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Transcription

1 钢结构设计标准 GB 解读 黄炳生博士教授

2 一 标准修订过程 二 标准修订概述 三 标准内容解析

3 一 标准修订过程 规范征求意见稿 规范报批稿 2015 送审稿 2016 报批稿 2017 改为钢结构设计标准 正式发布 正式执行

4 二 修订概述 1 基本设计规定 ( 第 3 章 ) 增加了截面板件宽厚比等级, 材料选用 及 设计指标 内容移入新章节 材料 ( 第 4 章 ), 关于结构计算内容移入新章节 结构分析及稳定性设计 ( 第 5 章 ), 构造要求 ( 原规范第 8 章 ) 中 大跨度屋盖结构 及 制作 运输及安装 的内容并入本章 ; 2 受弯构件的计算 ( 原规范第 4 章 ) 改为 受弯构件 ( 第 6 章 ), 增加了腹板开孔的内容, 构造要求 ( 原规范第 8 章 ) 的 结构构件 中与梁设计相关的内容移入本章 ; 3 轴心受力构件和拉弯 压弯构件的计算 ( 原规范第 5 章 ) 改为 轴心受力构件 ( 第 7 章 ) 及 拉弯 压弯构件 ( 第 8 章 ) 两章, 构造要求 ( 原规范第 8 章 ) 中与柱设计相关的内容移入第 7 章 ;

5 二 标准修订概述 4 疲劳计算 ( 原规范第 6 章 ) 改为 疲劳计算及防脆断设计 ( 第 16 章 ), 增加了简便快速验算疲劳强度的方法, 构造要求 ( 原规范第 8 章 ) 中 对吊车梁和吊车桁架 ( 或类似结构 ) 的要求 及 提高寒冷地区结构抗脆断能力的要求 移入本章, 增加了抗脆断设计的规定 ; 5 连接计算 ( 原规范第 7 章 ) 改为 连接 ( 第 11 章 ) 及 节点 ( 第 12 章 ) 两章, 构造要求 ( 原规范第 8 章 ) 中有关焊接及螺栓连接的内容并入第 11 章 柱脚内容并入第 12 章 ; 6 构造要求 ( 原规范第 8 章 ) 中的条文根据其内容, 分别并入相关各章, 其中 防护和隔热 移入 钢结构防护 ( 第 18 章 ) ;

6 二 标准修订概述 7 塑性设计 ( 原规范第 9 章 ) 改为 塑性及弯矩调幅设计 ( 第 10 章 ), 采用了利用钢结构塑性进行内力重分配的思路进行设计 ; 8 钢管结构 ( 原规范第 10 章 ) 改为 钢管连接节点 ( 第 13 章 ), 丰富了计算的节点连接形式, 增加了节点刚度判定的内容 ; 9 钢与混凝土组合梁 ( 原规范第 11 章, 修订后第 14 章 ), 补充了纵向抗剪设计内容, 删除了与弯筋连接件有关内容 10 新增了材料 ( 第 4 章 ) 结构分析及稳定性设计( 第 5 章 ) 加劲钢板剪力墙( 第 9 章 ) 钢管混凝土柱及节点( 第 15 章 ) 钢结构抗震性能化设计( 第 17 章 ) 钢结构防护( 第 18 章 ) 等章节, 附录中增加了常用建筑结构体系 钢与混凝土组合梁的疲劳验算等内容

7 二 标准修订概述 标准的主要内容 1. 总则 ; 2. 术语和符号 ; 3. 基本设计规定 ; 4. 材料 ; 5. 结构分析与稳定性设计 ; 6. 受弯构件 ; 7. 轴心受力构件 ; 8. 拉弯 压弯构件 ; 9. 加劲钢板剪力墙 ; 10. 塑性及弯矩调幅设计 ; 11. 连接 ; 12. 节点 ; 13. 钢管连接节点 ; 14. 钢与混凝土组合梁 ; 15. 钢管混凝土柱及节点 ; 16. 疲劳计算及防脆断设计 ; 17. 钢结构抗震性能化设计 ; 18. 钢结构防护等

8 二 标准修订概述 章节 :11 章 -> 18 章附录 : 6 -> 10 条文 : 375 条 ->462 条

9 1 总则由原 6 条删减为只有前 3 条, 且 条进行简化 2 术语和符号术语由 32 条增加为 42 条 删除了原规范中非钢结构专用术语及不推荐使用的结构术语, 具体有 : 强度 承载能力 强度标准值 强度设计值, 橡胶支座 弱支撑框架 ; 增加了部分常用的钢结构术语及与抗震相关的术语, 具体有 : 直接分析设计法 框架 - 支撑结构 钢板剪力墙 支撑系统 消能梁段 中心支撑框架 偏心支撑框架 屈曲约束支撑 弯矩调幅设计 畸变屈曲 塑性耗能区 弹性区 修改了下列术语 : 组合构件修改为焊接截面 ; 通用高厚比修改为正则化宽厚比, 对于构件定义为正则化长细比

10 2 术语和符号 增加了钢号修正系数 ε k = 235 / f y 3 基本设计规定 钢结构设计应包括下列内容 :1 结构方案设计, 包括结构选型 构件布置 ;2 材料选用及截面选择 ;3 作用及作用效应分析 ;4 结构的极限状态验算 ;5 结构 构件及连接的构造 ;6 制作 运输 安装 防腐和防火等要求 ;7 满足特殊要求结构的专门性能设计

