梁外端加设封头板。采用下列方法之一进行计算：将封头板与支座加劲肋之间视为竖向压弯构件，简支于梁上下翼缘，计算其强度和稳定；支座加劲肋按承受支座反力R的轴心压杆计算，封头板截面积则不小于Ac=3h0Ht/(16ef)。,65,方案二：缩小支座加劲肋和第一道中间加劲肋的距离a1，使a1范围内的，此种情况的支座加劲肋就不会受到Ht的作用。这种对端节间不利用腹板屈曲后强度的办法，为世界少数国家（如美国）所采用。规范条文中只有方案一。,66,第章轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算,67,5.1轴心受力构件,5.1.2条轴心压杆的整体稳定实腹式轴心受压构件的稳定性应按下式计算:f式中为整体稳定系数，实质是临界应力与屈服点的比值。柱的临界应力与截面形状、力作用方向等有关，原规范分为3条曲线，即a、b、c，将t40mm的轴压构件稳定归入c曲线，没有考虑厚度方向残余应力的影响。,68,69,（1）新规范现对t40mm的轴压构件作了专门规定。同时补充了d类截面曲线的值（d曲线）。实际上t40mm的轴压构件，视截面形式和屈曲方向，分别应归入b、c、d三条曲线。（2）轴心受压构件的失稳有三种形式：弯曲失稳、弯扭失稳和扭转失稳。,70,单轴对称截面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。新规范对截面类别的划分只考虑截面形式和残余应力的影响，按弹性方法将弯扭屈曲用换算长细比换算为弯曲屈曲。根据弹性稳定理论，换算长细比为：式中z扭转屈曲换算长细比；,71,对剪心的极回转半径；eo剪心至形心距离。为简化计算，对钢桁架结构中常用的单角钢和双角钢形截面，规范建议了yz的近似计算式。,72,1）等边单角钢截面当b/t0.54loy/b时，弯曲屈曲控制yz=y(1当b/t0.54loy/b时，弯扭屈曲控制yz=4.78,73,2）等边双角钢截面当b/t0.58loy/b时，弯曲屈曲控制yz=y(1+当b/t0.58loy/b时，弯扭屈曲控制yz=3.9(1+,74,5.1.7条有关支撑力的计算,75,减小受压构件自由长度的支撑力原取用压杆的偶然剪力，现改为：（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l）有m道支撑,76,（2）支撑多根柱时支撑力各柱压力相同时式中，n为被撑柱根数。一般不宜多于8根。以上公式来源于轴心受力杆件的理论推导，当支撑同时承担其他作用时，其轴力不与支撑力叠加。同时以前对支撑一般按容许长细比控制截面，不计算承载力。现在对支承多根柱的支撑应注意计算其承载力。,77,5.2拉弯构件和压弯构件,本节作了一些局部修改：（1）将塑性发展系数取x=y=1.0的条件由“直接承受动力荷载”改为“需要计算疲劳”的拉弯、压弯构件。（2）原规范中，N为设计值，NEx为弹性极限值，NEx应除以抗力分项系数R，故将N/NEx改为N/NEx，注明NEx为参数，其值为NEx/RNEx/1.1。（3）等效弯矩系数，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。,78,（4）弯矩作用平面外稳定计算式改为为调整系数，箱形截面=0.7，其它截面=1.0，以避免取箱形截面的概念不清现象。规范规定上式中的“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，应按考虑扭转效应的换算长细比确定。,79,5.3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，参考德国规范对压杆分为4种情况（所计算杆内力为N，另一杆内力为N0）：当时（不一定等于）：若No为压力，不中断，lo=l（与原规范相同）若No为压力，中断，lo=1.35l（原规范不允许）若No为拉力，不中断，lo=0.5l（与原规范相同）若No为拉力，中断，lo=0.5l（原规范为0.7l）,80,5.3.3条确定框架柱在框架平面内的计算长度时将框架结构分为两种情况：即无支撑纯框架和有支撑框架。其中有支撑框架根据支撑结构（支撑桁架、剪力墙等）的侧移刚度又分为强支撑框架和弱支撑框架。（1）无支撑纯框架当按一阶弹性分析计算内力时，计算长度系数，用有侧移框架柱的表查得；因为框架有侧移失稳是二阶效应中的竖向荷载效应造成的，采用二阶弹性分析时，此效应已在内力分析中计入，故框架柱的计算长度系数取=1.0。,81,（2）有支撑框架强支撑框架支撑结构的侧移刚度满足式中Sb产生单位侧倾角的水平力；层间所有柱用无侧移框架柱和有侧移框架柱计算长度算得的轴压杆稳定承载力之和。,82,弱支撑框架（当Sb不满足上式时），此时柱的稳定系数为式中、按无侧移和有侧移框架柱算得的稳定系数。,83,5.3.6条为新增条文（1）考虑有摇摆柱时，框架柱值的增大系数。式中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。摇摆柱的计算长度取为其几何长度。,84,（2）提出“同层或其它层柱承载力有富裕时，可考虑对所计算柱的支持作用，对其计算长度系数进行折减，同时，提供支持作用的柱的计算长度系数则应相应增大”的原则性条文。（3）提出“梁与柱半刚性连接，确定柱的计算长度时，应考虑节点连接特性”的原则性条文。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。,85,.4受压构件的局部稳定,5.4.4条轴心受压T形截面腹板的局部稳定原规定宽厚比，对剖分T型钢来说太严，经试验研究，对T型钢腹板的宽厚比限制改为：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，,86,弯矩使腹板自由边受压的压弯构件当当弯矩使腹板自由边受压的压弯构件，由于未作新的研究工作，仍保留原规范的规定。,87,第6章疲劳计算,88,1附录F（原附录五）的疲劳分类表中“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“三级焊缝，但外观检查符合二级”的疲劳类别。2.直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，原规定应力循环次数n等于或大于2105次时应进行疲劳计算，现修改为“当应力循环次数n等于或大于5104次时，应进行疲劳计算”。