Microsoft Word - 《钢结构设计规范》（条文说明）征求意见稿

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1 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 钢 结 构 设 计 规 范 Code for design of steel structure 条 文 说 明 ( 征 求 意 见 稿 ) 01 年 6 月 1

2 目 次 1 总 则... 1 术 语 和 符 号....1 术 语.... 符 号... 3 基 本 设 计 规 定 设 计 原 则 荷 载 和 作 用 结 构 或 构 件 变 形 的 规 定 构 件 截 面 类 别 钢 结 构 抗 震 设 计 制 作 和 安 装 结 构 体 系 一 般 规 定 单 层 钢 结 构 多 高 层 钢 结 构 大 跨 度 钢 结 构 材 料 和 材 料 选 用 钢 材 牌 号 及 标 准 连 接 材 料 型 号 及 标 准 材 料 选 用 设 计 指 标 和 设 计 参 数 结 构 分 析 与 稳 定 性 设 计 一 般 规 定 一 阶 弹 性 分 析 与 设 计 二 阶 弹 性 分 析 与 设 计 直 接 分 析 设 计 法 受 弯 受 剪 和 受 扭 构 件 的 计 算 及 梁 的 设 计 受 弯 受 剪 构 件 的 强 度... 9

3 7. 受 弯 构 件 的 整 体 稳 定 受 扭 构 件 的 强 度 及 整 体 稳 定 局 部 稳 定 腹 板 开 孔 梁 组 合 梁 腹 板 考 虑 屈 曲 后 强 度 的 计 算 对 吊 车 梁 和 吊 车 桁 架 ( 或 类 似 结 构 ) 的 要 求 梁 的 构 造 要 求 轴 心 受 力 构 件 的 计 算 和 桁 架 杆 件 的 设 计 截 面 强 度 计 算 轴 压 构 件 的 稳 定 性 计 算 实 腹 轴 压 构 件 的 局 部 稳 定 和 屈 曲 后 强 度 桁 架 及 支 撑 的 计 算 长 度 和 允 许 长 细 比 轴 压 构 件 的 支 撑 桁 架 和 塔 架 杆 件 的 特 殊 问 题 预 应 力 压 杆 拉 弯 构 件 压 弯 构 件 的 计 算 和 柱 的 设 计 截 面 强 度 计 算 构 件 的 稳 定 性 计 算 柱 的 计 算 长 度 压 弯 构 件 的 局 部 稳 定 和 屈 曲 后 强 度 柱 身 的 构 造 要 求 钢 板 剪 力 墙 一 般 规 定 非 加 劲 钢 板 剪 力 墙 的 计 算 加 劲 钢 板 剪 力 墙 的 计 算 构 造 要 求 塑 性 调 幅 设 计 一 般 规 定 构 件 的 计 算 容 许 长 细 比 和 构 造 要 求

4 1 连 接 一 般 规 定 焊 缝 连 接 构 造 要 求 焊 缝 连 接 计 算 紧 固 件 连 接 构 造 要 求 紧 固 件 连 接 计 算 节 点 一 般 规 定 连 接 板 节 点 梁 柱 连 接 节 点 销 轴 连 接 铸 钢 节 点 预 应 力 索 节 点 支 座 柱 脚 钢 管 连 接 节 点 一 般 规 定 构 造 要 求 圆 钢 管 直 接 焊 接 节 点 和 局 部 加 劲 节 点 的 计 算 矩 形 钢 管 直 接 焊 接 节 点 和 局 部 加 劲 节 点 的 计 算 法 兰 连 接 计 算 无 加 劲 钢 管 直 接 焊 接 节 点 刚 度 判 别 与 钢 管 桁 架 计 算 模 型 钢 与 混 凝 土 组 合 梁 一 般 规 定 组 合 梁 设 计 抗 剪 连 接 件 的 计 算 挠 度 计 算 负 弯 矩 区 裂 缝 宽 度 计 算 纵 向 抗 剪 计 算 构 造 要 求

5 16 钢 管 混 凝 土 组 合 柱 及 节 点 一 般 规 定 矩 形 钢 管 混 凝 土 柱 设 计 圆 钢 管 混 凝 土 柱 设 计 钢 管 混 凝 土 柱 梁 连 接 节 点 设 计 疲 劳 计 算 及 防 脆 断 设 计 一 般 规 定 疲 劳 计 算 构 造 要 求 防 脆 断 设 计 钢 结 构 构 件 和 节 点 抗 震 设 计 一 般 规 定 抗 震 构 件 节 点 抗 震 设 计 屈 曲 约 束 支 撑 钢 结 构 防 护 抗 火 设 计 防 腐 蚀 设 计 隔 热 附 录 C 结 构 的 位 移 容 许 值 附 录 E 简 支 梁 悬 臂 梁 的 弹 性 屈 曲 临 界 弯 矩 附 录 J 钢 板 剪 力 墙 的 内 力 分 析 J.1 非 加 劲 钢 板 剪 力 墙 结 构 J. 加 劲 钢 板 剪 力 墙 结 构 附 录 K 设 置 加 劲 的 钢 板 剪 力 墙 的 弹 性 屈 曲 临 界 应 力 K.3 同 时 设 置 水 平 和 竖 向 加 劲 肋 的 钢 板 剪 力 墙 附 录 L 塑 性 设 计 的 弹 塑 性 分 析 附 录 N 钢 与 混 凝 土 组 合 梁 的 疲 劳 验 算

6 1 总 则 本 条 沿 用 003 版 的 本 次 修 订 根 据 多 年 来 的 工 程 经 验 和 研 究 成 果, 同 时 总 结 003 版 规 范 的 应 用 情 况 和 存 在 的 问 题, 对 部 分 内 容 进 行 了 补 充 和 调 整, 使 钢 结 构 规 范 从 构 件 规 范 成 为 真 正 的 结 构 规 范, 切 实 指 导 设 计 人 员 的 钢 结 构 设 计, 并 为 合 理 的 钢 结 构 规 范 体 系 的 完 善 奠 定 基 础 本 次 规 范 调 整 较 大, 增 加 了 结 构 体 系 结 构 分 析 与 稳 定 性 设 计 钢 剪 力 墙 板 钢 管 混 凝 土 柱 及 节 点 钢 结 构 构 件 及 节 点 的 抗 震 设 计 钢 结 构 抗 扭 设 计 框 架 梁 整 体 稳 定 等 方 面 内 容, 引 入 了 Q345GJ Q460 等 钢 材, 补 充 完 善 了 材 料 及 材 料 选 用 各 种 钢 结 构 构 件 及 节 点 的 承 载 力 极 限 设 计 方 法 调 幅 设 计 法 钢 结 构 防 护 等 方 面 内 容 本 次 修 订 力 求 实 现 房 屋 铁 路 公 路 港 口 和 水 利 水 电 工 程 钢 结 构 共 性 技 术 问 题 设 计 方 法 的 统 一 1.0. 本 条 沿 用 003 版 的 1.0. 本 规 范 设 计 原 则 适 用 于 工 业 与 民 用 房 屋 和 一 般 构 筑 物 的 钢 结 构 设 计, 除 特 别 注 明 外, 其 中 构 件 和 节 点 设 计 不 适 用 于 冷 弯 成 型 钢 材 制 作 的 构 件 和 节 点 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 1.0.3, 对 于 荷 载 和 抗 震 方 面 规 范 的 规 定 抽 象 化 后 纳 入 本 规 范 的 规 定 本 规 范 依 据 工 程 结 构 和 建 筑 结 构 的 可 靠 性 统 一 标 准 修 订, 是 基 于 现 阶 段 钢 结 构 设 计 的 成 熟 做 法 和 对 钢 结 构 承 载 能 力 和 正 常 使 用 的 最 低 要 求 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 对 有 特 殊 设 计 要 求 ( 如 抗 震 设 防 要 求 防 火 设 计 要 求 等 ) 和 在 特 殊 情 况 下 的 钢 结 构 ( 如 高 耸 结 构 板 壳 结 构 特 殊 构 筑 物 以 及 受 有 高 温 高 压 或 强 烈 侵 蚀 作 用 的 结 构 ) 尚 应 符 合 国 家 现 行 有 关 专 门 规 范 的 规 定 另 外, 本 规 范 与 相 关 的 标 准 规 范 间 有 一 定 的 分 工 和 衔 接, 执 行 时 尚 应 符 合 相 关 标 准 规 范 的 规 定 1

7 术 语 和 符 号.1 术 语 本 次 修 订 根 据 现 行 国 家 标 准 工 程 结 构 设 计 基 本 术 语 和 通 用 符 号 GBJ13 建 筑 结 构 设 计 术 语 和 符 号 标 准 GB/T 并 结 合 本 规 范 的 具 体 情 况 进 行 部 分 修 改, 删 除 了 原 规 范 中 关 于 荷 载 等 方 面 的 术 语, 具 体 有 : 强 度 承 载 能 力 强 度 标 准 值 强 度 设 计 值 强 支 撑 框 架 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 : 钢 结 构 框 架 支 撑 结 构 蜂 窝 梁 构 件 杆 件 钢 板 剪 力 墙 钢 管 混 凝 土 柱 消 能 梁 段 中 心 支 撑 框 架 偏 心 支 撑 框 架 屈 曲 约 束 支 撑 抗 震 构 件 及 节 点 非 抗 震 构 件 及 节 点 关 键 构 件 关 键 节 点 钢 材 名 义 屈 服 强 度. 符 号 基 本 沿 用 了 钢 结 构 设 计 规 范 GB 的 符 号, 只 列 出 常 用 的 符 号, 并 且 对 其 中 部 分 符 号 进 行 了 修 改, 以 求 与 国 际 通 用 符 号 保 持 一 致 对 于 其 他 不 常 用 的 符 号, 规 范 条 文 及 说 明 中 已 进 行 解 答 增 加 了 符 号 f yk, f yk 与 f y的 使 用 原 则 为 : 进 行 判 定, 采 用 f yk; 进 行 计 算, 采 用 f y

8 3 基 本 设 计 规 定 3. 1 设 计 原 则 本 条 为 新 增 内 容 为 满 足 建 筑 方 案 的 要 求 并 从 根 本 上 保 证 结 构 安 全, 设 计 内 容 除 构 件 设 计 外 还 应 包 括 整 个 结 构 体 系 的 设 计 本 次 修 订 补 充 有 关 钢 结 构 设 计 的 基 本 要 求, 包 括 结 构 方 案 材 料 选 择 内 力 分 析 截 面 设 计 连 接 构 造 耐 久 性 施 工 要 求 抗 震 设 计 等 3.1. 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 3.1. 本 规 范 继 续 延 用 GB 规 范 采 用 的 以 概 率 理 论 为 基 础 的 极 限 状 态 设 计 方 法 并 以 应 力 表 达 式 的 分 项 系 数 设 计 表 达 式 进 行 设 计 计 算 承 载 能 力 极 限 状 态 可 理 解 为 结 构 或 构 件 发 挥 允 许 的 最 大 承 载 功 能 的 状 态 结 构 或 构 件 由 于 塑 性 变 形 而 使 其 几 何 形 状 发 生 显 著 改 变, 虽 未 到 达 最 大 承 载 能 力, 但 已 彻 底 不 能 使 用, 也 属 于 达 到 这 种 极 限 状 态 正 常 使 用 极 限 状 态 可 理 解 为 结 构 或 构 件 达 到 使 用 功 能 上 允 许 的 某 个 限 值 的 状 态 例 如 某 些 结 构 必 须 控 制 变 形 裂 缝 才 能 满 足 使 用 要 求, 因 为 过 大 的 变 形 会 造 成 房 屋 内 部 粉 刷 层 剥 落, 填 充 墙 和 隔 断 墙 开 裂, 以 及 屋 面 积 水 等 后 果, 过 大 的 裂 缝 会 影 响 结 构 的 耐 久 性, 同 时 过 大 的 变 形 或 裂 缝 也 会 使 人 们 在 心 理 上 产 生 不 安 全 感 觉 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 3.1.3, 增 加 补 充 规 定 : 可 以 根 据 实 际 情 况 调 整 构 件 的 安 全 等 级 对 破 坏 后 将 产 生 严 重 后 果 的 重 要 构 件 和 关 键 传 力 部 位, 宜 适 当 提 高 其 安 全 等 级 ; 对 一 般 结 构 中 的 次 要 构 件 及 可 更 换 构 件, 可 根 据 具 体 情 况 适 当 降 低 其 重 要 性 系 数 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 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 为 新 增 内 容 本 条 为 新 增 内 容, 和 现 行 国 家 标 准 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 一 致 本 条 为 新 增 内 容 在 各 种 偶 然 作 用 ( 罕 遇 自 然 灾 害 人 为 过 失 及 灾 害 ) 下, 结 构 应 能 保 证 必 要 的 鲁 棒 性 本 次 修 订 对 倒 塌 可 能 引 起 严 重 后 果 的 重 要 结 构, 增 加 了 防 连 续 倒 塌 的 设 计 要 求 本 条 沿 用 003 版 的

9 3.1.1 本 条 为 003 版 的 内 容 的 扩 展 钢 结 构 设 计 对 钢 结 构 工 程 的 造 价 和 质 量 产 生 了 决 定 性 的 影 响, 因 此 应 考 虑 制 作 运 输 和 安 装 的 便 利 性 和 经 济 性, 比 如 结 构 运 送 单 元 的 划 分, 除 应 考 虑 结 构 设 计 的 受 力 条 件 外, 尚 应 注 意 经 济 合 理, 便 于 运 输 堆 放 和 易 于 拼 装 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 条 提 出 在 设 计 文 件 ( 如 图 纸 和 材 料 订 货 单 等 ) 中 应 注 明 的 一 些 事 项, 这 些 事 项 都 与 保 证 工 程 质 量 密 切 相 关 其 中 钢 材 的 牌 号 应 与 有 关 钢 材 的 现 行 国 家 标 准 或 其 他 技 术 标 准 相 符 ; 对 钢 材 性 能 的 要 求, 凡 我 国 钢 材 标 准 中 各 牌 号 能 基 本 保 证 的 项 目 可 不 再 列 出, 只 提 附 加 保 证 和 协 议 要 求 的 项 目 3. 荷 载 和 作 用 3..1 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 3..1, 取 消 原 注, 即 对 支 承 轻 屋 面 的 构 件 或 结 构 不 再 作 出 特 殊 的 规 定 3.. 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 8.1.5, 增 加 了 对 于 温 度 作 用 的 原 则 性 规 定 和 门 式 刚 架 轻 型 房 屋 温 度 区 段 的 规 定 3..6 本 条 为 新 增 内 容 3. 3 结 构 或 构 件 变 形 的 规 定 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 3.5.1, 结 构 变 形 限 值 与 结 构 体 系 密 切 相 关, 该 部 分 内 容 见 本 规 范 附 录 C 3.3. 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 构 件 截 面 类 别 本 条 为 新 增 内 容 1 对 于 受 弯 及 压 弯 构 件 根 据 局 部 屈 曲 制 约 截 面 承 载 力 和 转 动 能 力 的 程 度, 设 计 截 面 分 为 A B C D E 共 5 级 A 级, 塑 性 设 计 截 面 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 B 级, 塑 性 屈 服 强 度 截 面 可 达 全 截 面 塑 性, 但 由 于 局 部 屈 曲, 塑 性 铰 的 转 动 能 力 有 限 4