11 3 基本设计规定 钢结构设计文件应注明螺栓防松及措施 对施工的要求 对焊接连接, 应注明焊缝质量等级及承受动荷载构造要求 端面刨平顶紧部位 钢结构最低防腐蚀设计年限和防护要求的特殊构造要求; 对高强度螺栓连接, 应注明预拉力 摩擦面处理和抗滑移系数 ; 对抗震设防的钢结构, 应注明焊缝及钢材的特殊要求 抗震设防的钢结构构件和节点可按现行国家标准 建筑抗震设计规范 GB 或 构筑物抗震设计规范 GB 的规定设计, 也可按本标准第 17 章的规定进行抗震性能化设计 3.2 结构体系 :3.2.1 选择钢结构体系时需要遵循的基本原则 ;3.2.2 结构体系布置的一般原则 ;3.2.3 施工过程对主体结构的受力和变形有较大影响时, 应进行施工阶段验算

12 3 基本设计规定 对原规范第 条的修改和补充, 增加了对温度作用的原则性规定和围护构件为金属压型钢板房屋的温度区段规定 竖向和水平荷载引起的构件和结构的振动, 应满足正常使用或舒适度要求

13 3 基本设计规定 3.5 截面板件宽厚比等级 根据截面承载力和塑性转动变形能力的不同, 国际上一般将钢构件截面分为四类, 考虑到我国在受弯构件设计中采用截面塑性发展系数, 本次修订将截面根据其板件宽厚比分为 5 个等级

14 3.5 截面板件宽厚比等级 S1 级 : 可达全截面塑性, 保证塑性铰具有塑性设计要求的转动能力, 且在转动过程中承载力不降低, 称为一级塑性截面也可称为塑性转动截面 一般要求达到塑性弯矩曲率 ϕ p2 除以弹性初始刚度得到的曲率 ϕ p 的 8~15 倍

15 3.5 截面板件宽厚比等级 S2 级截面 : 可达全截面塑性, 但由于局部屈曲, 塑性铰转动能力有限, 称为二级塑性截面 ; 曲线 2; ϕ p1 大约是 ϕ p 的 2~3 倍 S3 级截面 : 翼缘全部屈服, 腹板可发展不超过 1/4 截面高度的塑性, 称为弹塑性截面 ; 作为梁时曲线 3

16 3.5 截面板件宽厚比等级 S4 级截面 : 边缘纤维可达屈服强度, 但由于局部屈曲而不能发展塑性, 称为弹性截面 ; 作为梁时曲线 4 S5 级截面 : 在边缘纤维达屈服应力前, 腹板可能发生局部屈曲, 称为薄壁截面 ; 作为梁时曲线 5

17 3 基本设计规定 3.5 截面板件宽厚比等级 截面的分类决定于组成截面板件的分类 为保持新旧规范的衔接,S3 级截面的分类保留了 03 规范的规定 对工字形截面的翼缘,Q235 临界应力达到屈服应力时板件宽厚比为 18.6 S1 级 S2 级 S4 级 S5 级分类的界限宽厚比分别是的 和 1.1 倍取整数 带有自由边的板件, 局部屈曲后可能带来截面刚度中心的变化, 从而改变构件的受力, 即使 S5 级可采用有效截面法计算承载力, 本次修订时仍然对板件宽厚比给予限制

18 3 基本设计规定 3.5 截面板件宽厚比等级 四边简支腹板承受压弯荷载时, 考虑到不同等级的宽厚比的用途不同, 没有严格地按照屈服高厚比的倍数 如厂房跨度大, 截面希望高一些, 腹板较薄, 得到翼缘的约束大, 宽厚比适当放大 截面等级为 S1 或 S2 往往是抗震设计的民用建筑, 在作为框架梁设计为塑性耗能区时, 要求在设防烈度的地震作用下形成塑性铰, 所以宽厚比反而比 0.5,0.6 的倍数更加严格

19 钢规 2003

20 弯矩平面内的长细比 一级二级三级四级 抗规 2010

21 压应力取正值, 拉应力取负值 钢规 2003

22 钢规 2003 H 形截面的 0.8 倍

23 抗规 2010 柱 板件名称 一级 二级 三级 四级 工字形截面翼缘外伸部分 工字形截面腹板 箱形截面壁板

24 3 基本设计规定 钢规 2003

25 3 基本设计规定 抗规 2010 偏心支撑杆件的板件宽厚比不应超过钢规轴心受压构件在弹性设计时的宽度比限值

26 3 基本设计规定 3.5 截面板件宽厚比等级 箱形截面梁及单向受弯的箱形截面柱, 其腹板限值可根据 H 形截面腹板采用 腹板的宽厚比可通过设置加劲肋减小

27 4 材料 新增 : 合金钢材料 Q460 建筑结构用钢板 345GJ 345GJ 与 Q345 钢的力学性能指标相近, 一般情况下采用 Q345 钢比较经济 Q345GJ 钢中微合金元素含量得到控制, 塑性性能较好, 屈服强度变化范围小, 有冷加工成型要求 ( 如方矩管 ) 或抗震要求的构件宜优先采用 符合现行国家标准 建筑结构用钢板 GB/T 的 GJ 系列钢材各项指标均优于普通钢材的同级别产品 如采用 GJ 钢代替普通钢材, 对于设计而言可靠度更高

