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 ( )

40 从 以 上 三 个 两 两 相 互 作 用 公 式 构 造 三 项 式 的 关 系 并 非 易 事, 但 是 可 以 采 用 切 片 的 方 法, s c 了 解 并 掌 握 三 种 应 力 同 时 作 用 时 的 相 关 关 系, 如 下 图 所 示 取 s c, cr 0 = 0,0.,0.4,0.6,0.8切 片 分 别 计 算 弯 曲 应 力 和 剪 切 应 力 之 间 的 相 关 关 系, 并 拟 合 曲 线, 即 可 以 得 到 ( ) 式 s s t t s s 图 由 于 ( ) 式 代 表 的 是 图 所 示 的 外 凸 曲 面, 指 数 均 大 于 等 于 1.15, 因 此 本 条 修 改 后, 比 003 规 范 在 承 压 应 力 的 验 算 方 面, 大 多 数 情 况 下 是 更 加 容 易 满 足 明 确 提 出, 承 压 应 力 出 现 在 腹 板 区 格 中 间 时, 剪 应 力 的 计 算 应 扣 除 这 个 承 压 应 力 产 生 的 剪 应 力 这 是 因 为, 承 压 屈 曲 应 力 的 计 算 中 已 经 包 含 了 这 个 剪 切 应 力, 如 果 再 考 虑 承 压 应 力 产 生 的 剪 应 力, 相 当 于 考 虑 了 两 次 3 板 件 在 各 个 应 力 独 自 作 用 下 的 弹 塑 性 稳 定 系 数 的 修 改 有 两 点, 1) 在 通 用 高 厚 比 较 大 的 阶 段, 原 规 范 公 式 都 存 在 1.1 的 系 数 将 稳 定 系 数 提 高 到 欧 拉 公 式 之 上, 在 部 分 板 件, 屈 曲 后 强 度 也 不 一 定 有 那 么 多, 所 以 这 次 将 1.1 改 回 到 1.0; ) 将 原 来 分 段 的 公 式 连 续 化, 这 样 有 利 于 压 缩 规 范 的 篇 幅 取 消 系 数 1.1, l pb = 0.85 ~ 1.5之 间 拉 直 线, 在 这 次 统 一 采 用 一 个 公 式 对 比 如 下 35

41 j pb 欧 拉 公 式 GB 现 在 l pb 附 图 弯 曲 稳 定 系 数 对 比 腹 板 剪 切 屈 曲 的 弹 塑 性 稳 定 系 数, 是 早 期 EC3(1994 年 版 本 ) 分 段 公 式 的 简 化 和 修 正, 与 本 规 范 003 版 在 大 长 细 比 阶 段 去 掉 系 数 1.1, 中 间 过 渡 段 采 用 直 线 的 公 式 很 接 近, 这 次 提 出 的 公 式 与 分 段 公 式 的 对 比 见 下 图 GB ( 修 改 ) 现 在 0.6 j ps l ps 图 剪 切 稳 定 系 数 对 比 局 部 承 压 的 分 段 公 式 与 这 次 修 改 的 公 式 对 比 见 附 图

42 j pc 欧 拉 公 式 GB 现 在 l pc 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 节 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 图 承 压 稳 定 系 数 对 比 7.5 腹 板 开 孔 梁 7.5. 本 条 提 出 的 梁 腹 板 开 洞 时 孔 口 及 其 位 置 的 尺 寸 规 定, 主 要 参 考 美 国 钢 结 构 标 准 节 点 构 造 大 样 用 套 管 补 强 有 孔 梁 的 承 载 力 时, 可 根 据 以 下 三 点 考 虑 :(1) 可 分 别 验 算 受 弯 和 受 剪 时 的 承 载 力 ;() 弯 矩 仅 由 翼 缘 承 受 ;(3) 剪 力 由 套 管 和 梁 腹 板 共 同 承 担, 即 : V = V S + V W 式 中 V S 套 管 的 抗 剪 承 载 力 ; V W 梁 腹 板 的 抗 剪 承 载 力 补 强 管 的 长 度 一 般 等 于 梁 翼 缘 宽 度 或 稍 短, 管 壁 厚 度 宜 比 梁 腹 板 厚 度 大 一 级 角 焊 缝 的 焊 脚 长 度 可 取 0.7t,t 为 梁 腹 板 厚 度 本 条 为 新 增 条 文 37

43 7.6 组 合 梁 腹 板 考 虑 屈 曲 后 强 度 的 计 算 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 对 吊 车 梁 和 吊 车 桁 架 ( 或 类 似 结 构 ) 的 要 求 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 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 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 条 文 根 据 宝 钢 一 期 的 工 程 经 验 总 结, 增 加 本 条 文 参 考 文 献 : 陈 炯 变 截 面 吊 车 梁 圆 弧 式 和 直 角 式 突 变 支 座 的 受 力 性 能 分 析 及 变 截 面 吊 车 梁 直 角 突 变 式 支 座 的 构 造 h.5h, a 0.5h, b 1. 5a 1 0 ³ 图 直 角 式 突 变 支 座 节 点 构 造 38

44 7.8 梁 的 构 造 要 求 本 条 为 新 增 条 文 图 7.8.1a 为 槽 钢 檩 条 的 支 座, 其 连 接 角 钢 的 竖 直 肢 不 能 比 槽 钢 低 得 过 多, 且 角 钢 应 有 一 定 的 厚 度 ; 图 7.8.1b 为 冷 弯 薄 壁 Z 形 檩 条, 由 于 其 连 接 角 钢 由 薄 板 冷 弯 而 成, 刚 度 不 够, 故 用 加 劲 肋 加 强 ; 图 7.8.1c 系 列 用 梁 的 支 座 加 劲 肋 来 防 止 扭 转, 只 能 用 于 高 度 较 小 的 梁 ; 图 7.8.1d 的 构 造 不 尽 合 理, 它 依 靠 腹 板 平 面 外 的 弯 曲 刚 度 来 抵 抗 扭 转, 而 腹 板 的 弯 曲 刚 度 很 弱, 所 以 只 能 用 于 长 而 矮 的 梁 否 则, 宜 采 用 图 7.8.1e 的 连 接 构 造, 或 在 上 翼 缘 另 加 支 承 ; 图 7.8.1f 为 梁 借 助 端 板 连 于 柱 的 侧 面, 梁 端 不 会 侧 移 和 扭 转, 但 截 面 绕 强 轴 的 转 动 和 翘 曲 受 到 一 定 约 束, 不 是 完 全 简 支, 宜 视 为 半 刚 性 连 接 仅 将 梁 腹 板 与 柱 相 连 的 构 造, 如 图 7.8.1g 和 图 7.8.1h, 不 完 全 符 合 夹 支 条 件, 这 种 情 况 宜 将 临 界 弯 矩 乘 以 折 减 系 数 本 条 为 新 增 条 文 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 基 本 沿 用 003 版 的

45 8 轴 心 受 力 构 件 的 计 算 和 桁 架 杆 件 的 设 计 本 条 为 新 增 条 文 轴 心 受 力 是 对 截 面 而 言 的 目 前 强 度 一 词 有 两 种 用 法, 广 义 的 用 法 指 构 件 的 承 载 力, 狭 义 的 用 法 指 截 面 强 度, 为 明 确 起 见, 对 03 版 的 强 度 一 词 增 加 截 面 二 字 8.1 截 面 强 度 计 算 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 规 范 版 在 条 文 说 明 中 给 出 了 式 ( ) 和 式 (8.1.1-), 并 指 出 如 果 今 后 采 用 屈 强 比 更 大 的 钢 材, 宜 用 这 两 个 公 式 来 计 算, 以 确 保 安 全 当 前, 屈 强 比 高 于 0.8 的 Q460 钢 已 开 始 采 用, 为 此, 用 这 两 个 公 式 取 代 了 净 截 面 屈 服 的 计 算 公 式 对 于 Q35 和 Q345 钢, 用 这 两 个 公 式 可 以 节 约 钢 材 当 沿 构 件 长 度 有 排 列 较 密 的 螺 栓 孔 时, 由 净 截 面 屈 服 控 制, 以 免 变 形 过 大 8.1. 本 条 为 新 增 条 文 轴 压 构 件 孔 洞 有 螺 栓 填 充 者, 不 必 验 算 净 截 面 强 度 本 条 为 003 版 的 3.4. 条 的 修 改 此 项 折 减 系 数 是 考 虑 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,03 版 仅 在 3.4. 条 对 单 边 连 接 的 单 角 钢 规 定 有 折 减 系 数, 现 在 移 至 本 章, 并 加 以 扩 展 8. 轴 压 构 件 的 稳 定 性 计 算 8..1 式 (8..1-1) 改 用 构 件 承 载 力 的 表 达 式, 有 别 于 截 面 强 度 的 应 力 表 达 式, 使 概 念 明 确 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 b/ h > 0.8的 H 型 钢 和 等 边 角 钢 的 j 系 数 可 提 高 一 类 采 用, 参 看 陈 绍 蕃 热 轧 高 强 度 钢 压 杆 的 承 载 能 力 分 析 ( 建 筑 钢 结 构 进 展, 待 发 表 ) 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 5.1. 截 面 单 轴 对 称 构 件 换 算 长 细 比 的 计 算 公 式 (8..1-4) 和 单 双 角 钢 的 简 化 公 式, 都 来 自 弹 性 稳 定 理 论, 这 些 公 式 用 于 弹 塑 性 范 围 时 偏 于 保 守, 原 因 是 当 构 件 进 入 非 弹 性 后 其 弹 性 模 量 下 降 为 Et = t E, 但 剪 切 模 量 G 并 不 和 E 同 步 下 降, 在 构 件 截 面 全 部 屈 服 之 前 可 以 认 为 G 保 持 常 量 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, 因 此, 条 文 明 确 指 出 这 类 构 件 无 须 计 算 弯 扭 屈 曲, 并 删 去 了 原 公 式 (8..1-5) 双 角 钢 截 面 轴 压 构 件 抗 扭 刚 度 较 强, 对 弯 扭 屈 曲 承 载 力 的 影 响 较 弱, 仍 将 保 留 原 来 的 弹 性 公 式, 只 是 表 40

46 达 方 式 上 作 了 改 变, 实 质 没 有 变 动 绕 平 行 轴 屈 曲 的 单 角 钢 压 杆, 一 般 在 端 部 用 一 个 肢 连 接, 压 力 有 偏 心, 并 且 中 间 常 连 有 其 他 构 件, 其 换 算 长 细 比 的 规 定 见 第 8.6 节 本 条 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 ( ), 这 些 公 式 属 于 弹 性 构 件, 在 非 弹 性 范 围 偏 于 安 全, 若 要 提 高 计 算 精 度, 可 以 在 式 ( ) 的 右 端 乘 以 t = l 1-0.1l ( 用 于 l n 1.19) n n l f yk 式 中 : l n 构 件 正 则 化 长 细 比, l n = 93 35, l 可 取 弱 主 轴 x 的 长 细 比 l x 用 式 ( a,b) 计 算 l xyz时, 所 有 l z( 包 括 公 式 适 用 条 件 ) 都 乘 以 t 8.. 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 及 8..3 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 为 003 版 的 修 改 计 算 表 明 原 剪 力 公 式 的 强 度 调 整 系 数 f y 35 必 要, 删 去 并 无 8..7 本 条 为 新 增 内 容, 式 (8..7) 来 源 参 看 郭 彦 林 等 梭 形 柱 的 稳 定 性 能 及 设 计 方 法 研 究 ( 工 业 建 筑,37(7),007) 8..8 空 间 多 肢 钢 管 梭 形 格 构 柱 常 用 于 轴 心 受 压 构 件, 在 工 程 上 应 用 愈 来 愈 多, 但 目 前 缺 乏 设 计 理 论 指 导 清 华 大 学 与 同 济 大 学 的 理 论 和 试 验 研 究 结 果 表 明, 挺 直 钢 管 梭 形 格 构 柱 的 屈 曲 模 态 ( 最 低 阶 ) 依 据 其 几 何 及 截 面 尺 寸 可 能 发 生 单 波 形 的 对 称 屈 曲 和 反 对 称 屈 曲 通 过 对 理 论 推 导 与 大 量 的 弹 性 屈 曲 有 限 元 计 算 结 果 进 行 分 析, 证 明 公 式 (8..8-) 与 (8..8-3) 能 够 比 较 准 确 地 估 算 钢 管 梭 形 格 构 柱 的 对 称 与 反 对 称 屈 曲 荷 载 考 虑 其 几 何 初 始 缺 陷 的 影 响, 其 破 坏 时 的 变 形 模 式 表 现 为 单 波 形 非 对 称 S 形 及 反 对 称 三 种, 取 决 于 挺 直 钢 管 梭 形 格 构 柱 的 失 稳 模 态 与 初 始 缺 陷 的 分 布 及 幅 值 大 小 考 虑 钢 管 梭 形 格 构 柱 的 整 体 几 何 初 始 缺 陷 的 影 响 ( 幅 值 取 L/750), 对 其 承 载 力 进 行 了 大 挠 度 弹 塑 性 分 析 以 及 试 验 研 究 研 究 结 果 表 明, 按 照 式 (8..8) 计 算 获 得 的 换 算 长 细 比 并 采 用 b 类 截 面 柱 子 曲 线 确 定 钢 管 梭 形 格 构 柱 整 体 稳 定 系 数 比 较 合 适 且 偏 于 安 全 本 条 为 新 增 内 容, 来 源 参 看 郭 彦 林 等 梭 形 柱 的 稳 定 性 能 及 设 计 方 法 研 究 ( 工 业 建 筑, 37(7),007) 41

47 8.3 实 腹 轴 压 构 件 的 局 部 稳 定 和 屈 曲 后 强 度 本 条 为 003 版 5.4.1~5.4.4 的 修 改 03 规 范 有 关 轴 压 构 件 板 件 宽 厚 比 的 限 值 规 定, 所 遵 循 的 法 则 对 H 形 截 面 和 箱 形 截 面 不 一 致, 现 在 把 二 者 统 一 起 来, 一 律 采 取 屈 服 准 则 和 等 稳 准 则 综 合 运 用 的 方 法, 同 时, 在 推 导 宽 厚 比 限 值 时 考 虑 了 相 邻 板 件 相 互 约 束 关 系, 参 看 陈 绍 蕃 轴 心 压 杆 板 件 宽 厚 比 限 值 的 统 一 分 析 ( 建 筑 钢 结 构 进 展,11(5),009) 和 论 高 强 度 钢 压 杆 稳 定 计 算 中 的 屈 服 强 度 因 数 ( 建 筑 钢 结 构 进 展, 待 发 表 ) 由 于 高 强 度 角 钢 应 用 的 需 要, 增 加 了 等 边 角 钢 肢 的 宽 厚 比 限 值, 参 看 陈 绍 蕃 等 单 角 钢 压 杆 的 宽 厚 比 限 值 和 超 限 杆 的 承 载 力 ( 建 筑 结 构 学 报,31(9),010) 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 本 条 公 式 还 有 一 个 特 点 是 : 中 等 以 上 长 细 比 压 杆 的 板 件 宽 厚 比 限 值, 只 有 一 部 分 乘 以 强 度 调 整 系 数 35 f yk, 有 利 于 高 强 钢 材 更 充 分 的 发 挥 作 用 8.3. 本 条 为 新 增 加 的 内 容, 根 据 等 稳 准 则, 构 件 实 际 压 力 低 于 其 承 载 力 时, 相 应 的 局 部 屈 曲 临 界 力 可 以 降 低, 从 而 使 宽 厚 比 限 值 放 宽 本 条 为 新 增 条 文 为 计 算 简 便 起 见, 本 条 区 分 r 是 否 小 于 1.0 的 界 限 由 式 ( a) 和 ( a) 确 定, 对 长 细 比 大 于 5 35 f yk 的 箱 形 截 面 和 长 细 比 大 于 f yk 的 单 角 钢 偏 于 安 全 但 和 03 版 条 相 比, 已 有 较 大 的 改 进 本 条 公 式 来 源 见 陈 绍 蕃 焊 接 薄 壁 箱 型 轴 心 压 杆 的 承 载 力 计 算 ( 建 筑 钢 结 构 进 展,11(6),009) 和 单 角 钢 压 杆 的 肢 件 宽 厚 比 限 值 和 超 限 杆 的 承 载 力 ( 建 筑 结 构 学 报,31(9),010) 8.4 桁 架 及 支 撑 的 计 算 长 度 和 允 许 长 细 比 本 条 沿 用 003 版 条 的 一 部 分 并 补 充 了 钢 管 桁 架 构 件 的 计 算 长 度 系 数 由 于 立 体 钢 管 桁 架 应 用 非 常 普 遍, 钢 管 桁 架 构 件 的 计 算 长 度 系 数 应 反 映 出 立 体 钢 管 桁 架 与 平 面 钢 管 桁 架 的 区 别 一 般 情 况 下, 立 体 桁 架 杆 件 的 端 部 约 束 比 平 面 桁 架 强, 故 在 本 技 术 规 程 中 对 立 体 桁 架 与 平 面 桁 架 杆 件 的 计 算 长 度 系 数 的 取 值 稍 有 区 分, 以 反 映 其 约 束 强 弱 的 影 响 对 于 弦 杆 平 面 内 计 算 长 度 系 数 的 取 值, 考 虑 到 平 面 桁 架 与 立 体 桁 架 对 杆 件 面 外 约 束 的 差 别 不 大, 故 均 取 0.9 对 于 支 座 斜 杆 和 支 座 竖 杆, 由 于 其 受 力 较 大, 受 周 边 构 件 的 约 束 较 弱, 其 计 算 长 度 系 数 取 1.0 对 于 立 体 桁 架, 弦 杆 平 面 外 的 计 算 长 度 取 0.9l, 同 时 尚 应 以 0.9l1 按 格 构 式 压 杆 验 算 其 4

48 稳 定 性 8.4. 本 条 基 本 沿 用 003 版 5.3. 条 本 条 沿 用 003 版 条 的 一 部 分 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 条 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 条 吊 车 梁 下 的 十 字 支 撑 在 柱 压 缩 变 形 影 响 下 将 产 生 压 力, 因 此, 当 其 按 拉 杆 设 计, 进 行 柱 设 计 时 不 应 考 虑 由 于 支 撑 的 作 用 而 导 致 的 轴 力 的 降 低 桁 架 受 压 腹 杆 在 平 面 外 的 计 算 长 度 取 l( 见 表 8.4.3) 是 以 下 端 为 不 动 点 为 条 件 的 为 此, 起 支 承 作 用 的 下 弦 杆 必 须 有 足 够 的 平 面 外 刚 度 参 看 陈 绍 蕃 桁 架 受 压 腹 杆 的 平 面 外 稳 定 和 支 撑 体 系 ( 工 程 力 学,13(1),1996) 8.5 轴 压 构 件 的 支 撑 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 条 原 第 4 款 规 定 有 可 能 导 致 支 撑 可 靠 度 不 足, 现 加 以 修 改 另 外 新 增 第 5 款 以 保 证 支 撑 能 够 起 应 有 的 作 用, 同 时 删 去 条 文 第 一 段 通 过 被 撑 构 件 截 面 剪 心 短 语 8.5. 本 条 为 新 增 条 文 公 式 (8.5.) 相 当 于 式 (8.5.1-) 和 ( ) 的 组 合, 由 于 桁 架 弦 杆 压 力 中 部 大 而 端 部 小, 把 系 数 30 放 大 为 本 条 为 新 增 条 文 公 式 来 源 见 陈 绍 蕃 塔 架 辅 助 杆 的 支 撑 力, 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报, 自 然 科 学 版,41(4), 桁 架 和 塔 架 杆 件 的 特 殊 问 题 本 节 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 把 单 边 连 接 的 单 角 钢 近 似 作 为 轴 心 受 力 构 件 处 理, 03 版 采 用 对 强 度 设 计 值 进 行 折 减 的 方 法 这 种 方 法 容 易 造 成 概 念 上 的 混 淆, 拉 杆 轴 力 放 大 系 数 1.15 是 原 强 度 折 减 系 数 的 倒 数, 压 杆 的 换 算 长 细 比 公 式 和 试 验 资 料 符 合 较 好 由 于 l e只 有 一 部 分 随 钢 材 屈 服 强 度 增 大 而 增 大, 得 以 使 高 强 度 钢 材 更 充 分 发 挥 作 用 公 式 来 源 参 看 陈 绍 蕃 单 边 连 接 单 角 钢 压 杆 的 计 算 与 构 造 ( 建 筑 科 学 与 工 程 学 报,5(),008) 8.6. 单 边 连 接 的 单 角 钢 交 叉 斜 杆 出 平 面 稳 定 性 计 算, 既 要 考 虑 杆 与 杆 的 约 束 作 用, 又 要 考 虑 端 部 偏 心 和 约 束 的 影 响 端 部 偏 心 的 状 况 随 主 杆 截 面 不 同 而 有 所 区 别, 具 体 分 析 参 看 陈 绍 蕃 塔 架 交 叉 斜 杆 考 虑 屈 曲 相 关 性 的 稳 定 承 载 力 ( 土 木 工 程 学 报,44(1),011) 43

49 表 8.6. 系 数 a e取 值 主 杆 截 面 另 杆 受 拉 另 杆 受 压 另 杆 不 受 力 单 角 钢 双 轴 对 称 截 面 主 斜 杆 对 辅 助 杆 提 供 平 面 外 支 点, 因 而 计 算 长 度 需 要 增 大, 系 数 1.1 的 来 源 见 陈 绍 蕃 塔 架 压 杆 的 稳 定 承 载 力, 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ),4(3), 单 边 连 接 的 单 角 钢 受 压 后, 不 仅 呈 现 弯 曲, 还 同 时 呈 现 扭 转 限 制 肢 件 宽 厚 比 的 目 的 主 要 是 保 证 杆 件 扭 转 刚 度 达 到 一 定 水 平, 以 免 过 早 失 稳 对 于 高 强 度 钢 材, 这 一 限 值 有 时 难 于 达 到, 因 此 给 出 超 限 时 的 承 载 力 计 算 公 式 相 邻 侧 面 节 点 全 部 重 合 者, 主 杆 绕 非 对 称 主 轴 ( 即 最 小 轴 ) 屈 曲 节 点 部 分 重 合 者 绕 平 行 轴 屈 曲 并 伴 随 着 扭 转, 计 算 长 度 因 扭 转 因 素 而 增 大 节 点 全 部 不 重 合 者 同 时 绕 两 个 主 轴 弯 曲 并 伴 随 着 扭 转, 计 算 长 度 增 大 得 更 多 增 大 系 数 的 具 体 分 析 参 看 陈 绍 蕃 塔 架 压 杆 的 稳 定 承 载 力 ( 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ),4(3),010) 版 条 规 定 杆 件 为 H 形 箱 形 截 面 的 桁 架, 当 杆 件 较 为 短 粗 时, 需 要 考 虑 节 点 刚 性 所 引 起 的 次 弯 矩 条 文 并 未 规 定 对 次 弯 矩 的 效 应 应 如 何 考 虑, 因 而 需 要 加 以 补 充 拉 杆 和 少 数 压 杆 在 次 弯 矩 和 轴 力 共 同 作 用 下, 杆 端 可 能 会 出 现 塑 性 铰 在 出 现 塑 性 铰 后, 由 于 塑 性 重 分 布, 轴 力 仍 然 可 以 增 大, 直 至 达 到 N = Af y 但 是, 从 工 程 实 践 角 度, 弯 曲 次 应 力 不 宜 超 过 主 应 力 的 0%, 否 则 桁 架 变 形 过 大 因 此, 只 有 杆 件 不 很 短 粗 的 桁 架, 次 弯 矩 值 相 对 较 小, 才 能 忽 略 次 弯 矩 效 应 此 外, 忽 略 次 弯 矩 效 应 只 限 于 拉 杆 和 不 先 行 失 稳 的 压 杆 次 弯 矩 对 压 杆 稳 定 性 的 不 利 影 响 始 终 存 在, 即 使 是 次 应 力 相 对 较 小, 也 不 能 忽 视 新 增 条 文 对 考 虑 次 弯 矩 效 应 提 出 全 面 的 要 求 强 度 计 算 以 相 对 偏 心 率 e 是 否 超 过 0. 分 界, 比 03 版 以 h l 作 为 判 据 更 为 合 理 次 弯 矩 随 杆 件 的 线 刚 度 EI l 变 化 对 不 同 的 截 面 形 式 与 h l 相 同 者, 所 对 应 的 I l 并 不 相 同, 如 同 一 H 形 钢, 当 截 面 高 宽 比 相 等 时, 腹 板 在 桁 架 平 面 内 者, 平 面 内 惯 性 矩 为 腹 板 垂 直 于 桁 架 平 面 者 的 3. 倍 因 此, 本 条 不 再 保 留 原 条 的 h l 分 界 值 公 式 ( b) 的 来 源 参 看 陈 绍 蕃 钢 桁 架 的 次 应 力 和 极 限 状 态 ( 钢 结 构,0(4), 005) 和 陈 绍 蕃 苏 明 周 钢 桁 架 的 次 弯 矩 和 板 件 宽 厚 比 ( 钢 结 构,1(6),006) 8.7 预 应 力 压 杆 本 节 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 44