10 C 级, 部 分 塑 性 开 展 的 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 D 级, 弹 性 屈 服 强 度 截 面 即 边 缘 纤 维 屈 服 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 E 级, 超 屈 曲 设 计 截 面 在 边 缘 纤 维 达 屈 服 应 力 前, 腹 板 可 能 发 生 局 部 屈 曲 对 于 轴 压 构 件 应 根 据 地 震 作 用 下 是 否 屈 曲 选 择 压 杆 截 面 等 级 3 A B 级 梁 柱 腹 板 宽 厚 比 限 值 和 现 行 国 家 规 范 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 一 致 4 当 腹 板 板 件 宽 厚 比 不 满 足 表 规 定 时, 可 降 低 构 件 截 面 类 别, 或 采 用 原 类 别, 腹 板 采 用 设 置 加 劲 板 的 方 式 满 足 构 件 延 性 要 求 3. 5 钢 结 构 抗 震 设 计 本 条 为 新 增 内 容, 近 年 来, 随 着 国 家 经 济 形 势 的 变 化, 钢 结 构 的 应 用 急 剧 增 加, 结 构 形 式 日 益 丰 富, 不 同 的 结 构 体 系 和 截 面 特 性 的 钢 结 构, 彼 此 间 的 结 构 延 性 差 异 较 大, 现 行 国 家 标 准 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 的 各 种 规 定 针 对 的 是 结 构 延 性 与 混 凝 土 类 似 的 钢 结 构 ( 王 广 军 抗 震 规 范 中 结 构 影 响 系 数 C 的 应 用 及 变 迁 ), 为 贯 彻 国 家 提 出 的 鼓 励 用 钢 合 理 用 钢 的 经 济 政 策, 根 据 现 行 国 家 标 准 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 规 定 的 抗 震 设 计 原 则, 在 计 算 抗 震 构 件 和 节 点 的 地 震 作 用 标 准 值 的 效 应 时, 本 规 范 按 照 不 同 的 结 构 延 性 构 件 及 节 点 规 定 了 相 应 的 调 整 系 数 3.5. 本 条 为 新 增 内 容 根 据 现 行 国 家 标 准 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 的 规 定, 计 算 地 震 作 用 标 准 值 效 应 时, 应 乘 相 应 的 增 大 系 数 或 调 整 系 数 本 条 参 考 日 本 EC8 及 建 筑 工 程 抗 震 性 态 设 计 通 则 等 的 规 定, 根 据 结 构 体 系 截 面 类 别 等 决 定 结 构 延 性 的 因 素, 确 定 构 件 的 增 大 系 数 或 调 整 系 数 钢 结 构 关 键 构 件 和 节 点, 可 根 据 下 列 原 则 确 定 : 1 通 过 增 加 其 承 载 力 保 证 结 构 预 定 传 力 途 径 的 构 件 和 节 点 ; 关 键 传 力 部 位 ; 3 薄 弱 部 位 本 条 为 新 增 内 容 钢 材 具 有 高 强 度 和 高 延 性 的 优 良 性 能 结 构 延 性 与 构 件 节 点 的 延 性 及 结 构 的 破 坏 路 径 直 接 相 关, 因 而 考 虑 了 高 延 性 节 点 构 造 高 延 性 塑 性 区 截 面 预 定 的 结 构 破 坏 路 径 的 高 延 性 结 构 具 有 更 好 的 抗 震 性 能 钢 结 构 抗 震 设 计 可 遵 循 高 延 性 - 低 弹 性 承 载 力 和 低 延 性 - 高 弹 性 承 载 力 两 类 思 路 进 行, 即 钢 结 构 抗 震 设 计 可 根 据 其 结 构 和 节 点 的 延 性 水 平 来 决 定 结 构 静 力 设 计 的 弹 性 抗 力 水 平 5

11 和 EC8 中 当 性 能 系 数 q = 1.5时 无 需 满 足 任 何 附 加 要 求 及 ANSI/AISC ( 美 国 建 筑 钢 结 构 设 计 规 范 ) 中 地 震 响 应 修 正 系 数 R 大 于 3 时 才 需 符 合 抗 震 设 计 的 规 定 类 似, 明 确 了 可 不 符 合 现 行 国 家 标 准 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 中 涉 及 延 性 的 各 种 计 算 和 规 定 的 构 件 与 节 点 的 范 围, 对 于 安 全 可 靠 地 降 低 钢 结 构 的 造 价 及 促 进 高 强 钢 的 应 用 都 有 着 重 要 作 用 本 条 为 新 增 内 容 根 据 材 料 调 研 结 果 显 示, 我 国 钢 材 平 均 屈 服 强 度 是 名 义 屈 服 强 度 的 1. 倍, 离 散 性 很 大, 为 了 避 免 塑 性 铰 发 生 在 非 预 期 部 位, 规 定 了 塑 性 耗 能 区 钢 材 实 际 屈 服 强 度 上 限 由 于 超 强 系 数 取 值 太 高, 会 增 加 结 构 的 用 钢 量 ; 太 低, 则 现 有 钢 材 合 格 率 太 低, 综 合 权 衡, 采 用 了 1.5; 而 GJ 类 牌 号 钢 材 本 身 屈 服 强 度 标 准 值 就 为 其 屈 服 强 度 上 限, 故 将 其 排 除 在 外 现 行 国 家 标 准 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 里 规 定 的 材 料 要 求, 应 该 是 对 加 工 后 构 件 的 要 求, 由 于 我 国 目 前 很 多 型 材 的 材 质 报 告, 给 出 的 是 型 材 加 工 前 的 钢 材 特 性, 因 此, 本 规 范 特 别 注 明 塑 性 耗 能 区 不 应 采 用 冷 成 型 钢 材 本 条 为 新 增 内 容, 非 塑 性 耗 能 区 在 罕 遇 地 震 作 用 下 仍 处 于 弹 性 设 计 阶 段, 因 此 可 降 低 对 材 料 屈 强 比 要 求 3. 6 制 作 和 安 装 本 条 为 新 增 内 容, 某 些 结 构 在 施 工 安 装 过 程 中 的 受 力 特 点 与 安 装 完 成 后 的 受 力 特 点 相 差 很 大, 如 预 应 力 结 构 大 跨 度 空 间 结 构 等 对 于 这 些 结 构, 应 进 行 施 工 工 况 的 验 算, 调 整 结 构 设 计, 并 确 定 施 工 方 法 与 施 工 措 施 安 装 顺 序 对 安 装 条 件 复 杂 的 钢 结 构 有 必 要 进 行 专 项 设 计, 必 要 时 应 进 行 专 家 评 审 确 定 3.6. 本 条 为 003 版 的 结 构 的 安 装 连 接 构 造, 除 应 考 虑 连 接 的 可 靠 性 外, 还 必 须 考 虑 施 工 方 便 1 根 据 连 接 的 受 力 和 安 装 误 差 情 况 分 别 采 用 C 级 螺 栓 焊 接 高 强 螺 栓 或 栓 焊 接 头 连 接 其 选 用 原 则 是 : 1) 凡 沿 螺 栓 杆 轴 方 向 受 拉 的 连 接 或 受 剪 力 较 小 的 次 要 连 接, 宜 用 C 级 螺 栓 ; ) 凡 安 装 误 差 较 大 的, 受 静 力 荷 载 或 间 接 受 动 力 荷 载 的 连 接, 可 优 先 选 用 焊 接 ; 或 者 栓 焊 连 接 ; 3) 凡 直 接 承 受 动 力 荷 载 的 连 接 或 高 空 施 焊 困 难 的 重 要 连 接, 均 宜 采 用 高 强 度 螺 栓 摩 擦 型 连 接 ; 或 者 栓 焊 连 接 ; 梁 或 桁 架 的 铰 接 支 承, 宜 采 用 平 板 支 座 直 接 支 于 柱 顶 或 牛 腿 上 6

12 3 当 梁 或 桁 架 与 柱 侧 面 连 接 时, 应 设 置 承 力 支 托 或 安 装 支 托 安 装 时, 先 将 构 件 放 在 支 托 上, 再 上 紧 螺 栓, 比 较 方 便 此 外, 这 类 构 件 的 长 度 不 能 有 正 公 差, 以 便 于 插 接, 承 力 支 托 的 焊 接, 计 算 时 应 考 虑 施 工 误 差 造 成 的 偏 心 影 响 4 除 特 殊 情 况 外, 一 般 不 采 用 铆 钉 连 接 7

13 4 结 构 体 系 4.1 一 般 规 定 本 条 是 钢 结 构 体 系 选 择 时 要 遵 循 的 基 本 原 则 结 构 体 系 的 选 择 不 只 是 单 一 的 结 构 受 力 问 题, 同 时 受 到 经 济 条 件 许 可 度 建 筑 要 求 结 构 材 料 和 施 工 条 件 的 制 约, 是 一 个 综 合 的 技 术 经 济 问 题, 应 全 面 考 虑 确 定 钢 结 构 材 料 性 能 的 优 越 性 给 结 构 设 计 提 供 了 更 多 的 自 由 度, 应 该 鼓 励 选 用 节 材 的 新 型 结 构 体 系 相 对 于 成 熟 结 构 体 系, 新 型 结 构 体 系 由 于 缺 少 实 践 检 验, 因 此 必 须 进 行 更 为 深 入 的 分 析, 必 要 时 结 合 试 验 研 究 4.1. 本 条 是 钢 结 构 体 系 布 置 时 要 遵 循 的 基 本 原 则, 这 些 原 则 也 适 于 钢 结 构 以 外 的 其 他 结 构 类 型, 其 中 第 4~5 条 对 于 钢 结 构 表 现 得 更 为 明 显 钢 结 构 由 于 材 料 强 度 高, 满 足 承 载 力 要 求 所 需 的 结 构 刚 度 相 对 较 小, 从 而 使 结 构 的 振 动 问 题 显 现 出 来, 主 要 包 括 活 载 引 起 的 楼 面 局 部 竖 向 振 动 和 大 悬 挑 体 块 的 整 体 竖 向 振 动 风 荷 载 作 用 下 超 高 层 结 构 的 水 平 向 振 动, 一 般 以 控 制 结 构 的 加 速 度 响 应 为 目 标 钢 结 构 本 身 的 自 重 较 小, 采 用 轻 质 隔 墙 轻 质 围 护 等 可 以 使 这 一 轻 质 的 优 势 充 分 发 挥 同 时, 隔 墙 对 刚 度 的 影 响 也 不 可 忽 略 基 于 地 震 作 用 的 不 确 定 性, 对 于 抗 震 设 防 结 构, 结 构 的 规 则 性 和 具 备 良 好 的 耗 能 能 力 显 得 特 别 重 要, 本 条 的 3 4 点 要 求 都 是 围 绕 耗 能 能 力 提 出 的 : 多 道 抗 震 防 线 可 以 在 第 一 道 防 线 屈 服 后 结 构 开 始 大 量 耗 能 时, 有 第 二 道 防 线 提 供 足 够 的 结 构 刚 度 ; 良 好 的 变 形 能 力 可 以 让 结 构 吸 收 和 耗 散 更 多 的 地 震 能 量 ; 加 强 可 能 的 薄 弱 部 位, 可 以 避 免 结 构 的 整 体 耗 能 能 力 由 于 局 部 构 件 的 先 期 过 度 破 坏 而 得 不 到 充 分 发 挥 ; 采 用 消 能 减 震 手 段, 可 以 通 过 设 置 ( 不 一 定 是 附 加, 也 可 为 替 换 构 件 ) 耗 能 装 置, 提 高 结 构 耗 能 能 力 结 构 的 刚 度 是 随 着 结 构 的 建 造 过 程 逐 渐 形 成 的, 荷 载 也 是 分 步 作 用 在 刚 度 不 断 变 化 的 结 构 上, 这 与 将 全 部 荷 载 一 次 施 加 在 最 终 成 形 结 构 上 进 行 受 力 分 析 的 结 果 有 一 定 的 差 异, 对 于 超 高 层 钢 结 构, 这 一 差 异 会 比 较 显 著 ; 对 于 大 跨 度 和 复 杂 空 间 钢 结 构, 特 别 是 非 线 性 效 应 明 显 的 索 结 构 和 预 应 力 钢 结 构, 不 同 的 结 构 安 装 方 式 会 导 致 结 构 刚 度 形 成 路 径 的 不 同, 进 而 影 响 结 构 最 终 成 形 时 的 内 力 和 变 形 结 构 分 析 中, 应 充 分 考 虑 这 些 因 素, 必 要 时 进 行 施 工 模 拟 分 析 4. 单 层 钢 结 构 4..1 排 架 和 门 式 刚 架 是 常 用 的 横 向 抗 侧 力 体 系, 对 应 的 纵 向 抗 侧 力 体 系 一 般 采 用 柱 间 支 8