28 4 材料 Q420 钢 Q460 钢厚板已在大型钢结构工程中批量应用, 成为关键受力部位的主选钢材 其整体质量水平还有待提高, 工程应用中应加强监测 采用塑性设计的结构及进行弯矩调幅的构件, 所采用的钢材应符合下列规定 :1 屈强比不应大于 0.85;2 钢材应有明显的屈服台阶, 且伸长率不应小于 20% 钢管结构中的无加劲直接焊接相贯节点, 其管材的屈强比不宜大于 0.8; 无加劲钢管的主要破坏模式之一是贯通钢管管壁局部弯曲导致的塑性破坏, 若无一定的塑性性能保证, 相关的计算方法并不适用

29 4 材料 对于 Q420 和 Q460 级钢材, 在钢管节点中试验研究和工程中应用尚少, 可按本标准给出的公式计算节点静力承载力, 然后乘以 0.9 的折减系数 对 Q390 级钢, 难以找到国外强度级别相对应的钢材, 其静力承载力折减系数可按相关工程设计经验确定 ( 或近似取 0.95)

30 4 材料 为配合 钢结构设计标准 修编, 确定各类钢材抗力分项系数和强度设计值, 开展了调研和试验工作 : Q235 钢的屈服强度平均值比 1988 年统计有明显增加, 但其标准差却成倍增加, 屈服强度波动范围加大, 统计标准值变化不大, 整体质量水平比以前稍有下降 Q345 的实际质量水平已接近或达到现行国家标准 低合金高强度结构钢 GB/T 材料标准 Q390 钢各厚度组, 屈服强度平均值普遍较高, 强度波动较小, 变异系数也普遍较低, 屈服强度统计标准值都高于钢材标准规定值, 各项指标全都符合要求

31 4 材料 为配合 钢结构设计标准 修编, 确定各类钢材抗力分项系数和强度设计值, 开展了调研和试验工作 : Q420 钢板厚 35mm~50mm( 不包括 35mm) 50mm~100mm( 不包括 50mm) 两组, 钢厂质检数据和工程复检数据中存在一定数量屈服强度低于标准较多的数据, 不仅屈服强度平均值低, 标准差大, 统计标准值普遍低于材料标准的规定值, 是各牌号钢材中最差的一组, 因而使抗力分项系数增大, 强度设计值仅略大于 Q390 钢相应厚度组 Q460 钢板厚 35mm~50mm( 不包括 35mm) 50mm~100mm( 不包括 50mm) 两组, 也存在少量屈服强度略低于标准规定的数据, 屈服强度平均值稍低, 个别统计标准值低于材料标准的规定, 就整体而言, 已接近合格标准

32 4 材料 修改了部分的钢材厚度分级 钢材材料分项系数, 相应设计强度有所变化

33 4 材料 抗力分项系数比原规范普遍有所增大 近年来, 钢材屈服强度分布规律发生变化, 突出表现在 Q235 Q345 钢屈服强度平均值提高的同时, 离散性明显增大, 变异系数成倍加大 而 Q420 Q460 钢厚板强度整体偏低, 迫使增大抗力分项系数, 还导致低合金钢及不同厚度组之间抗力分项系数有一定的差异 但为了方便设计使用, 需要将其适当归并, 为了保证安全度, 归并后的抗力分项系数对于某些厚度组会偏大 钢板 型钢厚度负偏差情况较以往严重, 在公称厚度较小时更为严重

34 钢规 标准

35 4 材料 新增 : 结构用无缝钢管强度指标 原规范 325

36 4 材料 原规范中仅对需要验算疲劳的结构钢材提出了冲击韧性的要求, 本次修订将范围扩大, 针对低温条件和钢板厚度作出更详细的规定

37 5 结构分析与稳定性设计 建筑结构的内力和变形可按结构静力学方法进行弹性或弹塑性分析, 采用弹性分析结果进行设计时, 截面板件宽厚比等级为 S1 S2 S3 级的构件允许采用截面塑性发展系数 γ x γ y 来考虑塑性变形发展 结构内力分析可采用一阶弹性分析 二阶弹性分析或直接分析, 当最大二阶效应 (P-Δ) 系数时, 可采用一阶弹性分析 ; 当时, 宜采用二阶弹性分析或采用直接分析 ; 当时, 宜增大结构的侧移刚度, 不能采用一阶弹性分析, 直接分析法可适用于任意的二阶效应系数 任意的结构类型 直接分析中要考虑初始缺陷

38 5 结构分析与稳定性设计 规则框架 ( 未变 ), 一般结构 整体结构最低阶弹性临界荷载与荷载设计值的比值 二阶效应系数也可以采用下式计算 : i 楼层一 二阶弹性层间侧移

39 5 结构分析与稳定性设计 结构整体初始几何缺陷模式可按最低阶整体屈曲模态采用 框架及支撑结构整体初始几何缺陷代表值的最大值 Δ 0 可取 H/250; 框架及支撑结构整体初始几何缺陷代表值也可按式确定 ; 结构总层数

40 5 结构分析与稳定性设计 或可通过在每层柱顶施加假想水平力等效考虑, 假想水平力可按式计算, 施加方向应考虑荷载的最不利组合 03 钢规

41 5 结构分析与稳定性设计 构件的初始缺陷代表值 (p-δ)