50 9 拉 弯 构 件 压 弯 构 件 的 计 算 和 柱 的 设 计 9.1 截 面 强 度 计 算 本 条 沿 用 003 版 5..1 并 补 充 圆 形 截 面 拉 压 弯 构 件 的 计 算 采 用 上 式 计 算 圆 管 构 件 的 双 向 压 弯 的 应 力, 计 算 概 念 清 晰 9. 构 件 的 稳 定 性 计 算 9..1 本 条 基 本 沿 用 003 版 5.., 对 部 分 参 数 的 取 值 做 了 修 改 和 补 充 03 版 对 等 效 弯 矩 系 数 的 规 定 不 够 细 致, 大 多 偏 于 安 全 此 项 系 数 不 仅 和 弯 矩 图 形 有 关, 也 和 轴 心 压 力 与 临 界 力 之 比 有 关, 引 进 参 数 N N 和 式 (9..1-1) 中 的 N N 只 差 一 个 1.1 的 系 数 Ex cr 可 以 提 高 系 数 的 精 度, 并 且 不 增 加 很 多 计 算 工 作 量, 因 为 它 另 一 方 面,03 版 对 采 用 二 阶 内 力 分 析 时 b m系 数 的 规 定 不 够 恰 当, 作 了 必 要 的 改 正 关 于 b m取 值 的 分 析 参 看 陈 绍 蕃 钢 压 弯 构 件 面 内 等 效 弯 矩 系 数 取 值 的 改 进 ( 上 ) ( 下 ) 两 文 ( 建 筑 钢 结 构 进 展,1(5),010) 9.. 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 式 有 修 改, 原 公 式 是 承 载 力 的 上 限, 尤 其 不 适 用 j x 0.8的 格 构 柱, 新 公 式 更 为 合 理 参 考 文 献 童 根 树 钢 结 构 的 平 面 内 稳 定 9.4 节 9..3 说 明 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 条 为 新 增 条 文 对 双 向 压 弯 圆 管 柱 而 言, 当 沿 构 件 长 度 分 布 的 弯 矩 主 矢 量 不 在 一 个 方 向 上 时, 根 据 有 限 元 数 值 分 析, 适 合 于 开 口 截 面 构 件 和 箱 型 截 面 构 件 的 线 性 叠 加 公 式 在 许 多 情 况 下 有 较 大 误 差, 并 可 能 偏 于 不 安 全 为 此, 对 两 主 轴 方 向 不 同 端 弯 矩 比 值 时 的 双 向 压 弯 圆 管 柱 进 行 了 大 量 计 算, 回 归 总 结 了 本 条 相 关 公 式 当 结 构 按 平 面 分 析 或 圆 管 柱 仅 为 平 面 压 弯 时, 按 b b x = 设 定 等 效 弯 矩 系 数, 这 里 的 x 方 向 为 弯 曲 轴 方 向 计 算 分 析 表 明 该 公 式 具 有 良 好 精 度 详 细 数 据 见 董 柏 平 陈 以 一 圆 钢 管 双 向 压 弯 构 件 的 整 体 稳 定 性 计 算, 工 业 建 筑,Vol.40, No.1( 第 438 期 ), 本 规 定 适 合 于 计 算 柱 段 中 没 有 很 大 横 向 力 或 集 中 弯 矩 的 情 况 9..5 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 5..5 如 果 9..1 条 第 款 采 用 方 案, 本 条 公 式 中 b tx 和 b ty 应 删 去, j bx j by的 解 释 文 字 相 应 修 改 9..6 本 条 沿 用 003 版 的

51 9..7 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 柱 的 计 算 长 度 本 条 为 新 增 条 文 平 板 柱 脚 在 柱 压 力 作 用 下 有 一 定 转 动 刚 度, 刚 度 大 小 和 底 板 厚 度 有 关, 参 看 陈 绍 蕃 平 板 柱 脚 的 转 动 刚 度 和 柱 计 算 长 度 ( 建 筑 钢 结 构 进 展,11(1),009) 9.3. 本 条 为 新 增 条 文 柱 屈 曲 时 上 下 两 段 为 一 整 体 考 虑 两 段 的 相 互 约 束 关 系, 可 以 充 分 利 用 材 料 的 潜 力 本 条 及 条 补 充 和 修 改 了 003 版 的 规 定 本 条 为 新 增 条 文 带 牛 腿 的 常 截 面 柱 属 于 变 轴 力 的 压 弯 构 件 过 去 设 计 这 类 构 件, 按 照 全 柱 都 承 受 N1 + N计 算 其 稳 定 性, 偏 于 保 守 式 ( ) 考 虑 了 压 力 变 化 的 实 际 条 件, 经 济 而 合 理 式 ( ) 并 未 考 虑 相 邻 柱 的 支 撑 作 用 ( 相 邻 柱 的 起 重 机 压 力 较 小 ) 同 时, 柱 脚 实 际 上 并 非 完 全 刚 性, 这 一 不 利 因 素 没 有 加 以 考 虑 公 式 来 源 参 看 陈 绍 蕃 厂 房 框 架 带 牛 腿 柱 的 计 算 长 度 ( 建 筑 结 构 学 报,8(5),007) 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 版 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 视 为 无 限 刚 性 原 附 录 D 表 D-4 就 是 按 柱 顶 不 能 转 动 算 得 的 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, 为 此, 需 要 增 添 上 端 有 一 定 的 约 束 的 m 系 数 表 格 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 对 003 版 的 的 规 定 做 了 局 部 修 改 对 框 架 柱 建 议 不 再 规 定 允 许 长 细 比, 因 为 柱 稳 定 性 计 算 和 柱 顶 水 平 位 移 的 限 制 都 制 约 了 柱 的 长 细 比 有 关 分 析 参 看 陈 绍 蕃 钢 构 件 容 许 长 细 比 刍 议 ( 建 筑 结 构,39(),009) 9.4 压 弯 构 件 的 局 部 稳 定 和 屈 曲 后 强 度 本 条 对 003 版 的 5.4. 的 规 定 做 了 局 部 修 改 公 式 ( a,b) 的 修 改, 主 要 是 不 随 杆 件 长 细 比 变 化, 同 时 和 轴 压 构 件 板 件 宽 厚 比 限 值 式 ( a) 相 衔 接 修 改 后 比 03 版 略 有 减 小 这 两 个 公 式 是 基 于 四 边 简 支 板 得 出 的, 且 比 03 版 有 所 降 低 因 此, 箱 形 截 面 腹 板 采 用 和 工 形 截 面 相 同 的 限 值, 不 再 乘 以 折 减 系 数 0.8 此 式 和 轴 压 构 件 式 ( a) 相 同 一 边 支 承 一 边 自 由 的 板 当 压 应 力 呈 线 性 变 化 时, 46

52 屈 曲 系 数 总 是 大 于 压 应 力 为 常 值 的 工 况 腹 板 宽 厚 比 限 值 取 得 和 轴 压 杆 件 相 同, 不 随 应 力 梯 度 变 化, 比 较 简 便 9.4. 本 条 及 对 003 版 的 的 规 定 做 了 修 改 和 补 充 本 条 有 效 宽 度 系 数 和 条 有 效 屈 服 强 度 系 数 完 全 相 同 该 条 的 对 象 是 均 匀 受 压 正 方 箱 形 截 面, 四 块 壁 板 的 宽 厚 比 同 样 超 限, 整 个 截 面 的 承 载 力 乘 以 r 系 数 进 行 折 减 ( 式 ), 既 可 看 作 是 A 的 折 减 系 数, 也 可 看 作 是 f 的 折 减 系 数 本 条 为 新 增 条 文 当 压 弯 构 件 的 弯 矩 效 应 在 相 关 公 式 中 占 重 要 地 位, 且 最 大 弯 矩 出 现 在 构 件 端 部 截 面 时, 强 度 验 算 显 然 应 该 针 对 该 截 面 计 算, A ne 和 W nex都 取 自 该 截 面 但 构 件 稳 定 计 算 也 取 此 截 面 的 A e和 W e1x则 将 低 估 构 件 的 承 载 力, 原 因 是 各 个 截 面 的 有 效 面 积 不 相 同 此 时, 计 算 构 件 在 框 架 平 面 外 的 稳 定 性, 可 取 计 算 段 中 间 1 3 范 围 内 弯 矩 最 大 截 面 的 有 效 截 面 特 性, 参 看 陈 绍 蕃 厂 房 框 架 平 面 外 稳 定 计 算 的 几 个 问 题 ( 工 业 建 筑,33(5),003) 平 面 内 稳 定 计 算 在 没 有 适 当 计 算 方 法 之 前 则 仍 取 弯 矩 最 大 处 的 有 效 截 面 特 性, 不 过 必 然 偏 于 安 全 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 柱 身 的 构 造 要 求 47

53 10 钢 板 剪 力 墙 10.1 一 般 规 定 本 章 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 10. 非 加 劲 钢 板 剪 力 墙 的 计 算 清 华 大 学 哈 尔 滨 工 业 大 学 对 于 钢 板 剪 力 墙 的 简 化 分 析 模 型 做 了 大 量 的 研 究 工 作, 研 究 结 果 表 明 钢 板 剪 力 墙 高 厚 比 逐 渐 增 加 过 程 中, 拉 压 杆 数 量 逐 渐 减 少, 只 拉 杆 数 量 逐 渐 增 多, 是 一 个 逐 渐 变 化 的 过 程 为 简 化 分 析, 同 时 方 便 设 计, 当 钢 板 剪 力 墙 的 相 对 高 厚 比 不 超 过 50 时, 拉 压 杆 和 只 拉 杆 数 目 的 比 值 为 3:7; 当 钢 板 剪 力 墙 的 相 对 高 厚 比 大 于 50 时, 拉 压 杆 和 只 拉 杆 的 数 目 比 值 为 : 非 加 劲 钢 板 剪 力 墙 拉 力 场 的 发 挥 与 边 缘 梁 柱 构 件 的 弯 曲 刚 度 密 切 相 关 当 柱 刚 度 不 足 时, 在 拉 力 场 作 用 下 将 发 生 沙 漏 现 象, 拉 力 场 的 锚 固 朝 梁 上 转 移, 不 能 形 成 充 分 拉 力 场 为 接 近 充 分 拉 力 场, 边 缘 构 件 应 满 足 一 定 的 锚 固 刚 度 要 求 对 两 侧 都 设 有 墙 板 的 框 架 梁 而 言, 由 于 上 下 两 侧 拉 力 场 竖 向 分 量 可 基 本 抵 消, 则 对 其 锚 固 刚 度 可 不 作 规 定 而 对 于 仅 在 单 侧 存 在 拉 力 场 的 边 柱 而 言, 美 国 FEMA450 及 加 拿 大 国 家 标 准 CAN/CSA S16-01 都 给 出 了 边 柱 的 抵 抗 矩 要 求, 为 : I c tw H ³ L 4 (10..-1) 研 究 表 明, 框 架 柱 的 锚 固 作 用 对 钢 板 剪 力 墙 的 承 载 力 发 挥 起 着 至 关 重 要 的 作 用, 作 为 锚 固 钢 板 剪 力 墙 的 框 架 柱 不 仅 承 担 剪 力 墙 后 期 形 成 拉 力 带 的 拉 力 作 用, 同 时 承 担 倾 覆 荷 载 所 产 生 的 轴 力 作 用, 此 外 还 承 担 结 构 的 竖 向 恒 荷 载 和 竖 向 活 荷 载, 因 此 框 架 柱 的 刚 度 过 低 将 会 导 致 框 架 柱 早 于 钢 板 剪 力 墙 或 梁 柱 节 点 出 现 破 坏, 因 此 对 于 与 钢 板 剪 力 墙 相 连 的 框 架 柱 抗 弯 刚 度 应 予 以 加 强, 从 而 保 证 钢 板 剪 力 墙 承 载 力 和 耗 能 能 力 的 发 挥, 建 议 在 美 国 FEMA450 及 加 拿 大 国 家 标 准 CAN/CSA S16-01 都 给 出 了 边 柱 的 抵 抗 矩 基 础 上 提 高 一 倍 即 I c 0.006t wh ³ L 4 (10..-) 对 于 只 在 单 侧 设 有 墙 板 的 边 梁, 如 未 直 接 锚 固 在 基 础 上 的 底 梁 等, 也 提 出 了 相 应 的 抵 抗 矩 要 求 考 虑 到 实 际 工 程 应 用 的 两 边 连 接 钢 板 剪 力 墙 尺 寸 要 求, 研 究 分 析 了 钢 板 跨 高 比 β 和 相 对 高 厚 比 λ 变 化 对 剪 力 墙 滞 回 性 能 的 影 响, 跨 高 比 的 变 化 范 围 为 0.5 到.0, 相 对 高 厚 比 的 变 化 范 围 为 100 到 600, 通 过 对 不 同 参 数 下 的 有 限 元 结 果 进 行 拟 合, 得 到 钢 板 剪 力 墙 的 48

54 抗 剪 承 载 力 计 算 公 式 10.3 加 劲 钢 板 剪 力 墙 的 计 算 经 过 分 析 表 明, 在 设 置 了 水 平 加 劲 肋 的 情 况 下, 只 要 g g 体 的 屈 曲, 考 虑 一 部 分 缺 陷 影 响, 这 里 放 大 1.5 倍 x = ³, 就 不 会 发 生 整 竖 向 加 劲 肋, 虽 然 不 要 求 它 承 担 竖 向 应 力, 但 是 无 论 采 用 何 种 构 造, 它 都 会 承 担 荷 载, 其 抗 弯 刚 度 就 要 折 减, 因 此 对 竖 向 加 劲 肋 的 刚 度 要 求 增 加 50% 10.4 构 造 要 求 为 方 便 非 加 劲 钢 板 剪 力 墙 与 边 缘 构 件 的 连 接, 可 采 用 鱼 尾 板 过 渡 的 方 式 设 计 实 践 显 示, 如 果 钢 板 剪 力 墙 与 鱼 尾 板 的 连 接 采 用 栓 接 方 式, 则 由 于 螺 栓 孔 的 加 工 偏 差 以 及 主 结 构 的 变 形 均 可 能 造 成 钢 板 墙 的 安 装 困 难, 故 对 螺 栓 孔 的 加 工 精 度 提 出 了 很 高 的 要 求 ; 而 且 在 拉 力 场 作 用 下, 螺 栓 需 要 布 置 得 较 密 才 能 满 足 强 度 要 求, 且 会 因 为 螺 栓 滑 移 而 产 生 很 大 的 噪 声, 舒 适 度 差, 故 还 应 严 格 控 制 螺 栓 连 接 在 风 荷 载 及 小 震 作 用 下 所 发 生 的 滑 移 量 一 般 认 为 焊 接 因 具 有 较 大 的 残 余 应 力, 而 延 性 欠 佳 但 国 内 外 针 对 非 加 劲 钢 板 墙 的 诸 多 试 验 结 果 均 表 明, 对 于 采 用 焊 接 连 接 方 式 的 墙 板, 其 延 性 系 数 可 达 8 以 上, 已 高 于 一 般 延 性 钢 框 架, 因 而 本 条 规 定 非 加 劲 钢 板 剪 力 墙 与 边 缘 构 件 的 连 接 宜 采 用 焊 接 方 式, 而 不 必 利 用 栓 接 方 式 去 获 得 更 高 的 延 性 由 于 钢 板 剪 力 墙 在 受 荷 后 期 产 生 拉 力 带, 拉 力 带 内 的 应 变 往 往 处 于 大 应 变 状 态, 应 力 超 过 屈 服 强 度, 为 保 守 起 见 在 设 计 过 程 中 高 强 螺 栓 所 能 够 承 担 的 最 大 剪 力 应 能 使 其 分 担 的 钢 板 条 带 ( 图 所 示 的 阴 影 部 分 ) 达 到 极 限 抗 拉 强 度, 即 : N v = f u A 0 /n, 其 中 A 0为 钢 板 条 带 的 截 面 面 积,n 为 螺 栓 排 数, 因 此 在 设 计 中 考 虑 考 虑 取 钢 板 的 极 限 抗 拉 强 度 为 钢 材 屈 服 强 度 的 1. 倍, 即 取 Nv = 1. fy A0 /n 对 栓 接 节 点 的 研 究 表 明, 钢 板 对 框 架 梁 的 面 外 作 用 力 能 够 达 到 其 屈 服 强 度 的 10%, 若 不 考 虑 该 力 的 影 响, 螺 栓 处 的 钢 板 将 容 易 发 生 滑 移 现 象, 因 此 在 设 计 时 每 个 螺 栓 所 承 受 的 拉 力 N t 为 : N t = 0.1 f y A 0 此 外, 当 设 置 单 排 螺 栓 难 于 满 足 上 述 要 求 时, 可 考 虑 设 置 多 排 螺 栓, 且 在 施 工 过 程 中 应 保 证 对 螺 栓 施 加 足 够 的 预 紧 力 y 49

55 N t 钢 板 剪 力 墙 不 承 担 竖 向 荷 载 是 其 设 计 理 念 之 一 实 践 这 一 理 念 的 常 用 措 施 则 是 待 主 结 构 封 顶 或 大 部 分 竖 向 荷 载 施 加 完 毕 后, 再 完 成 墙 板 与 边 缘 框 架 的 连 接, 而 在 此 之 前 仅 作 临 时 固 定 如 果 内 嵌 墙 板 与 主 结 构 同 步 安 装, 则 必 须 考 虑 后 期 施 工 对 钢 板 墙 受 力 性 能 带 来 的 不 利 影 响, 可 在 结 构 计 算 中 将 墙 板 厚 度 t w折 减 为 y tw来 考 虑 二 者 同 步 施 工 的 影 响 折 减 系 数 y 可 按 下 式 计 算 : y = 1- c 式 中, c 主 结 构 在 钢 板 剪 力 墙 所 在 楼 层 的 层 间 竖 向 压 缩 变 形 D 与 层 高 H 的 百 分 比, c = 100D H 上 述 计 算 公 式 是 依 据 针 对 具 有 不 同 厚 度 的 非 加 劲 钢 板 墙 所 进 行 的 数 值 分 析 结 果 拟 合 得 到 的, 见 图 对 于 高 层 混 凝 土 结 构 与 钢 结 构, 一 般 有 D 0. N v 螺 栓 受 力 简 图 受 剪 承 载 力 折 减 系 数 y y = 1- c l =0.8 n l =1.0 n l n =1. l n =1.6 l =.4 n l =3. n l n = 边 柱 压 缩 量 占 层 高 的 百 分 比 c 图 主 结 构 楼 层 压 缩 量 对 钢 板 剪 力 墙 厚 度 的 折 减 系 数 50

56 11 塑 性 调 幅 设 计 11.1 一 般 规 定 本 条 为 003 版 的 修 改 和 补 充, 为 扩 大 塑 性 调 幅 设 计 的 应 用 范 围 提 供 了 条 件 荷 载 规 范 规 定 的 荷 载 组 合, 应 用 到 多 层 框 架, 涉 及 风 力 的 组 合 是 组 合 1A:1. D L+0.6x1.4 W 活 荷 载 为 主 的 有 风 组 合 组 合 1B:1. D + 1.4x0.7( 或 0.9) L W 风 荷 载 为 主 的 组 合 水 平 荷 载 参 与 的 组 合, 应 该 指 组 合 (1B), 不 控 制 设 计 本 条 为 新 增 条 文 本 条 为 003 版 9.1. 的 修 改 和 补 充, 梁 式 塑 性 机 构, 是 指 仅 在 梁 内 形 成 塑 性 铰, 是 一 种 局 部 的 塑 性 机 构 此 时, 本 条 允 许 采 用 弯 矩 调 幅 30% 代 替 塑 性 机 构 分 析, 使 得 塑 性 设 计 能 够 结 合 到 弹 性 分 析 的 程 序 中 去, 将 使 得 塑 性 设 计 实 用 化 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 条 为 003 版 的 修 改 和 补 充 本 条 的 规 定 对 构 件 的 宽 厚 比 采 用 区 别 对 待 的 原 则, 使 得 采 用 调 幅 法 设 计 的 结 构 具 有 更 好 的 经 济 性, 例 如 梁 跨 中 的 截 面 就 可 以 采 用 B 级 截 面 本 条 为 新 增 条 文 本 条 为 新 增 条 文 本 条 为 新 增 条 文 本 条 为 新 增 条 文 11. 构 件 的 计 算 本 条 为 003 版 9..1 的 修 改 说 明 : 在 003 规 范, 这 个 公 式 的 右 边 采 用 截 面 的 塑 性 弯 矩, 本 次 修 订 为 g xwnx f, 原 因 如 下 : 1 在 简 支 梁 的 情 况 下, 塑 性 调 幅 设 计 法 和 第 7 章 的 设 计 方 法, 结 果 一 致 ; 这 保 证 了 塑 性 调 幅 设 计 带 来 的 好 处 限 于 来 自 内 力 的 重 分 布, 而 不 是 来 自 截 面 的 塑 性 开 展 深 度 ; 对 连 续 梁, 采 用 g xwnx f, 可 以 使 得 正 常 使 用 状 态, 弯 矩 最 大 截 面 的 屈 服 区 深 度 得 到 一 定 程 度 的 控 制, 减 小 使 用 阶 段 的 变 形 ; 3 对 单 层 和 没 有 设 置 支 撑 架 的 多 层 框 架, 如 果 形 成 塑 性 机 构, 则 框 架 结 构 的 物 理 刚 度 已 经 达 到 0 的 状 态, 但 是 此 时 框 架 上 还 有 竖 向 重 力 荷 载, 按 照 钢 结 构 稳 定 理 论, 重 力 荷 载 对 51