,89,3问题（1）不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现拉应力的部位，例如、和、两种应力循环，其应力幅都是150，疲劳强度相同，显然不合理。（2）螺栓受拉时螺纹处有大的应力集中，疲劳强度很低，常有疲劳破坏的实例，但规范没有规定，应予补充。,90,第7章连接计算,91,焊缝的分级与检验焊缝质量等级的划分与焊缝质量检验有关，是根据原钢结构工程施工及验收规范GBJ205-83划分的，共分为一、二、三级。三级焊缝只作外观检查；二级焊缝除作外观检查外，加超声波探伤；一级焊缝除作外观检查外，加超声波探伤、X射线或射线。,92,7.1焊缝连接,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，但它只提到一、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。原设计规范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。,93,焊缝的分级与检验焊缝质量等级的划分与焊缝质量检验有关，是根据原钢结构工程施工及验收规范GBJ205-83划分的，共分为一、二、三级。三级焊缝只作外观检查；二级焊缝除作外观检查外，加超声波探伤；一级焊缝除作外观检查外，加超声波探伤、X射线或射线。焊缝的质量等级仅影响三级焊缝的抗拉强度。,94,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），受拉的横向焊缝应为一级，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。,95,（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，受拉时不应低于二级。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）对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。,96,（4）重级工作制和Q50t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规范规定此种焊缝“应予焊透”，即不允许采用角焊缝；88年规范又补充规定“不低于二级质量标准”。新规范规定“应予焊透，质量等级不低于二级”。,97,（5）“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”，是根据工程实践和参考国外标准规定的。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，亦不分受拉或受压，均要求无损探伤，而我国的三级焊缝不要求探伤。由于对接焊缝中存在很大残余拉应力，且在某些情况常有偶然偏心力作用（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。,98,7.1.3条GBJ17-88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，此种不分焊缝大小取为定值的办法不合理，现参考国外标准改为：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。,99,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。,100,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，而钝角角焊缝两焊脚边夹角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。,101,（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,102,上式可根据图中的几何关系推导得出，图中垂直于斜边的虚线即计算厚度。,103,（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。此时，可将板端切成图b的形状并使b5mm。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。中国最大的资料库下载,104,7.2紧固件（螺栓、铆钉等）连接,高强度螺栓连接按破坏准则的不同分为摩擦型连接和承压型连接。7.2.2条摩擦型连接高强度螺栓的计算：抗剪承载力：Nvb=0.9nfP（1）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。,105,（2）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。此式得出的8.8级螺栓的抗剪承载力有时（当0.4时）比同直径的普通螺栓还低，不合理，且与薄钢规范的规定不协调，现改为,106,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。（3）将同时受剪和受拉的摩擦型高强度螺栓的计算改用相关公式表达，实质与原规范相同，由抗剪承载力Nvb=0.9nfP和抗拉承载力Ntb=0.8P，代入后即得原规范计算式Nv=0.9nf(P-1.25Nt)。,107,7.2.3条取消原规范“承压型连接高强度螺栓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。此外，取消原规范承压型连接高强度螺栓的传力接触面要求与摩擦型连接相同的规定，只提出需清除浮锈及油污。,108,7.3组合工字梁翼缘连接,7.3.2条原规范计算式在右侧漏掉了计算截面处的紧固件数目n1，新规范已加上。另外，规范条文指出公式用于计算“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。,109,7.4梁与柱的刚性连接,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。,110,柱腹板的强度应与梁受压翼缘等强，即betwfcAfcfb式中be柱腹板计算宽度边缘处压应力的假定分布长度。同梁的局部压应力计算式，取be=a+5hy；按此公式计算腹板强度时，忽略了柱腹板所受竖向压力的影响。