42 5 结构分析与稳定性设计 二阶弹性 P-Δ 分析与设计 采用仅考虑 P-Δ 效应的二阶弹性分析与设计方法只考虑了结构层面上的二阶效应的影响, 并未涉及构件的 P-δ 和 P-δ 对内力的影响, 应通过稳定系数来进行考虑, 此时的构件计算长度系数应取 1.0 或其他认可的值 当结构无侧移影响时, 如近似一端固接 一端铰接的柱子, 其计算长度系数小于 1.0 采用本方法进行设计时, 不能采用荷载效应的组合, 而应采用荷载组合进行非线性求解 本方法作为一种全过程的非线性分析方法, 不允许进行荷载效应的迭加

43 5 结构分析与稳定性设计 二阶弹性 P-Δ 分析与设计 也可以对一阶弯矩进行放大来考虑 所得结果与精确二阶弹性弯矩相比, 误差不超过 5% 此时整体缺陷归入永久荷载中, 各种组合情况下的分项系数均取 1.0, 重力荷载代表值和质量源系数取 0

44 5 结构分析与稳定性设计 直接分析设计法 直接分析设计法应采用考虑二阶 P-Δ 和 P-δ 效应, 考虑结构和构件的初始缺陷 节点连接刚度和其他对结构稳定性有显著影响的因素, 允许材料的弹塑性发展和内力重分布, 获得各种荷载设计值 ( 作用 ) 下的内力和标准值 ( 作用 ) 下位移, 同时在分析的所有阶段, 各结构构件的设计均应符合本标准第 6 章 ~ 第 8 章的有关规定, 但不需要按计算长度法进行构件受压稳定承载力验算

45 5 结构分析与稳定性设计 直接分析设计法 采用直接分析设计法时, 分析和设计阶段是不可分割的 两者既有同时进行的部分 ( 如初始缺陷应在分析的时候引入 ), 也有分开的部分 ( 如分析得到应力状态, 再采用设计准则判断是否塑性 ) 两者在非线性迭代中不断进行修正 相互影响, 直至达到设计荷载水平下的平衡为止 这也是直接分析法区别于一般非线性分析方法之处, 传统的非线性强调了分析却忽略了设计上的很多要求, 因而其结果是不可以 直接 作为设计依据的

46 5 结构分析与稳定性设计 直接分析设计法 对一些特殊荷载下的结构分析, 比如连续倒塌分析 抗火分析等, 因涉及几何非线性 材料非线性 全过程弹塑性分析, 采用一阶弹性分析或者二阶弹性分析并不能得到正确的内力结果, 应采用直接分析设计法进行结构分析和设计 直接分析设计法作为一种全过程的非线性分析方法, 不允许进行荷载效应的迭加, 而应采用荷载组合进行非线性求解

47 5 结构分析与稳定性设计 直接分析设计法 直接分析法不按弹塑性分析时, 结构分析应限于第一个塑性铰的形成, 对应的荷载水平不应低于荷载设计值, 不允许进行内力重分布 直接分析法按弹塑性分析时宜采用塑性铰法或塑性区 法 塑性铰形成的区域, 构件和节点应有足够的延性保证以便内力重分布, 允许一个或者多个塑性铰产生, 构件的极限状态应根据设计目标及构件在整个结构中的作用来确定 二阶弹塑性分析作为一种设计工具, 虽然在学术界和工程界仍有争议, 但世界各主流规范均将其纳入规范, 以便适应各种需要考虑材料弹塑性发展的情况

48 5 结构分析与稳定性设计 直接分析设计法 采用直接分析设计法进行分析和设计时, 计算结果可直接作为承载能力极限状态和正常使用极限状态下的设计依据, 应按下列公式进行构件截面承载力验算 : 当构件有足够侧向支撑以防止侧向失稳时 : 直接分析法不按弹塑性分析或按弹塑性分析但截面板件宽厚比等级不符合 S2 级要求时 : 按弹塑性分析, 截面板件宽厚比等级符合 S2 级要求时 : 当构件可能产生侧向失稳时 :

49 6 受弯构件 截面塑性发展系数应按下列规定取值 : 1 对工字形和箱形截面 当截面板件宽厚比等级为 S4 或 S5 级时, 截面塑性发展系数应取为 1.0 当截面板件宽厚比等级为 S1 S2 及 S3 时, 截面塑性发展系数应按下列规定取值 : 1) 工字形截面 (x 轴为强轴,y 轴为弱轴 ):γ x =1.05,γ y =1.20 2) 箱形截面 :γ x =γ y = 其他截面应根据其受压板件的内力分布情况确定其截面板件宽厚比等级 3 对需要计算疲劳的梁, 宜取 γ x =γ y =1.0

50 6 受弯构件 条文中箱形截面的塑性开展系数偏低, 箱形截面的塑性开展系数应该介于 1.05~ 1.2 之间, 参见表 10

51 6 受弯构件 局部承压强度 分布长度宜按式 ( ) 计算, 也可采用简化式即原规范计算 轨道上作用轮压, 压力穿过具有抗弯刚度的轨道向梁腹板内扩散, 式正确地反映了轨道抗弯刚度越大, 扩散的范围越大, 下部腹板越薄 ( 即下部越软弱 ), 则扩散的范围越大规律 轨道绕自身形心轴 梁上翼缘绕翼缘中面的惯性矩 (mm 4 )

52 6 受弯构件 不验算稳定的条件 : 与楼板相连的梁 ( 同 2003) 满足一定的构造要求 ( 只针对箱型, 同 2003) 去掉 H 型截面不算稳定的构造要求 当简支梁仅腹板与相邻构件相连, 钢梁稳定性计算时侧向支承点距离应取实际距离的 1.2 倍

