KPM钢结构设计规范理解与应用.ppt

1、钢结构设计规范的理解和应用，崔佳，重庆大学土木工程学院，第1章，1.1钢结构设计规范的历史，解放初期：1-46 1955:121-55 1974:TJ 17-74 1988:GBJ 17-88 2003 : GB 50017，1.2设计文件中的材料质量要求规定“所用钢材的类型、连接材料的类型(或钢种)以及机械性能、化学成分此外，还应注明所需的焊接形式、焊接质量等级、端面刨平和顶进部分以及其他施工要求。”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，因此本条被确定为强制性条文。第2章材料，2.1钢结构对材料的要求，1。较高的抗拉强度和屈服点；2.较高的塑性和韧性；3.良好的工艺性能(冷

2、加工、热加工和焊接性)。2.2钢的类型和等级1。本规范推荐的钢材类型普通碳钢：Q235(相当于旧标准3号钢)普通低合金钢：Q345(相当于旧标准16Mn、12MnV、4mnnb16mnre、18Nb) Q390(相当于旧标准15MnV、15mNt、16Nb)Q420(旧标准15mNv、14Nv轮胎)，钢材质量等级为A、B、C、D和E (E级仅用于Q345等低合金钢)钢材的基本保证项目：(1)抗拉强度、屈服点和伸长率；(2)化学成分：硫、磷、锰和碳(Q235-A不是交货条件)；(3)冷弯试验和冲击韧性(20，0，-20)。第(3)项中的a级钢不保证，必要时可增加冷弯试验要求。该规范规定了用于承重

3、结构的钢的机械性能，如强度、塑性、韧性和化学成分。“承重结构所用的钢材应有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，焊接结构也应有碳含量的合格保证。用于焊接承重结构和重要非焊接承重结构的钢材也应具有冷弯试验的合格保证。”其他可选或替代钢材(1)“高层建筑结构用钢板”YB4104特点：a .降低硫、磷含量和焊接碳当量；提高屈服点，缩小其波动范围；c .提高冲击能量，增加弯曲试验；确保厚度方向能达到Z35(数值为厚度方向截面收缩的百分比)。(2)“Z向钢”GB/T 5313厚板易发生层状撕裂，对沿厚度方向拉伸的接头非常不利，因此有必要采用厚度方向性能钢。特点：1 .降低硫含量(仅为普通钢的

4、1/5或更低)；增加截面收缩率(Z15，Z25， Z35)建筑抗震设计规范和建筑钢结构焊接技术规范均规定，当厚度大于40 mm时，应使用具有厚度方向性能的钢材。(3)优质碳素结构钢GB699 (4)桥梁用结构钢GB/T714 (5)锅炉用碳钢和低合金钢GB713 (6)船体用结构钢GB712 (7)压力容器用钢板GB6654 (8) “耐候钢”高耐候性T4171 (9)“铸钢件用钢”GB11352符号：ZG-200-400，ZG-270-570，屈服点，抗拉强度，2.4钢结构连接材料，1。 手动焊条E43适用于Q235；E50适用于Q345；E55适用于Q390和Q420。它指示焊接电源的类型

5、和涂层类型，如表2.11和2.12所示。2。自动(半自动)埋弧焊用焊丝和焊剂：H08A Q235 H08MnA H08MnA Q345焊剂：H10MnSi H10MnSi Q390、Q420 H08Mn2Si选择原则：焊缝金属的机械性能不得低于母材。根据现行国家标准GB5782-86，普通螺栓的A级和B级材料分别为5.6、8.8和10.9，而不是3号钢。a级和b级螺栓过去都是“精制螺栓”，质量标准是一样的。a级螺栓用于d 24mm毫米和l(标称螺栓长度)10d或L150mm毫米(以较小者为准)；d或l中较大的一个是b级螺栓。粗螺栓的c级为4.6和4.8。4.高强度螺栓的性能等级：8.8级和10

6、.9级。大六角头螺栓，扭剪型高强度螺栓(10.9级)，第3章基本设计规定，3.1设计原则，1。设计方法承载力极限状态和正常使用极限状态是结构或构件设计计算的基础，钢结构设计一般采用概率极限状态设计方法。但是，由于目前疲劳计算的可靠性理论尚未解决，钢结构的疲劳强度计算只能遵循传统的根据弹性状态计算“许用应力幅”的设计方法，许用应力幅是根据试验结果得到的，因此应采用荷载标准值进行计算。此外，疲劳计算中使用的大部分计算数据都是基于实测应力或疲劳试验，这已经包括了载荷的动力影响，不再乘以动力系数。在钢结构设计规范中，应力表达式一般用于计算结构或构件的承载力。根据建筑结构荷载规范，在根据极限承载力状态设