57 于 结 构 是 一 种 负 的 刚 度 ( 几 何 刚 度 ), 因 此 在 物 理 刚 度 已 经 为 0 的 情 况 下, 结 构 的 总 刚 度 ( 物 理 刚 度 与 几 何 刚 度 之 和 ) 为 负, 按 照 稳 定 理 论, 此 时 已 经 超 过 了 稳 定 承 载 力 极 限 状 态, 荷 载 - 位 移 曲 线 进 入 了 卸 载 阶 段 为 避 免 这 种 情 况 的 出 现, 在 塑 性 弯 矩 的 利 用 上 应 进 行 限 制 11.. 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 为 新 增 条 文 本 条 为 003 版 9..3 的 修 改 本 条 为 003 版 9..4 的 修 改 塑 性 计 算 的 公 式 与 弹 性 设 计 的 公 式 完 全 相 同, 因 为 只 有 轴 力 具 有 负 刚 度, 按 照 稳 定 性 计 算 的 本 意, 稳 定 性 计 算 只 要 考 虑 轴 力 即 可. 但 是 对 于 弹 塑 性 压 杆, 弯 矩 会 使 压 杆 提 前 屈 服, 弯 矩 减 小 了 极 限 状 态 下 压 杆 抵 抗 轴 力 负 刚 度 的 截 面 正 刚 度, 所 以 得 到 了 现 在 的 压 弯 杆 平 面 内 稳 定 的 轴 力 和 弯 矩 的 相 关 关 系 根 据 这 个 考 察, 对 于 塑 性 调 幅 设 计, 目 前 平 面 内 稳 定 设 计 公 式 的 弯 矩 项 也 可 以 理 解 为 对 抵 抗 轴 力 负 刚 度 的 刚 度 的 折 减. 因 此 继 续 使 用 目 前 的 平 面 内 稳 定 计 算 公 式, 只 是 003 规 范 公 式 中 的 塑 性 弯 矩 M P 计 算 取 部 分 塑 性 开 展 的 弯 矩 g xwx f, 使 得 验 算 在 真 正 形 成 机 构 之 前, 结 果 更 加 合 理 一 点 物 理 刚 度 =0 物 理 刚 度 + 荷 载 负 刚 度 =0 物 理 刚 度 > 0 荷 载 此 点 物 理 刚 度 =0 位 移 图 塑 性 机 构 状 态 的 整 体 刚 度 11.3 容 许 长 细 比 和 构 造 要 求 本 条 基 本 沿 用 003 版 本 条 为 003 版 9.3. 的 修 改 本 条 为 新 增 条 文 这 里 的 s crf 是 受 压 下 翼 缘 发 生 畸 变 屈 曲 的 临 界 应 力 近 似 计 算 公 式, 满 足 (11.3.3) 式, 畸 变 屈 曲 不 再 会 发 生, 因 而 无 需 采 取 措 施, 不 满 足 则 要 采 取 额 外 的 措 施 防 止 下 翼 缘 的 侧 向 屈 曲 本 条 的 规 定 为 住 宅 钢 结 构 和 办 公 楼 避 免 角 部 设 置 不 受 欢 迎 的 隅 撑 创 造 了 条 件 本 条 沿 用 003 版 本 条 沿 用 003 版

58 本 条 沿 用 003 版

59 1 连 接 1. 1 一 般 规 定 本 条 为 003 版 的 8..1,8..,8..3 条, 并 参 考 了 钢 结 构 焊 接 规 范 (GB50661) 的 条, 对 焊 缝 连 接 构 造 提 出 基 本 要 求 1.1. 本 条 为 新 增 内 容, 参 考 了 钢 结 构 焊 接 规 范 (GB50661) 的 条, 规 定 了 焊 缝 连 接 在 结 构 设 计 施 工 图 中 的 技 术 说 明 要 求 本 条 为 新 增 内 容, 参 考 了 钢 结 构 焊 接 规 范 (GB50661) 的 条, 规 定 了 焊 缝 连 接 在 结 构 加 工 详 图 中 的 技 术 说 明 要 求 本 条 为 003 版 的 条, 并 参 考 了 钢 结 构 焊 接 规 范 (GB50661) 的 条 本 条 为 新 增 内 容, 厚 板 焊 接 的 T 形 和 十 字 接 头 在 焊 接 收 缩 应 力 做 用 下 钢 板 可 能 在 厚 度 方 向 产 生 层 状 撕 裂, 通 过 降 低 钢 材 的 含 硫 量 或 保 证 钢 板 厚 度 方 向 的 性 能, 可 有 效 降 低 焊 接 层 状 撕 裂 本 条 为 新 增 内 容, 参 考 了 003 版 的 条 和 钢 结 构 焊 接 规 范 (GB50661) 的 7.6.1,7.6. 条 焊 接 的 最 低 预 热 温 度 与 层 间 温 度 可 参 考 表 确 定 1. 焊 缝 连 接 构 造 要 求 1..1 本 条 为 新 增 内 容,003 版 中 对 圆 形 塞 焊 缝 圆 孔 或 槽 孔 内 角 焊 缝 没 有 做 出 规 定, 考 虑 工 程 中 已 有 较 多 应 用, 因 此 将 圆 形 塞 焊 缝 圆 孔 或 槽 孔 内 角 焊 缝 列 入 规 范, 且 只 能 用 于 抗 剪 和 防 止 板 件 屈 曲 的 约 束 连 接 1.. 本 条 为 003 版 的 8..3,8..4 条 1..3 本 条 为 新 增 内 容, 参 考 了 钢 结 构 焊 接 规 范 (GB50661) 的 条 1..4 本 条 为 003 版 的 8..5 条, 并 参 考 了 钢 结 构 焊 接 规 范 (GB50661) 的 5.3. 条 1..5 本 条 为 003 版 的 8..6,8..8 条 1..6 本 条 为 003 版 的 8..7 条, 并 对 圆 形 塞 焊 缝, 圆 孔 或 槽 孔 内 的 角 焊 缝 焊 脚 尺 寸 做 出 了 补 充 规 定 1..7 本 条 为 003 版 的 8..9 条 1..8 本 条 为 003 版 的 条 1.3 焊 缝 连 接 计 算 本 条 为 003 版 的 7.1. 条 54

60 1.3. 本 条 为 003 版 的 条 本 条 为 003 版 的 条 本 条 为 新 增 内 容, 用 于 计 算 圆 形 塞 焊 缝 的 抗 剪 承 载 力, 参 考 了 Eurocode 3 part1.8 的 规 定 本 条 为 新 增 内 容, 用 于 计 算 圆 孔 或 槽 孔 内 焊 缝 的 抗 剪 承 载 力, 参 考 了 Eurocode 3 part1.8 的 规 定 本 条 为 003 版 的 条 本 条 为 新 增 内 容, 考 虑 到 大 于 60 h f 的 长 角 焊 缝 在 工 程 中 的 应 用 增 多, 在 计 算 焊 缝 强 度 时 可 以 不 考 虑 超 过 60 h 部 分 的 长 度, 也 可 对 全 长 焊 缝 的 承 载 力 进 行 折 减, 以 考 虑 长 焊 f 缝 内 力 分 布 不 均 匀 的 影 响, 本 条 参 考 了 Eurocode 3 part1.8 的 规 定 本 条 为 003 版 的 条 1.4 紧 固 件 连 接 构 造 要 求 本 条 为 003 版 的 8.3.,8.3.4 条, 并 参 考 了 钢 结 构 高 强 度 螺 栓 连 接 技 术 规 程 的 条 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 1.4. 本 条 为 003 版 的 8.3.5,8.3.6 条 本 条 为 003 版 的 8.3.3,8.3.7 条, 并 参 考 了 钢 结 构 高 强 度 螺 栓 连 接 技 术 规 程 的 条 由 于 高 强 度 螺 栓 承 压 型 连 接 为 其 摩 擦 型 连 接 的 极 限 状 态, 因 此, 取 消 了 003 版 高 强 度 螺 栓 承 压 型 连 接 不 宜 用 于 直 接 承 受 动 力 荷 载 的 结 构 的 条 文 本 条 为 003 版 的 条 本 条 为 003 版 的 7..5,8.3.1,8.3.9 条 本 条 为 003 版 的 7..1 条 1.5 紧 固 件 连 接 计 算 1.5. 本 条 为 003 版 的 7.. 条, 并 参 考 了 钢 结 构 高 强 度 螺 栓 连 接 技 术 规 程 的 条, 当 高 强 度 螺 栓 摩 擦 型 连 接 采 用 大 圆 孔 或 槽 孔 时 应 对 抗 剪 承 载 力 进 行 折 减, 乘 以 孔 形 折 减 系 数 k 国 内 外 研 究 和 工 程 实 践 表 明, 摩 擦 型 连 接 的 摩 擦 面 抗 滑 移 系 数 m 主 要 与 钢 材 表 面 处 理 工 艺 和 涂 层 厚 度 有 关, 本 条 补 充 规 定 了 对 应 不 同 接 触 面 处 理 方 法 的 抗 滑 移 系 数 值 另 外, 55

61 根 据 宝 钢 工 程 实 践 及 青 岛 铁 塔 进 行 的 相 关 研 究, 本 次 修 订 调 整 了 抗 滑 移 系 数, 使 其 最 大 值 不 超 过 本 条 为 003 版 的 7..3 条 本 条 为 003 版 的 7.3. 条 本 条 为 新 增 条 文, 参 考 了 钢 结 构 高 强 度 螺 栓 连 接 技 术 规 程 的 5..3,5..4 条 考 虑 螺 栓 受 拉 连 接 的 连 接 板 会 发 生 弯 曲 变 形, 在 板 的 边 缘 产 生 撬 力, 计 算 中 应 考 虑 撬 力 的 影 响, 钢 结 构 高 强 度 螺 栓 连 接 技 术 规 程 采 用 计 算 撬 力 Q 来 验 算 螺 栓 的 方 法, 本 条 采 用 先 确 定 撬 力 最 大 允 许 值, 然 后 计 算 在 此 撬 力 情 况 下 连 接 板 的 最 小 厚 度 t, 实 际 上 连 接 板 厚 度 在 t 0 与 t c之 间 当 N 较 小 时, t 0 可 能 很 小, 这 时 t 0不 宜 小 于 连 接 螺 栓 的 直 径, 且 不 宜 小 于 16mm t 图 示 意 撬 力 Q 与 连 接 板 厚 度 的 关 系, 当 设 计 外 拉 力 Nt 确 定 后, 很 容 易 找 到 点 A, 即 螺 栓 最 大 允 许 撬 力 值 点, 进 而 得 到 相 应 的 连 接 板 厚 t, 计 算 公 式 推 导 如 下 : Q = N é ù = N é é ù êë úû êë êë úû b æ t ö b 1 Nt æ te ö æ t ö t êdar ç ú t êd ê -1 r b ç ú ç è te ø d Nt è t ø è te ø b N t t e t b t N -1 t t N é é æ ö ù æ ö e t r ù N é æ ö é æ ö ù = ê t r -1 ù ê b ç ú ç ú = êç ê b ç úú ê Nt t te te ëêë è ø úû è ø úû êë è ø êë Nt è t ø úû úû é b Nt æ t ö ù é b æ t ö ù = Nt r ê - r Nt - N b ç ú = ê t ç ú ê Nt è te ø è te ë úû êë ø úû e é b æ t ö ù e Nt 4bf e Nt = ênt - Nt ç ú = r Nt - = r Nt - e1 ê è te ø e1 y 4bf e1 ë úû y = r bf 4e N bf Nt - N t 4e y bf = r - 4e 又 :Q= N b t - Nt 由 此 可 得 : t t 1 1 bf r N - t = N - N b t 0 t t 4e1 4e1 t0 = é( r + 1) Nt - N bf ë b t ù û ù ú úû 56

62 Q b N t r Nt Nt A bf Q = r N t - t 4e1 Q max t = e 4 bf ent t 0 0 t e t 图 Q 与 t 关 系 示 意 图 本 条 为 003 版 的 7..4 条 本 条 为 新 增 条 文, 参 考 了 钢 结 构 高 强 度 螺 栓 连 接 技 术 规 程 的 5.5 节 考 虑 栓 焊 并 用 连 接 在 加 固 改 造 和 事 故 处 理 中 应 用 较 多, 给 出 实 用 简 化 的 抗 剪 承 载 力 计 算 方 法 和 施 工 要 求 57

63 13 节 点 13.1 一 般 规 定 本 节 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 随 着 钢 结 构 的 迅 速 发 展, 节 点 的 形 式 与 复 杂 性 也 大 大 增 加, 本 章 给 出 了 典 型 的 钢 结 构 节 点 的 设 计 原 则 与 设 计 方 法 节 点 的 安 全 性 主 要 决 定 于 其 强 度 与 刚 度, 应 防 止 焊 缝 与 螺 栓 等 连 接 部 位 开 裂 引 起 节 点 失 效, 或 节 点 变 形 过 大 造 成 结 构 内 力 重 分 配 在 抗 震 设 计 时, 尚 应 根 据 低 延 性 高 弹 性 承 载 力 高 延 性 低 承 载 力 的 原 则 进 行 抗 震 节 点 的 设 计, 使 钢 结 构 节 点 设 计 既 能 满 足 可 靠 度 范 围 内 的 安 全 性, 又 能 具 有 经 济 性 应 通 过 合 理 的 节 点 构 造 设 计, 使 结 构 受 力 符 合 计 算 简 图 中 的 刚 接 铰 接 等 假 定 相 一 致, 节 点 传 力 应 顺 畅, 尽 量 做 到 相 邻 构 件 的 轴 线 交 汇 于 一 点 本 规 范 未 明 确 给 出 设 计 方 法 的 特 殊 节 点 应 通 过 有 限 元 分 析 确 定 其 承 载 力 由 于 对 节 点 安 全 性 的 影 响 因 素 很 多, 经 验 往 往 不 足, 故 新 型 节 点 宜 通 过 试 验 验 证 其 承 载 力 当 采 用 有 限 元 法 计 算 节 点 的 承 载 力 时, 一 般 节 点 允 许 局 部 进 入 塑 性, 但 应 严 格 控 制 节 点 板 件 / 侧 壁 的 变 形 量 重 要 节 点 应 保 持 弹 性 节 点 设 计 应 考 虑 加 工 制 作 交 通 运 输 现 场 安 装 的 简 单 便 捷, 便 于 使 用 维 护, 防 止 积 水 积 尘, 采 取 有 效 的 防 腐 防 火 措 施 13. 连 接 板 节 点 本 条 为 新 增 条 文 在 节 点 板 板 件 ( 或 梁 翼 缘 ) 拉 力 作 用 下, 柱 翼 缘 有 如 两 块 受 线 荷 载 作 用 的 三 边 嵌 固 板 ABCD A B C D ( 见 图 13..1), 每 块 板 所 能 承 受 的 拉 力 可 近 似 取 为 3.5 yct fc f, 两 嵌 固 边 之 间 C C 范 围 的 受 拉 板 ( 或 梁 翼 缘 ) 屈 服, 因 此 板 件 ( 或 梁 翼 缘 ) 传 来 拉 力 平 衡 式 为, ( t + s) T 3.5t fc f y, c + f y bt fb w = (1) 引 入 有 效 宽 度 b eff 概 念, 令 beff t fb f y, b = T () 即 可 化 为 得 é t f ( tw + s) ú beff f y bt fb fc y, c f y, bt fb ê7 + =, t fb f y, b êë ù úû (3) 58

64 beff = 7 kt fc + tw + s (4) 式 中 t k = t fc fb f f y, c y, b 式 (4) 即 是 欧 洲 规 范 Eurocode-3(BS EN :005) 中 采 用 的 板 件 或 工 形 H 形 截 面 梁 的 翼 缘 与 工 形 H 形 截 面 的 未 设 水 平 加 劲 肋 的 柱 相 连, 形 成 T 形 接 合 时, 板 件 或 梁 的 翼 缘 的 有 效 宽 度 计 算 公 式 13.. 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 图 本 条 沿 用 003 版 的 , 取 消 了 角 钢 的 L 形 围 焊 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 梁 柱 连 接 节 点 本 条 为 新 增 条 文 参 考 欧 洲 钢 结 构 设 计 规 范 Eurocode3 和 其 他 资 料, 对 梁 柱 连 接 进 行 了 分 类 梁 柱 间 相 对 转 角 的 定 义 对 梁 柱 连 接 初 始 刚 度 R ki的 确 定 有 较 大 影 响 有 两 种 确 定 梁 柱 连 接 初 始 刚 度 的 模 型, 第 一 种 模 型 是 根 据 梁 端 与 柱 侧 间 的 相 对 转 角 确 定 梁 柱 连 接 初 始 刚 度, 第 二 种 模 型 是 根 据 梁 和 柱 轴 线 间 的 相 对 转 角 确 定 梁 柱 连 接 初 始 刚 度 应 该 注 意 的 是 第 一 种 梁 柱 连 接 模 型 不 包 含 梁 柱 节 点 域 的 变 形, 而 第 二 种 梁 柱 连 接 模 型 包 含 梁 柱 节 点 域 的 变 形 的 影 响 59

65 当 采 用 第 一 种 梁 柱 连 接 模 型 考 虑 梁 柱 连 接 的 变 形 对 框 架 结 构 变 形 的 影 响 时, 如 还 需 考 虑 框 架 节 点 域 变 形 的 影 响, 结 构 分 析 时 节 点 域 应 设 为 独 立 的 剪 切 变 形 单 元, 梁 和 柱 取 净 长 ; 当 采 用 第 二 种 梁 柱 连 接 模 型 考 虑 梁 柱 连 接 的 变 形 对 框 架 结 构 变 形 的 影 响 时, 由 于 梁 柱 连 接 模 型 已 考 虑 节 点 域 变 形 的 影 响, 结 构 分 析 时 节 点 域 无 需 单 独 设 单 元, 此 时 梁 柱 取 轴 线 间 长 度 第 一 种 梁 柱 连 接 模 型 更 符 合 梁 柱 间 相 对 转 动 变 形 的 定 义 注 意 到 目 前 很 多 结 构 分 析 软 件 没 有 将 框 架 结 构 中 的 节 点 域 设 为 独 立 剪 切 单 元 的 分 析 模 型, 同 济 大 学 在 系 统 理 论 和 试 验 研 究 的 基 础 上, 提 出 了 一 种 能 够 近 似 反 映 节 点 域 剪 切 变 形 影 响 的 等 效 结 构 分 析 模 型 ( 见 李 国 强 沈 祖 炎 著 : 钢 结 构 框 架 体 系 弹 性 及 弹 塑 性 分 析 与 计 算 理 论, 上 海 科 学 技 术 出 版 社,1998 年 ), 即 节 点 域 不 单 独 设 单 元, 但 对 于 H 形 柱 框 架 结 构, 梁 柱 长 度 取 轴 线 长 度, 对 于 箱 型 柱 框 架 结 构, 梁 柱 取 带 刚 域 的 单 元, 梁 柱 长 度 取 轴 线 长 度, 梁 柱 两 端 的 刚 域 长 度 取 为 分 别 取 与 梁 端 相 连 和 与 柱 端 相 连 节 点 域 尺 寸 的 1/4 梁 柱 连 接 节 点 的 初 始 刚 度 应 采 用 有 可 靠 依 据 的 计 算 方 法 确 定 但 计 算 依 据 不 充 分 时, 应 采 用 试 验 方 法 确 定, 同 一 连 接 节 点 的 试 件 数 量 不 应 少 于 3 个 一 般, 传 统 设 计 中 常 规 的 连 接, 基 本 都 可 符 合 本 条 的 要 求 ; 采 用 对 节 点 类 型 的 定 量 化 规 定, 对 端 板 式 连 接 等 半 刚 性 连 接 及 各 种 创 新 型 连 接 的 设 计 起 指 导 作 用 本 条 为 新 增 条 文 本 条 为 003 版 7.4. 的 修 改 比 较 了 美 日 欧 关 于 节 点 域 的 相 关 规 定, 提 出 本 文 公 式 参 考 文 章 陈 炯 钢 框 架 节 点 域 的 宽 厚 比 限 值 和 基 于 宽 厚 比 的 抗 剪 承 载 力 验 算 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 条 为 新 增 条 文 本 条 为 新 增 条 文 本 条 为 新 增 条 文 由 于 此 种 节 点 用 隔 板 将 柱 子 隔 断, 隔 板 上 下 层 柱 应 与 隔 板 采 用 全 熔 透 坡 口 焊 缝 此 种 节 点 对 于 上 下 层 柱 壁 板 厚 度 变 化 的 钢 柱 比 较 容 易 实 现 隔 板 厚 度 的 增 加 可 以 使 隔 板 贯 通 式 节 点 的 屈 服 承 载 力 和 极 限 承 载 力 有 所 提 高, 但 提 高 的 幅 度 随 着 隔 板 厚 度 的 增 加 而 逐 步 减 小, 建 议 隔 板 厚 度 比 梁 翼 缘 厚 度 大 一 级, 并 不 小 于 柱 最 薄 壁 板 的 厚 度 柱 轴 力 和 弯 矩 通 过 隔 板 传 递, 当 柱 出 现 拉 应 力 时 隔 板 受 平 面 外 拉 力, 故 应 避 免 隔 板 层 状 撕 裂 本 条 为 新 增 条 文 端 板 连 接 和 顶 底 角 钢 连 接 施 工 方 便, 做 法 简 单, 施 工 速 度 快, 抗 弯 承 载 力 和 刚 度 较 大, 在 实 际 工 程 中 应 用 较 多, 本 规 程 主 要 推 荐 采 用 这 两 种 连 接 方 式 在 负 弯 矩 作 用 下, 梁 柱 节 点 处 的 组 合 作 用 是 通 过 混 凝 土 楼 板 中 钢 筋 的 抗 拉 作 用 实 现 的 60

66 为 了 充 分 利 用 钢 筋 的 抗 拉 作 用, 必 须 保 证 钢 筋 具 有 足 够 的 锚 固 长 度 为 了 防 止 柱 腹 板 发 生 局 部 失 稳, 减 小 梁 柱 连 接 处 柱 翼 缘 的 变 形, 可 以 在 柱 腹 板 与 梁 上 下 翼 缘 齐 平 处 设 置 横 向 加 劲 肋 考 虑 到 梁 上 翼 缘 处 的 柱 截 面 中 填 充 有 混 凝 土, 其 作 用 相 当 于 加 劲 肋, 因 此, 可 以 仅 在 钢 梁 下 翼 缘 位 置 设 置 横 向 加 劲 肋 但 有 试 验 研 究 表 明, 在 循 环 往 复 荷 载 作 用 下, 柱 截 面 中 填 充 的 混 凝 土 有 可 能 被 压 碎 失 去 作 用, 所 以, 推 荐 在 钢 柱 腹 板 上 的 钢 梁 上 下 翼 缘 位 置, 均 设 置 横 向 加 劲 肋, 以 免 荷 载 较 大 时, 混 凝 土 压 碎 后 失 去 作 用 本 条 第 4 款 的 目 的 是 保 证 水 平 力 作 用 下 半 刚 接 钢 框 架 的 塑 性 变 形 发 生 在 梁 柱 连 接 节 点 内, 因 此 要 求 梁 和 梁 截 面 抗 弯 承 载 力 大 于 梁 柱 连 接 节 点 的 抗 弯 承 载 力 为 了 留 有 一 定 的 安 全 储 备, 引 入 了 1. 的 系 数 由 于 钢 筋 通 过 连 接 接 头 传 力 的 性 能 总 不 如 整 根 钢 筋, 而 且 梁 端 处 的 钢 筋 对 于 组 合 节 点 的 工 作 性 能 影 响 很 大, 因 此, 本 条 第 6 款 规 定 了 楼 板 内 受 力 钢 筋 的 连 接 接 头 宜 避 开 梁 端 13.4 销 轴 连 接 本 条 文 为 新 增 条 文 本 节 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 结 构 工 程 中 的 销 轴 常 用 Q35 或 Q345 等 结 构 用 钢, 也 有 用 45 号 钢 35CrMo 和 40Cr 等 非 结 构 常 用 钢 材 国 家 标 准 GB/T 销 轴 规 定 了 公 称 直 径 3mm-100mm 的 销 轴 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 象 精 制 螺 栓 这 样 的 标 准 规 定 销 轴 的 精 度 要 求 因 此, 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 对 于 非 结 构 常 用 钢 材 按 本 规 范 条 规 定 的 原 则 确 定 设 计 强 度 指 标 本 条 连 接 耳 板 的 构 造 要 求 除 宽 厚 比 外, 其 余 是 参 考 美 标 ANSI/AISC Specification for Structural Steel Building 给 出 宽 厚 比 要 求 主 要 是 考 虑 避 免 连 接 耳 板 端 部 平 面 外 失 稳 而 提 出 的 销 轴 与 连 接 板 计 算 销 轴 连 接 中 耳 板 四 种 承 载 力 极 限 状 态 ( 图 ) 61

67 (a) 耳 板 净 截 面 受 拉 (b) 耳 板 端 部 劈 开 (c) 耳 板 端 部 受 剪 (d) 耳 板 面 外 失 稳 图 销 轴 连 接 中 耳 板 四 种 承 载 力 极 限 状 1 耳 板 净 截 面 受 拉 美 标 ANSI/AISC 欧 标 EN :005 和 我 国 行 标 JTJ05-86 公 路 桥 涵 钢 结 构 及 木 结 构 设 计 规 范 计 算 耳 板 净 截 面 的 抗 拉 承 载 力 可 分 别 表 达 如 下 : 1) ANSI/AISC s = N tb eff 0.75 f u (1) 式 中 b eff = t + 16 b ) EN :005 s = N t( b - d 0 3) JTJ05-86 公 路 桥 涵 钢 结 构 及 木 结 构 设 计 规 范 /3) f () N s = k 1 tb f (3) 式 中 k = 若 用 美 标 构 造 要 求 假 定 销 轴 连 接 的 几 何 尺 寸 然 后 分 别 按 美 标 和 欧 标 计 算 耳 板 净 截 面 的 6