53 6 受弯构件 支座承担负弯矩且梁顶有混凝土楼板时, 框架梁下翼缘的稳定性计算应符合下列规定 : 1 当时, 可不计算框架梁下翼缘的稳定性 2 当不满足第 1 款时, 框架梁下翼缘的稳定性应计算 当不满足 1 2 款时, 在侧向未受约束的受压翼缘区段内, 应设置隅撑或沿梁长设间距不大于 2 倍梁高与梁等宽的横向加劲肋 腹板局部稳定 03 钢规 153

54 6 受弯构件 腹板开孔梁应满足整体稳定及局部稳定要求, 并应进行下列计算 : 实腹及开孔截面处的受弯承载力验算 ; 开孔处顶部及底部 T 形截面受弯剪承载力验算 具体计算可以参考 : 钢结构设计与计算 ( 第 2 版 )( 包头钢铁设计研究总院 中国钢结构协会房屋建筑钢结构协会编著 ) 英国 :Engineers Design Guide:Cellular Beams 美国 :Steel Design Guide Series 2 前苏联 钢结构设计规范 СНИПⅡ 等文献

55 6 受弯构件 腹板开孔梁, 当孔型为圆形或矩形时, 应符合下列规定 ( 主要参考美国钢结构标准节点构造大样 ): 圆孔直径不宜大于梁高的 0.70 倍, 矩形孔高度不宜大于梁高的 0.50 倍, 矩形孔长度不宜大于梁高及 3 倍孔高 相邻圆孔边缘间的距离不宜小于梁高的 0.25 倍, 矩形孔与相邻孔的距离不宜小于梁高及矩形孔长度 开孔处梁上下 T 形截面高度均不宜小于梁高的 0.15 倍, 矩形孔口上下边缘至梁翼缘外皮的距离不宜小于梁高的 0.25 倍 开孔长度 ( 或直径 ) 与 T 形截面高度的比值不宜大于 12 不应在距梁端相当于梁高范围内设孔, 抗震设防的结构不应在隅撑与梁柱连接区域范围内设孔

56 6 受弯构件 开孔腹板补强宜符合下列规定 : 圆形孔直径小于或等于 1/3 梁高时, 可不予补强 大于 1/3 梁高时, 可用环形加劲肋加强 (a), 也可用套管 (b) 或环形补强板加强 (c) 腹板开孔梁材料的屈服强度不应大于 420N/mm 2

57 6 受弯构件 梁的构造要求 当弧曲杆沿弧面受弯时宜设置加劲肋, 在强度和稳定 计算中应考虑其影响 弧曲杆受弯时, 上下翼缘产生平面外应力, 对于圆弧, 其值和曲率半径成反比, 未设置加劲肋时, 由梁腹板承受其产生的拉力或压力, 设置加劲肋后则由加劲肋和梁腹板共同承担 翼缘除原有应力外, 还应考虑其平面外应力, 按三边支承板计算

58 7 轴心受力构件 截面强度计算 除采用高强度螺栓摩擦型连接者外毛截面屈服净截面断裂 净截面的平均应力达到抗拉强度,Q235 Q345 Q390 Q420 钢屈强比小于 0.8, 钢规 03 用 f 一般偏安全,Q460 钢屈强比高于 0.8 应用 0.7f u, 对于 Q235 和 Q345 钢, 可以节约钢材 采用高强度螺栓摩擦型连接构件 1 当构件为沿全长都有排列较密螺栓的组合构件时 2 除外, 毛截面强度净截面断裂

59 7 轴心受力构件 截面强度计算 轴心受拉构件和轴心受压构件, 当其组成板件在节点或拼接处并非全部直接传力时, 应对危险截面的面积乘以有效截面系数 有效截面系数是考虑杆端非全部直接传力造成的剪切滞后和截面上正应力分布不均匀的影响

60 7 轴心受力构件 稳定性计算 截面分类 a* 类含义为 Q345 Q390 Q420 和 Q460 钢取 a 类, Q235 钢取 b 类 ;b* 类含义为 Q345 Q390 Q420 和 Q460 钢取 b 类,Q235 钢取 c 类 b 类 b 类 b 类 b 类 热轧型钢的残余应力峰值和钢材强度无关, 它的不利影响随钢材强度的提高而减弱, 因此, 对屈服强度达到和超过 345MPa 的的 H 型钢和等边角钢的 φ 系数可提高一类采用

61 7 轴心受力构件 稳定性计算 双轴对称十字形截面板件宽厚比不超过 15ε k 者, 可不计算扭转屈曲 等边单角钢轴心受压构件当绕两主轴弯曲的计算长度相等时, 可不计算弯扭屈曲 计算分析和试验都表明, 等边单角钢轴压构件当两端铰支且没有中间支点时, 绕强轴弯扭屈曲的承载力总是高于绕弱轴弯曲屈曲承载力

62 7 轴心受力构件 稳定性计算 绕对称轴的换算长细比 λ yz 简化公式表达方式上作了改变

63 7 轴心受力构件 稳定性计算 增加了截面无对称轴构件弯扭屈曲换算长细比的计算公式和不等边单角钢的简化公式 缀板柱的分肢长细比不应大于 40ε k 增加了梭形钢管柱 空间多肢钢管梭形格构柱整体稳定性计算