14 撑 结 构, 当 条 件 受 限 时 纵 向 抗 侧 力 体 系 也 可 采 用 刚 架 结 构 当 采 用 框 架 作 为 横 向 抗 侧 力 体 系 时, 纵 向 抗 侧 力 体 系 通 常 采 用 刚 架 结 构 ( 包 括 有 支 撑 和 无 支 撑 情 况 ) 因 此 为 简 便 起 见, 将 单 层 钢 结 构 归 纳 为 由 横 向 抗 侧 力 体 系 和 纵 向 抗 侧 力 体 系 组 成 的 结 构 体 系 轻 型 钢 结 构 建 筑 和 普 通 钢 结 构 建 筑 没 有 严 格 的 定 义, 一 般 来 说, 轻 型 钢 结 构 建 筑 指 采 用 薄 壁 构 件 轻 型 屋 盖 和 轻 型 围 护 结 构 的 钢 结 构 建 筑 薄 壁 构 件 包 括 : 冷 弯 薄 壁 型 钢 热 轧 轻 型 型 钢 ( 工 字 钢 槽 钢 H 钢 L 钢 T 钢 等 ) 焊 接 和 高 频 焊 接 轻 型 型 钢 圆 管 方 管 矩 形 管 由 薄 钢 板 焊 成 的 构 件 等 ; 轻 型 屋 盖 指 压 型 钢 板 瓦 楞 铁 等 有 檩 屋 盖 ; 轻 型 围 护 结 构 包 括 : 彩 色 镀 锌 压 型 钢 板 夹 芯 压 型 复 合 板 玻 璃 纤 维 增 强 水 泥 (GRC) 外 墙 板 等 一 般, 轻 型 钢 结 构 的 截 面 类 别 为 E 级, 因 此 构 件 延 性 较 差, 但 由 于 质 量 较 小 的 原 因, 很 多 结 构 都 能 满 足 大 震 弹 性 的 要 求, 所 以, 本 规 范 专 门 把 轻 型 钢 结 构 的 归 类 从 普 通 钢 结 构 中 分 离, 使 设 计 人 员 概 念 清 晰, 既 能 避 免 一 些 不 必 要 的 抗 震 构 造, 达 到 节 约 造 价 的 目 的 ; 又 能 避 免 一 些 错 误 的 应 用, 防 止 工 程 事 故 的 发 生 除 了 轻 型 钢 结 构 以 外 的 钢 结 构 建 筑, 统 称 为 普 通 钢 结 构 建 筑 混 合 型 式 是 指 排 架 框 架 和 门 式 刚 架 的 组 合 型 式, 常 见 的 混 合 型 式 见 图 4..1 所 示 (a) 门 式 刚 架 和 框 架 (b) 排 架 和 框 架 (c) 门 式 刚 架 和 排 架 图 4..1 混 合 型 式 4.. 历 次 地 震 震 害 表 明, 不 等 高 多 跨 结 构 有 高 振 型 反 应, 不 等 长 多 跨 结 构 有 扭 转 效 应, 破 坏 较 重, 对 抗 震 不 利, 故 多 跨 结 构 宜 采 用 等 高 和 等 长 地 震 震 害 表 明, 在 地 震 作 用 下 防 震 缝 处 排 架 柱 的 侧 移 量 大, 当 有 毗 邻 建 筑 时, 相 互 碰 撞 或 变 位 受 约 束 的 情 况 严 重, 在 地 震 中 有 不 少 倒 塌 严 重 破 坏 等 加 重 震 害 的 实 例, 因 此, 在 防 震 缝 附 近 不 宜 布 置 毗 邻 建 筑 不 同 形 式 的 结 构, 振 动 特 性 不 同, 侧 移 刚 度 不 同, 在 地 震 作 用 下 往 往 由 于 荷 载 位 移 强 度 的 不 均 衡, 造 成 结 构 破 坏 4..3 为 保 证 屋 盖 的 水 平 力 可 靠 地 传 给 由 框 架 柱 和 柱 间 支 撑 组 成 的 空 间 稳 定 体 系, 在 屋 盖 设 有 横 向 水 平 支 撑 的 开 间 应 设 置 上 柱 柱 间 支 撑 4..4 唐 山 地 震 震 害 统 计 分 析 表 明, 屋 盖 的 震 害 破 坏 程 度 与 屋 盖 承 重 结 构 的 形 式 密 切 相 9

15 关, 根 据 实 际 震 害 经 验, 对 不 同 跨 度 的 屋 盖 给 出 了 适 用 的 承 重 结 构 型 式, 并 建 议 在 高 烈 度 (8 度 0.30g 和 9 度 ) 地 区 跨 度 大 于 4m 的 钢 结 构 建 筑, 不 采 用 重 量 大 的 大 型 屋 面 板 4.3 多 高 层 钢 结 构 本 节 所 列 结 构 类 型 仅 限 于 纯 钢 结 构 本 规 范 将 十 层 以 下 总 高 度 小 于 4m 的 民 用 建 筑 和 6 层 以 下 总 高 度 小 于 40m 的 工 业 建 筑 定 义 为 多 层 钢 结 构 ; 超 过 上 述 高 度 的 定 义 为 高 层 钢 结 构 其 中 民 用 建 筑 层 数 和 高 度 的 界 限 与 我 国 建 筑 防 火 规 范 相 协 调, 工 业 建 筑 一 般 层 高 较 高, 根 据 实 际 工 程 经 验 确 定 轻 型 框 架 和 轻 型 框 架 - 支 撑 钢 结 构 适 用 于 多 层 民 用 建 筑 和 楼 面 等 效 活 载 小 于 8KN/m 且 建 筑 高 度 小 于 0m 的 工 业 建 筑 框 - 排 架 结 构 型 式 可 分 为 侧 向 框 - 排 架 和 竖 向 框 - 排 架, 侧 向 框 - 排 架 由 排 架 和 框 架 侧 向 相 连 组 成, 分 为 等 高 和 不 等 高 的 情 况, 见 图 中 (a) 和 (b) 所 示, 竖 向 框 - 排 架 结 构 上 部 为 排 架 结 构, 下 部 为 框 架 结 构, 见 图 中 (c) 所 示 (a) (b) (c) 图 框 - 排 架 型 式 组 成 结 构 体 系 的 单 元 中, 除 框 架 的 形 式 比 较 明 确, 支 撑 剪 力 墙 筒 体 的 形 式 都 比 较 丰 富, 结 构 体 系 分 类 表 中 专 门 列 出 了 常 用 的 形 式 其 中 消 能 支 撑 一 般 用 于 中 心 支 撑 的 框 架 - 支 撑 结 构 中, 也 可 用 于 组 成 筒 体 结 构 的 普 通 桁 架 筒 或 斜 交 网 格 筒 中, 在 偏 心 支 撑 的 结 构 中 由 于 与 耗 能 梁 端 的 功 能 重 叠, 一 般 不 同 时 采 用 ; 斜 交 网 格 筒 是 全 部 由 交 叉 斜 杆 编 织 成, 可 以 提 供 很 大 的 刚 度, 在 广 州 电 视 塔 和 广 州 西 塔 等 400 米 以 上 结 构 中 已 有 应 用 ; 剪 力 墙 板 筒 国 内 已 有 的 实 例 是 以 钢 板 填 充 框 架 而 形 成 筒 体, 在 300 米 以 上 的 天 津 津 塔 中 应 用 筒 体 结 构 的 细 分 以 筒 体 与 框 架 间 或 筒 体 间 的 位 置 关 系 为 依 据 : 筒 与 筒 间 为 内 外 位 置 关 系 的 为 筒 中 筒 ; 筒 与 筒 间 为 相 邻 组 合 位 置 关 系 的 为 束 筒 ; 筒 体 与 框 架 组 合 的 为 框 筒, 又 可 进 一 步 分 为 传 统 意 义 上 抗 侧 效 率 最 高 的 外 周 为 筒 体 内 部 为 主 要 承 受 竖 向 荷 载 的 框 架 的 外 筒 内 框 结 构, 与 传 统 钢 筋 混 凝 土 框 筒 结 构 相 似 的 核 心 为 筒 体 周 边 为 框 架 的 外 框 内 筒 结 构, 以 及 多 个 筒 体 在 框 架 中 自 由 布 置 的 框 架 多 筒 结 构 10

16 巨 型 结 构 是 一 个 比 较 宽 泛 的 概 念, 当 竖 向 荷 载 或 水 平 荷 载 在 结 构 中 以 多 个 楼 层 作 为 其 基 本 尺 度 而 不 是 传 统 意 义 上 的 一 个 楼 层 进 行 传 递 时, 即 可 视 为 巨 型 结 构, 比 如, 将 框 架 或 桁 架 的 一 部 分 当 做 单 个 组 合 式 构 件, 以 层 或 跨 的 尺 度 作 为 截 面 高 度 构 成 巨 型 梁 或 柱, 进 而 形 成 巨 大 的 框 架 体 系, 即 为 巨 型 框 架 结 构, 巨 梁 间 的 次 结 构 的 竖 向 荷 载 均 是 通 过 巨 型 梁 分 段 传 递 至 巨 型 柱 ; 在 巨 型 框 架 的 巨 型 梁 巨 型 柱 节 点 间 设 置 支 撑 巨 型 支 撑, 即 形 成 巨 型 框 架 - 支 撑 结 构 ; 当 框 架 为 普 通 尺 度, 而 支 撑 的 布 置 以 建 筑 的 立 面 为 尺 度 时, 可 以 称 为 巨 型 支 撑 结 构, 如 香 港 的 中 国 银 行 不 同 的 结 构 体 系 由 于 受 力 和 变 形 特 点 的 不 同, 延 性 上 也 有 较 大 差 异, 具 有 多 道 抗 侧 力 防 线 和 以 非 屈 曲 方 式 破 坏 的 结 构 体 系 延 性 更 高 ; 同 时, 结 构 的 延 性 还 取 决 于 节 点 区 是 否 会 发 生 脆 性 破 坏 以 及 构 件 塑 性 区 是 否 有 足 够 的 延 性 所 列 的 体 系 分 类 中, 框 架 - 偏 心 支 撑 结 构 采 用 消 能 支 撑 的 框 架 - 中 心 支 撑 结 构, 采 用 钢 板 墙 的 框 架 - 抗 震 墙 结 构, 不 采 用 斜 交 网 格 筒 的 筒 中 筒 和 束 筒 结 构, 一 般 为 高 延 性 等 级 结 构 类 型 ; 全 部 筒 体 均 采 用 斜 交 网 格 筒 的 筒 体 结 构 一 般 为 低 延 性 等 级 结 构 类 型 具 有 较 高 延 性 的 结 构 在 塑 性 阶 段 可 以 承 受 更 大 的 变 形 而 不 发 生 构 件 屈 曲 和 整 体 倒 塌, 因 而 具 有 更 好 的 耗 能 能 力, 如 果 以 设 防 烈 度 下 结 构 应 具 有 等 量 吸 收 地 震 能 量 的 能 力 作 为 抗 震 设 计 准 则, 则 较 高 延 性 的 结 构 应 该 可 以 允 许 比 较 低 延 性 结 构 更 早 进 入 塑 性 屈 曲 约 束 支 撑 可 以 提 高 结 构 的 延 性, 且 相 比 较 框 架 - 偏 心 支 撑 结 构, 其 延 性 的 提 高 更 为 可 控, 故 视 其 占 全 部 支 撑 的 比 例, 框 架 - 中 心 支 撑 结 构 适 用 高 度 最 高 可 提 高 0% 双 重 抗 侧 力 体 系 指 的 是 结 构 体 系 有 二 道 抗 侧 力 防 线, 其 中 第 二 道 防 线 的 水 平 承 载 力 不 低 于 总 水 平 剪 力 的 5% 伸 臂 桁 架 和 周 边 桁 架 都 可 以 提 高 周 边 框 架 的 抗 侧 贡 献 度, 当 二 者 同 时 设 置 时, 效 果 更 为 明 显, 一 般 用 于 框 筒 结 构, 也 可 用 于 需 要 提 高 周 边 构 件 抗 侧 贡 献 度 的 各 种 结 构 体 系 中 伸 臂 桁 架 的 上 下 弦 杆 必 须 在 筒 体 范 围 内 拉 通, 同 时 在 弦 杆 间 的 筒 体 内 设 置 充 分 的 斜 撑 或 抗 剪 墙 以 利 于 上 下 弦 杆 轴 力 在 筒 体 内 的 自 平 衡 设 置 伸 臂 桁 架 的 数 量 和 位 置 既 要 考 虑 其 总 体 抗 侧 效 率, 同 时 也 要 兼 顾 与 其 相 连 构 件 及 节 点 的 承 受 能 力 4.3. 阐 述 了 多 高 层 建 筑 钢 结 构 概 念 设 计 时 在 结 构 平 面 竖 向 设 计 时 应 遵 循 的 原 则 对 于 超 高 层 钢 结 构, 风 荷 载 经 常 起 控 制 作 用, 选 择 风 压 小 的 形 状 有 重 要 的 意 义 ; 在 一 定 条 件 下, 涡 流 脱 落 引 起 的 结 构 横 风 向 振 动 效 应 非 常 显 著, 结 构 平 立 面 的 选 择 及 角 部 处 理 会 对 横 风 向 振 动 产 生 明 显 影 响, 应 通 过 气 弹 模 型 风 洞 试 验 或 数 值 模 拟 对 风 敏 感 结 构 的 横 风 向 振 动 效 应 进 行 研 究 11