68 抗 拉 承 载 力, 发 现 两 者 相 差 很 大, 前 者 约 为 后 者 的 1.~4 倍 根 据 我 国 钢 结 构 构 件 弹 性 设 计 极 限 状 态 的 含 义 并 考 虑 耳 板 净 截 面 处 应 力 分 布 不 均 匀 性, 我 们 参 考 欧 标 并 同 时 参 考 美 标 最 大 有 效 计 算 宽 度 提 出 本 规 范 的 计 算 公 式 与 我 国 行 业 标 准 JTJ05-86 比 较, 本 规 范 计 算 公 式 对 应 于 k = 1.33 ~ 耳 板 端 部 劈 开 强 度 计 算 美 标 ANSI/AISC 没 有 耳 板 端 部 劈 开 强 度 计 算 公 式 但 通 过 构 造 要 求 4 a ³ 3 b eff (4) 1) 参 考 ASME 006 定 义 的 公 式 可 表 达 成 N s = 0.9b t(1.13a + 1+ b / d 0 ) f (5) ) 参 考 欧 标 EN :005 计 算 耳 板 端 部 尺 寸 a 的 公 式, 可 表 达 成 s = N d t( a ) f (6) 3) 参 考 JTJ05-86 公 路 桥 涵 钢 结 构 及 木 结 构 设 计 规 范 可 表 达 成 N s = k ta f (7) 式 中 k = 我 们 用 (5) (6) 式 试 算, 结 果 若 满 足 (6) 式 则 一 般 均 能 满 足 (5) 式 的 本 规 范 采 纳 (6) 式 与 我 国 行 业 标 准 JTJ05-86 比 较, 对 应 于 k = 1.65 ~ 耳 板 端 部 受 剪 承 载 力 计 算 美 标 ANSI/AISC t = N t( a + d 0 / ) f u 本 规 范 根 据 两 个 受 剪 面 实 际 尺 寸 N t = tz f v 63

69 4 耳 板 面 外 失 稳 在 净 截 面 抗 拉 强 度 计 算 中 规 定 了 有 效 宽 度 = t + 16 有 关 文 献 表 明 当 b eff 4t 时 不 会 发 生 耳 板 面 外 失 稳 b eff, 一 般 能 满 足 b eff 4t,ASME 13.5 铸 钢 节 点 本 节 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 铸 钢 节 点 主 要 适 用 于 特 殊 部 位, 复 杂 的 部 位, 重 点 的 部 位, 其 节 点 形 式 多 种 多 样 铸 钢 节 点 的 有 限 元 分 析 应 采 用 实 体 单 元, 径 厚 比 不 小 于 10 的 部 位 可 采 用 板 壳 单 元 作 用 于 节 点 的 外 荷 载 和 约 束 力 的 平 衡 条 件 应 与 设 计 内 力 保 持 一 致, 并 应 根 据 节 点 的 具 体 情 况 确 定 与 实 际 相 似 的 边 界 条 件 铸 钢 节 点 属 于 下 列 情 况 之 一 时, 宜 进 行 节 点 试 验 : 设 计 或 建 设 方 认 为 对 结 构 安 全 至 关 重 要 的 节 点 ;8 度 9 度 抗 震 设 防 时, 对 结 构 安 全 有 重 要 影 响 的 节 点 ; 铸 钢 件 与 其 他 构 件 采 用 复 杂 连 接 方 式 的 节 点 铸 钢 节 点 试 验 可 根 据 需 要 进 行 验 证 性 试 验 或 破 坏 性 试 验 试 件 应 采 用 与 实 际 铸 钢 节 点 相 同 的 加 工 制 作 参 数 验 证 性 试 验 的 荷 载 值 不 应 小 于 荷 载 设 计 值 的 1.3 倍, 根 据 破 坏 性 试 验 确 定 的 荷 载 设 计 值 不 应 大 于 试 验 值 的 1/ 非 焊 接 结 构 用 铸 钢 节 点 的 材 料 应 符 合 现 行 国 家 标 准 一 般 工 业 用 铸 造 碳 钢 件 (GT/T1135) 的 要 求, 焊 接 结 构 用 铸 钢 节 点 的 材 料 应 具 有 良 好 的 可 焊 性, 符 合 现 行 国 家 标 准 焊 接 结 构 用 碳 素 铸 钢 件 (GT/T7659) 的 要 求 铸 钢 节 点 与 构 件 母 材 焊 接 时, 在 炭 当 量 基 本 相 同 的 情 况 下, 可 按 与 构 件 母 材 相 同 技 术 要 求 选 用 相 应 的 焊 条 焊 丝 与 焊 剂, 并 应 进 行 焊 接 工 艺 评 定 13.6 预 应 力 索 节 点 本 节 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 13.7 支 座 本 条 基 本 沿 用 003 版 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 7.6. 弧 形 支 座 在 目 前 应 用 比 较 多, 辊 轴 支 座 目 前 仍 有 应 用 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 为 003 版 的 的 修 改 和 补 充 板 式 橡 胶 支 座 应 采 用 由 多 层 橡 胶 片 与 薄 钢 板 镶 嵌 粘 合 压 制 而 成 的 橡 胶 垫 板 板 式 橡 胶 支 座 具 有 较 大 的 竖 向 承 压 能 力, 并 在 水 平 方 向 64

70 具 有 较 大 的 剪 切 变 形 能 力 和 一 定 的 转 动 能 力 由 于 板 式 橡 胶 支 座 能 够 有 效 地 减 小 结 构 的 温 度 应 力 限 制 屋 盖 对 下 部 结 构 的 推 力, 减 轻 水 平 地 震 作 用 的 影 响, 具 有 较 高 的 竖 向 承 载 力 和 良 好 的 水 平 变 形 能 力 目 前 已 经 在 大 跨 度 建 筑 结 构 桥 梁 等 结 构 抗 震 中 得 到 广 泛 应 用, 取 得 较 好 的 社 会 效 益 与 经 济 效 益 在 建 筑 结 构 中, 橡 胶 垫 支 座 往 往 处 于 复 杂 受 力 状 态, 为 了 防 止 风 吸 力 与 水 平 力 作 用 下 出 现 过 大 变 形, 可 以 在 支 座 中 设 置 限 位 螺 栓 限 位 螺 栓 可 以 有 效 防 止 支 座 跌 落, 抵 抗 风 荷 载 引 起 的 风 吸 力 对 于 建 筑 结 构 中 的 橡 胶 垫 支 座, 在 橡 胶 支 座 形 状 系 数 的 计 算 公 式 中, 采 用 加 劲 钢 板 尺 寸 代 替 橡 胶 垫 轮 廓 尺 寸 较 为 合 适 橡 胶 垫 支 座 抗 压 弹 性 模 量 的 计 算 方 法 可 参 考 橡 胶 支 座 第 四 部 分 : 普 通 橡 胶 支 座 (GB ) 中 的 方 法 进 行 本 条 为 003 版 的 的 修 改 和 补 充 13.8 柱 脚 本 条 为 新 增 条 文 刚 接 柱 脚 按 柱 脚 位 置 分 外 露 式 外 包 式 埋 入 式 和 插 入 式 四 种 四 种 柱 脚 的 适 用 范 围 主 要 与 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 中 冶 京 诚 工 程 技 术 股 份 公 司 ( 原 北 京 钢 铁 设 计 研 究 总 院 ) 中 冶 赛 迪 工 程 技 术 股 份 有 限 公 司 ( 原 重 庆 钢 铁 设 计 研 究 院 ) 试 验 研 究 以 及 多 年 来 的 工 程 实 践 总 结 (Ⅰ) 外 露 式 柱 脚 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 抗 剪 键 埋 深 的 计 算 式 主 要 参 考 了 肖 南 顾 强 强 钢 柱 脚 抗 剪 键 埋 深 的 对 偶 函 数 积 分 变 换 解 法, 浙 江 大 学 学 报, 工 学 版,009,43() 和 工 程 实 践 经 验 本 条 为 新 增 条 文 本 条 为 003 版 的 的 修 改 和 补 充 主 要 是 根 据 工 程 实 践 经 验 总 结, 对 外 露 式 柱 脚 的 设 计 和 构 造 做 出 了 具 体 的 规 定 实 腹 柱 脚 受 拉 侧 锚 栓 的 总 有 效 面 积 应 根 据 柱 脚 底 板 下 混 凝 土 基 础 反 力 的 分 布 状 况 计 算 确 定, 锚 栓 直 径 不 宜 小 于 4mm 分 离 柱 脚 锚 栓 直 径 不 宜 小 于 30mm 柱 脚 锚 栓 埋 置 在 基 础 中 的 深 度, 应 使 锚 栓 的 拉 力 通 过 其 与 混 凝 土 之 间 的 粘 结 力 传 递 埋 置 深 度 受 到 限 制 时, 则 锚 栓 应 牢 固 地 固 定 在 锚 板 或 锚 梁 上, 以 传 递 锚 栓 的 全 部 拉 力 当 锚 栓 在 混 凝 土 基 础 中 的 锚 固 较 长 时, 宜 在 锚 栓 端 部 设 置 锚 板 非 受 力 锚 栓 宜 采 用 Q35B 钢 制 成, 锚 栓 在 混 凝 土 基 础 中 的 锚 固 长 度 不 宜 小 于 直 径 的 0 倍 当 锚 栓 直 径 大 于 40mm 时, 锚 栓 端 部 宜 焊 锚 板, 其 锚 固 长 度 不 宜 小 于 直 径 的 1 倍 (Ⅱ) 外 包 式 柱 脚 65

71 本 条 为 新 增 条 文 规 定 的 外 包 式 各 类 型 截 面 柱 的 混 凝 土 外 包 高 度 厚 度 强 度 等 级 等, 主 要 参 考 了 高 层 民 用 建 筑 钢 结 构 技 术 规 程 JGJ99 的 有 关 规 定 和 工 程 实 践 的 总 结 本 条 为 新 增 条 文 外 包 式 柱 脚 宜 设 栓 钉, 其 一 侧 翼 缘 上 栓 钉 数 量 的 计 算 式, 主 要 参 考 了 童 根 树 郭 立 湘 外 包 式 钢 柱 脚 设 计 方 法 研 究, 工 业 建 筑,008,38(10) (Ⅲ) 埋 入 式 柱 脚 本 条 为 003 版 的 修 改 和 补 充 主 要 参 考 了 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 的 条 和 金 波 童 根 树 埋 入 式 钢 柱 脚 的 传 力 分 析 和 设 计 计 算, 工 业 建 筑,008.38(7) 以 及 与 高 层 民 用 建 筑 钢 结 构 技 术 规 程 JGJ99 有 关 内 容 协 调 根 据 研 究 表 明, 栓 钉 对 于 传 递 弯 矩 和 剪 力 没 有 什 么 支 配 作 用, 但 对 于 抗 拉, 由 于 栓 钉 受 剪, 能 传 递 内 力 因 此, 对 于 有 拔 力 的 柱, 规 定 了 宜 设 栓 钉 的 要 求 本 条 为 新 增 条 文 柱 脚 边 缘 混 凝 土 的 承 压 应 力, 主 要 参 考 了 金 波 童 根 树 埋 入 式 钢 柱 脚 的 传 力 分 析 和 设 计 计 算, 工 业 建 筑,008,38(7) 本 条 还 规 定 了 各 类 柱 脚 最 小 的 埋 深, 其 目 的 是 让 设 计 人 员 操 作 简 便, 当 计 算 埋 深 大 于 最 小 值 时 可 调 整 混 凝 土 的 强 度 等 级 (Ⅳ) 插 入 式 柱 脚 本 条 是 对 003 版 的 的 修 改 和 补 充 在 钢 结 构 设 计 规 范 GB 版 条 的 基 础 上, 增 加 了 单 层 多 层 高 层 和 单 层 厂 房 双 肢 格 构 柱 插 入 基 础 深 度 的 计 算 插 入 式 柱 脚 是 指 钢 柱 直 接 插 入 已 浇 筑 好 的 杯 口 内, 经 校 准 后 用 细 石 混 凝 土 浇 灌 至 基 础 顶 面, 使 钢 柱 与 基 础 刚 性 连 接 柱 脚 的 作 用 是 将 钢 柱 下 端 的 内 力 ( 轴 力 弯 矩 剪 力 ) 通 过 二 次 浇 灌 的 细 石 混 凝 土 传 给 基 础, 其 作 用 力 的 传 递 机 理 与 埋 入 式 柱 脚 基 本 相 同 钢 柱 下 部 的 弯 矩 和 剪 力, 主 要 是 通 过 二 次 浇 灌 层 细 石 混 凝 土 对 钢 柱 翼 缘 的 侧 向 压 力 所 产 生 的 弯 矩 来 平 衡, 轴 向 力 由 次 浇 灌 层 的 粘 结 力 和 柱 底 反 力 承 受 钢 柱 侧 面 混 凝 土 的 支 承 反 力 形 成 的 抵 抗 弯 矩 和 承 压 高 度 范 围 内 混 凝 土 抗 力 与 钢 柱 的 弯 矩 和 剪 力 平 衡, 便 可 得 出 保 证 钢 柱 与 基 础 刚 性 连 接 的 插 入 深 度 双 肢 格 构 柱 的 插 入 深 度 上 世 纪 80~90 年 代 中 冶 京 诚 工 程 技 术 股 份 公 司 ( 原 北 京 钢 铁 设 计 研 究 院 ) 和 中 冶 赛 迪 工 程 技 术 股 份 有 限 公 司 ( 原 重 庆 钢 铁 设 计 研 究 院 ) 对 插 入 式 钢 柱 脚 进 行 试 验 研 究, 并 已 在 单 层 工 业 厂 房 和 多 高 层 房 屋 工 程 得 到 使 用, 效 果 很 好 这 种 柱 脚 构 造 简 单 节 约 钢 材 安 全 可 靠 本 条 为 新 增 条 文 柱 脚 构 造 及 杯 口 基 础 的 设 计 规 定 主 要 是 工 程 设 计 实 践 经 验 的 总 结 66

72 14 钢 管 连 接 节 点 14.1 一 般 规 定 本 条 为 003 版 的 的 修 改 本 章 关 于 钢 管 连 接 节 点 的 规 定, 适 用 于 被 连 接 构 件 中 至 少 有 一 根 为 圆 钢 管 或 方 管 矩 形 管, 不 包 含 椭 圆 钢 管 与 其 他 异 型 钢 管, 也 不 含 用 四 块 钢 板 焊 接 而 成 的 箱 型 截 面 构 件 钢 管 不 仅 用 于 桁 架 拱 架 塔 架 和 网 架 网 壳 等 结 构, 也 广 泛 用 于 框 架 结 构 ; 除 法 兰 式 连 接 外, 本 规 范 关 于 框 架 结 构 中 的 钢 管 连 接 节 点 设 计 与 构 造 由 13 章 规 定 本 章 不 涉 及 高 周 疲 劳 计 算 疲 劳 计 算 相 关 问 题 由 第 17 章 规 定 连 接 节 点 形 式 多 样 本 章 不 涉 及 螺 栓 球 节 点 焊 接 球 节 点 等 可 工 业 化 标 准 化 制 作 的 节 点 非 加 劲 的 钢 管 间 直 接 焊 接 节 点 广 泛 用 于 桁 架 拱 架 塔 架 等 格 构 式 结 构 中, 近 年 也 在 空 间 网 格 结 构 得 到 应 用 这 类 节 点 又 称 为 相 贯 节 点, 其 中 在 节 点 部 位 连 续 的 钢 管 称 为 主 管, 在 节 点 部 位 连 接 的 其 余 钢 管 焊 接 在 主 管 表 面, 称 为 支 管 圆 钢 管 方 钢 管 矩 形 钢 管 等 作 为 主 管, 也 可 与 各 种 开 口 截 面 构 件 连 接, 或 通 过 节 点 板 ( 钢 板 ) 与 其 他 构 件 连 接 在 节 点 部 位 的 主 管 内 部 或 外 部 不 采 用 加 劲 措 施 的 都 是 非 加 劲 的 钢 管 与 非 钢 管 直 接 焊 接 节 点 本 条 及 为 003 版 的 的 修 改 和 补 充 法 兰 连 接 形 式 很 多, 设 计 者 应 根 据 实 际 结 构 要 求 确 定 所 采 用 法 兰 的 具 体 形 式 1 对 空 间 刚 架 悬 臂 梁 悬 臂 柱 空 间 桁 架 中 用 法 兰 分 段 连 接 的 长 杆 件 等, 结 构 受 力 要 求 连 接 设 计 既 保 证 抗 弯 强 度, 也 保 证 抗 弯 刚 度 连 续, 要 用 刚 接 法 兰 刚 接 法 兰 的 连 接 螺 栓 按 抗 拉 的 高 强 度 螺 栓 设 计, 施 工 时 加 预 拉 力 使 用 时 法 兰 板 永 久 受 压, 无 开 缝 对 于 空 间 桁 架 中 节 点 处 的 法 兰, 允 许 有 一 定 程 度 的 转 动, 可 以 用 半 刚 接 法 兰 半 刚 接 法 兰 用 高 强 度 普 通 螺 栓 连 接, 不 加 预 应 力, 但 要 用 双 螺 母 防 松 对 于 一 些 没 有 疲 劳 动 力 作 用 的 钢 管 悬 臂 柱, 工 程 上 也 常 采 用 半 刚 接 法 兰, 对 螺 栓 加 部 分 预 拉 力, 使 法 兰 在 频 遇 荷 载 下 不 张 口, 在 极 限 荷 载 下 不 破 坏 但 这 种 连 接 方 式 的 螺 栓 防 松 尤 为 重 要 有 加 劲 肋 法 兰 的 法 兰 板 是 三 边 支 承 板, 用 钢 量 较 小 ; 无 加 劲 肋 法 兰 的 法 兰 板 是 悬 臂 板, 受 力 状 态 按 半 刚 性 法 兰, 用 钢 量 较 大 3 外 法 兰 抗 弯 效 果 比 内 法 兰 好 但 对 大 直 径 钢 管, 其 外 观 要 求 及 安 装 维 修 线 路 要 求, 67

73 都 有 可 能 用 内 法 兰 的 连 接 方 式 4 一 般 法 兰 指 受 拉 压 力 为 同 一 数 量 级 的 法 兰 承 压 型 法 兰 指 设 计 压 力 远 大 于 拉 力 和 弯 矩 应 力 水 平 的 法 兰 承 压 型 法 兰 靠 钢 管 的 磨 平 顶 紧 传 递 压 力, 靠 螺 栓 受 拉 及 法 兰 板 抗 弯 传 递 其 它 内 力 5 刚 接 柱 脚 用 双 层 法 兰 加 预 应 力 锚 栓 可 将 钢 柱 刚 接 于 基 础 6 对 于 有 疲 劳 动 力 荷 载 的 钢 管 结 构 的 连 接, 要 考 虑 特 殊 的 法 兰 连 接 形 式 ( 如 反 向 平 衡 法 兰 加 长 螺 杆 ) 和 特 殊 的 螺 栓 防 松 施 工 方 法 ( 如 高 强 度 螺 栓 直 接 张 拉 法 ) 7 法 兰 连 接 刚 度 较 大, 用 于 主 管 连 接, 但 在 大 型 复 杂 结 构 中 应 与 其 它 刚 度 较 小 的 螺 栓 连 接 方 法 ( 如 支 管 和 辅 助 性 杆 件 的 抗 剪 板 连 接 ) 配 合 使 用, 以 协 调 变 形, 减 少 安 装 应 力 本 条 为 003 版 的 的 修 改 和 补 充 本 条 对 非 加 劲 的 直 接 焊 接 节 点 部 位 钢 管 提 出 材 料 使 用 上 的 注 意 点 非 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 是 不 适 用 的 目 前 国 内 外 非 加 劲 钢 管 直 接 焊 接 节 点 的 试 验 研 究 中 所 采 用 的 钢 管 屈 服 点 大 部 分 在 355N/mm 或 以 下, 屈 强 比 均 不 大 于 0.8; 虽 然 对 于 Q40 和 Q460 级 钢 材 的 钢 管, 节 点 试 验 研 究 和 工 程 应 用 尚 少, 但 依 欧 洲 规 范 (EN (4) 款 ) 和 ISO/WD15.3 焊 接 空 心 截 面 节 点 静 力 设 计 程 序 建 议 ( 草 稿 ) (Static Design Procedure for Welded Hollow Section Joints Recommendations 1. 条 ), 钢 管 最 大 强 度 可 以 用 到 460MPa( 两 文 献 均 表 述 为 The nominal yield strength of hot finished hollow sections and the nominal yield strength of the cold-formed hollow sections should not exceed 460 N/mm ); 因 此 本 次 修 订 不 再 限 制 钢 管 材 料 屈 服 点 在 345MPa 以 下 在 欧 洲 规 范 (EN (4) 款 ) 中 规 定, 如 果 最 终 钢 管 产 品 的 屈 服 点 超 过 355 N/mm, 则 可 按 给 出 公 式 计 算 节 点 静 力 承 载 力, 然 后 乘 以 0.9 的 折 减 系 数 当 破 坏 模 式 为 主 管 塑 性 变 形 控 制 时, 对 于 S460 钢,EN (005) 给 出 节 点 承 载 力 折 减 系 数 为 0.9; 对 于 S690 钢,EN (007) 给 出 节 点 承 载 力 折 减 系 数 为 0.8 有 研 究 表 明 这 些 系 数 在 一 定 情 况 下 偏 于 保 守 鉴 于 本 规 范 计 算 公 式 所 依 据 的 试 验 数 据 与 欧 洲 规 范 相 同, 即 绝 大 多 数 来 自 屈 服 点 不 超 过 355N/mm, 则 对 Q345 以 上 强 度 但 不 超 过 Q460 的 钢 管, 可 参 照 折 减 系 数 为 0.9 的 规 定 GB 规 定 非 加 劲 的 直 接 焊 接 节 点 中 钢 管 壁 不 应 大 于 5mm, 但 近 年 来 我 国 已 有 大 跨 度 钢 管 网 壳 拱 架 结 构 采 用 了 厚 度 达 到 60mm 左 右 的 圆 钢 管 的 工 程 实 践 经 验, 未 有 不 良 现 象 的 报 告, 故 本 次 修 订 不 再 以 5mm 厚 度 为 限 制 条 件 但 当 主 管 壁 厚 超 过 5mm 时, 钢 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 68