64 7 轴心受力构件 计算长度和容许长细比 补充了钢管桁架构件的计算长度系数 上端与梁或桁架铰接且不能侧向移动的轴心受压柱, 计算长度系数应根据柱脚构造情况采用, 对铰轴柱脚应取 1.0, 对底板厚度不小于柱翼缘厚度 2 倍的平板支座柱脚可取为 0.8 由侧向支撑分为多段的柱, 当各段长度相差 10% 以上时, 宜考虑两段的相互约束关系

65 7 轴心受力构件 局部稳定计算 板件宽厚比要求基本按原规范 由于高强度角钢应用需要, 增加了等边角钢肢的宽厚比限值 不等边角钢没有对称轴, 失稳时总是呈弯扭屈曲, 稳定计算包含了肢件宽厚比影响, 不再对局部稳定作出规定 当轴心受压构件的压力小于稳定承载力 φaf 时, 可将其板件宽厚比限值乘以放大系数 给出了轴心受压构件 H 形 工字形 箱形和单角钢截面高厚比不满足要求时的有效截面

66 7 轴心受力构件 轴心受压构件的支撑 单边连接的单角钢 强度设计值应乘以折减系数

67 8 拉弯 压弯构件 截面强度计算 补充了圆形截面拉弯构件和压弯构件的计算 稳定性计算 原规范对等效弯矩系数的规定不够细致, 大多偏于安全, 引进参数 N/N cr 提高系数的精度 原规范对采用二阶内力分析时 β mx 系数的规定不够恰当, 进行了必要的改正 β tx 两端支承的构件段取其中央 1/3 范围内的最大弯矩与全段最大弯矩之比, 但不小于 0.5; 悬臂段取 1.0

68 8 拉弯 压弯构件 稳定性计算 无侧移框架柱和两端支承的构件 : 无端弯矩但有横向荷载作用时, 跨中单个集中荷载全跨均布荷载 : 端弯矩和横向荷载同时作用时

69 8 拉弯 压弯构件 稳定性计算

70 8 拉弯 压弯构件 稳定性计算 弯矩绕虚轴作用的格构式整体稳定性计算进行了修改, 原公式是承载力的上限, 尤其不适用 φx 0.8 的格构柱

71 8 拉弯 压弯构件 框架柱的计算长度 增加了无支撑框架和有支撑框架计算长度系数的简化公式 ; 改进了强弱支撑框架的分界准则和强支撑框架柱稳定系数计算公式, 考虑到不推荐采用弱支撑框架, 取消了弱支撑框架柱稳定系数的计算公式 框架应分为无支撑框架和有支撑框架 当采用二阶弹性分析方法计算内力且在每层柱顶附加考虑假想水平力 H ni 时, 框架柱的计算长度系数 1.0

72 8 拉弯 压弯构件 框架柱的计算长度 单层厂房框架下端刚性固定的带牛腿等截面柱在框架平面内的计算长度应按下列公式确定 带牛腿的等截面柱属于变轴力的压弯构件 过去按照全柱都承受计算其稳定性, 偏于保守 给出了单层厂房框架下端刚性固定 上端与实腹梁刚接阶形柱时, 下段柱的计算长度系数 原规范的规定适用于重型厂房, 框架横梁均为桁架 因桁架线刚度较大, 与柱刚接时可视为无限刚性 现在中型框架也采用单阶钢柱, 但横梁为实腹钢梁, 其线刚度不及桁架 虽然实腹梁对单阶柱也提供一定的转动约束, 但还不到转角可以忽略的程度

73 8 拉弯 压弯构件 局部稳定和屈曲后强度 实腹压弯构件要求不出现局部失稳者, 其腹板高厚比 翼缘宽厚比应符合 S4 级截面要求 增加了屈曲后有效截面强度 稳定计算公式 承受次弯矩的桁架杆件 除本标准第 条第 3 款规定的结构外, 杆件截面为 H 形或箱形的桁架, 应计算节点刚性引起的弯矩

74 9 加劲钢板剪力墙 10 塑性及弯矩调幅设计 一般规定 宜用于不直接承受动力荷载的下列结构或构件 : 1 超静定梁 ; 2 由实腹构件组成的单层框架结构 ; 3 水平荷载作为主导可变荷载的荷载组合不控制构件截面设计的 2 层 ~6 层框架结构 ; 4 满足下列条件之一的框架 - 支撑 ( 剪力墙 核心筒等 ) 结构中框架部分 : 1) 结构下部 1/3 楼层的框架部分承担的水平力不大于该层总水平力 20%; 2) 支撑 ( 剪力墙 ) 系统能够承担所有水平力

75 11 连接 一般规定 焊缝质量等级参考了国家标准 钢结构焊接规范 GB 的第 条补充修改 焊接连接计算 给出了塞焊焊缝 圆孔或槽孔内焊缝抗剪计算方法, 在抗剪连接和防止板件屈曲的约束连接中有较多应用, 参照角焊缝的抗剪计算 当角焊缝焊缝计算长度 l w 超过 60h f 时, 超过部分可以不计, 现也可以焊缝的承载力设计值应乘以折减系数 并不小于 0.5

76 11 连接 焊缝连接构造要求 修订和补充, 与现行国家标准 钢结构焊接规范 GB 的规定保持一致 增加了塞焊 槽焊构造要求 焊缝的最小焊脚尺寸 直接承受动力荷载 : 不宜小于 5 mm 不直接承受动力荷载 角焊缝不宜将厚板焊接到较薄板上 断续角焊缝焊段的最小长度不应小于最小计算长度 ;