7、计钢结构时，内力设计值应从可变荷载效应控制的组合和永久荷载效应控制的组合中考虑。钢结构自重较小，一般受可变荷载效应控制。只有当钢筋混凝土楼板(或屋顶)或屋顶结构积有灰尘和特殊情况时，才能通过永久荷载控制进行设计。对于荷载效应的偶然组合，本规范仅参照统一标准作出原则性规定，具体设计表达式和各种系数应符合特殊规范的规定。2.钢结构的安全等级符合现行国家标准建筑结构可靠性设计统一标准的规定，严重破坏后果的重要房屋的安全等级为一级；对于损坏后果严重的普通房屋，安全等级为二级。由于统一标准是所有设计规范的统一指南，因此不可能对所有结构规范给出具体建议。根据我国已建建筑的概率统计分析结果，一般工业和民用建

8、筑的钢结构按统一标准划分为二级，因此可按二级标准执行。对于其他特殊建筑钢结构，安全等级应根据具体情况另行确定。如果跨度等于或大于60m，则应视为一级.由于本规范被定位为非抗震设计，所有规定都是针对不考虑抗震的情况制定的。根据抗震要求进行设计时，建筑物的抗震设防类别应按现行国家标准建筑抗震设防分类标准(GB50223)确定。3。结构重要系数0建筑结构可靠性设计统一标准第7.0.3条注：“对于设计使用寿命为25年的结构构件，各结构规范可根据自身情况确定0值。”根据钢结构设计规范，工作寿命50年取01.0，5年取0.9，所以规定工作寿命25年取00.95。4。88规范中最不利的吊车荷载组合，在计算吊

9、车梁挠度时，采用两台吊车产生的吊车荷载的最不利组合。在新规范中，它是由一台起重机加上自重计算的(相应的挠度允许值进行了调整)。原因是：符合“正常使用极限状态”的要求；与大多数外国法规一致。3.2荷载和荷载效应的计算。新修订的钢结构设计规范强调设计原则的指导。突出设计原则是当前国家规范的一个共同特征，早期的规范规定主要基于实验或实践经验，因此规定简单而具体。随着结构形式的日益复杂，规范的任务不再局限于提供计算公式和具体数据，而是应该以设计原则为指导。因此，本规范补充了设计原则的相关规定。1。屋面活载新修订的建筑结构荷载规范采用概率极限状态设计方法后，发现恒载基础结构(混凝土结构)的可靠度降低，故

10、增加到0.7kN/m2。在新修订的荷载规范中，增加了基于恒载的不利组合，仅施工荷载，即偶然因素的不利影响，主要考虑在屋面活载中，故恢复为0.5kN/m2。但需要注意的是，“根据相关设计规范，对于不同的结构，可以增加或减少0.2kN/m2”。新修订的钢结构设计规范规定：“对于支撑轻型屋面的构件或结构，当只有一个可变荷载且荷载面积超过60m2时，取0.3kN/m2。”这与原来的规定不同，所以要注意檩条的计算。因为永久荷载的组合被添加到重屋顶，屋顶的活荷载不再增加。2.起重机的夹轨力参照苏联规范。对于重型吊车梁，荷载规范中规定的横向水平荷载乘以增加系数，以考虑吊车摆动引起的横向水平力(即夹轨力，荷载

11、规范仅规定小车的制动力)，现在根据以下公式计算：HK=Pkmax，其中Pkmax为吊车车轮压力的标准值；系数为0.1(一般软钩起重机)、0.15(抓斗和圆盘起重机)和0.2(硬钩起重机)。钢轨夹紧力不与横向水平力同时考虑，且与起重机工作系统和连接无关。根据起重机设计规范(GB3811-83)，根据起重机的使用水平(即循环次数，分为U0-U9等10个等级)和载荷状态(载荷谱系数Kp有轻、中、重、超重4个等级)，起重机工作水平综合分为A1A8等级。本规范中通常提到的轻型系统是A1A3中间水平是A4A5重型等级为A6A8(其中A8为超重)。然而，起重机工作系统的定义应根据起重机的具体操作条件来确定，