74 厚 度 方 向 性 能 要 求 的 Z 向 钢 此 外, 由 于 兼 顾 外 观 尺 寸 和 承 载 强 度 两 者 的 需 求, 遇 到 不 得 不 采 用 径 厚 比 为 10 左 右 的 钢 管 的 情 况 如 果 采 用 非 轧 制 厚 壁 钢 管, 则 必 须 确 认 有 可 行 可 靠 的 加 工 工 艺, 不 会 因 之 造 成 成 型 钢 管 的 材 质 劣 化 本 条 为 新 增 条 文 14. 构 造 要 求 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 节 各 项 构 造 规 定 是 用 于 保 证 节 点 连 接 的 施 工 质 量, 从 而 保 证 实 现 计 算 规 定 的 各 种 性 能 1 当 主 管 采 用 冷 成 型 方 矩 形 管 时, 其 弯 角 部 位 的 钢 材 受 加 工 硬 化 作 用 产 生 局 部 变 脆, 不 宜 在 此 部 位 焊 接 支 管 ; 另 一 方 面 如 果 支 管 与 主 管 同 宽, 弯 角 部 位 的 焊 缝 构 造 处 理 困 难, 因 此 支 管 宽 度 宜 小 于 主 管 宽 度 连 接 处 主 管 与 支 管 轴 线 间 夹 角 以 及 各 支 管 轴 线 间 夹 角 不 宜 小 于 30 度 的 规 定 是 为 了 保 证 施 焊 条 件, 便 于 焊 根 熔 透, 也 有 利 于 减 少 尖 端 处 焊 缝 的 撕 裂 应 力 3 格 构 式 构 件 在 一 定 条 件 下 可 近 似 按 铰 接 杆 件 体 系 进 行 内 力 分 析, 因 此 节 点 连 接 处 应 尽 可 能 避 免 偏 心 但 当 偏 心 不 可 避 免 ( 例 如 为 使 支 管 间 隙 满 足 本 条 第 6 款 要 求 而 调 整 支 管 位 置 ) 但 未 超 过 (14..1) 式 限 制 时, 在 计 算 节 点 和 受 拉 主 管 承 载 力 时, 可 不 考 虑 偏 心 引 起 的 弯 矩 作 用, 在 计 算 受 压 主 管 承 载 力 时 应 考 虑 偏 心 弯 矩 M = DN e( D N 为 节 点 两 侧 主 管 轴 力 之 差 值 ) 的 影 响 搭 接 型 连 接 时, 由 于 受 到 搭 接 率 规 定 的 影 响 ( 第 14.. 条 第 1 款 ), 可 能 突 破 (14..1) 式 的 限 制, 此 时, 格 构 式 构 件 ( 桁 架 拱 架 塔 架 等 ) 可 按 有 偏 心 刚 架 进 行 内 力 分 析 4 支 管 端 部 形 状 及 焊 缝 形 式 随 支 管 和 主 管 相 交 位 置 支 管 壁 厚 不 同 以 及 焊 接 条 件 变 化 而 异, 如 果 不 采 用 精 密 的 机 械 加 工, 不 易 保 证 装 配 焊 缝 质 量 我 国 成 规 模 的 钢 结 构 加 工 制 造 企 业 已 经 普 遍 装 备 了 自 动 切 管 机, 因 此 本 次 修 订 要 求 支 管 端 部 加 工 都 采 用 自 动 切 管 机 5 由 于 断 续 焊 缝 易 产 生 咬 边 夹 渣 等 焊 缝 缺 陷, 以 及 不 均 匀 热 影 响 区 的 材 质 缺 陷, 恶 化 焊 缝 的 性 能, 故 主 管 和 支 管 的 连 续 焊 缝 应 沿 全 周 连 续 焊 接, 焊 缝 尺 寸 应 适 中, 形 状 合 理 在 保 证 节 点 设 计 承 载 力 大 于 支 管 设 计 内 力 的 条 件 下, 多 数 情 况 下 角 焊 缝 焊 脚 尺 寸 达 到 1.5 倍 支 管 厚 度 是 可 以 满 足 承 载 要 求 的 ; 但 当 支 管 设 计 内 力 接 近 支 管 设 计 承 载 力 时, 角 焊 缝 尺 寸 只 有 达 到 倍 支 管 厚 度 才 能 满 足 承 载 要 求 角 焊 缝 尺 寸 应 由 计 算 确 定, 满 足 受 力 条 件 时 不 必 过 分 加 大, 限 制 最 大 焊 脚 尺 寸 的 目 的 在 于 防 止 过 度 焊 接 的 不 利 影 响 69

75 14.. 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 K 型 搭 接 节 点 中, 两 支 管 间 应 有 足 够 的 搭 接 区 域 以 保 证 支 管 间 内 力 平 顺 地 传 递 研 究 表 明 (Wardenier, 图 14..), 搭 接 率 小 于 5% 时, 节 点 承 载 力 将 有 较 大 程 度 地 降 低, 故 搭 接 节 点 中 需 限 制 搭 接 率 N exp/n effective width CHS 0-100% Overlap Joints (incl. brace yield) Overlap Ov % Washio '63 Kurobane'64 Togo '67 Wardenier-de Koning '77 Kurobane '80 Ochi '81 De koning-wardenier '81 Kurobane '8 Okujima Dexter '94 图 14.. 搭 接 率 对 节 点 承 载 力 的 影 响 支 管 互 相 搭 接 时, 从 传 力 合 理 施 焊 可 行 的 原 则 出 发, 需 对 不 同 搭 接 支 管 ( 位 于 上 方 ) 与 被 搭 接 支 管 ( 位 于 下 方 ) 的 相 对 关 系 予 以 规 定 GB 规 定 当 支 管 钢 材 强 度 等 级 不 同 时, 低 强 度 管 应 搭 接 在 高 强 度 管 上, 考 虑 到 实 际 工 程 中 很 少 出 现 这 种 情 况, 本 次 修 订 从 正 文 中 删 去 这 一 规 定, 但 如 遇 见 此 种 情 况 仍 可 按 此 原 则 处 理 实 际 工 程 中 还 可 能 遇 到 如 外 部 尺 寸 较 大 支 管 反 而 壁 厚 较 小 的 情 况, 此 时 因 外 部 尺 寸 较 大 管 置 于 下 方, 对 被 搭 接 支 管 在 搭 接 处 的 管 壁 承 载 力 应 进 行 计 算, 不 能 满 足 强 度 要 求 时, 被 搭 接 部 位 应 考 虑 加 劲 措 施 搭 接 型 连 接 中, 位 于 下 方 的 被 搭 接 支 管 在 组 装 定 位 后, 该 支 管 与 主 管 接 触 的 一 部 分 区 域 被 搭 接 支 管 从 上 方 覆 盖, 称 为 隐 蔽 部 位 隐 蔽 部 位 无 法 从 外 部 直 接 焊 接, 施 焊 十 分 困 难 日 本 建 筑 学 会 (AIJ)1990 年 版 钢 管 结 构 设 计 指 南 与 解 说 在 6.7 条 解 说 中 指 出 组 装 后 的 隐 蔽 部 位 即 使 不 焊 也 没 有 什 么 影 响 004 年 同 济 大 学 与 上 海 建 筑 设 计 研 究 院 合 作 结 合 上 海 网 球 中 心 工 程 进 行 了 多 根 支 管 搭 接 的 节 点 隐 蔽 部 位 焊 接 与 否 的 对 比 试 验 ( 参 见 童 乐 为 陈 茁 陈 以 一 等 不 同 焊 接 方 式 下 圆 钢 管 节 点 力 学 性 能 的 比 较,006, 结 构 工 程 师,(): 57-6) 年 间, 同 济 大 学 与 宝 冶 建 设 联 合 开 展 多 批 次 的 系 列 实 验, 包 括 承 受 单 调 静 力 荷 载 与 低 周 反 复 荷 载 的 节 点 试 件 ; 这 些 试 验 涉 及 的 节 点 形 式 为 平 面 K 形 和 KT 形 ( 参 见 赵 宪 忠 陈 誉 陈 以 一 等 平 面 K 型 圆 钢 管 搭 接 节 点 静 力 性 能 的 试 验 研 究, 建 筑 结 构 学 报,006,7(4):3-9, 陈 誉 赵 宪 忠 陈 以 一 平 面 K 型 圆 钢 管 搭 接 节 点 有 限 元 参 数 分 析 与 极 限 承 载 力 计 算 公 式 建 筑 结 构 学 报,006, 7(4): 30-36) 试 验 结 果 表 明, 在 单 调 荷 载 作 70

76 用 下, 当 搭 接 率 5% 范 围 内 时, 隐 蔽 部 分 焊 接 与 否, 对 节 点 部 位 弹 性 阶 段 的 变 形 以 及 极 限 承 载 力 没 有 显 著 影 响, 故 本 条 提 出 一 定 条 件 下 搭 接 部 位 可 不 焊 接 Eutocode 3 中 指 出, 两 支 管 垂 直 于 主 管 的 内 力 分 量 相 差 0% 以 上 时, 内 隐 蔽 部 位 应 予 焊 接 ; 但 同 济 大 学 的 试 验 表 明, 此 时 节 点 承 载 力 并 未 降 低, 同 时 IIW 最 新 规 程 亦 无 此 规 定, 故 此 条 件 不 再 做 强 行 规 定 由 于 该 结 论 尚 缺 乏 疲 劳 实 验 的 支 持, 故 本 条 关 于 隐 蔽 部 位 可 以 不 焊 的 规 定 不 适 用 承 受 高 周 疲 劳 荷 载 的 节 点 节 点 承 受 低 反 复 荷 载 时, 试 验 结 果 表 明, 如 果 发 生 很 大 的 非 弹 性 变 形, 也 会 导 致 承 载 后 期 节 点 性 能 的 劣 化, 故 将 支 管 隐 蔽 部 位 可 不 焊 接 的 适 用 范 围 限 定 在 6 7 度 抗 震 设 防 地 区 的 建 筑 结 构 中 K 型 搭 接 节 点 的 隐 蔽 部 位 焊 接 时, 在 搭 接 率 小 于 60% 时, 受 拉 支 管 在 下 时 承 载 力 略 高 ; 但 如 隐 蔽 部 位 不 焊 接, 则 其 承 载 力 大 为 降 低 相 反, 受 压 支 管 在 下 时, 无 论 隐 蔽 部 位 焊 接 与 否, 其 承 载 力 均 变 化 不 大 (<7%), 综 合 考 虑, 建 议 搭 接 节 点 中, 承 受 轴 心 压 力 的 支 管 宜 在 下 方 本 条 为 新 增 条 文 非 加 劲 节 点 直 接 焊 接 节 点 不 能 满 足 承 载 能 力 要 求 时, 在 节 点 区 域 采 用 管 壁 厚 于 杆 件 部 分 的 钢 管 是 提 高 其 承 载 力 有 效 的 方 法 之 一, 也 是 便 于 制 作 的 首 选 办 法 此 外 也 可 以 采 用 其 他 局 部 加 强 措 施, 如 :(1) 在 主 管 内 设 实 心 的 或 开 孔 的 横 向 加 劲 板 (14..3 条,14..4 条 );() 在 主 管 外 表 面 贴 加 强 板 (14..5 条 );(3) 在 主 管 内 设 置 纵 向 加 劲 板 ; (4) 在 主 管 外 周 设 环 肋 等 加 强 板 件 和 主 管 是 共 同 工 作 的, 但 其 共 同 工 作 的 机 理 分 析 复 杂, 因 此, 在 采 取 局 部 加 强 措 施 时, 除 非 能 采 用 验 证 过 的 计 算 公 式 确 定 节 点 承 载 力, 或 采 用 数 值 方 法 计 算 节 点 承 载 力, 应 以 所 采 取 的 措 施 能 够 保 证 节 点 承 载 力 高 于 支 管 承 载 力 为 原 则 有 限 元 数 值 计 算 结 果 表 明, 设 置 主 管 内 的 横 向 加 劲 板 对 提 高 节 点 极 限 承 载 力 有 显 著 作 用 ; 但 在 单 一 支 管 的 下 方 如 设 置 第 3 道 加 劲 板 所 取 得 的 增 强 效 应 就 不 明 显 了, 参 见 张 峰 陈 扬 骥 陈 以 一 等 内 加 劲 环 的 设 置 对 钢 管 节 点 性 能 的 影 响 ( 空 间 结 构,Vol.10, No.1, 004.3) 数 值 分 析 还 表 明, 满 足 条 第 1 3 款 的 构 造 规 定, 可 以 实 现 节 点 承 载 力 高 于 相 连 支 管 承 载 力 的 要 求 在 主 管 内 设 置 纵 向 加 劲 板 ( 图 a) 时 应 使 加 劲 板 与 主 管 管 壁 可 靠 焊 接, 当 主 管 孔 径 较 小 难 以 施 焊 时, 应 在 主 管 上 下 开 槽 后 将 加 劲 板 插 入 焊 接 目 前 的 研 究 还 未 提 出 针 对 这 种 构 造 的 节 点 承 载 力 计 算 公 式 纵 向 加 劲 板 也 可 伸 出 主 管 外 部 连 接 支 管 或 其 他 开 口 截 面 的 构 件 ( 图 b) 在 主 管 外 周 设 环 肋 ( 图 ) 有 助 提 高 节 点 强 度, 但 可 能 影 响 外 观 ; 目 前 其 受 力 性 能 的 研 究 也 很 少 71

77 内 部 焊 接 开 槽 后 焊 接 图 主 管 内 纵 向 加 劲 的 节 点 外 周 加 劲 环 图 主 管 外 周 设 置 加 劲 环 的 节 点 本 条 为 新 增 条 文 主 管 为 圆 管 的 表 面 贴 加 强 板 方 式, 适 用 于 支 管 与 主 管 的 直 径 比 b 不 超 过 0.7 时, 此 时 主 管 管 壁 塑 性 可 能 成 为 控 制 模 式 主 管 为 方 矩 形 管 时, 如 为 提 高 与 支 管 相 连 的 主 管 表 面 的 抗 弯 承 载 力, 可 采 用 该 连 接 表 面 贴 加 强 板 的 方 式, 如 主 管 侧 壁 承 载 力 不 足 时, 则 可 采 用 主 管 侧 表 面 贴 加 强 板 的 方 式 方 矩 形 主 管 与 支 管 连 接 一 侧 采 用 加 强 板 主 要 针 对 主 管 受 弯 塑 性 破 坏 模 式 ; 主 管 侧 壁 承 载 力 不 足 时 采 用 侧 壁 加 强 的 方 式 加 强 板 长 度 公 式 ( )~( ) 可 参 见 J.A.Packer 等 著 空 心 管 结 构 连 接 设 计 指 南 3.7 节 ( 曹 俊 杰 译, 科 学 出 版 社 1997) 加 强 板 的 宽 度, 考 虑 到 连 接 焊 缝 以 及 主 管 可 能 存 在 弯 角 的 原 因, 通 常 小 于 主 管 的 名 义 宽 度 加 强 板 最 小 厚 度 的 建 议 来 自 上 述 同 一 文 献 本 条 为 新 增 条 文 本 条 各 款 要 求 的 原 因 分 别 为 : 第 1 款, 法 兰 板 为 环 状, 钢 管 插 入 其 中 焊 接 可 减 少 因 钢 管 下 料 长 度 误 差 及 焊 缝 收 缩 而 导 致 的 杆 件 最 终 长 度 的 误 差 第 款, 法 兰 连 接 的 用 钢 量 较 大, 为 提 高 结 构 效 率, 减 少 用 钢 量, 最 关 键 是 采 用 高 强 螺 栓 在 满 足 施 工 要 求 的 前 提 下 采 用 细 而 密 的 高 强 螺 栓, 使 螺 栓 贴 紧 管 壁 第 3 款, 法 兰 板 与 钢 管 的 焊 缝 要 求 与 钢 管 截 面 等 强, 此 两 条 焊 缝 可 直 接 传 递 管 中 之 压 力 ( 压 力 一 般 较 拉 力 大 ), 而 法 兰 板 可 仅 按 拉 力 要 求 计 算, 可 减 少 法 兰 用 钢 量 在 满 足 环 焊 缝 与 管 壁 等 强 的 条 件 下, 焊 缝 应 尽 可 能 小, 以 免 焊 缝 集 中 引 起 过 大 的 焊 接 变 形 和 残 余 应 力 第 4 款, 加 劲 板 要 保 持 平 面 稳 定 焊 缝 不 应 三 向 交 汇 第 5 款, 前 一 种 防 腐 蚀 方 法 为 涂 料 防 腐 蚀 或 热 喷 锌 铝 复 合 涂 层 防 腐 蚀, 两 端 作 气 密 性 封 7

78 闭 后 内 部 不 涂 防 腐 蚀 层, 亦 可 防 腐 后 一 种 方 法 为 热 浸 锌 防 腐 蚀 方 法, 内 外 同 浸 锌, 封 闭 后 浸 锌 易 爆 裂, 故 不 应 封 闭 第 6 款, 法 兰 为 重 要 连 接 点, 用 高 强 度 普 通 螺 栓 连 接 时 必 须 要 有 防 松 措 施 第 8 款, 防 止 雨 水 由 钢 管 法 兰 接 缝 进 入 室 内 且 维 修 时 无 法 找 到 来 源 第 9 款, 防 止 基 础 上 部 钢 管 内 积 水 引 起 腐 蚀 和 冻 胀 14.3 圆 钢 管 直 接 焊 接 节 点 和 局 部 加 劲 节 点 的 计 算 本 条 沿 用 003 版 的 条 的 一 部 分 主 管 为 圆 钢 管 的 节 点, 本 规 范 将 其 归 为 圆 钢 管 节 点 ; 主 管 为 方 矩 形 钢 管 时, 本 规 范 将 其 归 为 方 钢 管 节 点 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 对 主 要 计 算 公 式 和 规 定 说 明 如 下 关 于 第 1 款 至 第 第 3 款 钢 结 构 设 计 规 范 (GB17-88) 对 平 面 X Y T 形 和 K 形 节 点 处 主 管 强 度 的 支 管 轴 心 承 载 力 设 计 值 的 公 式 是 比 较 分 析 国 外 有 关 规 范 和 国 内 外 有 关 资 料 的 基 础 上, 根 据 近 300 个 各 类 型 管 节 点 的 承 载 力 极 限 值 试 验 数 据, 通 过 回 归 分 析 归 纳 得 出 的 承 载 力 极 限 值 经 验 公 式, 然 后 采 用 校 准 法 换 算 得 到 的 钢 结 构 设 计 规 范 (GB ) 修 订 时, 根 据 同 济 大 学 的 研 究 成 果, 对 平 面 节 点 承 载 力 计 算 公 式 进 行 了 若 干 修 正 修 正 时 主 要 对 照 了 新 建 立 的 国 际 管 节 点 数 据 库 中 的 试 验 结 果, 并 考 虑 了 公 式 表 达 的 合 理 性 经 与 日 本 建 筑 学 会 (AIJ) 公 式 国 际 管 结 构 研 究 和 发 展 委 员 会 (CIDECT) 公 式 的 比 较, 所 修 正 的 计 算 公 式 与 试 验 数 据 对 比, 其 均 值 和 置 信 区 间 都 较 之 前 更 加 合 理 本 次 修 订 时, 除 了 对 K 形 节 点 考 虑 搭 接 影 响 之 外 未 作 进 一 步 改 动 ( 本 条 第 1 款 至 第 3 款 ), 详 见 钢 结 构 设 计 规 范 (GB ) 条 文 说 明 第 条 关 于 第 4 款 K 型 搭 接 节 点 中, 两 支 管 中 垂 直 于 主 管 的 内 力 分 量 可 相 互 平 衡, 使 得 主 管 连 接 面 所 承 受 的 作 用 力 相 对 减 小 ; 同 时, 搭 接 部 位 的 存 在 也 增 大 了 约 束 主 管 管 壁 局 部 变 形 的 刚 度 近 年 来 的 搭 接 节 点 试 验 和 有 限 元 分 析 结 果 均 表 明, 搭 接 节 点 的 破 坏 模 式 主 要 为 支 管 局 部 屈 曲 破 坏 支 管 局 部 屈 曲 与 主 管 管 壁 塑 性 的 联 合 破 坏 支 管 轴 向 屈 服 破 坏 等 三 种 模 式, 与 平 面 圆 钢 管 连 接 节 点 的 主 管 壁 塑 性 破 坏 模 式 相 比 有 很 大 差 别 因 此, 目 前 国 外 各 规 程 中 均 将 搭 接 节 点 的 承 载 力 计 算 公 式 特 别 列 出, 且 有 两 种 方 法 : 其 一, 是 如 Eurocode3 规 程, 保 持 与 K 型 间 隙 节 点 公 式 的 连 续 性, 通 过 调 整 搭 接 ( 间 隙 ) 关 系 参 数, 给 出 搭 接 节 点 的 计 算 公 式 ; 其 二, 是 如 ISO 规 程 ( 草 案 ), 根 据 搭 接 节 点 的 破 坏 模 式, 摒 弃 了 原 来 环 模 型 计 算 公 式 (ft), 给 出 与 间 隙 节 点 完 全 不 同 的 计 算 公 式 本 规 程 采 用 方 法 一, 通 过 在 GB 的 K 型 圆 钢 管 间 隙 节 点 强 度 计 算 公 式 基 础 上 乘 以 搭 接 影 响 系 数 y o的 方 法, 给 出 K 型 圆 钢 管 搭 接 节 点 的 73

79 计 算 公 式 影 响 K 型 搭 接 节 点 性 能 的 因 素 除 了 支 管 与 主 管 的 管 径 比 ( b = di d ) 主 管 的 径 厚 比 ( g = d t ) 和 搭 接 率 ( O v = q p ) 等 几 何 参 数 外, 还 包 括 支 管 与 主 管 的 壁 厚 比 ( t = t ), t i 搭 接 支 管 和 被 搭 接 支 管 的 搭 接 顺 序 隐 蔽 部 分 焊 接 与 否 等 因 素 (1) 支 管 管 壁 相 对 主 管 管 壁 很 薄 (t 0.4) 时, 支 管 间 的 搭 接 无 助 于 两 支 管 内 力 的 平 衡, 节 点 承 载 力 相 比 于 间 隙 节 点 并 无 提 高 ; 除 此 以 外, 搭 接 节 点 的 承 载 力 一 般 均 高 于 间 隙 节 点 的 承 载 力 ()K 型 搭 接 节 点 中, 受 拉 支 管 作 为 被 搭 接 管 时, 如 隐 蔽 部 分 焊 接 且 搭 接 率 小 于 60%, 节 点 承 载 力 高 于 受 压 支 管 作 为 被 搭 接 管 的 节 点 承 载 力 ; 如 隐 蔽 部 分 不 焊 接, 在 轴 向 拉 力 的 作 用 下 内 隐 蔽 部 分 从 主 管 处 拉 出, 使 得 两 支 管 间 的 直 接 传 力 路 径 被 破 坏, 导 致 节 点 极 限 承 载 力 大 幅 下 降, 最 多 可 降 低 34% (3) 受 压 支 管 作 为 被 搭 接 管 时, 隐 蔽 部 分 焊 接 的 节 点 承 载 力 相 比 不 焊 接 的 节 点, 其 承 载 力 变 化 不 大 ( 相 差 7% 以 内 ) 根 据 上 述 节 点 受 力 特 点, 以 及 同 济 大 学 1 个 搭 接 节 点 的 单 调 加 载 试 验 13 个 反 复 加 载 试 验 资 料,19 个 节 点 有 限 元 计 算 结 果, 以 及 95 个 国 际 管 节 点 数 据 库 的 资 料, 得 出 搭 接 节 点 的 承 载 力 计 算 公 式 表 给 出 了 本 规 范 及 有 关 K 型 圆 钢 管 搭 接 节 点 承 载 力 设 计 公 式 计 算 结 果 与 国 际 管 结 构 数 据 库 试 验 数 据 的 对 比 表 有 关 平 面 K 型 圆 钢 管 搭 接 节 点 承 载 力 设 计 值 公 式 计 算 结 果 与 国 际 管 结 构 数 据 库 试 验 数 据 的 比 较 节 点 类 型 试 件 数 统 计 量 GB Eurocode3 M.M.K.LEE AWS 本 规 程 公 式 平 面 k 型 搭 接 节 点 95 最 大 值 最 小 值 平 均 值 方 差 离 散 度 关 于 第 5 款 和 第 6 款 目 前 平 面 DY 和 DK 型 节 点 已 经 应 用 于 网 架 网 壳 结 构 中 本 规 程 平 面 DY 和 DK 型 节 点 承 载 力 设 计 值 公 式 引 自 欧 洲 规 范 (Eurocode3-1-8:005) 关 于 第 7 款 平 面 KT 形 节 点 计 算 公 式 ( ) ( ) 来 源 Eurocode3-1-8: 005, 本 条 补 充 了 关 于 间 隙 a 的 取 值 规 定 Eurocode 的 计 算 方 公 式 依 据 各 支 管 垂 直 于 主 管 轴 线 的 竖 向 分 力 合 力 为 零 的 假 定, 但 当 竖 杆 受 拉 力 时, 仅 按 ( ) 计 算, 可 能 对 节 点 受 压 的 计 算 偏 于 不 安 全, 本 条 补 充 了 按 (14.3.-) 进 行 计 算 的 规 定 74