17 多 高 层 钢 结 构 设 置 地 下 室 时, 房 屋 一 般 较 高, 钢 框 架 柱 宜 延 伸 至 地 下 一 层 框 架 - 支 撑 结 构 中 沿 竖 向 连 续 布 置 的 支 撑, 为 避 免 在 地 震 反 应 最 大 的 底 层 形 成 刚 度 突 变, 对 抗 震 不 利, 支 撑 需 延 伸 到 地 下 室 本 条 给 出 了 目 前 国 内 外 多 层 钢 结 构 房 屋 常 用 的 抗 震 性 能 较 好 的 楼 盖 形 式 和 做 法 当 采 用 装 配 整 体 式 钢 筋 混 凝 土 楼 板 时, 可 在 预 制 混 凝 土 楼 板 板 肋 端 部 设 置 预 埋 件, 安 装 后 与 钢 梁 焊 接 牢 固, 从 而 保 证 楼 盖 的 整 体 性 对 于 超 高 层 钢 结 构, 如 条 件 许 可, 楼 面 混 凝 土 宜 优 先 考 虑 采 用 轻 骨 料 混 凝 土 在 保 证 楼 板 与 梁 可 靠 连 接 条 件 下, 二 端 铰 接 的 楼 层 梁 一 般 可 按 组 合 梁 进 行 设 计 顶 点 最 大 加 速 度 的 限 值, 是 综 合 分 析 了 国 内 外 有 关 规 范 和 资 料, 主 要 参 考 了 加 拿 大 国 家 规 范, 并 结 合 我 国 国 情 而 作 出 的 最 低 限 值 规 定 由 于 人 体 的 舒 适 度 是 一 个 比 较 复 杂 的 问 题, 个 体 间 存 在 很 大 偏 差, 当 业 主 要 求 更 高 的 服 务 标 准 时, 可 以 对 此 值 提 高 要 求 在 必 要 情 况 下, 可 采 用 设 置 TMD AMD 等 减 振 装 置 的 方 式 提 高 结 构 舒 适 性 4.4 大 跨 度 钢 结 构 大 跨 度 结 构 的 形 式 和 种 类 繁 多, 也 存 在 不 同 的 分 类 方 法, 可 以 按 照 大 跨 度 钢 结 构 的 受 力 特 点 分 类 ; 也 可 以 按 照 传 力 途 径, 将 大 跨 度 钢 结 构 可 分 为 平 面 结 构 和 空 间 结 构, 平 面 结 构 又 可 细 分 为 桁 架 拱 及 钢 索 钢 拉 杆 形 成 的 各 种 预 应 力 结 构, 空 间 结 构 也 可 细 分 为 薄 壳 结 构 网 架 结 构 网 壳 结 构 及 各 种 预 应 力 结 构 ; 浙 江 大 学 董 石 麟 教 授 提 出 采 用 组 成 结 构 的 基 本 构 件 或 基 本 单 元 即 板 壳 单 元 梁 单 元 杆 单 元 索 单 元 和 膜 单 元 对 空 间 结 构 分 类 按 照 大 跨 度 结 构 的 受 力 特 点 进 行 分 类, 简 单 明 确, 能 够 体 现 结 构 的 受 力 特 性, 设 计 人 员 比 较 熟 悉, 因 此 本 规 范 根 据 结 构 受 力 特 点 对 大 跨 度 钢 结 构 进 行 分 类 设 计 人 员 应 根 据 工 程 的 具 体 情 况 选 择 合 适 的 大 跨 结 构 体 系 结 构 的 支 承 形 式 须 和 结 构 的 受 力 特 点 匹 配, 支 承 应 对 以 整 体 受 弯 为 主 的 结 构 提 供 竖 向 约 束 和 必 要 的 水 平 约 束 对 整 体 受 压 为 主 的 结 构 提 供 可 靠 的 水 平 约 束 对 整 体 受 拉 为 主 的 结 构 提 供 可 靠 的 锚 固, 对 平 面 结 构 设 置 可 靠 的 平 面 外 支 撑 体 系 分 析 网 架 双 层 网 壳 时 可 假 定 节 点 为 铰 接, 杆 件 只 承 受 轴 向 力, 采 用 杆 单 元 模 型 ; 分 析 单 层 网 壳 时 节 点 应 假 定 为 刚 接, 杆 件 除 承 受 轴 向 力 外, 还 承 受 弯 矩 剪 力, 采 用 梁 单 元 模 型 ; 分 析 桁 架 时, 应 根 据 节 点 的 构 造 形 式 和 杆 件 的 节 间 长 度 或 杆 件 长 度 与 截 面 高 度 ( 或 直 径 ) 的 比 例, 按 照 钢 管 结 构 技 术 规 程 CECS80:010 中 的 相 关 规 定 确 定 模 型 中 的 钢 索 1

18 和 钢 拉 杆 等 应 模 拟 为 柔 性 构 件 时, 各 种 杆 件 的 计 算 模 型 应 能 够 反 应 结 构 的 受 力 状 态 设 计 大 跨 钢 结 构 时, 应 考 虑 下 部 支 承 结 构 的 影 响, 特 别 是 在 温 度 和 地 震 荷 载 作 用 下, 应 考 虑 下 部 支 承 结 构 刚 度 的 影 响 考 虑 结 构 影 响 时, 可 以 采 用 简 化 方 法 模 拟 下 部 结 构 刚 度, 如 必 要 时 需 采 用 上 部 大 跨 钢 结 构 和 下 部 支 承 结 构 组 成 的 整 体 模 型 进 行 分 析 3 在 大 跨 钢 结 构 分 析 设 计 时, 应 重 视 以 下 因 素 :1) 当 大 跨 钢 结 构 的 跨 度 较 大 或 者 平 面 尺 寸 较 大 且 支 座 水 平 约 束 作 用 较 强 时, 大 跨 钢 结 构 的 温 度 作 用 不 可 忽 视, 对 结 构 构 件 和 支 座 设 计 都 有 较 大 影 响 除 考 虑 正 常 使 用 阶 段 的 温 度 荷 载 外, 建 议 根 据 工 程 的 具 体 情 况, 必 要 时 考 虑 施 工 过 程 的 温 度 荷 载, 与 相 应 的 荷 载 进 行 组 合 ;) 当 大 跨 钢 结 构 的 屋 面 恒 荷 载 较 小 时, 风 荷 载 影 响 较 大, 可 能 成 为 结 构 的 控 制 荷 载, 应 重 视 结 构 抗 风 分 析 ;3) 应 重 视 支 座 变 形 对 结 构 承 载 力 影 响 的 分 析, 支 座 沉 降 会 引 起 受 弯 为 主 的 大 跨 钢 结 构 的 附 加 弯 矩 会 释 放 受 压 为 主 的 大 跨 钢 结 构 的 水 平 推 力 增 大 结 构 应 力, 支 座 变 形 也 会 使 预 应 力 结 构 张 拉 结 构 的 预 应 力 状 态 和 结 构 形 态 发 生 改 变 预 应 力 结 构 的 计 算 应 包 括 初 始 预 应 力 状 态 的 确 定 及 荷 载 状 态 的 计 算, 初 始 预 应 力 状 态 确 定 和 荷 载 状 态 分 析 应 考 虑 几 何 非 线 性 影 响 4 单 层 网 壳 或 者 跨 度 较 大 的 双 层 网 壳 拱 桁 架 的 受 力 特 征 以 受 压 为 主, 存 在 整 体 失 稳 的 可 能 性 结 构 的 稳 定 性 甚 至 有 可 能 成 为 结 构 设 计 的 控 制 因 素, 因 此 应 该 对 这 类 结 构 进 行 几 何 非 线 性 稳 定 分 析, 重 要 的 结 构 还 应 当 考 虑 几 何 和 材 料 双 非 线 性 对 结 构 进 行 承 载 力 分 析 5 大 跨 度 钢 结 构 的 地 震 作 用 效 应 和 其 他 荷 载 效 应 组 合 时, 同 时 计 算 竖 向 地 震 和 水 平 地 震 作 用, 应 包 括 竖 向 地 震 为 主 的 组 合 大 跨 钢 结 构 的 关 键 杆 件 和 关 键 节 点 的 地 震 组 合 内 力 设 计 值 应 按 照 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB 的 规 定 调 整 6 大 跨 钢 结 构 用 于 楼 盖 时, 除 应 满 足 承 载 力 刚 度 和 稳 定 性 要 求 外, 还 应 根 据 使 用 功 能 的 不 同, 满 足 相 应 舒 适 度 的 要 求 可 以 采 用 提 高 结 构 刚 度 或 采 取 耗 能 减 振 技 术 满 足 结 构 舒 适 度 要 求 7 结 构 形 态 和 结 构 状 态 随 施 工 过 程 发 生 改 变, 施 工 过 程 不 同 阶 段 的 结 构 内 力 同 最 终 状 态 的 数 值 不 同, 应 通 过 施 工 过 程 分 析, 对 结 构 的 承 载 力 稳 定 性 进 行 验 算 13

19 5 材 料 和 材 料 选 用 5.1 钢 材 牌 号 及 标 准 5.1. 本 条 增 列 了 近 年 来 已 成 功 使 用 的 Q460 钢 及 建 筑 结 构 用 钢 报 GB/T19879 中 的 GJ 系 列 钢 材 建 筑 结 构 用 钢 板 GB/T 中 的 Q345GJ 钢 与 低 合 金 高 强 度 结 构 钢 GB/T 1591 中 的 Q345 钢 的 力 学 性 能 指 标 相 近, 前 者 采 用 上 屈 服 强 度, 后 者 采 用 下 屈 服 强 度, 统 计 并 换 算 后, 二 者 在 各 厚 度 组 别 的 强 度 设 计 值 十 分 接 近 因 此, 一 般 情 况 下 采 用 Q345 钢 比 较 经 济, 但 中 微 合 金 元 素 得 到 控 制, 塑 性 性 能 较 好, 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 另 外, 由 于 GJ 钢 采 用 上 屈 服 强 度 控 制, 因 此, 在 塑 性 耗 能 区 中 采 用 GJ 钢, 将 减 少 钢 材 用 量 Q40 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 调 研 和 试 验 结 果 表 明, 其 整 体 质 量 水 平 还 有 待 提 高, 在 适 当 提 高 抗 力 分 项 系 数 值 并 加 强 监 测 后, 可 在 工 程 设 计 中 推 广 应 用 结 构 用 钢 板 型 钢 等 产 品 的 尺 寸 规 格 外 形 重 量 和 允 许 偏 差 应 符 合 相 关 的 现 行 国 家 标 准 的 规 定, 但 当 前 钢 结 构 材 料 市 场 的 产 品 厚 度 负 偏 差 现 象 普 遍, 调 研 发 现 在 厚 度 小 于 16mm 时 尤 其 严 重 因 此, 必 要 时 设 计 可 附 加 要 求, 限 定 厚 度 负 偏 差 不 得 超 过 0.3mm( 如 同 GB/T 的 规 定 ) 在 钢 结 构 制 造 中, 由 于 钢 材 质 量 和 焊 接 构 造 等 原 因, 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 为 此, 需 要 采 用 厚 度 方 向 性 能 钢 板 关 于 如 何 防 止 层 状 撕 裂 以 及 确 定 厚 度 方 向 所 需 的 断 面 收 缩 率 y z等 问 题, 可 参 照 行 业 标 准 钢 结 构 焊 接 规 范 GB50661 我 国 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 和 钢 结 构 焊 接 规 范 GB50661 中 均 规 定 厚 度 等 于 或 大 于 40mm 时 应 采 用 厚 度 方 向 性 能 钢 板 耐 候 钢 是 通 过 添 加 少 量 合 金 元 素 Cu P Cr Ni 等, 使 其 在 金 属 基 体 表 面 形 成 保 护 层, 以 提 高 耐 大 气 腐 蚀 性 能 的 钢 耐 候 结 构 钢 分 为 高 耐 候 钢 和 焊 接 耐 候 钢 二 类, 高 耐 候 结 构 钢 具 有 较 好 的 耐 大 气 腐 蚀 性 能, 而 焊 接 耐 候 钢 具 有 较 好 的 焊 接 性 能 耐 候 结 构 钢 的 耐 大 气 腐 蚀 性 能 为 普 通 钢 的 ~8 倍 因 此, 当 有 技 术 经 济 依 据 时, 用 于 外 露 大 气 环 境 或 有 中 度 侵 蚀 性 介 质 环 境 中 的 重 要 钢 结 构, 可 取 得 较 好 的 效 果 本 条 关 于 铸 钢 件 的 材 料 选 用, 增 加 了 应 用 于 焊 接 结 构 的 铸 钢 铸 钢 件 的 设 计 可 按 现 行 行 业 标 准 铸 钢 节 点 应 用 技 术 规 程 CECS35:008 14

20 5.1.6 为 保 证 钢 材 质 量 与 性 能 要 求, 本 条 对 采 用 新 钢 材 或 国 外 钢 材 时 如 何 进 行 设 计 控 制 作 出 了 规 定 :(1) 产 品 应 符 合 相 关 的 国 家 或 国 际 钢 材 标 准 要 求 和 设 计 文 件 要 求, 对 新 研 制 的 钢 材, 应 以 经 国 家 产 品 鉴 定 认 可 的 企 业 产 品 标 准 作 为 依 据, 有 质 量 证 明 文 件 ;() 对 钢 材 生 产 厂 的 要 求 : 应 通 过 国 际 或 国 内 生 产 过 程 质 量 控 制 认 证 ;(3) 对 实 际 产 品 进 行 专 门 的 验 证 试 验 和 统 计 分 析, 判 定 质 量 等 级, 得 出 设 计 强 度 取 值 检 测 内 容 包 括 钢 材 的 化 学 成 分 力 学 性 能 外 形 尺 寸 表 面 质 量 工 艺 性 能 及 约 定 的 其 他 附 加 保 证 性 能 指 标 或 参 数 其 中, 力 学 性 能 的 检 测, 应 按 照 以 下 规 定 : 1 对 于 已 有 国 家 材 料 标 准, 但 尚 未 列 入 钢 结 构 设 计 规 范 的 钢 材 : 1) 对 每 一 牌 号 每 个 厚 度 组 别 的 钢 材, 至 少 应 提 供 30 组 钢 材 力 学 性 能 和 化 学 成 份 数 据 ; ) 提 交 30 个 样 本 试 件 ( 取 自 不 同 型 材 和 炉 号 ) 进 行 复 核 性 试 验 ; 3) 汇 总 二 组 数 据 进 行 统 计 分 析, 初 步 确 定 抗 力 分 项 系 数 和 设 计 强 度, 由 钢 结 构 设 计 规 范 组 审 核, 试 用 ; 4) 经 对 3 个 ( 或 3 个 以 上 ) 钢 厂 的 同 类 产 品, 进 行 调 研, 试 验 和 统 计 分 析 后, 列 入 设 计 规 范 对 国 外 进 口 且 满 足 国 际 材 料 标 准 的 钢 材 : 1) 如 既 有 国 外 标 准, 又 有 相 同 或 相 近 中 国 标 准, 应 按 中 国 钢 结 构 工 程 施 工 质 量 验 收 规 范 要 求 验 收, 可 就 近 就 低 按 中 国 规 范 取 用 设 计 强 度, 在 具 体 工 程 中 使 用 ) 如 有 国 外 标 准, 但 无 相 近 中 国 标 准 可 供 参 照, 则 将 材 质 证 明 文 件 和 验 收 试 验 资 料 提 供 给 钢 结 构 设 计 规 范 组, 经 统 计 分 析 和 专 家 会 商 后 确 定 设 计 强 度, 在 具 体 工 程 中 使 用 5. 连 接 材 料 型 号 及 标 准 5..1 在 钢 结 构 用 焊 接 材 料 中, 新 增 加 了 埋 弧 焊 用 焊 丝 及 焊 剂, 气 体 保 护 焊 使 用 的 氩 气 及 二 氧 化 碳 的 相 关 规 定 的 标 准 5.3 材 料 选 用 本 条 提 出 了 合 理 选 用 钢 材 应 综 合 考 虑 的 基 本 要 素 荷 载 特 征 即 静 荷 载 直 接 动 荷 载 或 地 震 作 用 ; 应 力 状 态 要 考 虑 是 否 疲 劳 应 力 残 余 应 力 ; 连 接 方 法 要 考 虑 焊 接 还 是 螺 栓 连 接 ; 钢 材 厚 度 对 于 其 强 度 韧 性 抗 层 状 撕 裂 性 能 均 有 较 大 的 影 响 ; 工 作 环 境 包 括 温 度 湿 度 及 环 境 腐 蚀 性 能 15