77 11 连接 紧固件连接计算 高强度螺栓摩擦型连接采用大圆孔或槽孔时应对受剪承载力进行折减 k 为孔型系数, 标准孔取 1.0; 大圆孔取 0.85; 内力与槽孔长向垂直时取 0.7; 内力与槽孔长向平行时取 0.6 据工程实践及相关研究, 修订调整了抗滑移系数, 使其最大值不超过 0.45

78 11 连接 紧固件连接计算 取消考虑到生赤锈程度很难规范也无检验标准 取消

79 11 连接 紧固件连接构造要求 对普通螺栓的孔径 d 0 做出补充规定, 并提出高强度螺栓摩擦 型连接可采用大圆孔和槽孔 值得注意的是, 只有采用标准孔时, 高强度螺栓摩擦型连接的极限状态可转变为承压型连接

80 11 连接 销轴连接 新增内容, 给出了销轴连接构造和承载力计算 现行国家标准 销轴 GB/T882 对公称直径 3mm~100mm 的销轴作了规定 结构工程中荷载较大时需要用到直径大于 100mm 的销轴, 目前没有标准的规格 也没有像精制螺栓这样的标准规定销轴的精度要求 设计人员在设计文件中应注明对销轴和耳板销轴孔精度 表面质量和销轴表面处理的要求 只能考虑单向的铰接销轴, 无法考虑面外

81 11 连接 钢管法兰连接构造 新增内容, 共 3 个条款 常见于电力设施

82 12 节点给出了典型钢结构节点的设计原则与设计方法 连接板节点 桁架节点板计算基本按原规范, 增加了多排螺栓应力扩散角

83 12 节点 连接板节点 垂直于杆件轴向设置的连接板或梁的翼缘采用焊接方式与工字形 H 形或其他截面的未设水平加劲肋的杆件翼缘相连, 形成 T 形接合时, 其母材和焊缝均应根据有效宽度进行强度计算 圆角半径 r 或焊脚尺寸 h f

84 12 节点 梁柱连接节点 节点域增加了受剪正则化宽厚比的控制 当横向加劲肋厚度不小于梁的翼缘板厚度时, 节点域的受剪正则化宽厚比 λ n,s 不应大于 0.8; 对单层和低层轻型建筑 λ n,s 不得大于 1.2

85 12 节点 梁柱连接节点 节点域的承载力应满足 考虑到节点域腹板不宜过薄, 故节点域 n,s 的上限取为 1.2 柱轴力较小对节点域受剪承载力的影响可略去

86 12 节点 梁柱连接节点 增加了对端板连接的梁柱刚性节点的规定 规定了端板连接节点的连接方式及对高强螺栓设计与施工方面的要求 铸钢节点 新增内容 可以采用第四强度理论进行节点极限承载力计算 点可采用有限元法确定其受力状态, 并可根据实际情况对其承载力进行试验验证 给出了尺寸构造要求

87 12 节点 预应力索节点 新增内容 主要对预应力索张拉节点 锚固节点与转折节点三种节点计算分析要点 构造要求以及施工性能做出了相关规定 支座 基本原有规范, 部分修改和补充 柱脚 主要给出了外露式 外包式 埋入式和插入式四种柱脚构造要求 与现行 高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ99 的有关规定相协调, 同时参考了国内相关试验研究以及多年来的工程实践总结

88 13 钢管连接节点 构造要求 新增了无加劲直接焊接节点不能满足承载能力要求时提高其承载力的方法 在节点区域采用管壁厚于杆件部分的钢管是有效方法之一, 也是便于制作的首选办法 也可以采用其他局部加强措施, 如 : 在主管内设实心的或开孔的横向加劲板 ; 在主管外表面贴加强板 ; 在主管内设置纵向加劲板 ; 在主管外周设环肋等

89 13 钢管连接节点 圆钢管直接焊接节点和局部加劲节点的计算 增加了平面 K 形搭接节点 平面 DY 形节点 平面 DK 形节点 平面 KT 形节点承载力设计值及 T Y X 形和有间隙的 K N 形 平面 KT 形节点的冲剪验算

90 13 钢管连接节点 圆钢管直接焊接节点和局部加劲节点的计算 补充了空间 TT 形和 KK 形节点的计算规定 增加了 KT 形圆管节点强度计算公式 新增无加劲直接焊接节点有弯矩的节点计算 空腹桁架 单层网壳等结构中存在 主管呈弯曲状的平面或空间圆管焊接节点, 当主管曲率半径 R 5m 且主管曲率半径 R 与主管直径 D 之比不小于 12 时, 研究表明, 无论主管轴线向内还是向外弯曲, 与直线状的主管节点相比, 受力性能没有大的差别, 节点极限承载力相差不超过 5%

91 13 钢管连接节点 圆钢管直接焊接节点和局部加劲节点的计算 主管为圆管 支管为方矩形管节点, 参考 Eurocode3-1-8 的规定给出相关计算公式 对 T(Y) X 或 K 形间隙节点及其他非搭接节点中焊缝承载力设计值进行了修改和补充 矩形钢管直接焊接节点和局部加劲节点的计算

92 13 钢管连接节点 矩形钢管直接焊接节点和局部加劲节点的计算 在原规范的基础上, 根据国内大学研究成果并结合国外资料, 增加了 KT 形矩形管节点的承载力设计公式, 弯矩及弯矩轴力组合作用下 T 形矩形管节点承载力设计公式