80 关 于 第 8 款 J.A.Packer 在 空 心 管 结 构 连 接 设 计 指 南 ( 曹 俊 杰 译, 科 学 出 版 社,1997) 中 认 为, 平 面 节 点 的 失 效 模 式 由 主 管 管 壁 塑 性 控 制, 因 而 可 以 不 计 算 主 管 管 壁 冲 剪 破 坏 但 是 在 管 节 点 数 据 库 中 仍 存 在 冲 剪 破 坏 的 记 录 日 本 建 筑 学 会 (AIJ) 设 计 指 南 (1990) Eurocode3-1-8:005 要 求 T Y X 型 和 间 隙 K N 节 点 进 行 冲 剪 承 载 力 计 算 考 虑 到 这 类 破 坏 发 生 的 可 能 性, 本 次 修 订 规 定 对 这 类 节 点 进 行 支 管 在 节 点 处 的 冲 剪 承 载 力 补 充 验 算 本 条 公 式 引 自 欧 洲 规 范 (Eurocode3-1-8: 本 条 为 新 增 条 文 钢 结 构 设 计 规 范 (GB ) 修 订 时, 在 分 析 管 节 点 数 据 库 相 关 数 据 和 对 照 同 济 大 学 实 施 的 试 验 基 础 上, 补 充 了 空 间 TT 形 和 KK 形 节 点 的 计 算 规 定 与 日 本 建 筑 学 会 (AIJ) 公 式 国 际 管 结 构 研 究 和 发 展 委 员 会 (CIDECT) 公 式 相 比, 按 所 提 出 的 计 算 公 式 和 试 验 数 据 作 比 较, 无 论 其 均 值 还 是 置 信 区 间 都 更 加 合 理 详 见 钢 结 构 设 计 规 范 (GB ) 条 文 说 明 第 条 的 条 文 说 明 表 1 最 后 组 数 据 但 制 订 GB 时 所 依 据 的 管 节 点 数 据 库 和 同 济 大 学 试 验 研 究 的 空 间 KK 形 节 点, 都 是 间 隙 节 点, 即 图 a 的 情 况, 而 工 程 实 践 中, 因 支 管 搭 接 与 否 有 多 种 组 合, 除 全 间 隙 节 点 外, 还 可 能 遇 到 图 所 示 另 3 种 典 型 情 况, 其 中 图 d 的 情 况 为 支 管 全 搭 接 型, 而 前 3 种 情 况 称 为 支 管 非 全 搭 接 型 被 搭 接 支 管 支 管 支 管 被 搭 接 支 管 内 隐 蔽 部 分 搭 接 支 管 被 搭 接 支 管 搭 接 支 管 内 隐 蔽 部 分 支 管 支 管 主 管 主 管 被 搭 接 支 管 搭 接 支 管 主 管 主 管 搭 接 支 管 搭 接 支 管 (a) 空 间 KK-Gap 形 节 点 (b) 空 间 KK-OPOv 形 节 点 (c) 空 间 KK-IPOv 形 节 点 (d) 空 间 KK-Ov 形 节 点 图 空 间 KK 形 节 点 分 类 对 图 中 b c d 三 种 形 式 节 点 的 极 限 承 载 力 进 行 分 析, 将 支 管 全 搭 接 型 的 KK 形 节 点 的 空 间 调 整 系 数 采 用 不 同 与 GB 的 形 式, 其 余 情 况 则 仍 采 用 0.9, 则 与 实 验 数 据 和 有 限 元 计 算 数 据 的 对 比 分 别 见 表 和 表 表 中 还 列 出 了 欧 洲 规 范 Eurocode3 公 式 和 日 本 建 筑 学 会 (AIJ) 公 式 的 相 应 比 较 结 果 75

81 表 空 间 KK 形 节 点 承 载 力 计 算 公 式 与 试 验 数 据 的 比 较 试 件 编 号 节 点 类 型 试 验 值 (kn) (1) 本 规 范 公 式 Eurocode3 AIJ 计 算 值 计 算 值 计 算 值 (kn) (kn) ()/(1) (kn) (3)/(1) (4) () (3) (4)/(1) DKS-55 KK-OPOv DKS-63 KK-OPOv KK-M6 KK-OPOv SJ17 KK-OPOv SJ18 KK-OPOv SJ16 KK-IPOv W1 KK-Ov W KK-Ov DKS-59 KK-Ov 注 : 试 件 DKS-55 DKS-63 和 DKS-59 数 据 来 自 于 国 际 管 节 点 数 据 库 ; 试 件 KK-M6 数 据 源 于 广 州 国 际 会 展 中 心 相 贯 节 点 试 验 报 告 ( 同 济 大 学 钢 与 轻 型 结 构 研 究 室,00); 试 件 SJ16 SJ17 和 SJ18 数 据 源 于 空 间 KK 型 圆 钢 管 搭 接 节 点 的 试 验 研 究 与 数 值 分 析 ( 同 济 大 学 王 冠 男 硕 士 学 位 论 文,007); 试 件 W1 W 数 据 源 于 上 海 旗 忠 森 林 体 育 城 网 球 中 心 钢 结 构 节 点 试 验 研 究 报 告 ( 同 济 大 学 钢 与 轻 型 结 构 研 究 室, 005) 原 钢 结 构 设 计 规 范 (GB ) 没 有 空 间 KT 形 圆 管 节 点 强 度 计 算 公 式, 而 近 年 的 工 程 实 践 表 明 这 类 形 式 的 节 点 在 空 间 桁 架 和 空 间 网 壳 中 并 不 少 见 本 条 第 3 款 的 计 算 公 式 Q m 采 用 在 平 面 K 形 节 点 强 度 计 算 公 式 基 础 上 乘 以 支 管 轴 力 比 影 响 系 数 n和 空 间 调 整 系 数 KT m 的 方 法 其 中, KT 反 映 了 空 间 几 何 效 应, Q m n 反 映 了 荷 载 效 应 分 三 种 情 况 规 定 了 KT 的 取 值, 即 ⑴ 三 支 管 间 均 有 间 隙 ( 空 间 KT-Gap 型 );⑵K 形 支 管 搭 接, 但 与 T 形 支 管 间 有 间 隙 ( 空 间 KT-IPOv 型 );⑶ 三 支 管 均 搭 接 ( 空 间 KT-Ov 型 ) 76

82 表 空 间 KK 形 节 点 承 载 力 计 算 公 式 与 有 限 元 计 算 结 果 的 比 较 节 点 型 式 算 例 数 统 计 量 本 规 范 公 式 Eurocode3 AIJ 最 大 值 最 小 值 空 间 KK-OPOv 型 16 平 均 值 标 准 差 离 散 度 最 大 值 最 小 值 空 间 KK-IPOv 型 174 平 均 值 标 准 差 离 散 度 最 大 值 最 小 值 空 间 KK-Ov 型 30 平 均 值 标 准 差 离 散 度 比 n TK 图 显 示 了 空 间 KT 形 节 点 极 限 承 载 力 比 值 N ' / N ( 即 Q n ) 与 T 形 支 管 轴 力 的 关 系 曲 线 其 中 N ' 为 空 间 KT 型 节 点 中 K 形 受 压 支 管 承 载 力 ; N q KT ' 为 相 同 几 K KT K 何 尺 寸 但 轴 力 比 n TK =0( 即 T 形 支 管 轴 力 为 0) 的 空 间 KT 型 节 点 中 K 形 受 压 支 管 承 载 力 轴 力 比 n TK KT K 是 反 映 T 形 支 管 所 受 轴 力 相 对 大 小 的 一 个 参 数, n TK q ' KT K 为 正 表 示 T 形 支 管 受 拉, n TK 为 负 表 示 支 管 受 压, 实 际 工 程 中 T 形 支 管 一 般 不 是 主 要 受 力 构 件, 其 所 受 轴 力 往 往 小 于 K 形 支 管 轴 力, 即 n TK 的 范 围 为 [-1,1] 77

83 Q n =N KT K / Qn N 0 KT K γ=0 φ=80 γ=0 φ=100 γ=0 φ=10 公 式 计 算 值 (b) 空 间 KT-IPOv Qn γ=10 φ=100 γ=0 φ=100 γ=30 φ=100 公 式 计 算 值 n TK (a) Q n -n TK 曲 线 Ⅰ (b) Q n -n TK 曲 线 Ⅱ (β K =0.6,τ K =0.7,γ=0, β T =0.6,τ T =0.7,ζ d =0.) (β K =0.6,τ K =0.7, β T =0.6,τ T =0.7,ζ d =0.,Φ=100) 图 支 管 轴 力 比 影 响 系 数 Qn - n TK 关 系 曲 线 图 表 明 :⑴ 对 于 几 何 尺 寸 不 同 但 轴 力 比 n TK n TK 相 同 的 节 点, Q n 大 致 相 同, 说 明 轴 力 比 n TK 对 节 点 极 限 承 载 力 的 影 响 是 独 立 的, 不 受 节 点 几 何 参 数 变 化 的 影 响 ⑵ 在 -0. n TK 0. 范 围 内, Q n 值 大 体 为 1, 变 化 较 小 ⑶ 在 ntk <-0. 或 ntk >0. 范 围 内, Q n 值 均 呈 下 降 趋 势, 说 明 T 形 支 管 轴 力 增 大 导 致 节 点 极 限 承 载 力 降 低, 从 图 中 可 看 出 T 形 支 管 受 轴 压 时 更 为 不 利 有 限 元 分 析 表 明, 对 空 间 KT-Gap 节 点 的 空 间 调 整 系 数 m KT 无 量 纲 参 数 b T z t 的 影 响 较 大, 其 他 参 数 则 可 不 予 考 虑 ; 对 于 空 间 KT-Ov 节 点,g z t 有 较 大 影 响 ; 对 于 空 间 KK-IPOv 节 点, 各 无 量 纲 几 何 参 数 对 m KT 均 无 显 著 影 响, 为 简 单 计, 取 m KT =1.0 拟 合 的 空 间 KT 形 节 点 强 度 计 算 公 式 与 试 验 数 据 和 有 限 元 数 据 的 比 较 分 别 见 表 和 表 表 空 间 KT 形 节 点 承 载 力 计 算 公 式 与 试 验 数 据 的 比 较 试 件 编 号 节 点 类 型 试 验 值 (kn) n Q TK n 建 议 公 式 计 算 值 m KT 计 算 值 (kn) 计 算 值 / 试 验 值 TK4E0 KT-Gap TK3E1 KT-Gap J- KT-IPOv W3 KT-Ov 注 : 试 件 TK4E0 TK3E1 源 于 大 直 径 钢 管 空 间 相 贯 节 点 试 验 报 告 ( 上 海 市 建 设 技 术 发 展 基 金 会 立 项 课 题 78

84 A ( 同 济 大 学 钢 结 构 研 究 室,000); 试 件 J- 源 于 苏 州 国 际 博 览 中 心 钢 管 相 贯 焊 接 节 点 承 载 力 试 验 报 告 ( 同 济 大 学 结 构 工 程 与 防 灾 研 究 所,004); 试 件 W3 数 据 源 于 上 海 旗 忠 森 林 体 育 城 网 球 中 心 钢 结 构 节 点 试 验 研 究 报 告 ( 同 济 大 学 钢 结 构 研 究 室,005) 表 空 间 KT 形 节 点 承 载 力 计 算 公 式 与 有 限 元 数 据 的 比 较 节 点 型 式 算 例 数 统 计 量 本 规 范 公 式 最 大 值 最 小 值 空 间 KT-Gap 型 33 平 均 值 标 准 差 离 散 度 最 大 值 最 小 值 空 间 KT-IPOv 型 37 平 均 值 标 准 差 离 散 度 最 大 值 最 小 值 空 间 KT-Ov 型 35 平 均 值 标 准 差 离 散 度 本 条 为 新 增 条 文 无 斜 腹 杆 的 桁 架 ( 空 腹 桁 架 ) 单 层 网 壳 等 结 构, 其 构 件 承 受 的 弯 矩 在 设 计 中 是 不 可 忽 略 的 这 类 结 构 采 用 非 加 劲 直 接 焊 接 节 点 时, 设 计 中 应 考 虑 节 点 的 抗 弯 计 算 本 次 规 范 修 订 时, 在 分 析 国 外 有 关 规 范 和 国 内 外 有 关 资 料 的 基 础 上, 根 据 近 160 个 管 节 点 的 抗 弯 承 载 力 极 限 值 试 验 数 据, 通 过 回 归 分 析 考 虑 了 可 靠 度 与 安 全 系 数 后 得 出 了 主 管 和 支 管 均 为 圆 管 的 平 面 T Y X 型 相 贯 节 点 抗 弯 承 载 力 设 计 值 公 式 ( 参 见 王 伟 陈 以 一 圆 钢 管 相 贯 节 点 的 非 刚 性 能 与 计 算 公 式, 工 业 建 筑,005, 35(381): 5-9) 欧 洲 规 范 (Eurocode 3) 日 本 规 范 (AIJ) 美 国 石 油 协 会 许 用 应 力 设 计 规 范 (API-WSD) 和 荷 载 与 抗 力 系 数 设 计 规 范 (API-LRFD) 以 及 其 他 若 干 海 工 结 构 的 规 范, 包 括 HSE 规 范,ISO 规 范,NORSOK 规 范 都 有 对 应 于 主 管 塑 性 破 坏 模 式 的 相 贯 节 点 抗 弯 承 载 力 计 算 公 式 下 面 79

85 分 别 列 出 各 规 范 对 应 本 规 范 公 式 ( ) 中 Q 和 公 式 ( ) 中 i Q ( 本 条 文 说 明 用 0 Q 表 uo 达 ) 的 计 算 公 式 : 1 API-WSD&LRFD 公 式 : Q ui = 0.8( b) Q uo 0.3 = 0.8( b ) b ( b ) HSE 公 式 : 0.5 Q ui = 5bg sinq Q uo Q uo 0.3 = ( b ) b ( b ) (Y K 节 点 ) 0.3 = ( b ) [ b ( b ) 0.5 ] (X 节 点 ) 3 ISO&NORSOK 公 式 : Q ui = 4.5bg 0.5 Q uo = 3.g (0.5b ) 4 Eurocode 3 公 式 : Q ui = 4.85bg 0.5 Q uo.7 = b 5 AIJ 公 式 : Q ui = 5.0bg 0.4 Q uo = g b 此 外,Van der Vegte 在 其 博 士 论 文 中 提 出 了 以 下 公 式 : Q ui = (1-0.4b ) + 5.1g 1.04b -0.43b - (0.4b ) (1-0.4b ) + g 80

86 Q uo 0.8b.5g [0.8b + sin0.8( b )] = arcsin0.8b 0.8( b ) 0.5 (0.8b + 1.0)[(1 - )sin0.8( b ) - (1 - )0.8b ] + p p g 表 对 应 于 主 管 塑 性 破 坏 模 式 的 抗 弯 承 载 力 公 式 拟 合 试 验 数 据 的 统 计 分 析 试 件 数 Eurocode 3 AIJ ISO HSE API Van der Vegte 规 范 公 式 m j M ui / M ui σ υ m j M uo / M uo σ υ 表 给 出 了 对 各 国 抗 弯 承 载 力 规 范 公 式 拟 合 试 验 数 据 的 统 计 分 析 结 果,m s 和 v 分 别 表 示 公 式 计 算 值 与 试 验 值 之 比 的 均 值 方 差 和 离 散 度 其 中 M M j ui j uo 分 别 为 根 据 公 式 计 算 得 到 的 节 点 平 面 内 与 平 面 外 抗 弯 承 载 力, 计 算 时 已 将 各 规 范 中 的 强 度 设 计 值 置 换 为 钢 材 屈 服 值, M ui M uo 分 别 为 试 验 测 得 的 节 点 平 面 内 与 平 面 外 抗 弯 承 载 力 从 表 中 的 对 比 可 以 看 出, 在 平 面 内 抗 弯 承 载 力 方 面,API 公 式 与 试 验 结 果 最 为 接 近, 但 离 散 度 较 大,HSE 与 Eurocode 3 公 式 比 试 验 结 果 低, 但 数 据 离 散 度 较 小 在 平 面 外 抗 弯 承 载 力 方 面,HSE 公 式 与 试 验 结 果 最 为 接 近, API 公 式 次 之, 但 数 据 离 散 度 较 大 Van der Vegte 公 式 与 试 验 结 果 差 别 较 大, 且 计 算 异 常 繁 琐, 不 便 于 工 程 应 用 由 于 各 规 范 公 式 考 虑 了 一 定 的 承 载 力 安 全 储 备, 所 以 计 算 值 均 低 于 节 点 实 际 承 载 力 为 此 在 上 述 公 式 的 基 础 上 提 出 了 以 下 未 考 虑 强 度 折 减 的 相 贯 节 点 平 面 内 抗 弯 承 载 力 计 算 公 式 : pj M = 7.55bg ui 0.4 Q f d it f sinq 统 计 分 析 表 明 该 公 式 能 够 较 好 的 预 测 相 贯 节 点 的 实 际 平 面 内 抗 弯 承 载 力 在 此 基 础 上 考 虑 可 靠 度 后 得 到 本 次 规 范 修 订 公 式 规 范 修 订 公 式 拟 合 试 验 数 据 的 统 计 分 析 结 果 列 于 表 A 中 对 应 于 主 管 冲 剪 破 坏 模 式 的 相 贯 节 点 抗 弯 承 载 力 计 算 公 式 的 主 要 来 源 为 CIDECT 设 计 指 南 81

87 无 斜 腹 杆 的 桁 架 ( 空 腹 桁 架 ) 单 层 网 壳 结 构 中 的 杆 件, 同 时 承 受 轴 力 和 弯 矩 作 用 规 范 条 第 3 款 适 用 于 这 种 条 件 下 的 节 点 计 算 规 范 修 订 时, 对 比 了 各 国 规 范 对 于 节 点 在 弯 矩 与 轴 力 共 同 作 用 下 的 承 载 力 相 关 方 程, 其 中 N c N cu 分 别 为 组 合 荷 载 下 支 管 轴 压 力 与 节 点 仅 受 轴 压 力 作 用 时 的 极 限 承 载 力 公 式 计 算 值, N t N tu 分 别 为 组 合 荷 载 下 支 管 轴 拉 力 与 节 点 仅 受 轴 拉 力 作 用 时 的 极 限 承 载 力 公 式 计 算 值, M i M ui 分 别 为 组 合 荷 载 下 支 管 平 面 内 弯 矩 与 节 点 仅 受 平 面 内 弯 矩 作 用 时 的 极 限 承 载 力 公 式 计 算 值, M o M uo 分 别 为 组 合 荷 载 下 支 管 平 面 外 弯 矩 与 节 点 仅 受 平 面 外 弯 矩 作 用 时 的 极 限 承 载 力 公 式 计 算 值 1 API-LRFD 相 关 方 程 : p 1 - cos[ ( N N u M )] + [( M i ui ) M + ( M o uo ) ] 0.5 =1 AIJ 相 关 方 程 : N N u M + M i ui M + M o uo =1 3 Eurocode 3 HSE ISO NORSOK 相 关 方 程 : N N u M + ( M i ui ) M + M o uo =1 上 述 公 式 的 比 较 表 明, 欧 洲 规 范 认 为 平 面 内 弯 矩 对 节 点 组 合 荷 载 作 用 下 承 载 力 的 影 响 较 平 面 外 弯 矩 小, 而 API 规 范 和 日 本 规 范 则 认 为 两 者 权 重 相 同 图 ~ 给 出 了 不 同 荷 载 组 合 下 试 验 值 与 相 关 方 程 曲 线 的 比 较 可 以 看 出,AIJ 相 关 公 式 在 所 有 情 况 下 都 是 偏 于 安 全 的,Eurocode 3 相 关 公 式 在 大 多 数 情 况 下 是 安 全 的, 仅 有 个 别 数 据 点 越 界, 而 API-LRFD 相 关 公 式 相 对 来 说 安 全 度 稍 低, 有 少 数 数 据 点 越 界 表 还 给 出 了 节 点 在 轴 力 平 面 内 弯 矩 平 面 外 弯 矩 共 同 作 用 下 试 验 值 代 入 各 相 关 公 式 中 的 计 算 结 果, 同 样 显 示 了 上 述 现 象 从 安 全 和 简 化 出 发, 规 范 修 订 时 直 接 采 用 了 AIJ 公 式 的 形 式 8

88 Nc/N cu 试 验 值 / 本 规 范 公 式 值 试 验 值 /AIJ 公 式 值 试 验 值 /Eurocode3 公 式 值 试 验 值 /API-LRFD 公 式 值 本 规 范 相 关 曲 线 Eurocode3 相 关 曲 线 API-LRFD 相 关 曲 线 N c/n cu 试 验 值 / 本 规 范 公 式 值 试 验 值 /AIJ 公 式 值 试 验 值 /Eurocode3 公 式 值 试 验 值 /API-LRFD 公 式 值 本 规 范 相 关 曲 线 Eurocode3 相 关 曲 线 API-LRFD 相 关 曲 线 M i/m ui M o/m uo 图 N - c M 相 关 方 程 与 试 验 数 据 的 比 较 图 i N - c M 相 关 方 程 与 试 验 数 据 的 比 较 o N t/n tu 试 验 值 / 本 规 范 公 式 值 试 验 值 /AIJ 公 式 值 试 验 值 /Eurocode3 公 式 值 试 验 值 /API-LRFD 公 式 值 本 规 范 相 关 曲 线 Eurocode3 相 关 曲 线 API-LRFD 相 关 曲 线 M i/m ui 试 验 值 / 本 规 范 公 式 值 试 验 值 /AIJ 公 式 值 试 验 值 /Eurocode3 公 式 值 试 验 值 /API-LRFD 公 式 值 本 规 范 相 关 曲 线 Eurocode3 相 关 曲 线 API-LRFD 相 关 曲 线 M o/m uo M o/m uo 图 Nt - M 相 关 方 程 与 试 验 数 据 的 比 较 图 M i - M 相 关 方 程 与 试 验 数 据 的 比 较 o o 表 N - M c i- M 相 关 方 程 与 试 验 数 据 的 比 较 o 试 件 号 N c (kn) M i (kn-m) M o (kn-m) AIJ 相 关 公 式 Eurocode 3 相 关 公 式 API-LRFD 相 关 公 式 本 规 范 相 关 公 式 TCM TCM TCM TCM TCM

89 TCM TCM TCM TCM TCM TCM TCM 本 条 为 新 增 条 文 同 济 大 学 进 行 了 主 管 为 向 内 弯 曲 向 外 弯 曲 和 无 弯 曲 ( 直 线 状 ) 的 圆 管 焊 接 节 点 静 力 加 载 对 比 试 验 共 15 件, 节 点 型 式 有 平 面 K 形 空 间 TT 形 KK 形 KTT 形 同 时, 应 用 有 限 元 分 析 方 法 对 节 点 进 行 了 弹 塑 性 分 析, 考 虑 的 节 点 参 数 包 括 β 变 化 范 围 0.5~0.8, 主 管 径 厚 比 g 变 化 范 围 36~50, 支 管 与 主 管 的 厚 度 比 t 变 化 范 围 0.5~ 1.0, 主 管 轴 线 弯 曲 曲 率 半 径 R 变 化 范 围 5~35m, 以 及 轴 线 弯 曲 曲 率 半 径 R 与 主 管 直 径 d 之 比 变 化 范 围 1~110 研 究 表 明, 无 论 主 管 轴 线 向 内 还 是 向 外 弯 曲, 以 上 各 种 形 式 的 圆 管 节 点 与 直 线 状 的 主 管 节 点 相 比, 节 点 受 力 性 能 没 有 大 的 差 别, 节 点 极 限 承 载 力 相 差 不 超 过 5% 本 条 为 新 增 条 文 圆 管 加 强 板 的 几 何 尺 寸, 国 外 有 若 干 试 验 数 据 发 表, 据 此 校 验 了 有 限 元 模 型 采 用 校 验 过 的 模 型 对 T 形 连 接 的 极 限 承 载 力 进 行 了 数 值 计 算 计 算 表 明, 当 支 管 受 压 时, 加 强 板 和 主 管 分 担 支 管 传 递 的 内 力, 但 并 非 如 此 前 文 献 认 为 的 那 样 可 以 用 加 强 板 的 厚 度 加 上 主 管 壁 厚 代 入 强 度 公 式 ; 根 据 计 算 结 果 回 归 分 析, 采 用 图 14..5a 加 强 板 的 节 点 承 载 力, 是 无 加 强 时 节 点 承 载 力 的 ( 0.3l b + 1) 倍, 其 中 l 是 加 强 板 厚 度 与 主 管 壁 厚 的 比 值 计 算 也 表 明, 当 支 管 受 拉 时, 由 于 主 管 对 加 强 板 有 约 束, 并 非 只 有 加 强 板 在 起 作 用, 根 据 回 归 分 析, 用 图 14..5a 加 强 板 的 节 点 承 载 力 是 无 加 强 时 节 点 承 载 力 的 1.13l 倍 本 条 为 新 增 条 文 在 工 程 实 践 中, 钢 管 桁 架 塔 架 和 格 构 式 柱 有 采 用 节 点 板 连 接 主 管 与 支 管, 或 连 接 主 管 钢 管 与 其 他 开 口 截 面 构 件 节 点 板 连 接 节 点 承 载 力 计 算 公 式 的 主 要 来 源 有 日 本 建 筑 学 会 (AIJ) 指 南 欧 洲 规 范 (Eurocode3-1-8:005) CIDECT 指 南 Design Guide for Circular Hollow Section(CHS) Joints under Predominantly Static Loading (Verlag TUV Rheinland GmbH, Koln, Federal Republic of Germany, 1991) 和 J.A.Packer 等 著 空 心 管 结 构 连 接 设 计 指 南 ( 曹 俊 杰 译, 科 学 出 版 社,1997) 日 本 学 者 对 各 国 节 点 板 连 接 节 点 试 验 数 据 进 行 了 归 纳 整 理, 建 立 了 一 个 包 含 18 个 节 点 试 验 结 果 的 数 据 库 修 订 时 提 出 的 承 载 力 计 算 84