21 5.3. Q35A 级 和 B 级 钢 按 脱 氧 方 法 可 分 为 沸 腾 钢 或 镇 静 钢 因 沸 腾 钢 脱 氧 不 充 分, 含 氧 量 高, 内 部 组 织 不 够 致 密, 硫 磷 的 偏 析 大, 氮 是 以 固 溶 氮 的 形 式 存 在, 故 其 冲 击 韧 性 低 目 前 按 转 炉 和 连 铸 方 法 生 产 的 钢 材 均 为 镇 静 钢, 在 国 内 钢 材 生 产 总 量 中 占 绝 对 多 数, 而 沸 腾 钢 产 量 少, 市 场 价 格 反 而 偏 高, 因 此 规 定 钢 结 构 用 钢 应 选 用 镇 静 钢 本 条 规 定 了 选 材 时 对 钢 材 的 冲 击 韧 性 的 要 求, 原 003 版 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 选 材 应 考 虑 范 围 扩 大 针 对 低 温 条 件 和 钢 板 厚 度 作 出 更 详 细 的 规 定, 具 体 可 按 表 5-1 选 用 表 5-1 钢 材 质 量 等 级 选 用 工 作 温 度 ( ) >0 0<T 0-0<T 0-40<T -0 不 需 验 算 疲 劳 非 焊 接 结 构 A B C Q35C Q390D Q40D Q345C Q460D 焊 接 结 构 Q35B Q345A~Q40 B C D 需 验 算 疲 劳 非 焊 接 结 构 焊 接 结 构 B B C Q35C B B Q40D Q345C Q390D Q460D Q35C Q390D Q40D Q345C Q460D Q35D Q390E Q40E Q345D Q460E 由 于 钢 板 厚 度 增 大 硫 磷 氮 含 量 过 高 会 对 钢 材 的 冲 击 韧 性 和 抗 脆 断 性 能 造 成 不 利 影 响, 因 此 对 于 对 于 承 重 结 构 在 低 于 -30 环 境 下 工 作 时, 钢 材 的 硫 磷 含 量 不 宜 大 于 0.00%; 氮 含 量 不 应 大 于 0.01%; 焊 接 构 件 宜 采 用 较 薄 的 板 件 ; 重 要 承 重 结 构 的 受 拉 厚 板, 宜 选 用 细 化 晶 粒 的 钢 板 结 构 工 作 温 度 是 指 结 构 在 设 计 寿 命 期 内, 构 件 所 在 的 工 作 环 境 的 最 低 日 平 均 温 度 在 室 外 工 作 的 构 件, 其 工 作 温 度 可 采 用 当 地 室 外 的 最 低 日 平 均 温 度, 建 议 采 用 当 地 气 象 部 门 的 统 计 资 料 或 按 采 暖 通 风 与 空 气 调 节 设 计 规 范 GBJ 19-87(001 年 版 ) 对 于 室 内 工 作 的 构 件, 如 能 确 保 始 终 在 某 一 温 度 以 上, 可 将 其 作 为 工 作 温 度 ; 否 则 ( 例 如 停 止 供 暖 ) 应 采 用 室 外 环 16

22 境 温 度 与 常 用 结 构 钢 材 相 匹 配 的 焊 接 材 料 可 按 表 5- 的 规 定 选 用 疲 劳 和 低 温 环 境 会 使 焊 缝 中 的 微 裂 纹 扩 展 低 氢 型 焊 条 焊 前 进 行 高 温 烘 焙, 去 除 焊 条 药 皮 中 的 结 晶 水 和 吸 附 水, 防 止 水 分 在 施 焊 过 程 中 经 电 弧 热 分 解 而 使 焊 缝 金 属 扩 散 氢 含 量 增 加, 而 扩 散 氢 是 焊 接 延 迟 裂 纹 产 生 的 主 要 原 因 之 一 在 结 构 工 作 温 度 低 于 -0 的 地 区, 或 焊 接 施 工 环 境 温 度 低 于 -10 时, 应 采 用 低 氢 型 焊 条 埋 弧 焊 熔 剂 经 严 格 防 潮 和 烘 焙 处 理, 其 熔 敷 金 属 中 扩 散 氢 含 量 不 大 于 8ml/100g, 在 实 际 应 用 中 可 将 埋 弧 焊 作 为 低 氢 焊 接 方 法 根 据 工 程 调 研 和 独 立 试 验 实 测 数 据, 国 产 建 筑 钢 材 Q35 Q460 钢 的 曲 强 比 标 准 值 都 小 于 0.83, 伸 长 率 d 5 都 大 于 0%, 故 均 可 采 用 当 应 用 Q40 Q460 钢 时, 设 计 可 要 求 对 所 用 钢 材 附 加 塑 性 性 能 的 检 测 d 5 e u 和 e y 的 测 定 标 矩 均 为 5.65 A 抗 震 设 防 的 多 高 层 钢 结 构 在 大 震 时, 会 进 入 弹 塑 性 工 作 状 态, 因 而 对 钢 材 的 延 性 有 更 高 的 要 求 本 条 针 对 抗 震 结 构 中 使 用 的 钢 材 的 要 求 与 国 家 标 准 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 基 本 保 持 一 致 钢 材 对 屈 服 台 阶 和 伸 长 率 的 要 求, 反 映 钢 材 塑 性 变 形 的 能 力, 从 而 保 证 构 件 具 有 足 够 的 变 形 能 力 当 采 用 国 外 钢 材 时, 亦 应 符 合 我 国 国 家 标 准 的 要 求 钢 材 应 保 证 碳 当 量 (CE) 或 裂 纹 敏 感 指 数 (Pcm) 限 值 符 合 要 求 才 能 保 证 有 良 好 的 焊 接 性 冲 击 韧 性 是 抗 震 结 构 的 要 求,A 级 钢 不 保 证 冲 击 韧 性 要 求, 因 此 在 抗 震 结 构 中 不 建 议 采 用 本 条 规 定 了 钢 管 结 构 钢 材 的 选 用 范 围, 因 目 前 国 内 外 在 钢 管 节 点 的 试 验 研 究 中, 其 钢 材 的 屈 服 强 度 仅 限 于 355N/mm 及 其 以 下, 屈 强 比 均 不 大 于 0.85 对 于 Q40 和 Q460 级 钢 材, 在 钢 管 节 点 中 试 验 研 究 和 工 程 中 应 用 尚 少, 参 照 欧 洲 规 范 (EN ) 第 7 章 的 规 定, 可 按 本 规 范 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 我 国 的 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) 根 据 欧 洲 规 范 的 规 定, 主 管 管 壁 厚 度 不 应 超 过 5mm, 除 非 采 取 措 施 能 充 分 保 证 钢 板 厚 度 方 向 的 性 能 当 主 管 壁 厚 超 过 5mm 时, 管 节 点 施 焊 时 应 采 取 焊 前 预 热 等 措 施 降 低 焊 接 残 余 应 力, 防 止 出 现 层 状 撕 裂, 或 采 用 具 有 厚 度 方 向 性 能 要 求 的 Z 向 钢 钢 管 结 构 中 对 钢 材 性 能 的 要 求 是 基 于 最 终 成 品 ( 钢 管 及 方 矩 管 ), 而 不 是 基 于 母 材 的 性 能, 对 冷 成 型 的 钢 管 ( 如 方 矩 管 的 弯 角 处 ), 其 性 能 的 变 化 设 计 者 应 予 以 重 视, 特 别 是 用 于 抗 震 或 者 直 接 承 受 疲 劳 荷 载 的 管 节 点, 对 钢 管 成 品 的 材 料 性 能 应 作 出 规 定 17

23 钢 管 结 构 中 的 钢 管 主 要 承 受 轴 力, 因 此 成 品 钢 管 材 料 的 轴 向 性 能 必 须 得 到 保 证 钢 板 的 性 能 与 轧 制 方 向 有 关, 一 般 塑 性 和 冲 击 韧 性 沿 轧 制 方 向 的 性 能 指 标 较 高, 平 行 于 轧 制 方 向 的 冲 击 韧 性 要 比 横 向 高 5%~10%, 因 此 在 卷 制 或 压 制 钢 管 时, 应 优 先 选 取 卷 曲 方 向 与 轧 制 方 向 垂 直, 以 保 证 成 品 钢 管 轴 向 的 强 度 塑 性 和 冲 击 韧 性 均 能 满 足 设 计 要 求 当 卷 曲 方 向 与 轧 制 方 向 相 同 时, 宜 附 加 要 求 钢 板 横 向 冲 击 韧 性 的 合 格 保 证 在 冷 弯 成 型 过 程 中, 由 于 冷 作 硬 化 使 管 材 强 度 提 高 而 塑 性 延 性 降 低, 在 设 计 选 材 中 应 综 合 考 虑 这 些 影 响 因 素 在 条 件 许 可 时, 设 计 可 要 求 冷 成 型 后 再 进 行 热 处 理 ( 最 终 热 成 型 钢 管 ) 同 时 本 条 还 明 确 规 定 在 设 计 文 件 中 应 完 整 的 提 出 所 用 钢 材 与 连 接 材 料 的 标 准 牌 号 及 技 术 性 能 技 术 要 求, 以 作 为 设 计 钢 材 订 货 及 验 收 的 依 据 钢 管 按 照 成 型 方 法 不 同 可 分 为 热 轧 无 缝 钢 管 和 冷 弯 焊 接 钢 管, 热 轧 钢 管 又 分 为 热 挤 压 和 热 扩 两 种 ; 冷 弯 圆 管 则 分 为 冷 卷 制 与 冷 压 制 两 种 ; 而 冷 弯 矩 形 管 也 有 圆 变 方 与 直 接 成 方 两 种 不 同 的 成 型 方 法 会 对 管 材 产 品 的 性 能 有 不 同 的 影 响, 热 轧 无 缝 钢 管 和 最 终 热 成 型 钢 管 残 余 应 力 小, 在 轴 心 受 压 构 件 的 截 面 分 类 中 属 于 a 类, 前 者 产 品 规 格 少, 壁 厚 误 差 较 大, 后 者 热 处 理 成 本 高 ; 冷 弯 焊 接 钢 管 品 种 规 格 范 围 广, 价 格 比 无 缝 钢 管 低, 但 是 其 残 余 应 力 大, 在 轴 心 受 压 构 件 的 截 面 分 类 中 属 于 b 类 对 冷 成 型 钢 管 的 径 厚 比 及 成 型 工 艺 的 限 制, 是 要 避 免 冷 成 型 后 钢 材 塑 性 及 韧 性 过 度 降 低, 保 证 冷 成 型 后 圆 管 方 矩 管 的 材 料 质 量 等 级 ( 塑 性 和 冲 击 韧 性 ) 冷 成 型 钢 管 选 材 宜 采 用 同 强 度 级 GJ 钢 或 高 一 质 量 等 级 的 碳 素 结 构 钢 低 合 金 结 构 钢 作 为 原 材 18