12、而不是起重机工作系统和起重机工作水平之间的一般对应关系。3.框架结构内力分析增加了内力分析的新设计原则。一阶弹性分析(几何线形):根据结构位移前的轴线建立结构变形与荷载之间的平衡关系；二阶弹性分析(几何非线性):根据结构位移后的轴线建立结构变形与荷载之间的平衡关系。规范规定“0.1框架结构(一般称为无支撑纯框架结构)应采用二阶弹性分析”。这里，n是计算楼层上每个柱的轴向压力之和；h是计算出的楼层及以上水平力的总和；h是计算楼层的高度；u是根据一阶分析计算的楼层的侧向位移。在判断公式中，可以用层间侧向位移的允许值来代替。(1)采用二阶分析时，应在每根柱的顶部额外考虑假设水平力(概念荷载)Hni:

13、其中Qi为第I层总重力荷载的设计值；Ns是帧的总层数；y是钢强度的影响系数；Q235钢，y=1.0；Q345钢，y=1.1；Q390钢，y=1.2Q420钢，y=1.25。等式右端的根符号是缩减因子，考虑到当有更多列时，初始横向位移有正和负，并且缺陷相互抵消。(2)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：M2M1B2M1S公式中，M1b和M1s为框架无侧移或侧移时，通过一阶弹性分析得到的杆端弯矩；2i考虑二阶效应，I层构件的侧向弯矩增大系数。框架结构的一阶弹性分析，3.3设计指标，1。钢的强度设计值(1)钢在拉伸、压缩和弯曲时的强度设计值为fy /R r，R为抗力分项系数，新规范取

14、R=1.087适用于Q235钢。R1.111适用于Q345、Q390和Q420钢。因此，对于Q345钢，它低于原始spe的16Mn(R1.087)强度设计值(3)钢的抗剪强度设计值基于能量强度理论。(4)由于允许强度设计值超过材料的屈服点并接近其最小极限强度，只有当构件之间的接触面被刨平并压紧时，才能达到端承强度的设计值。由于现行国家标准规定的钢的最小极限强度不随钢的厚度而变化，端承强度的设计值与厚度无关。2.连接件的强度设计值连接件的强度设计值主要是根据过去许用应力法计算的各种许用应力得到的，其中角焊缝和承压高强度螺栓有一定的试验数据，强度设计值是根据这些试验数据并参考国外的规定确定的。根据

15、可靠性分析，所有连接的可靠性大约等于或略高于部件的可靠性。焊缝的分类与检验焊缝的强度和质量等级有关，质量等级的划分与焊缝质量检验有关，根据钢结构工程施工质量验收规范(GB50205)分为一级、二级和三级。仅对三级焊缝进行目视检查；除目视检查外，二次焊缝还增加了超声波探伤；除目视检查外，还应在主焊缝上增加超声波检查、x光或x光。角焊缝探伤不准确，只能归类为三级。(1)在焊缝的强度设计值中，对接焊缝仅取拉伸和压缩值，而弯曲强度取压缩设计值，拉伸零件取拉伸设计值。焊缝金属是焊条熔敷金属和钢金属的混合物，其强度一般高于钢，但焊缝质量对强度有很大影响。规范规定，当焊缝质量为一级和二级时，对接焊缝的抗拉强

16、度设计值等于母材的抗拉强度设计值；焊缝质量等级只影响三级焊缝的抗拉强度，因此三级焊缝取母材抗拉强度的0.85倍。对于质量等级为一级和二级的对接焊缝，根据现行国家标准钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级GB11345-89，仅适用于厚度不小于8毫米的钢。根据钢结构施工单位的经验，也认为厚度小于8毫米的钢对接焊缝超声波探伤不可靠，但应采用x光探伤。否则，t8mm钢对接焊缝的强度设计值只能按三级焊缝采用。(2)普通螺栓中甲、乙级螺栓的强度等级分为5.6级和8.8级。抗拉强度和抗剪强度的设计值参考了前苏联的81规范，可用于一个或多个螺栓。C级螺栓的抗拉强度和抗剪强度的设计值也参考了前苏联规范81。(3)高强度螺栓连接有两种类型：轴承型和摩擦型。由于设计标准不同