90 公 式 是 在 比 较 分 析 国 外 有 关 规 范 和 资 料 的 基 础 上, 对 照 该 试 验 数 据 库, 同 时 参 考 AIJ 公 式 进 行 统 计 分 析 得 出 的 表 给 出 了 纵 向 板 与 圆 管 连 接 节 点 承 载 力 设 计 值 公 式 计 算 结 果 与 试 验 数 据 的 比 较 表 纵 向 板 与 圆 管 连 接 节 点 承 载 力 计 算 公 式 计 算 结 果 与 试 验 数 据 的 比 较 试 件 数 节 点 类 型 统 计 量 AIJ Eurocode 3 本 规 范 公 式 1 X 型 受 压 m σ υ X 型 受 拉 m σ υ X 型 受 弯 m σ υ T 型 受 压 m σ υ T 型 受 拉 m σ υ T 型 受 弯 m σ υ 注 : 表 中 m 为 规 程 公 式 计 算 值 与 试 验 比 值 的 平 均 值,σ 为 标 准 差,υ 为 离 散 度 表 给 出 了 横 向 板 与 圆 管 连 接 节 点 承 载 力 设 计 值 公 式 计 算 结 果 与 试 验 数 据 的 比 较 85

91 表 横 向 板 与 圆 管 连 接 节 点 承 载 力 计 算 公 式 计 算 结 果 与 试 验 数 据 的 比 较 试 件 数 节 点 类 型 统 计 量 AIJ Eurocode 3 本 规 程 公 式 5 X 型 受 压 m σ υ X 型 受 拉 m σ υ 无 X 型 受 弯 m σ υ T 型 受 压 m σ υ T 型 受 拉 m σ υ 无 T 型 受 弯 m σ υ 注 : 表 中 m 为 规 程 公 式 计 算 值 与 试 验 比 值 的 平 均 值,σ 为 标 准 差,υ 为 离 散 度 关 于 冲 剪 计 算 的 式 ( ), 源 于 节 点 板 合 力 由 节 点 板 两 侧 的 主 管 管 壁 抗 剪 承 载 力 平 衡 的 假 定, 规 范 修 订 时 采 用 了 Eurocode3 的 表 达 形 式 本 条 为 新 增 条 文 近 年 来, 工 程 实 践 中 出 现 了 主 管 为 圆 管 支 管 为 方 矩 形 管 的 情 况 但 国 内 对 此 研 究 不 多, 仅 有 少 数 几 例 试 验 参 考 Eurocode3-1-8 的 规 定 给 出 相 关 计 算 公 式, 与 试 验 资 料 ( 越 南 国 家 中 央 体 育 场 钢 管 节 点 试 验 报 告, 同 济 大 学 钢 与 轻 型 结 构 研 究 室, 003) 相 比 较 如 下 : 86

92 表 X 形 节 点 矩 形 支 管 - 圆 形 主 管 连 接 节 点 公 式 计 算 值 与 试 验 结 果 的 比 较 试 件 d t b R h R t 1 M oxrc ( 试 验 ) (kn-m) M oxrc ( 公 式 ) (kn-m) 破 坏 模 式 GGJD-X 主 管 塑 性 GGJD-X 主 管 塑 性 焊 缝 断 裂 圆 管 与 H 形 构 件 直 接 焊 接 节 点, 其 受 力 机 理 与 采 用 节 点 板 的 节 点 有 一 定 联 系 这 类 节 点 的 承 载 力 特 性 本 质 上 与 非 加 劲 柱 梁 节 点 一 致, 本 章 不 另 作 规 定 本 条 为 新 增 条 文 非 搭 接 管 连 接 焊 缝 在 轴 力 作 用 下 的 强 度 计 算 公 式 ( ) ~ ( ) 和 ( ) 沿 用 GB 的 有 关 规 定 详 见 GB 条 文 说 明 p.95 第 二 段 至 p.06 第 段 的 相 关 内 容 本 规 程 关 于 非 搭 接 管 连 接 焊 缝 在 平 面 内 与 平 面 外 弯 矩 作 用 下 的 强 度 计 算 公 式 是 采 用 空 间 解 析 几 何 原 理, 经 数 值 计 算 与 回 归 分 析 后 提 出 的, 详 细 过 程 如 下 : 1 主 管 与 支 管 相 贯 线 方 程 的 建 立 主 管 与 支 管 的 相 贯 线 实 际 上 为 一 空 间 曲 线 该 空 间 曲 线 的 方 程 可 通 过 主 管 与 支 管 表 面 的 圆 柱 面 方 程 求 得 如 图 所 示, 分 别 对 主 管 和 支 管 建 立 空 间 坐 标 系 x-y-z 和 x 1 -y 1 -z 1 设 直 角 坐 标 系 的 原 点 位 于 两 管 轴 线 交 点 O,x 轴 与 主 管 轴 线 重 合,x 1 轴 与 支 管 轴 线 重 合 x1 Mi z Mo z1 z θ o x(x') y o y(y1 y c o x(x') xc d/(sinθ) 图 空 间 坐 标 系 两 相 交 圆 柱 面 的 相 贯 线 方 程 为 87

93 ìy í î y 1 + z + z 1 = R = r (1) 式 中,R 为 主 管 半 径,r 为 支 管 半 径 x-y-z 坐 标 系 与 x1-y1-z1 坐 标 系 之 间 存 在 以 下 坐 标 转 换 关 系, 即 ìx ï íy ï îz = x cosq + z sinq = y = -x sinq + z cosq () 式 中,θ 为 坐 标 系 旋 转 角, 亦 即 两 管 夹 角 如 图 A 所 示,y 1 -z 1 平 面 内 支 管 圆 柱 面 的 极 坐 标 方 程 为 ìz1 = r cosj í î y1 = r sin j (3) 式 中,r 为 支 管 半 径 φ 为 极 坐 标 系 下 的 极 角 图 y 1 -z 1 平 面 极 坐 标 系 由 式 (1) () (3) 得 出 主 管 半 径 为 R 支 管 半 径 为 r 的 两 圆 柱 面 相 贯 线 的 参 数 方 程 为 ì z cosq - r cosj ïx = sinq ï íy = r sinj ï ïz = R - r sin j î (4) 其 中,R=D/,r=d/,φ 为 取 值 介 于 0~π 之 间 的 参 数 主 管 与 支 管 连 接 焊 缝 抗 弯 计 算 的 基 本 假 定 图 所 示 的 钢 管 节 点 关 于 x-o-z 平 面 对 称 根 据 对 称 性 原 理, 可 取 对 称 面 一 侧 结 构 施 加 总 荷 载 的 一 半 进 行 研 究, 如 图 (a) 所 示 88

94 z Mo/ Mi/ 0.7hf d/sinθ 0.7hf d/ z' 焊 缝 截 面 x 弦 杆 外 壁 焊 缝 水 平 面 o y' y o D/ (a) (b) (c) 图 焊 缝 截 面 的 简 化 在 计 算 弯 矩 作 用 下 的 T 形 焊 缝 连 接 时, 通 常 先 计 算 角 焊 缝 有 效 截 面 的 几 何 特 性 如 W w 等, 然 后 按 如 下 材 料 力 学 公 式 求 出 弯 曲 应 力 σ M f : M s M w f = b f f f Ww (5) 式 中,W w 为 全 体 焊 缝 有 效 截 面 的 弹 性 截 面 模 量 公 式 (5) 应 用 的 前 提 条 件 是 假 设 焊 缝 截 面 符 合 平 截 面 假 定 钢 管 相 贯 节 点 中 连 接 主 管 与 支 管 的 焊 缝 截 面 实 际 为 一 空 间 曲 面, 为 应 用 式 (5) 进 行 焊 缝 计 算, 建 立 空 间 坐 标 系 x -y -z ( 图 (a)), 将 焊 缝 曲 面 投 影 至 x -o-y 平 面, 并 将 平 截 面 假 定 不 加 证 明 的 推 广 至 该 焊 缝 投 影 平 面 此 外, 还 假 定 主 管 与 支 管 的 连 接 焊 缝 可 视 为 全 周 角 焊 缝 进 行 抗 弯 计 算, 角 焊 缝 有 效 截 面 的 计 算 厚 度 h e 为 焊 脚 尺 寸 h f 的 0.7 倍 3 主 管 与 支 管 连 接 焊 缝 抗 弯 截 面 模 量 的 计 算 为 计 算 钢 管 相 贯 节 点 焊 缝 截 面 的 几 何 特 性, 将 焊 缝 有 效 截 面 的 形 成 方 式 假 定 如 下 : 焊 缝 有 效 截 面 的 内 边 缘 线 即 为 主 管 与 支 管 外 表 面 的 相 贯 线, 外 边 缘 线 则 由 主 管 外 表 面 与 半 径 为 r 1 且 同 支 管 共 轴 线 的 圆 柱 面 相 贯 形 成, 其 中 r 1 =d/+0.7h f sinθ 因 此, 图 中 焊 缝 截 面 内 边 缘 线 方 程 即 为 式 (4), 但 φ 的 取 值 介 于 π/~3π/ 之 间 焊 缝 截 面 外 边 缘 线 方 程 为 ì z cosq - r1 cosj ïx = sinq ï íy = r1 sinj ï ïz = R - r1 sin j î (6) 其 中,R=D/,r 1 =d/+0.7h f sinθ,φ 为 参 数, 取 值 介 于 π/~3π/ 之 间 x-y-z 坐 标 系 与 x -y -z 坐 标 系 之 间 存 在 以 下 坐 标 转 换 关 系, 即 89

95 ' ìx = x ï ' íy = ycosf + zsin f ï ' îz = -ysin f + z cosf (7) 式 中, 由 图 c 可 知, f = arcsin( d / D) = arcsinb 由 式 (4) (6) (7) 可 得 焊 缝 截 面 内 外 边 缘 相 贯 线 在 x -y -z 坐 标 系 的 方 程 分 别 为 ì ' cosq r ï x = R - r sin j - cosj sinq sinq ï ' íy = r cos f sinj + sin f R - r sin j ï ' ïz = -r sin f sinj + R - r sin j cos f ïî (8) 与 ì ' cosq r1 ïx = R - r1 sin j - cosj sinq sinq ï ' íy = r1 cosf sinj + sin f R - r1 sin j ï ' ïz = -r1 sin f sinj + R - r1 sin j cosf ïî (9) 投 影 到 x -o-y 平 面 后, 方 程 (8) (9) 变 为 ì ' cosq r ïx = R - r sin j - cosj í sinq sinq ï ' îy = r cos f sinj + sin f R - r sin j (10) 与 ì ' cosq r1 ïx = R - r1 sin j - cosj í sinq sinq ï ' îy = r1 cos f sinj + sin f R - r1 sin j 当 上 式 中 θ=90 时 即 表 示 节 点 型 式 为 T 型 的 情 况 (11) T 形 节 点 焊 缝 截 面 边 缘 相 贯 线 在 x -o-y 平 面 的 投 影 当 近 似 为 椭 圆 时, 其 平 面 内 与 平 面 外 抗 弯 的 有 效 截 面 惯 性 矩 分 别 按 式 (1) 与 (13) 计 算 : I T fi 4 π (d h f ) - d = 64 cosf 4 (1) 90

96 I T fo 4 π (d h f ) - d = 3 64 cos f 4 (13) 本 文 将 Y 形 节 点 焊 缝 有 效 截 面 在 x -o-y 平 面 投 影 的 惯 性 矩 表 示 为 T 型 节 点 焊 缝 惯 性 矩 乘 以 相 应 的 调 整 系 数 : I =h I fi fo i o T fi I =h I T fo (14) (15) 经 过 数 值 积 分 与 回 归 分 析, 得 到 如 下 调 整 系 数 的 表 达 式 : 0.86 hi = ( ) ( b - 0.3b ) sin q (16) h o = ( 0.6 sinq () b) (17) Y 形 节 点 焊 缝 截 面 投 影 的 形 心 至 冠 点 边 缘 的 最 大 距 离 经 数 值 积 分 与 回 归 分 析 后 表 达 为 : D i = x c + d /( sinq ) (18) 其 中, x c = (-0.34sin ) (.188b b ) d q Y 形 节 点 焊 缝 截 面 投 影 的 形 心 至 鞍 点 边 缘 的 距 离 可 表 达 为 : D = d o /( cosf) (19) 因 此, 非 搭 接 管 节 点 焊 缝 在 平 面 内 与 平 面 外 的 抗 弯 截 面 模 量 分 别 为 : W fi = x c I fi + d /( sinq) (0) I W = fo fo d /( cosf) (1) 经 对 所 收 集 的 近 70 个 管 节 点 的 极 限 承 载 力 杆 件 承 载 力 焊 缝 承 载 力 与 破 坏 模 式 的 计 算 比 较 ( 如 表 和 所 示, 表 中 破 坏 模 式 符 号 含 义 如 下 :CLD- 主 管 塑 性 ;CPS- 主 管 冲 剪 ;BY- 支 管 屈 服 ;CY- 主 管 屈 服 ;WF- 焊 缝 断 裂 ;CC- 主 管 表 面 焊 趾 裂 纹 ), 可 以 保 证 静 力 荷 载 下 焊 缝 验 算 公 式 的 适 用 性 91

97 试 件 表 T Y 形 节 点 平 面 外 抗 弯 实 测 承 载 力 与 公 式 计 算 值 的 比 较 D T d t θ 实 测 承 载 力 焊 缝 承 载 力 计 算 值 支 管 承 载 力 计 算 值 节 点 承 载 力 计 算 值 ( 主 管 塑 性 ) 节 点 承 载 力 计 算 值 ( 冲 剪 破 坏 模 式 (mm) (mm) (mm) (mm) ( ) M uo (kn-m) M wui (kn-m) M bp (kn-m) M pj o (kn-m) M sj o (kn-m) TM CLD TM CLD,CPS TM CLD,CPS TM CLD,CPS TM CLD,CPS TM CLD TM CLD TM CLD,CPS TM CLD,CPS TM CLD,CPS TM TM TM BY,CLD TM CLD,CY,BY TM CLD,CY TM CLD,CY,BY TM CLD,BY TM CLD,BY TM CLD TM CLD TM CLD TM CLD TM CLD TM CLD TM CLD,BY TM WF TM CLD TM CLD

98 试 件 表 T Y 形 节 点 平 面 内 抗 弯 实 测 承 载 力 与 公 式 计 算 值 的 比 较 D T d t θ 实 测 承 载 力 焊 缝 承 载 力 计 算 值 支 管 承 载 力 计 算 值 节 点 承 载 力 计 算 值 ( 主 管 塑 性 ) 节 点 承 载 力 计 算 值 ( 冲 剪 破 坏 模 式 (mm) (mm) (mm) (mm) ( ) M ui (kn-m) M wui (kn-m) M bp (kn-m) M pj i (kn-m) M sj i (kn-m) TM CLD,BY TM CLD,BY TM CLD TM CLD TM CLD TM CLD TM CLD TM CLD TM TM TM CLD,CY,BY TM CLD,CY,BY TM CLD,CY TM CLD,CY,BY TM CLD TM CLD,CC TM CLD TM CLD TM CLD,CC TM CLD,CC TM CLD,CC TM CLD TM CLD,CC TM CLD,CC TM CLD TM WF TM CLD TM CLD TM CLD,CC TM CLD,CC TM TM TM TM TM CLD TM CLD TM CLD TM CLD TM CLD TM CLD TM CLD 本 条 为 003 版 的 修 改 和 补 充 K 型 搭 接 节 点 中, 两 支 管 内 力 在 搭 接 区 域 相 互 平 衡, 区 域 内 焊 缝 应 力 分 布 情 况 复 杂 根 据 有 限 元 分 析 方 法 得 到 搭 接 支 管 被 搭 接 支 管 沿 其 相 交 线 周 长 的 Mises 应 力 ( 或 沿 支 管 轴 线 的 轴 向 应 力 ) 结 果 : 1 隐 蔽 部 分 焊 接 时, 节 点 焊 缝 传 力 相 对 较 为 均 匀, 被 搭 接 支 管 与 主 管 的 连 接 焊 缝 均 可 视 为 全 周 角 焊 缝, 并 按 规 范 规 定 的 角 焊 缝 计 算 公 式 进 行 计 算, 但 取 β 1.0 f = 此 时, 可 偏 保 守 的 不 考 虑 两 支 管 之 间 相 交 线 焊 缝 的 有 利 影 响 隐 蔽 部 分 焊 接 时, 两 支 管 相 交 线 处 焊 缝 ( 分 段 1) 应 力 水 平 比 搭 接 支 管 与 主 管 相 交 线 处 焊 缝 ( 分 段 ) 应 力 水 平 高 1.1~1.8 倍 左 右, 因 此 对 分 段 1 处 的 焊 缝 承 载 力 进 行 折 减 ; 考 虑 到 分 段 1 处 较 易 施 焊 焊 缝 强 度 储 备 等 因 素, 折 减 系 数 暂 取 为 1.5 而 每 一 分 段 内 的 焊 缝 传 力 较 均 匀, 可 按 角 焊 缝 进 行 计 算 93

99 3 隐 蔽 部 分 不 焊 接 时, 两 支 管 与 主 管 相 交 的 三 集 点 处 焊 缝 应 力 非 常 大, 由 此 点 或 邻 域 开 始, 应 力 水 平 迅 速 下 降 为 避 免 应 力 不 均 匀 分 布 造 成 的 焊 缝 拉 链 式 渐 进 失 效, 将 焊 缝 承 载 力 整 体 予 以 折 减 折 减 系 数 h =0.85, 仍 有 待 进 一 步 分 析 确 定 关 于 无 偏 心 K 型 圆 钢 管 搭 接 节 点 焊 缝 长 度 计 算 过 程 可 参 见 陈 誉 刘 俊 陈 以 一 等 的 论 文 无 偏 心 K 型 圆 钢 管 搭 接 节 点 焊 缝 长 度 计 算, 结 构 工 程 师,007.4 归 纳 如 下 : 无 偏 心 K 型 圆 钢 管 搭 接 节 点 几 何 参 数 及 各 分 段 相 贯 线 如 错 误! 未 找 到 引 用 源 所 示, 计 算 公 式 中 所 涉 及 的 各 参 数 与 该 图 中 一 致 搭 接 节 点 相 贯 线 长 度 计 算 适 用 范 围 :40 q 60, 0.65 b i 1, O v 1 ³ 5%, O v ³ 5% i 搭 接 腹 杆 贯 通 腹 杆 d1 d t1 1 t Ov1%=(q/P1)*100% Ov%=(q/P)*100% θ1 θ L5 H L6 d P1 -q P t 搭 接 腹 杆 弦 杆 1 贯 通 腹 杆 1-1 d L1 L4 L L3 t 内 隐 蔽 焊 缝 - 图 节 点 几 何 描 述 示 意 图 1 支 管 与 主 管 之 间 相 贯 线 长 度 计 算 GB 中 经 给 出 了 单 根 支 管 与 主 管 相 贯 时 整 条 完 整 相 贯 线 的 长 度 计 算 公 式 ( 见 公 式 1 和 公 式 ) 当 0.65 d i d 时, 94

100 æ ö Lw = ( 3.5di d ) ç è sinq ø ; ( ) d 当 i 0.65 d > 时, æ ö Lw = ( 3.81d i d ) ç è sinq ø ( ) 两 支 管 搭 接 后, 以 三 集 点 为 分 界 点, 支 管 与 主 管 之 间 的 每 条 完 整 相 贯 线 被 分 成 了 两 分 段 因 此, 各 分 段 相 贯 线 的 长 度 可 以 通 过 在 整 条 完 整 相 贯 线 长 度 的 基 础 上 乘 以 比 例 系 数 求 得 搭 接 支 管 与 主 管 之 间 的 分 段 相 贯 线 长 度 比 例 系 数 贯 线 长 度 比 例 系 数 per through 分 别 定 义 如 下 : ( ) per = L / L + L = L / L lap per lap以 及 被 搭 接 支 管 与 主 管 之 间 的 分 段 相 w1 ( ) per = L / L + L = L / L through w 式 中, L w1 搭 接 支 管 与 主 管 之 间 的 整 条 完 整 相 贯 线 长 度, 按 公 式 ( ) 或 公 式 ( ) 计 算 ; L w 被 搭 接 支 管 与 主 管 之 间 的 整 条 完 整 相 贯 线 长 度, 按 公 式 ( ) 或 公 式 ( ) 计 算 通 过 非 线 性 回 归 分 析, 将 上 述 两 个 长 度 比 例 系 数 分 别 表 示 成 参 数 O v1 和 O v 的 乘 幂 函 数, 同 时 考 虑 两 支 管 直 径 不 同 对 系 数 per through 的 影 响, 即 : per = L / L = O 0.6 lap 1 w1 v1 per = L / L = d O 式 中, O v1 搭 接 率, 定 义 为 O = q / P; v ( ) through 3 w v d1 O 计 算 参 数, 定 义 为 O = q / P v v q æ d d ö æ d d ö 1 = ç + - ç + è sinq sinq tan q tanq 1 ø è 1 ø P = d / sin q

101 P = d / sin q 因 此, 支 管 与 主 管 之 间 的 各 分 段 相 贯 线 长 度 计 算 公 式 可 以 表 示 如 下 : 0.6 ( ) L = O v L w d L = O v L w 0.6 ( ) 3 d1 L = L - L 4 w 3 ( ) ( ) ( ) 两 支 管 之 间 相 贯 线 长 度 计 算 同 样, 通 过 回 归 分 析, 两 支 管 之 间 的 分 段 相 贯 线 长 度 计 算 公 式 可 简 化 如 下 : L 5 æ d d d ö æ ö æ 1 ö æ d1 ö = ç - ç - + H + ç ç ç è ø è ø è è ø ø (A ) 式 中, H 计 算 参 数, 定 义 为 H = q / ( cot q + cot q ) 矩 形 钢 管 直 接 焊 接 节 点 和 局 部 加 劲 节 点 的 计 算 本 条 为 003 版 的 修 改 和 补 充 本 条 第 1 款 第 1) 项 针 对 主 管 与 支 管 相 连 一 面 发 生 弯 曲 塑 性 破 坏 的 模 式, 第 ) 项 针 对 主 管 侧 壁 破 坏 的 模 式 本 条 为 新 增 条 文 14.5 法 兰 连 接 计 算 本 节 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 本 条 根 据 大 量 工 程 实 践 罗 列 各 种 法 兰 的 重 要 受 力 情 况 本 节 以 后 各 条 将 根 据 本 条 所 述 的 不 同 类 型 法 兰 和 不 同 受 力 情 况 列 出 计 算 公 式 和 要 点 随 着 工 程 实 践 的 发 展, 还 可 能 出 现 新 的 法 兰 型 式 和 受 力 状 况 在 本 节 中 无 法 全 部 阐 述, 只 能 具 体 问 题 具 体 分 析 刚 接 法 兰 在 弯 矩 作 用 的 同 时 可 有 拉 力 或 压 力 作 用 对 螺 栓 及 法 兰 板 的 不 利 作 用 是 弯 和 拉 共 同 作 用 在 ( ) 式 中, 不 考 虑 受 压 刚 接 法 兰 要 求 法 兰 板 永 远 处 于 受 压 状 态, 法 兰 连 接 的 刚 度 方 能 保 持 连 续 在 这 一 前 提 下, 变 形 处 于 弹 性 状 态, 且 转 动 中 心 轴 为 通 过 法 兰 形 心 的 中 性 轴 式 (14.5.-) 为 允 许 法 兰 板 部 分 进 入 塑 性 条 件 下 的 验 算 公 式 法 兰 板 实 际 为 厚 板 螺 母 与 法 兰 板 上 压 力 分 布 属 局 部 环 状 分 布 但 这 两 种 状 态 的 精 确 计 算 只 能 根 据 有 限 元 法, 不 96