24 5.4 设 计 指 标 和 设 计 参 数 对 于 钢 材 强 度 的 设 计 取 值, 本 次 修 订 在 大 量 调 研 和 试 验 的 基 础 上, 新 增 了 Q460 和 Q345GJ 钢 材 ; 钢 材 最 大 厚 度 由 100mm 扩 大 到 150mm 钢 材 强 度 设 计 值 按 板 厚 或 直 径 的 分 组, 遵 照 现 行 钢 材 标 准 进 行 修 改 ; 对 抗 力 分 项 系 数 做 了 较 大 的 调 整 和 补 充 1 调 研 工 作 的 内 容 为 配 合 钢 结 构 设 计 规 范 本 次 修 编, 确 定 各 类 钢 材 抗 力 分 项 系 数 和 强 度 设 计 值, 调 研 和 试 验 工 作 包 括 以 下 五 个 方 面 : 1) 收 集 整 理 大 型 工 程 如 中 央 电 视 台 新 址 工 程 国 贸 三 期 国 家 游 泳 馆 深 圳 证 券 大 楼 石 家 庄 开 元 环 球 中 心 锦 州 会 展 中 心 新 加 坡 圣 淘 沙 名 胜 世 界 等 所 用 钢 材 的 质 检 报 告 和 钢 材 的 复 检 报 告, 其 中 包 括 Q35 钢 Q345 钢 Q390 钢 Q40 钢 Q460 钢 和 Q345GJ 钢 钢 材 生 产 年 限 从 004 年 到 009 年, 厚 度 范 围 5~100mm ( 少 量 为 100~135mm), 数 据 既 包 括 力 学 性 能, 还 包 括 化 学 元 素 含 量 等 总 计 为 组 ) 从 钢 材 生 产 厂 舞 钢 湘 钢 首 钢 武 钢 太 钢 鞍 钢 安 阳 新 余 济 钢 宝 钢 征 集 指 定 钢 材 牌 号 规 定 钢 板 厚 度 的 拉 伸 试 件, 板 厚 范 围 为 16~100mm, 牌 号 为 Q345 Q390 Q40 Q460 和 Q345GJ 钢 集 中 后 统 一 由 独 立 的 第 三 方 进 行 试 验, 在 人 员 设 备 和 方 法 一 致 的 条 件 下, 获 得 公 正 客 观 的 数 据, 力 学 和 化 学 分 析 数 据 合 计 为 557 组 3) 对 影 响 材 性 不 定 性 的 试 验 因 素 ( 如 加 载 速 度 和 试 验 机 柔 度 ) 进 行 系 统 的 测 试 分 析, 以 3 种 牌 号 钢 材,3 种 板 厚,3 种 加 载 速 度, 种 刚 度 的 试 验 机 为 试 验 参 数, 共 进 行 45 件 试 验 4) 通 过 十 家 钢 结 构 制 造 厂 : 安 徽 鸿 路 安 徽 富 煌 江 苏 沪 宁 上 海 宝 冶 浙 江 恒 达 东 南 网 架 杭 萧 钢 构 二 十 二 冶 鞍 钢 建 设 中 建 阳 光, 测 定 钢 厂 生 产 的 钢 板 型 钢 和 钢 结 构 厂 制 作 构 件 的 厚 度 和 几 何 尺 寸 偏 差, 共 计 5578 组, 进 行 截 面 几 何 参 数 不 定 性 统 计 分 析 5) 其 他 试 验 及 统 计 分 析, 如 延 伸 率 屈 强 比 裂 纹 敏 感 性 指 数 和 碳 当 量, 硫 含 量 及 厚 度 方 向 断 面 收 缩 率 等 独 立 的 第 三 方 试 验 数 据 和 工 程 调 研 数 据 相 互 印 证, 反 映 我 国 钢 材 生 产 的 真 实 水 平, 在 各 钢 材 牌 号, 厚 度 组 别 一 致 时, 二 者 的 屈 服 强 度 平 均 值 标 准 差 统 计 标 准 值 接 近, 可 以 以 工 19

25 程 调 研 和 独 立 试 验 的 组 合 数 据 作 为 钢 结 构 设 计 规 范 确 定 抗 力 分 项 系 数 和 强 度 设 计 指 标 的 基 础 本 次 取 得 数 据 的 对 象 涵 盖 广 泛, 钢 材 规 格 品 种 增 加 了 Q460 钢 及 Q345GJ 钢 钢 材 力 学 性 能 统 计 分 析 结 果 本 次 钢 材 力 学 性 能 数 据 和 此 前 各 次 相 比, 其 统 计 分 布 情 况 有 新 的 变 化, 且 更 为 复 杂 各 牌 号 钢 材 质 量 情 况 如 下 : 1) Q35 钢 的 屈 服 强 度 平 均 值 较 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 较 以 前 稍 有 下 降 ) Q345 钢 在 板 厚 16mm 时, 屈 服 强 度 平 均 值 较 旧 统 计 稍 有 增 加, 波 动 区 间 增 大 统 计 标 准 差 略 增, 计 算 标 准 值 反 而 有 些 下 降 ; 当 板 厚 >16~35mm 时, 屈 服 强 度 平 均 值 标 准 差 标 准 值 与 原 统 计 十 分 接 近, 基 本 符 合 GB/T 标 准 要 求, 也 接 近 008 版 标 准 要 求 ; 板 厚 在 >35~50mm 时, 屈 服 强 度 平 均 值 标 准 值 已 超 过 1994 版 标 准, 接 近 008 版 标 准 要 求 ; 当 板 厚 在 >50~100mm 时, 屈 服 强 度 平 均 值 和 标 准 值 均 较 高, 超 过 1994 版 标 准, 并 达 到 008 版 标 准 要 求 由 004 至 009 年 生 产 的 Q345 钢 厚 板 统 计 数 据 表 明,Q345 的 实 际 质 量 水 平 已 接 近 或 达 到 008 版 材 料 标 准 3) 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 4) Q40 钢 板 厚 >35~50mm >50~100mm 二 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 5) Q460 钢 板 厚 >35~50mm >50~100mm 二 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 国 产 Q40 Q460 钢 在 建 筑 中 应 用 仅 几 年 时 间, 基 本 上 满 足 了 国 内 重 大 钢 结 构 工 程 关 键 部 位 的 需 要, 统 计 结 果 表 明, 产 品 还 不 能 全 面 达 到 GB/T 的 要 求 钢 厂 质 检 和 工 地 复 检 也 出 现 不 合 格 的 事 例, 总 体 水 平 还 有 待 提 高, 在 工 程 使 用 中 应 加 强 复 检 6) Q345GJ 钢 屈 服 强 度 区 间 较 原 有 统 计 (007 年 ) 增 大, 标 准 值 略 有 提 高, 本 次 纳 入 统 计 范 围 的 钢 厂 和 样 本 数 量 较 多, 两 次 统 计 时 间 比 较 接 近, 统 计 结 果 也 基 本 一 致 0

26 3 抗 力 分 项 系 数 取 值 低 合 金 高 强 度 结 构 钢 (GB/T ) 编 制 时, 用 户 曾 要 求 提 高 16Mn 钢 的 强 度, 并 减 小 厚 度 组 别 的 强 度 级 差, 当 时 因 炼 钢 轧 制 技 术 和 管 理 方 面 的 差 距, 没 有 仿 照 国 外 同 类 标 准 缩 小 级 差 GB/T 修 改 了 厚 度 组 距, 并 明 确 了 屈 服 强 度 为 下 屈 服 强 度 Q345 钢 的 屈 服 强 度 普 遍 提 高, 各 厚 度 组 的 屈 服 强 度 级 差 降 为 10N/mm, 其 中 >63~80mm 厚 度 组 的 屈 服 强 度 由 75 N/ mm 提 高 至 315 N/ mm ; 厚 度 >80~100mm 组 的 屈 服 强 度 由 75 N/ mm 提 高 到 300 N/ mm, 分 别 提 高 了 14.5% 和 10.9% Q390 Q40 和 Q460 钢 与 GB/T 相 比, 除 厚 度 组 距 变 化 外, 屈 服 强 度 值 并 未 变 化, 因 此 原 统 计 分 析 结 果 仍 可 适 用 由 于 本 统 计 钢 材 都 是 009 年 前 生 产 的, 独 立 试 验 取 样 的 钢 板 也 是 年 按 GB/T 标 准 生 产 的 统 计 结 果 看, 在 厚 度 >40~100mm 范 围 内, 工 程 调 研 独 立 试 验 的 屈 服 强 度 都 较 高, 与 GB/T 标 准 相 比 有 一 定 余 量, 且 已 达 到 008 版 标 准 要 求, 基 于 各 牌 号 钢 材 和 各 厚 度 组 别 调 研 和 试 验 数 据, 按 照 建 筑 结 构 可 靠 度 设 计 统 一 标 准 (GB ) 的 要 求 进 行 数 理 统 计 和 可 靠 度 分 析, 并 考 虑 设 计 使 用 方 便, 最 终 确 定 钢 材 的 抗 力 分 项 系 数 值 ( 见 表 5-3 和 表 5-4) 表 5-3 Q35 Q345 Q390 Q40 Q460 钢 材 抗 力 分 项 系 数 g R 钢 牌 号 厚 度 分 组 (mm) 6~40 >40~100 原 003 版 规 范 值 Q35 钢 Q345 钢 Q390 钢 Q40 钢 Q460 钢 表 5-4 Q345GJ 钢 材 料 抗 力 分 项 系 数 厚 度 分 组 (mm) 6~16 >16~40 >40~60 >60~100 抗 力 分 项 系 数 g R (1.059) 抗 力 分 项 系 数 变 化 原 因 分 析 建 筑 结 构 可 靠 度 设 计 统 一 标 准 GB 版 标 准 中, 本 着 可 靠 度 适 当 提 高 一 点 的 原 则, 取 消 了 原 标 准 (GBJ68-84) 中 可 对 可 靠 度 指 标 作 不 超 过 ±0.5 幅 度 的 调 整, 因 此 钢 结 构 设 计 规 范 采 用 的 最 低 b 值 是 3. 可 靠 度 指 标 适 当 提 高 后, 会 引 起 抗 力 分 项 系 数 加 大, 因 此 本 次 建 议 的 抗 力 分 项 系 数 比 88 版 和 03 版 钢 结 构 设 计 规 范 普 遍 有 所 增 大 1

27 建 筑 结 构 荷 载 规 范 (GB ) 新 增 了 永 久 荷 载 效 应 控 制 组 合 对 住 宅 和 办 公 楼 建 筑, 在 永 久 荷 载 和 楼 面 活 荷 载 组 合 时, 构 件 承 载 力 极 限 状 态 验 算 应 同 时 满 足 和 要 求, 对 此 可 具 体 表 达 为 S1 = 1. SGK SQK 和 S = 1.35 SGK S QK 通 过 编 程 运 算 得 出 的 抗 力 分 项 系 数, 一 般 以 后 者 在 应 力 比 r = S / 0.5 GK SQK = 为 最 大, 即 新 增 的 S 组 合 常 起 控 制 作 用 近 年 来, 钢 材 屈 服 强 度 分 布 规 律 发 生 变 化, 突 出 表 现 在 Q35 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 Q40 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, 存 在 超 过 热 轧 钢 板 和 钢 带 的 尺 寸 外 形 重 量 及 允 许 偏 差 (GB/T 709) 规 定 的 现 象 以 上 诸 因 素 导 致 本 次 采 用 的 抗 力 分 项 系 数 比 88 版 和 03 版 规 范 普 遍 有 所 增 大 本 规 范 表 5.4.1~5.4.5 的 各 项 强 度 设 计 值 是 根 据 表 5-5 的 换 算 关 系 并 取 5 的 修 约 整 倍 数 而 得 表 5-5 强 度 设 计 值 的 换 算 关 系 材 料 和 连 接 种 类 应 力 种 类 换 算 关 系 Q35 钢 f = f y g = f R y / / 钢 材 抗 拉 抗 压 和 抗 弯 Q345 钢 Q390 钢 f = f y g = f R y Q40 钢 Q460 钢 Q345GJ 钢 f = f / y gr 抗 剪 f = f 3 v / / 1.15 端 面 承 压 Q35 钢 f ce = f u 1.15 ( 刨 平 顶 紧 ) Q345 Q390 Q40 Q460 Q345GJ 钢 f ce = f u 焊 w c 抗 压 f = f 缝 对 接 焊 缝 抗 拉 焊 缝 质 量 为 一 级 二 级 f = f 焊 缝 质 量 为 三 级 f = 0.85 f w t w c

28 抗 剪 f = f v v w 角 焊 缝 抗 拉 抗 压 和 抗 剪 Q35 钢 f = 0.38 f Q345 Q390 Q40 Q460 Q345GJ 钢 f = 0.41 f w f w f w u w u b t 抗 拉 f = 0.4 f b u C 级 螺 栓 b v 抗 剪 f = 0.35 f b u b c 承 压 f = 0.8 f u 螺 栓 连 普 通 螺 栓 A 级 B 级 螺 栓 抗 拉 抗 剪 b t f b t f b v f b v f b u = 0.4 f (5.6 级 ) b u = 0.50 f (8.8 级 ) b u = 0.38 f (5.6 级 ) b u = 0.40 f (8.8 级 ) 接 b c 承 压 f = 1.08 f u b t 抗 拉 f = 0.48 f b u 承 压 型 高 强 度 螺 栓 b v 抗 剪 f = 0.30 f b u b c 承 压 f = 1.6 f 锚 栓 抗 拉 f = 0.38 f a t u b u 抗 拉 抗 压 和 抗 弯 f = f /1.8 y 铸 钢 件 抗 剪 f = f 3 v 端 面 承 压 ( 刨 平 顶 紧 ) f = 0.65 f 本 条 表 中 各 项 强 度 设 计 值 的 换 算 关 系 与 原 规 范 相 同 由 于 铆 钉 在 钢 结 构 工 程 连 接 中 已 经 淘 汰, 因 此 取 消 了 有 关 铆 钉 连 接 的 相 关 内 容 增 加 了 网 架 用 高 强 度 螺 栓, 螺 栓 球 节 点 网 架 用 的 高 强 度 螺 栓 的 外 形 连 接 副 受 力 机 理 施 工 安 装 方 法 及 强 度 设 计 值 均 与 普 钢 钢 结 构 用 的 高 强 度 螺 栓 不 同 增 加 了 Q390 钢 作 为 锚 栓, 还 增 加 了 螺 栓 与 Q460 钢 Q345GJ 钢 构 件 连 接 的 承 压 强 度 设 计 值 ce u 3

29 5.4.5 本 条 为 新 增 条 文, 由 于 结 构 用 无 缝 钢 管 GB/T 材 料 标 准 中, 钢 管 壁 厚 的 分 组 材 料 的 屈 服 强 度 抗 拉 强 度 均 与 钢 板 材 料 标 准 GB/T 有 所 不 同, 表 的 强 度 设 计 值 是 由 钢 管 材 料 标 准 中 的 屈 服 强 度 除 以 相 应 的 抗 力 分 项 系 数 得 出 的 4