这是因为在框架内竖向压力主要由柱翼缘传递，腹板内所受竖向压应力一般较小。,111,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。,112,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。,113,拉力T由柱翼缘板三个部份共同承担，中间部份（分布长度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。,114,根据试验研究，拉力在柱翼缘板的影响长度p12tc，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=3.55.0，可偏安全地取c1=3.5。,115,柱翼缘板受拉时的总承载力为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,116,按统计分析，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。高钢规程JGJ99-98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。,117,7.4.2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）在上式的基础上加以了调整和简化。,118,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，故将节点域抗剪强度提高到。b.节点域中弯矩的影响较大，剪力的影响较小。略去剪力项使算得的结果偏于安全20%30%，但公式没有包括柱腹板轴压力设计值N对抗剪强度的不利影响，一般N与其屈服承载力Ny之比20mm（ISO为t16mm，前苏联为25mm）的角焊缝应采用收缩时不易引起层状撕裂的构造。,152,8.2.4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14改为不大于12.5，而对承受动态荷载的结构仍为不大于14。因根据我国的试验研究，坡度用1:81:4接头的疲劳强度与等宽、等厚的情况相差不大。,153,8.2.6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。,154,8.2.7条（1）参照AWS，当采用低氢型焊条时，角焊缝的最小焊脚尺寸可由较薄焊件的厚度经计算确定，因低氢型焊条焊渣层厚、保温条件较好。（2）侧面角焊缝的最大长度，原来对动力荷载作用下控制较严（40hf），该规定原根据前苏联的经验，经过我国的试验研究证明，对静载或动载可以不加区别，统一取某个规定值。现在国外亦都不考虑荷载状态的影响，故将原动力荷载作用下的角焊缝最大长度放宽为60hf。,155,8.3螺栓连接和铆钉连接,8.3.4条表8.3.4的修改参考了我国铁路桥梁钢结构设计规范及美国钢结构设计规范（AISC1989），修改的主要内容有：（1）原规范表中“任意方向”涵义不清，参照桥规明确为“沿对角线方向”。（2）原规范中间排的中心间距没有明确“垂直内力方向”的情况，参照桥规补充这一项。,156,（3）原规范对边距区分为切割边和轧制边两类，这和前苏联及我国桥规的规定相同。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。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。,157,8.3.6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。”本条文是为防止构件间连接螺栓的松动而规定的措施，具体构造可以任意选择。在目前钢结构工程的施工中，除用双螺帽外，也可用加弹簧垫圈或将螺帽和螺杆直接焊死的方法。,158,8.3.9条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。,159,8.4结构构件,8.4.6条增加了腹杆与弦杆直接对焊的连接情况，并作了在此种情况下“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。,160,8.4.13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”。底板与混凝土基础间摩擦系数的取值，现在国内外已普遍采用0.4，故列入。,161,8.4.15条新增“插入式柱脚”的构造规定。近年来，北京钢铁设计研究总院和重庆钢铁设计研究院等单位均曾对插入式钢柱脚进行过试验研究，并曾在多项单层工业厂房工程中使用。本条规定是参照北钢院编写的“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”的插入深度比较接近。本条规定的数值大于预制混凝土柱插入杯口的深度。,162,对双肢柱的插入深度，北钢院原取为（1/31/2）hc。而混凝土双肢柱为（1323）hc，并说明当柱安装采用缆绳固定时才用13hc。为安全计，本条将最小插入深度改为0.5hc,163,8.4.16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中的埋入式柱脚和将钢柱置于混凝土构件上在钢柱四周外包一段钢筋混凝土的外包式柱脚，常用于多、高层钢结构建筑物。本条规定参照了“高层民用建筑钢结构技术规程”（JGJ9998）以及冶金部钢骨混凝土结构设计规程（YB908297）中相类似的构造要求。,164,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23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。,165,8.5对吊车梁和吊车桁架（或类似结构）的要求,8.5.4条“吊车梁翼缘板或腹板的焊接拼接应采用加引弧板和引出板的焊透对接焊缝，引弧板和引出板割去处应予打磨平整。焊接吊车梁和焊接吊车桁架的工地整段拼接应采用焊接或高强度螺栓的摩擦型连接。”系根据我国和日本的工程实践经验修订。,166,8.5.6条补充和修改的主要内容：（1）将原来适用于简支吊车梁的条文扩大到可用于连续吊车梁；（2）明确规定了支座加劲肋和中间横