93 14 钢与混凝土组合梁 一般规定 有效翼缘宽度修改 b1 会较前规范更大, 对组合梁的验算结果更经济 借鉴欧洲规范 EC4 引入连续组合梁等效跨径, 对于简支组合梁, 取为简支组合梁的跨度 对于连续组合梁, 中间跨正弯矩区取为 0.6l, 边跨正弯矩区取为 0.8l,l 为组合梁跨度, 支座负弯矩区取为相邻两跨跨度之和的 20%(mm)

94 14 钢与混凝土组合梁 抗剪连接件的计算 调整剪跨区段 试验研究表明, 焊钉等柔性抗剪连接件具有很好的剪力重分布能力, 没有必要按照剪力图布置连接件, 这给设计和施工带来了极大的方便 以最大弯矩点和支座为界限划分区段, 并在每个区段内均匀布置连接件, 计算时应注意在各区段内混凝土翼板隔离体的平衡

95 14 钢与混凝土组合梁 负弯矩区裂缝宽度计算新增内容 负弯矩区段混凝土最大裂缝宽度 w max 应按现行 混凝土结构设计规范 GB 的规定按轴心受拉构件进行计算, 其值不得大于现行国家标准 混凝土结构设计规范 GB 所规定的限值 给出了开裂截面纵向受拉钢筋的应力计算公式 纵向抗剪计算新增内容

96 15 钢管混凝土柱及节点新增章节, 包括矩形钢管混凝土柱 圆钢管混凝土柱以及梁柱连接节点, 主要给出了构造要求

97 16 疲劳计算及防脆断设计 疲劳计算 在结构使用寿命期间, 当常幅疲劳或变幅疲劳的最大应力幅符合下列公式时, 则疲劳强度满足要求 低于疲劳截止限 10 8 的应力幅一般不会导致疲劳破坏 板厚或直径修正系数

98 16 疲劳计算及防脆断设计 疲劳计算

99 16 疲劳计算及防脆断设计 疲劳计算

100 16 疲劳计算及防脆断设计 疲劳计算

101 16 疲劳计算及防脆断设计 疲劳计算

102 16 疲劳计算及防脆断设计 疲劳计算

103 16 疲劳计算及防脆断设计 疲劳计算

104 16 疲劳计算及防脆断设计 疲劳计算 原来的类别 1 和 2 保持不变, 即为现在的类别 Z1 和 Z2 原来的类别 分别放入到最接近现在的类别 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z10 中, 在 N= 时的新老容许应力幅的差别均在 5% 以内, 在工程上可以接受 原来针对角焊缝疲劳计算的类别 8, 放入到现在的类别 J1

105 16 疲劳计算及防脆断设计 疲劳计算 当常幅疲劳计算不能满足疲劳截止限的应力幅, 应进行疲劳计算 : 原规范 常幅疲劳计算为了与变幅疲劳计算相协调和合理衔接, 国际上研究表明, 对变幅疲劳问题, 低应力幅在高周循环阶段的疲劳损伤程度有所较低

106 16 疲劳计算及防脆断设计 疲劳计算

107 16 疲劳计算及防脆断设计 疲劳计算 当变幅疲劳的计算

108 17 钢结构抗震性能化设计 一般规定

109 18 钢结构防护 抗火设计 防火保护的具体措施, 如防火涂料类型 涂层厚度等, 应根据相应规范进行抗火设计确定 ( 建筑钢结构防火技术规范 GB51249 进行抗火性能验算 ), 保证构件的耐火时间达到规定的设计耐火极限要求 在钢结构设计文件中, 应注明结构的设计耐火等级, 构件的设计耐火极限 所需要的防火保护措施及其防火保护材料的性能要求 等效热传导系数或防火保护层的等效热阻 防火保护层的厚度 防火保护的构造 防火保护材料的使用年限等 构件采用防火涂料进行防火保护时, 其高强度螺栓连接处的涂层厚度不应小于相邻构件的涂料厚度

110 18 钢结构防护 防腐蚀设计 删除了原规范第 条中关于防腐蚀方案和除锈等级等内容的简单规定, 作另行规定 防腐蚀方案 : 防腐蚀涂料 ; 各种工艺形成的锌 铝等金属保护层 ; 阴极保护措施 ; 采用耐候钢 或其组合 一般钢结构防腐蚀设计年限不宜低于 5 年 ; 重要结构不宜低于 15 年 表面原始锈蚀等级为 D 级的钢材不应用作结构钢 ( 涂覆涂料 前钢材表面处理表面清洁度的目视评定 GB/T8923) 由于存在一些深入钢板内部的点蚀, 这些点蚀还会进一步锈蚀, 影响钢结构强度

111 18 钢结构防护 防腐蚀设计 在钢结构设计文件中应注明防腐蚀方案, 如采用涂 ( 镀 ) 层方案, 须注明所要求的钢材除锈等级和所要用的涂料 ( 或镀层 ) 及涂 ( 镀 ) 层厚度, 并注明使用单位在使用过程中对钢结构防腐蚀进行定期检查和维修的要求, 建议制订防腐蚀维护计划

112 18 钢结构防护 隔热 持续高温下结构钢的力学性能与火灾高温下结构钢的力学性能也不完全相同, 主要体现在蠕变和松弛上 高温环境下的钢结构温度超过 100 度时, 应进行结构温度作用验算, 并应根据不同情况采取防护措施

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