30 6 结 构 分 析 与 稳 定 性 设 计 6.1 一 般 规 定 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 3..6 在 进 行 弹 性 分 析 时, 塑 性 变 形 发 展 采 用 截 面 塑 性 发 展 系 数 g x g 给 予 考 虑 y 为 003 版 的 3..7 条 的 修 改 和 补 充, 使 原 有 规 定 更 具 可 操 作 性 框 架 结 构 中, 梁 与 柱 的 刚 性 连 接 应 符 合 弹 性 受 力 过 程 中 梁 柱 交 角 不 变 的 假 定, 同 时 连 接 应 具 有 充 分 的 强 度 来 承 受 交 汇 构 件 端 部 传 递 的 所 有 最 不 利 内 力 梁 与 柱 铰 接 时, 应 使 连 接 具 有 充 分 的 转 动 能 力, 且 能 有 效 地 传 递 横 向 剪 力 与 轴 心 力 梁 柱 节 点 连 接 的 约 束 刚 度 是 有 限 的, 在 承 受 弯 矩 的 同 时 会 产 生 相 应 的 交 角 变 化, 须 依 据 具 体 构 造 形 式 确 定 初 始 刚 度 值, 进 而 参 与 结 构 分 析 节 点 的 约 束 刚 度 应 以 试 验 为 依 据, 具 体 算 法 可 参 考 相 应 的 文 献 本 条 为 003 版 的 条 的 修 改 和 补 充 本 次 修 订 对 空 腹 桁 架 要 求 在 对 连 接 性 质 做 出 正 确 判 断 的 基 础 上 进 行 结 构 分 析 本 条 为 新 增 条 文 本 条 对 结 构 分 析 方 法 的 选 择 进 行 了 原 则 性 的 规 定 对 于 二 阶 效 应 明 显 的 有 侧 移 框 架 结 构, 优 先 采 用 二 阶 弹 性 分 析 方 法 或 简 化 二 阶 弹 性 分 析 方 法 钢 结 构 根 据 抗 侧 力 构 件 在 水 平 力 作 用 下 的 变 形 形 态, 可 分 为 剪 切 型 ( 框 架 结 构 ) 弯 曲 型 ( 如 高 跨 比 为 6 以 上 的 支 撑 架 ) 和 弯 剪 型 式 ( ) 只 适 用 剪 切 型 结 构, 对 于 弯 曲 型 和 弯 剪 型 结 构, 采 用 式 计 算 二 阶 效 应 系 数 强 调 整 体 屈 曲 模 态, 是 要 排 除 可 能 出 现 的 一 些 最 薄 弱 构 件 的 屈 曲 模 态 二 阶 效 应 系 数 也 可 以 采 用 下 式 计 算 : q Du i i = 1- D Ⅱ ui 式 中 Du Ⅱ i 按 二 阶 弹 性 分 析 求 得 的 计 算 楼 层 的 层 间 侧 移 D u i 按 一 阶 弹 性 分 析 求 得 的 计 算 楼 层 的 层 间 侧 移 本 条 为 新 增 条 文 6. 一 阶 弹 性 分 析 与 设 计 6.. 本 节 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 本 节 着 重 对 一 阶 弹 性 分 析 设 计 方 法 的 适 用 条 件 和 设 计 过 程 进 行 了 说 明, 基 本 延 续 了 原 规 范 对 无 侧 移 框 架 和 有 侧 移 框 架 的 设 计 方 法 5

31 6.3 二 阶 弹 性 分 析 与 设 计 本 节 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 二 阶 弹 性 分 析 设 计 方 法 考 虑 了 结 构 在 荷 载 作 用 下 产 生 的 变 形 ( P - D ) 结 构 初 始 几 何 缺 陷 ( P - D ) 节 点 刚 度 和 残 余 应 力 对 结 构 和 构 件 内 力 0 产 生 的 影 响 在 计 算 分 析 过 程 中, 可 以 直 接 建 立 带 有 初 始 几 何 缺 陷 的 结 构, 也 可 以 把 初 始 几 何 缺 陷 的 影 响 用 等 效 水 平 荷 载 来 代 替, 施 加 等 效 水 平 荷 载 时 应 考 虑 荷 载 的 最 不 利 组 合 6.3. 本 条 对 框 架 结 构 整 体 初 始 几 何 缺 陷 值 给 出 了 具 体 取 值, 经 过 国 内 外 规 范 对 比 分 析, 结 果 显 示 框 架 结 构 的 初 始 几 何 缺 陷 值 不 仅 跟 结 构 层 间 高 度 有 关, 而 且 也 与 结 构 层 数 的 多 少 有 关, 式 (6.3.-1) 是 从 式 (6.3.-) 推 导 而 来, 即 : H h h 1 f D = ni i i yk i 0. Q = i 50 + ns 35 (1) 按 照 钢 结 构 工 程 施 工 质 量 验 收 规 范 (GB ) 的 有 关 要 求, 结 构 的 最 大 水 平 安 装 误 差 不 大 于 h i /1000 综 合 各 种 因 素, 框 架 结 构 的 初 始 几 何 缺 陷 代 表 值 取 为 D 和 i h i /1000中 的 较 大 值 当 采 用 二 阶 弹 性 分 析 时, 为 配 合 计 算 的 精 度, 应 考 虑 结 构 的 初 始 几 何 缺 陷 对 内 力 的 影 响 其 影 响 程 度 可 通 过 在 框 架 每 层 柱 的 柱 顶 作 用 有 附 加 的 假 想 水 平 力 H 来 综 合 体 现 研 究 表 ni 明, 框 架 的 层 数 越 多, 构 件 的 缺 陷 影 响 越 小, 且 每 层 柱 数 的 影 响 亦 不 大 通 过 与 国 外 规 范 的 比 较 分 析, 并 考 虑 钢 材 强 度 的 影 响, 本 规 范 提 出 了 H 值 的 计 算 公 式 (6.3.-) ni 本 节 基 本 沿 用 003 版 的 3..8 二 阶 弹 性 分 析 设 计 方 法 考 虑 了 结 构 在 荷 载 作 用 下 产 生 的 变 形 ( P - D) 结 构 初 始 几 何 缺 陷 ( P - D 0 ) 节 点 刚 度 和 残 余 应 力 对 结 构 和 构 件 内 力 产 生 的 影 响 本 规 范 用 等 效 水 平 荷 载 来 代 替 初 始 几 何 缺 陷 的 影 响, 施 加 等 效 水 平 荷 载 时 应 考 虑 荷 载 的 最 不 利 组 合 与 GB 的 式 (3..8-) 相 比, 式 (6.3.-1) 将 二 阶 效 应 仅 与 框 架 受 水 平 荷 载 相 关 连, 不 需 要 在 楼 层 和 屋 顶 标 高 设 置 虚 拟 水 平 支 座 和 计 算 其 反 力, 只 需 分 别 计 算 框 架 在 竖 向 荷 载 和 水 平 荷 载 下 的 一 阶 弹 性 内 力, 即 可 求 得 近 似 的 二 阶 弹 性 弯 矩 该 式 概 念 清 楚, 计 算 简 便, 且 符 合 工 程 计 设 计 习 惯, 研 究 表 明 适 用 于 0.1 < q i 0.5范 围 侯 和 涛 博 士 所 作 参 数 分 析 表 明, 该 近 似 式 所 得 结 果 与 精 确 二 阶 弹 性 弯 矩 相 比, 误 差 不 超 过 5% 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 到 构 件 6

32 的 和 对 内 力 的 影 响, 因 此 这 部 分 的 影 响 应 通 过 稳 定 系 数 来 进 行 考 虑, 但 此 时 的 构 件 计 算 长 度 系 数 应 取 按 本 节 进 行 大 跨 度 钢 结 构 全 过 程 分 析 求 得 的 第 一 个 临 界 点 的 荷 载 值, 可 作 为 大 跨 度 钢 结 构 的 稳 定 极 限 承 载 力, 如 按 弹 性 全 过 程 分 析, 安 全 系 数 K 可 取 为 4.; 如 按 弹 塑 性 全 过 程 分 析 时, 安 全 系 数 K 可 取 为.0, 参 见 条 文 直 接 分 析 设 计 法 本 节 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 当 采 用 直 接 分 析 设 计 法 时, 可 以 直 接 建 立 带 有 初 始 几 何 缺 陷 的 结 构 和 构 件 单 元, 也 可 以 用 等 效 荷 载 来 替 代 对 于 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 到 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 6.4. 构 件 的 初 始 几 何 缺 陷 形 状 用 正 弦 波 来 模 拟, 取 构 件 初 始 几 何 缺 陷 代 表 值 为 了 便 于 计 算, 构 件 的 初 始 几 何 缺 陷 可 以 用 均 布 荷 载 代 替, 均 布 荷 载 数 值 可 由 结 构 力 学 求 解 方 法 得 到, 如 图 6.4. 所 示 图 6.4. 均 布 荷 载 计 算 简 图 推 导 过 程 如 下 : å l l q l l M = N e + q - = : k q 8N k e0 0 = (4) 直 接 分 析 设 计 法 是 一 种 全 过 程 二 阶 弹 塑 性 分 析 设 计 方 法, 可 以 全 面 考 虑 结 构 和 构 件 的 初 始 缺 陷 几 何 非 线 性 材 料 非 线 性 等 对 结 构 和 构 件 内 力 的 影 响, 其 分 析 设 计 过 程 可 用 式 (5) 来 表 达 用 直 接 分 析 设 计 法 求 得 的 构 件 的 内 力 可 以 直 接 做 为 校 核 构 件 的 依 据 N M + N( D +D + d + d ) M + N( D +D + d + d ) A W W x x xi x x0 y y yi y y0 + + f (5) 式 中 : N 构 件 的 轴 力 设 计 值 ; A 构 件 的 毛 截 面 面 积 ; x l y 7

33 M, M 绕 着 构 件 x, y 轴 的 一 阶 弯 矩 承 载 力 设 计 值 ; x x y W W 绕 着 构 件 x, y 轴 的 毛 截 面 模 量 ; y D, D 由 于 结 构 在 荷 载 作 用 下 的 变 形 所 产 生 的 构 件 两 端 相 对 位 移 值 ; x y D, D 由 于 结 构 的 整 体 初 始 几 何 缺 陷 所 产 生 的 构 件 两 端 相 对 位 移 值 ; xi yi d, d 构 件 x, y 轴 方 向 的 荷 载 变 形 值 x y d, d 构 件 x, y 轴 方 向 的 初 始 缺 陷 值 x0 y0 8

34 7 受 弯 受 剪 和 受 扭 构 件 的 计 算 及 梁 的 设 计 7.1 受 弯 受 剪 构 件 的 强 度 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 补 充 了 箱 形 截 面 的 塑 性 开 展 系 数 箱 形 截 面 的 塑 性 开 展 系 数, 应 该 介 于 1.05~1. 之 间 表 箱 形 截 面 的 塑 性 开 展 系 数 截 面 号 B H Tf Tw Fx J J J J J J J J J J J J 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 计 算 腹 板 计 算 高 度 边 缘 的 局 部 承 压 强 度 时, 集 中 荷 载 的 分 布 长 度 l z, 早 在 二 十 世 纪 四 十 年 代, 前 苏 联 的 科 学 家 已 经 利 用 弹 性 地 基 梁 上 的 模 型, 获 得 了 地 基 梁 下 反 力 分 布 的 近 似 解 析 解, 并 被 英 国, 欧 洲, 美 国, 前 苏 联 钢 结 构 设 计 规 范 用 于 轨 道 下 的 等 效 分 布 长 度 计 算 ; 最 新 的 数 值 分 析 表 明, 基 于 弹 性 地 基 梁 的 模 型, 得 到 的 承 压 长 度 (7.1.3-a) 式 中 的 系 数 改 为 3.5 就 是 国 外 的 公 式 ) 偏 大, 应 该 改 为.83; 随 后 进 行 的 理 论 上 更 加 严 密 的 解 析 分 析 表 明, 弹 性 地 基 梁 的 变 形 集 中 在 荷 载 作 用 点 附 近 很 短 的 一 段, 应 该 考 虑 剪 切 变 形, 改 为 弹 性 地 基 上 的 Timoshenko 梁 的 模 型, 这 样 得 到 的 承 压 长 度 的 解 析 解 公 式 的 系 数 从 3.5 下 降 到.17, 在 梁 模 型 中 承 压 应 力 的 计 算 应 考 虑 荷 载 作 用 高 度 的 影 响, 考 虑 到 轮 压 作 用 在 轨 道 上 表 面, 承 压 应 力 的 扩 散 更 宽, 这 个 系 数 增 加 到.83 简 化 的 方 法, 国 外 均 按 照 1:1 扩 散, 没 有 初 始 宽 度 a = 50 mm,( ) 式 与 (7.1.3-) 式 的 对 比 见 表 7.1.3, 表 的 数 据 未 考 虑 上 翼 缘 的 惯 性 矩 和 厚 度, 表 中 空 格 表 示 实 际 不 会 出 现 的 情 况 从 表 格 看, a = 50 mm 应 理 解 为 简 化 计 算 需 要 引 进 的 初 始 量, 而 不 是 轮 子 和 轨 道 的 接 触 面 长 度 g x Fy g y 9

35 腹 板 厚 度 (mm) 表 (7.1.3-) 和 ( ) 计 算 的 承 压 长 度 对 比 (mm) 4 轨 道 规 格 及 其 惯 性 矩 (cm ) 4kg 33kg 38kg 43kg 50kg QU70 QU80 QU100 QU h R h R 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 受 弯 构 件 的 整 体 稳 定 7.. 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 4.. 为 了 与 强 度 计 算 衔 接, 稳 定 性 验 算 公 式 引 入 g x 梁 的 整 体 稳 定 性 系 数 的 计 算 做 了 适 当 调 整 7..3 本 条 为 新 增 条 文 梁 的 稳 定 系 数, 我 国 长 期 以 来, 对 焊 接 工 字 形 梁 和 轧 制 工 字 形 梁 不 作 区 分, 国 内 做 过 的 焊 接 工 字 钢 梁 的 试 验, 其 稳 定 系 数 也 比 轧 制 工 字 钢 低, 但 是 数 据 非 常 有 限 本 条 建 议 的 公 式, 虽 然 比 GB 有 较 大 的 修 改, 原 因 是 最 早 提 出 的 弹 塑 性 稳 定 系 数 j b = 主 要 参 考 了 18 根 梁 的 试 验, 且 主 要 是 轧 制 工 字 钢 公 式 对 j j b b 焊 接 工 字 钢 梁 的 稳 定 系 数, 接 近 试 验 数 据 的 上 限, 偏 于 不 安 全 国 际 上, 例 如 英 国, 日 本 等 均 做 焊 接 和 轧 制 的 区 分, 焊 接 梁 的 稳 定 系 数 小 于 轧 制 的 梁 日 本 福 本 秀 士 等 根 据 各 国 积 累 的 大 量 轧 制 梁 和 焊 接 梁 的 试 验 资 料 统 计 分 析, 在 稳 定 系 数 公 式 1 采 用 j = 1/ (1 + l ) b n n b 的 形 式 下, 得 到 试 验 平 均 值 曲 线 的 指 数, 轧 制 和 焊 接 梁 分 别 是,n=.5 和.0, 在 取 平 均 值 减 去 二 倍 均 方 差 的 情 况 下, 轧 制 梁 n = 1.5, 焊 接 梁, n = 1 法 国 规 范 采 用 过.0 和 1.5, 德 国 采 用 过.5 和.0 EC3 对 梁 的 稳 定 系 数 允 许 两 套 公 式, 一 套 直 接 采 用 柱 子 曲 线 a,b,c,d, l b 0.时 j b = 1, 30

36 热 轧 工 字 钢, h / b 采 用 a 曲 线, h / b > 采 用 b 曲 线 ; 焊 接 工 字 形 截 面 h / b 采 用 c 曲 线, h / b > 是 d 曲 线 第 二 套 公 式 显 然 是 考 虑 了 英 国 规 范, 规 定 了 l 0.4时 j = 1, 缺 陷 参 数 取 自 柱 子 曲 线 b,c,d, 热 轧 工 字 钢, h / b 采 用 b 曲 线, h / b > 是 c 曲 线 ; 焊 接 工 字 钢 h / b 采 用 c 曲 线, h / b > 采 用 d 曲 线, 曲 线 下 降 得 比 第 一 套 公 式 快 本 条 建 议, n = 1 ~.6之 间, 除 了 焊 接 和 轧 制 的 区 别 外, 主 要 影 响 因 素 是 截 面 受 压 翼 缘 宽 度 和 截 面 高 度 的 比 值, 少 量 地 受 到 长 细 比 的 影 响, 见 附 表 7..3 算 得 的 稳 定 系 数 比 EC3 的 两 套 计 算 方 法 的 结 果 都 高, 钢 梁 稳 定 性 计 算 最 主 要 应 用 场 合 是 中 小 跨 度 的 吊 车 梁, 其 高 宽 比 一 般 在 1.5~ 之 间, 因 此 焊 接 梁 的 n 在 1.4~1.55 左 右, 轧 制 梁 的 n 在 ~., 而 且 j b = 1 b 的 起 点 定 在 了 l b0 = 0.3和 0.4, 指 数 与 截 面 的 高 宽 比 联 系 起 来, 更 为 合 理, 也 为 有 限 元 分 析 结 果 所 证 实 表 7..3 指 数 n b h / b 热 轧 焊 接 j b 0.5 热 轧,h/b=1 0.4 热 轧,h/b= 热 轧,h/b= 热 轧,h/b=.5 0. 热 轧,h/b=3 0.1 欧 拉 公 式 GB l b j b 焊 接,h/b=1 焊 接,h/b=1.5 焊 接,h/b= 焊 接,h/b=.5 焊 接, h/b=3 欧 拉 公 式 GB l b 图 7..3 不 同 高 宽 比 的 焊 接 和 轧 制 工 字 钢 梁 的 稳 定 系 数 线 性 变 化 的 弯 矩, 主 要 用 于 计 算 压 弯 杆 的 平 面 外 弯 扭 失 稳 计 算 公 式 中 弯 矩 项 的 稳 定 系 数 弯 矩 线 性 变 化 时, 稳 定 系 数 比 均 匀 受 弯 时 有 提 高 在 弹 性 阶 段, 弯 矩 线 性 变 化 相 对 于 纯 弯 时 临 界 弯 矩 的 提 高 是 通 过 等 效 弯 矩 系 数 在 M 考 虑, 并 且 通 过 (7..3-) 式 在 长 细 比 中 得 到 cr 考 虑 的 在 弹 塑 性 阶 段, 弯 矩 线 性 变 化 时, 稳 定 系 数 取 1.0 的 界 限 长 细 比 会 变 大, 纯 弯 时 是 0.4, 到 m = M / M1 = - 1( M 较 小 弯 矩 ; M 1 较 大 弯 矩 ) 时 的 1.0, 即 m = - 1的 情 况 31

37 下, l b = 1时 除 了 两 端 出 现 塑 性, 梁 内 均 是 弹 性 的, 因 此 是 弹 性 失 稳 但 是 因 为 残 余 应 力 和 初 弯 曲 的 影 响, 规 定 m = M / M1 = - 1 l b = 0.9时 j b = 1, 在 焊 接 的 情 况 下, l b = 0.8时 j = 1 在 这 样 的 约 定 下, 可 以 得 到 表 7..3 b 在 h / b =1.5 时 ( 这 是 多 层 房 屋 中 较 为 常 见 的 工 字 形 截 面 高 宽 比 ), 轧 制 和 焊 接 工 字 钢 弯 矩 线 性 变 化 时 的 稳 定 系 数 见 图 j b 焊 接,m = 焊 接,m = 焊 接,m =0 焊 接,m =0.5 h/b 1 = 焊 接,m =1 欧 拉 公 式 l b j b 轧 制,m =-1 轧 制,m =-0.5 轧 制,m =0 轧 制,m =0.5 轧 制,m =1 欧 拉 公 式 h/b 1 = l b 图 7..3 弯 矩 线 性 变 化 时 的 稳 定 系 数 7..4 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 4..3 在 两 个 主 平 面 内 受 弯 的 构 件, 其 整 体 稳 定 性 计 算 很 复 杂, 本 条 所 列 公 式 (7..4) 是 一 个 经 验 公 式 1978 年 国 内 曾 进 行 过 少 数 几 根 双 向 受 弯 梁 的 荷 载 试 验, 分 三 组 共 7 根, 包 括 热 轧 工 字 钢 I18 和 I4a 与 一 组 单 轴 对 称 加 强 上 翼 缘 的 焊 接 工 字 梁 每 组 梁 中 1 根 为 单 向 受 弯, 其 余 1 根 或 根 为 双 向 受 弯 ( 最 大 刚 度 平 面 内 受 纯 弯 和 跨 度 中 点 上 翼 缘 处 受 一 水 平 集 中 力 ) 以 资 对 比 试 验 结 果 表 明, 双 向 受 弯 梁 的 破 坏 荷 载 都 比 单 向 低, 三 组 梁 破 坏 荷 载 的 比 值 各 为 和 0.88 双 向 受 弯 梁 跨 度 中 点 上 翼 缘 的 水 平 位 移 和 跨 度 中 点 截 面 扭 转 角 也 都 远 大 于 单 向 受 弯 梁 用 上 述 少 数 试 验 结 果 验 证 本 条 公 式 (7..4), 证 明 是 可 行 的 公 式 左 边 第 二 项 分 母 中 引 进 绕 弱 轴 的 截 面 塑 性 发 展 系 数 g y, 并 不 意 味 绕 弱 轴 弯 曲 出 现 塑 性, 而 是 适 当 降 低 第 二 项 的 影 响, 并 使 公 式 与 本 章 (7.1.1) 式 和 (7..) 式 形 式 上 相 协 调 7..5 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 为 新 增 条 文 本 条 针 对 框 架 主 梁 的 负 弯 矩 区 的 稳 定 性 计 算 提 出, 负 弯 矩 区 下 翼 缘 受 压, 上 翼 缘 受 拉, 且 上 翼 缘 有 楼 板 起 侧 向 支 撑 和 提 供 扭 转 约 束, 因 此 负 弯 矩 区 的 失 稳 是 畸 变 失 稳 3

38 将 下 翼 缘 作 为 压 杆, 腹 板 作 为 对 下 翼 缘 提 供 侧 向 弹 性 支 撑 的 部 件, 上 翼 缘 看 成 固 定, 则 1 可 以 求 出 纯 弯 简 支 梁 下 翼 缘 发 生 畸 变 屈 曲 的 临 界 应 力 是 s = 1 b / t cr, d E 3 4 ( h / t ), 考 虑 到 支 座 条 件 接 近 嵌 固, 弯 矩 快 速 下 降 变 成 正 弯 矩 等 有 利 因 素, 以 及 实 际 结 构 腹 板 高 厚 比 的 限 值, 腹 板 对 翼 缘 能 够 提 供 强 大 的 侧 向 约 束, 因 此 框 架 梁 负 弯 矩 区 的 畸 变 屈 曲 并 不 是 一 个 需 要 特 别 加 以 精 确 计 算 的 问 题, 因 此 本 条 提 出 了 很 简 单 的 畸 变 屈 曲 的 临 界 应 力 公 式 (7..8-3) 通 用 长 细 比 小 于 等 于 0.45 时, 弹 塑 性 畸 变 屈 曲 应 力 基 本 达 到 钢 材 的 屈 服 强 度, 此 时 截 面 尺 寸 刚 好 满 足 (7..8-1) 对 于 抗 震 设 计, 要 求 应 更 加 严 格 不 满 足 (7..8-1) 式, 则 设 置 加 劲 肋, 能 够 为 下 翼 缘 提 供 更 加 刚 强 的 约 束, 能 够 带 动 楼 板 对 框 架 梁 提 供 扭 转 约 束 加 加 劲 肋 后, 刚 度 很 大, 一 般 不 再 需 要 计 算 整 体 稳 定 和 畸 变 屈 曲 本 条 为 新 增 条 文 7.3 受 扭 构 件 的 强 度 及 整 体 稳 定 本 节 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 受 扭 构 件 设 计 的 一 般 原 则 如 下 : 1 当 钢 梁 以 自 身 扭 转 抵 抗 外 荷 载 时, 应 在 强 度 和 稳 定 性 的 计 算 中 考 虑 自 由 扭 转 和 约 束 扭 转 产 生 的 应 力 ; 钢 梁 的 扭 转 作 为 一 种 次 应 力 出 现, 扭 转 不 会 自 由 发 展 的 构 件, 无 需 考 虑 扭 转 作 用 ; 3 在 抗 剪 强 度 计 算 中 可 不 考 虑 开 口 薄 壁 截 面 的 自 由 扭 转 应 力 ; 4 受 扭 构 件 宜 采 用 闭 口 截 面 形 式 当 采 用 开 口 截 面 形 式 时, 首 先 应 考 虑 双 轴 对 称 或 单 轴 对 称 形 式 7.4 局 部 稳 定 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 相 较 003 版 的 4.3.3, 对 梁 腹 板 局 部 稳 定 计 算 重 要 修 改 1 相 关 公 式 的 修 改 对 仅 设 置 横 向 加 劲 肋 的 腹 板 作 用 有 弯 曲 剪 切 和 局 部 压 缩 三 种 荷 载 共 同 作 用 下 的 弹 性 局 部 屈 曲 相 关 公 式, 最 早 公 式 是 æ s b s ö æ c t ö ç + + ç 1.0 s s èt ø è bcr c, cr ø cr ( ) 在 003 规 范, 局 部 屈 曲 改 为 弹 塑 性 承 载 力 计 算 后, 在 弹 塑 性 阶 段 沿 用 上 式, 非 常 保 守 w w 33

39 而 变 得 不 合 理, 因 此 改 为 æ s ö æ b t ö s c ç + ç s t s è bcr ø è cr ø c, cr (7.4.3-) 这 一 公 式 只 适 合 腹 板 承 受 成 对 的 承 压 应 力, 即 上 下 翼 缘 施 加 大 小 相 同 方 向 相 反 使 得 腹 板 受 到 挤 压 的 应 力, 而 单 个 的 挤 压 力 在 腹 板 高 度 上 产 生 较 为 不 均 匀 的 承 压 应 力, 其 使 腹 板 屈 曲 的 趋 向 减 弱, 并 且 此 时 屈 曲 波 形 中 挠 度 最 大 的 地 方 不 是 应 力 最 大 的 地 方, 因 此 承 压 应 力 项 应 有 一 个 大 于 1 的 指 数 国 外 对 单 向 承 压 力 下 的 腹 板 破 坏 进 行 过 大 量 的 试 验 研 究, 结 果 表 明, 钢 梁 纵 向 弯 曲 应 力 对 竖 向 承 压 极 限 承 载 力 ( 屈 服 或 者 Crippling failure) 的 影 响, 最 保 守 的 公 式 是 采 用 s - 来 表 示 ( 也 有 采 用 b 1 f yw s - 和 3 b f yw s -, 见 Plated Structures, stability and b 8 1 f yw strength,edited by Narayanan R.,1985,Applied Science Publishers. 这 表 明, 在 长 细 比 小 时, 承 压 和 弯 曲 的 相 关 关 系 是 一 个 圆 方 程 或 高 于 圆 的 方 程 但 是 在 通 用 高 厚 比 大 时, 屈 曲 相 关 关 系 应 趋 于 式 结 合 本 次 规 范 修 订 而 开 展 的 对 这 一 问 题 的 研 究, 发 现 如 下 两 两 相 互 作 用 的 关 系 弯 曲 应 力 和 剪 切 应 力 的 相 互 关 系 10 4 a a æ s ö æ b t ö ç + ç = 1 s t 即 弯 曲 应 力 和 承 压 应 力 有 相 同 的 指 数, 这 说 明 两 者 对 屈 曲 的 贡 献 类 似 指 数 的 范 围 是 从 短 板 的 1.0 变 到 长 板 的 è bcr 0 ø è cr0 ø ( ) 这 个 关 系 不 完 全 是 圆, 只 有 在 长 板 才 是 圆, 短 板 采 用 圆 的 偏 于 不 安 全 的 弯 曲 应 力 项 的 指 数 范 围 从 短 板 的 变 到 长 板 的. 传 统 上 一 直 认 为, 弯 曲 和 剪 应 力 的 相 关 关 系 是 圆, 是 早 在 1936 年 就 已 经 得 到 建 立 和 证 实 的 公 式, 但 是 查 阅 Bleich 和 Bulson 等 著 作 可 知, 对 于 短 板, 采 用 圆 确 实 偏 于 不 安 全, 这 说 明 ( ) 式 是 成 立 的 剪 切 应 力 和 局 部 承 压 应 力 是 相 关 关 系 是 8 (3+ a ) 8 3(1 + a ) æ s ö æ c t ö + = 1 ç ç s èt ø è c, cr 0 ø cr0 ( ) 承 压 应 力 项 的 指 数 从 短 板 的 变 到 长 板 的 在 弯 曲 应 力 和 局 部 承 压 应 力 作 用 下 的 相 关 关 系 是 10 a a (5 + a ) 10 s 5(5 + a ) bcr æ s ö æ ö c + = 1 ç ç ès c, cr 0 ø è sbcr 0 ø ( )