102 利 于 工 程 设 计 所 以 一 般 仍 采 用 弹 性 薄 板 理 论 按 荷 载 均 布 计 算 法 兰 板 抗 弯, 最 后 允 许 局 部 进 入 塑 性 其 结 果 与 按 有 限 元 法 计 算 总 体 接 近, 在 工 程 上 也 经 长 期 实 践 检 验 所 以 按 此 法 钢 管 构 件 所 受 压 力 一 般 大 于 拉 力 ( 因 重 力 作 用 ) 而 压 力 分 布 一 般 都 直 接 由 筒 壁 通 过 筒 壁 与 法 兰 板 的 内 外 环 焊 缝 直 接 传 给 法 兰 板, 然 后 在 法 兰 板 靠 筒 壁 根 部 区 域 通 过 接 触 传 递 因 法 兰 板 较 厚, 经 扩 散 的 局 部 承 压 足 够 且 受 压 区 常 靠 近 支 座 所 以 压 力 虽 大 但 法 兰 板 弯 矩 不 大 一 般 要 求 法 兰 板 与 筒 壁 的 焊 缝 承 载 力 不 小 于 钢 管 抗 压 承 载 力 法 兰 板 受 弯 则 由 螺 栓 最 大 拉 力 控 制 这 种 设 计 方 法 比 压 力 控 制 板 厚 更 为 经 济 这 已 为 有 限 元 分 析 及 工 程 实 践 所 证 明 3 刚 接 法 兰 抗 弯 按 最 大 螺 栓 所 在 板 块 计 算, 其 加 劲 板 与 法 兰 板 连 接 焊 缝 受 力 比 法 兰 板 与 筒 壁 连 接 焊 缝 受 力 大, 如 下 表 根 据 表 中 分 配 系 数 a, 可 得 到 加 劲 板 及 其 焊 缝 受 力 表 均 布 荷 载 下 有 加 劲 肋 法 兰 ( 一 边 简 支, 两 边 固 结 板 ) 弯 矩 计 算 系 数 m b 和 加 劲 板 反 力 比 a a/b mb α a/b > mb α 刚 接 法 兰 抗 剪 按 高 强 螺 栓 抗 剪 验 算 一 般 不 起 控 制 作 用, 也 无 需 对 法 兰 顶 紧 面 做 表 面 处 理, 也 不 要 测 定 摩 擦 系 数 半 刚 接 法 兰 用 高 强 度 普 通 螺 栓 连 接 通 常 要 加 与 同 样 高 强 度 螺 栓 1/3 设 计 预 拉 力 相 对 应 的 扭 矩 以 基 本 达 到 法 兰 在 荷 载 频 遇 值 作 用 下 不 开 缝 的 要 求 当 荷 载 继 续 增 大 时, 法 兰 会 开 缝 法 兰 绕 某 一 转 动 中 心 轴 转 动, 这 对 于 内 法 兰 和 外 法 兰 是 不 同 的 按 有 限 元 分 析 可 得 到 两 个 转 动 中 心 轴 位 置 及 相 应 的 算 式 半 刚 接 法 兰 受 拉 压 在 空 间 桁 架 杆 件 连 接 中 最 常 见 一 般 压 力 大 于 拉 力 所 以 以 往 按 压 力 对 法 兰 板 作 验 算 但 有 限 元 计 算 表 明, 压 力 的 传 递 直 接 通 过 法 兰 板 与 管 壁 焊 缝 及 法 兰 板 之 间 的 接 触, 分 布 范 围 小 且 接 近 支 座, 对 法 兰 计 算 不 起 控 制 作 用 因 此 现 按 抗 拉 计 算 法 兰 板, 已 经 几 年 工 程 实 践 验 证, 安 全 且 节 约 材 料 3 主 要 受 弯 曲 作 用 指 类 似 单 管 塔 悬 臂 杆 之 类 压 应 力 与 弯 曲 应 力 相 比 小 一 个 数 量 级 的 杆 件 97

103 根 据 规 范 编 制 人 员 对 多 种 典 型 法 兰 计 算 比 较, 外 法 兰 将 受 压 区 转 动 中 心 轴 放 在 离 圆 心 处 3 R / 4更 为 合 理, 但 考 虑 到 老 规 范 将 受 压 区 形 心 轴 定 在 钢 管 外 壁 也 未 发 生 事 故, 故 折 中 取 钢 管 内 壁 切 线 为 受 压 区 转 动 中 心 轴 内 法 兰 将 将 转 动 中 心 轴 放 在 离 圆 心 R / 3处 更 为 合 理 无 加 劲 肋 时 法 兰 计 算 方 法 同 高 耸 结 构 设 计 规 范 对 于 空 间 桁 架 杆 件, 理 论 上 仅 受 拉 压 力, 无 剪 力 亦 无 抗 剪 问 题 若 要 考 虑 Af /85构 造 剪 力, 则 有 剪 力 必 有 弯 矩, 有 弯 矩 则 法 兰 上 有 压 力 区, 此 压 力 必 产 生 摩 擦 力 抗 剪 对 于 单 管 塔 之 类 主 要 受 弯 连 接, 弯 矩 产 生 的 局 部 区 域 压 力 产 生 的 摩 擦 力 足 以 抗 剪 承 压 型 法 兰 用 于 压 力 产 生 的 应 力 大 大 超 过 其 他 内 力 产 生 的 应 力 的 情 况 所 以 用 管 端 局 部 承 压 传 递 压 力 法 兰 加 劲 板 焊 缝 与 传 递 压 力 无 关, 仅 用 于 传 递 其 它 内 力 这 样 设 计 结 构 效 率 很 高, 已 有 成 功 的 工 程 实 例 一 般 这 类 法 兰 的 连 接 用 摩 擦 型 高 强 度 螺 栓 这 并 不 是 为 了 利 用 其 摩 擦 力, 而 是 为 了 结 构 免 除 杆 端 的 接 缝 变 形 且 当 巨 大 的 压 力 作 用 时 产 生 振 动 效 应 所 以 其 抗 弯 计 算 也 同 刚 性 法 兰 双 层 法 兰 一 般 用 于 刚 接 柱 脚 柱 脚 刚 接 要 达 到 两 个 标 准 : (1) 抗 弯 强 度 不 小 于 柱 截 面 ;() 抗 弯 刚 度 保 持 连 续, 没 有 突 变 为 达 到 第 () 条, 柱 脚 法 兰 就 不 能 在 弯 矩 作 用 下 开 缝 因 此, 柱 脚 要 达 到 刚 接, 锚 栓 要 加 预 拉 力 锚 栓 加 预 拉 力 之 后, 柱 脚 在 使 用 中 永 久 处 于 受 压 状 态, 底 板 不 脱 离 基 础 顶 面 锚 栓 加 预 拉 力, 则 要 设 下 锚 板 锚 栓 套 管 对 锚 栓 施 加 预 拉 力 应 采 用 直 接 张 拉 法 若 用 扭 矩 法, 锚 栓 处 于 复 杂 应 力 状 态, 折 断 的 可 能 性 加 大, 而 锚 栓 万 一 折 断 很 难 修 复 直 接 张 拉 法 施 工 锚 栓 处 于 简 单 受 力 状 态, 质 量 稳 定 且 安 全 14.6 无 加 劲 钢 管 直 接 焊 接 节 点 刚 度 判 别 与 钢 管 桁 架 计 算 模 型 本 条 沿 用 003 版 的 主 管 上 因 节 间 荷 载 产 生 的 弯 矩 应 在 设 计 主 管 和 节 点 时 加 以 考 虑 此 时 可 将 主 管 按 连 续 杆 件 单 元 模 型 进 行 计 算 ( 图 ) 图 无 偏 心 的 腹 杆 端 铰 接 桁 架 内 力 计 算 模 型 当 节 点 偏 心 超 过 本 规 程 第 条 规 定 时, 应 考 虑 偏 心 弯 矩 对 节 点 强 度 和 杆 件 承 载 力 的 影 响, 可 按 图 和 图 所 示 模 型 进 行 计 算 对 分 配 有 弯 矩 的 每 一 个 支 管 应 按 照 节 点 在 支 管 轴 力 和 弯 矩 共 同 作 用 下 的 相 关 公 式 验 算 节 点 的 强 度, 同 时 对 分 配 有 弯 矩 的 主 管 和 98

104 支 管 按 偏 心 受 力 构 件 进 行 验 算 图 节 点 偏 心 的 腹 杆 端 铰 接 桁 架 内 力 计 算 模 型 图 节 点 偏 心 的 腹 杆 端 刚 接 桁 架 内 力 计 算 模 型 本 条 为 新 增 条 文 近 年 来 的 研 究 表 明, 在 工 程 常 见 的 几 何 尺 寸 范 围 内, 无 加 劲 钢 管 直 接 焊 接 节 点 受 荷 载 作 用 后, 其 相 邻 杆 件 的 连 接 面 发 生 局 部 变 形, 从 而 引 起 相 对 位 移 或 转 动, 表 现 出 不 同 于 铰 接 或 完 全 刚 接 的 非 刚 性 性 能 因 此, 相 比 钢 结 构 设 计 规 范 GB , 本 次 修 订 增 加 了 平 面 T Y 形 和 平 面 或 微 曲 面 X 形 节 点 的 刚 度 计 算 公 式, 与 下 节 节 点 的 刚 度 判 别 原 则 配 套 使 用, 可 以 确 定 结 构 计 算 时 节 点 的 合 理 约 束 模 型 本 次 修 订 列 入 的 平 面 T Y 形 和 平 面 或 微 曲 面 X 形 节 点 的 刚 度 计 算 公 式 是 在 比 较 分 析 国 外 有 关 规 范 和 国 内 外 有 关 资 料 的 基 础 上, 根 据 同 济 大 学 近 十 年 来 进 行 的 试 验 有 限 元 分 析 和 数 值 计 算 结 果, 通 过 回 归 分 析 归 纳 得 出 的 同 时, 将 这 些 刚 度 公 式 的 计 算 结 果 与 3 个 管 节 点 刚 度 试 验 数 据 进 行 了 对 比 验 证 ( 表 ~ ), 吻 合 良 好 ( 参 见 陈 以 一, 王 伟, 赵 宪 忠 等. 圆 钢 管 相 贯 节 点 抗 弯 刚 度 和 承 载 力 实 验, 建 筑 结 构 学 报,001, (6): 5-30; 王 伟 陈 以 一 圆 钢 管 相 贯 节 点 局 部 刚 度 的 参 数 公 式, 同 济 大 学 学 报,003,31(5): ; 陈 以 一, 王 伟 Flexural behavior and resistance of uni-planar KK and X tubular joints,steel & Composite Structures, 003,3(): ; 王 伟 陈 以 一 圆 钢 管 相 贯 节 点 的 非 刚 性 能 与 计 算 公 式 工 业 建 筑,005, 35(381): 5-9; 杜 纯 领 王 伟 陈 以 一 等 单 层 网 壳 X 型 圆 管 节 点 平 面 外 抗 弯 刚 度 的 参 数 分 析 与 计 算 公 式 建 筑 结 构,009, 39(5): 45-48) 99

105 表 T Y 形 节 点 轴 向 刚 度 公 式 计 算 值 与 试 验 结 果 的 比 较 试 件 β γ τ θ K NT ( 试 验 ) (kn/mm) K NT j ( 公 式 ) (kn/mm) K NT / K NT j TC TC TC TC TC 表 T Y 形 节 点 平 面 内 弯 曲 刚 度 公 式 计 算 值 与 试 验 结 果 的 比 较 试 件 β γ τ θ K MiT ( 试 验 ) (kn-m) K MiT j ( 公 式 ) (kn-m) K MiT / K MiT j TM TM TM TM SXN JB 表 X 形 节 点 轴 向 刚 度 公 式 计 算 值 和 试 验 结 果 的 比 较 试 件 D(mm) β γ τ θ φ K NX j ( 公 式 ) (kn/m) K NX ( 试 验 ) (kn/m) K NX /K NX j XC XC XC XC

106 表 X 形 节 点 平 面 内 抗 弯 刚 度 公 式 计 算 值 和 试 验 结 果 的 比 较 试 件 D(mm) β γ τ θ φ K MiX j (kn-m) K MiX (kn-m) K MiX /K MiX j XM SXN 表 X 形 节 点 平 面 外 弯 曲 刚 度 公 式 计 算 值 与 试 验 结 果 的 比 较 试 件 β γ θ φ K MoX (kn-m) 日 本 AIJ 公 式 K MoX / K MoX j 本 规 范 公 式 本 条 为 新 增 条 文 B B B B B B 本 条 为 新 增 条 文 空 腹 桁 架 节 点 刚 度 判 别 条 件 的 详 细 推 导 过 程 参 见 王 伟, 陈 以 一 Modelling & classification of tubular joint rigidity and its effect on the global response of CHS lattice girders,structural Engineering and Mechanics, 005, 1(6): 这 里 简 述 如 下 : 空 腹 桁 架 的 主 管 与 支 管 以 90 夹 角 相 互 连 接, 因 此 支 管 与 主 管 连 接 节 点 不 能 作 为 铰 接 处 理, 需 承 担 弯 矩, 否 则 体 系 几 何 可 变 采 用 若 干 子 结 构 模 型 来 近 似 表 达 图 中 的 多 跨 空 腹 桁 架 的 不 同 节 点 位 置 这 些 子 结 构 的 选 取 原 则 是 能 够 反 映 空 腹 桁 架 不 同 节 点 部 位 如 图 所 示 的 变 形 模 式 所 采 用 的 子 结 构 模 型 见 图 P/ P P P P/ P/ P P P P P/ I c I c I c I c I c I c I c I c I c lb I b I b I b I b I b lb I b I b I b I b I b I b I c I c I c I c I c I c I c I c I c lc lc lc lc lc lc lc lc lc (a) 偶 数 跨 图 多 跨 空 腹 桁 架 (b) 奇 数 跨 101

107 A B A C (a) 偶 数 跨 图 A 空 腹 格 构 梁 的 变 形 模 式 (b) 奇 数 跨 lb/ lb/ δ δ δ lc/ V lc/ lc/ V lc/ V lc/ A B C 图 子 结 构 模 型 节 点 刚 度 对 格 构 梁 在 正 常 使 用 极 限 状 态 的 行 为 有 较 大 的 影 响 因 此, 采 用 以 下 通 过 位 移 定 义 的 标 准 来 区 分 节 点 的 刚 性 与 半 刚 性 : D = ( d -d d s r )/ 其 中,δs 为 具 有 半 刚 性 连 接 的 格 构 梁 的 位 移 ;δr 为 具 有 刚 性 连 接 的 格 构 梁 的 位 移 用 于 计 算 位 移 的 荷 载 条 件 如 图 所 示 下 文 基 于 格 构 梁 的 变 形 行 为 推 导 节 点 刚 度 介 于 刚 性 与 半 刚 性 之 间 的 分 界 线 在 位 移 δs 和 δr 的 计 算 中 由 于 基 于 格 构 梁 正 常 使 用 极 限 状 态, 所 以 采 用 小 位 移 理 论, 且 半 刚 性 连 接 的 刚 度 假 定 为 线 弹 性 对 于 具 有 半 刚 性 连 接 的 子 结 构 A, 竖 向 位 移 δs 经 理 论 推 导 得 : r d s Vlc = 1K K c b ( K b Vl + K c ) + 4K c M Vlc = 1K K K c b M ( K M K b + K M K c + 3K K c b ) 其 中 EI K b = l b b EI K = c c, lc, 同 理, 对 于 具 有 刚 性 连 接 的 子 结 构 A, 竖 向 位 移 δs 经 理 论 推 导 得 : d r Vlc = 1K K c b ( K b + K c ) 10

108 103 D + = ) (1 3 b M G K K 其 中, c b K K G = 对 于 子 结 构 B, 格 构 梁 的 竖 向 位 移 与 节 点 弯 曲 刚 度 无 关, 所 以 无 需 进 行 分 界 值 的 推 导 对 于 具 有 半 刚 性 连 接 的 子 结 构 C, 竖 向 位 移 δs 经 理 论 推 导 得 : c b M b c r c b M b c c b c b c c s ) (3 4 9 ) (3 4 9 ) 4 (3 ) (3 4 K K K K Vl K K K K Vl K K K K K Vl + + = = d d 同 理, 于 具 有 刚 性 连 接 的 子 结 构 C, 竖 向 位 移 δs 经 理 论 推 导 得 : ) 4 (3 ) (3 4 c b c b c c r K K K K K Vl + + = d ) 4 )(3 (3 54 c b c b c b b M K K K K K K K K + + D = 4) 1)(3 ( D = G G G 若 取 取 Δ = 0.05, 则 得 到 规 范 条 文 中 所 述 的 节 点 弯 曲 刚 度 分 界 值

109 15 钢 与 混 凝 土 组 合 梁 15.1 一 般 规 定 本 条 为 003 版 的 修 改 和 补 充 本 章 规 定 适 用 于 将 钢 梁 和 混 凝 土 翼 缘 板 通 过 抗 剪 连 接 件 连 成 整 体 的 钢 - 混 凝 土 简 支 及 连 续 组 合 梁 所 谓 一 般 用 于 不 直 接 承 受 动 力 荷 载 主 要 考 虑 本 章 给 出 的 组 合 梁 设 计 方 法 为 塑 性 调 幅 设 计 法 方 法, 不 适 用 于 直 接 承 受 动 力 荷 载 的 组 合 梁 借 鉴 已 有 研 究 成 果 和 工 程 实 践 经 验 的 基 础 上, 本 条 给 出 了 直 接 承 受 动 力 荷 载 组 合 梁 的 设 计 原 则, 和 不 直 接 承 受 动 力 荷 载 的 组 合 梁 相 比 在 设 计 方 法 上 有 两 点 不 同 : 一 是 需 要 进 行 疲 劳 验 算, 在 本 章 节 中 给 出 了 具 体 的 验 算 方 法, 主 要 参 考 欧 洲 规 范 4 的 相 关 条 文 ; 二 是 不 能 采 用 塑 性 方 法 进 行 承 载 能 力 计 算, 应 按 照 弹 性 理 论 进 行 计 算, 即 采 用 换 算 截 面 法 验 算 荷 载 效 应 设 计 值 在 组 合 梁 截 面 产 生 的 应 力 ( 包 括 正 应 力 和 剪 应 力 等 ) 小 于 材 料 的 设 计 强 度 此 外, 弹 性 设 计 方 法 还 适 用 于 板 件 宽 厚 比 不 符 合 塑 性 调 幅 设 计 法 要 求 的 组 合 梁 组 合 梁 的 翼 缘 板 可 用 现 浇 混 凝 土 板, 亦 可 用 混 凝 土 叠 合 板 近 年 来 清 华 大 学 对 钢 - 混 凝 土 叠 合 板 组 合 梁 进 行 了 大 量 的 试 验 研 究, 证 明 叠 合 板 组 合 梁 具 有 与 现 浇 混 凝 土 翼 缘 的 组 合 梁 一 样 的 受 力 性 能, 并 且 钢 - 混 凝 土 叠 合 板 组 合 梁 在 实 际 工 程 中 也 获 得 了 大 量 的 成 功 应 用, 取 得 了 显 著 的 技 术 经 济 效 益 和 社 会 效 益 混 凝 土 叠 合 板 翼 缘 是 由 预 制 板 和 现 浇 层 混 凝 土 所 构 成, 预 制 板 既 作 为 模 板, 又 作 为 楼 板 的 一 部 分 参 与 楼 板 和 组 合 梁 翼 缘 的 受 力 混 凝 土 叠 合 板 的 设 计 按 照 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 GB50010 的 规 定 进 行, 在 预 制 板 表 面 采 取 拉 毛 及 设 置 抗 剪 钢 筋 等 措 施 以 保 证 预 制 板 和 现 浇 层 形 成 整 体 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 钢 - 混 凝 土 组 合 梁 的 混 凝 土 翼 缘 板 可 以 带 板 托, 也 可 以 不 带 板 托, 是 否 带 板 托 应 该 由 组 合 梁 的 承 载 力 刚 度 和 节 省 材 料 用 量 及 施 工 方 便 等 条 件 而 确 定 相 对 而 言, 不 带 板 托 的 组 合 梁 施 工 较 为 方 便, 带 板 托 的 组 合 梁 材 料 较 省, 但 板 托 构 造 复 杂, 施 工 不 便 与 混 凝 土 结 构 类 似, 组 合 梁 混 凝 土 板 同 样 存 在 剪 力 滞 后 效 应 目 前 各 国 规 范 均 采 用 有 效 宽 度 的 方 法 考 虑 混 凝 土 板 剪 力 滞 后 效 应 的 影 响, 但 有 效 宽 度 计 算 方 法 不 尽 相 同 : 1 美 国 钢 结 构 协 会 的 钢 结 构 建 筑 荷 载 及 抗 力 系 数 设 计 规 范 (AISC-LRFD,1999) 规 定, 混 凝 土 翼 缘 板 的 有 效 宽 度 b e 取 为 钢 梁 轴 线 两 侧 有 效 宽 度 之 和, 其 中 一 侧 的 混 凝 土 有 效 宽 度 为 以 下 三 者 中 的 较 小 值 :a) 组 合 梁 跨 度 的 1/8, 其 中 梁 跨 度 取 为 支 座 中 线 之 间 的 距 离 ; b) 相 邻 组 合 梁 间 距 的 1/;c) 钢 梁 至 混 凝 土 翼 板 边 缘 的 距 离 104

110 欧 洲 规 范 4 规 定, 当 采 用 弹 性 方 法 对 组 合 梁 进 行 整 体 分 析 时, 每 一 跨 的 有 效 宽 度 可 以 采 用 定 值 : 对 于 中 间 跨 和 简 支 边 跨 可 采 用 如 下 规 定 的 中 间 跨 有 效 宽 度 b eff,1, 对 于 悬 臂 跨 则 采 用 如 下 规 定 的 支 座 有 效 宽 度 b eff,, 如 图 所 示 图 混 凝 土 翼 板 的 等 效 跨 径 及 有 效 宽 度 ( 欧 洲 规 范 4) 1) 中 间 跨 和 中 间 支 座 的 有 效 宽 度 按 下 式 计 算 : 式 中 b 0 同 一 截 面 最 外 侧 抗 剪 连 接 件 间 的 横 向 间 距 ; beff = b0 +å bei (1) b ei 钢 梁 腹 板 一 侧 的 混 凝 土 桥 面 板 有 效 宽 度, 取 为 L e /8, 但 不 超 过 板 的 实 际 宽 度 b i b i 应 取 为 最 外 侧 的 抗 剪 连 接 件 至 两 根 钢 梁 间 中 线 的 距 离, 对 于 自 由 端 则 取 为 混 凝 土 悬 臂 板 的 长 度 L e 为 反 弯 点 间 的 近 似 长 度 对 于 一 根 典 型 的 连 续 组 合 梁, 应 根 据 控 制 设 计 的 弯 矩 包 络 图 来 确 定 L e ( 如 图 所 示 ) ) 边 支 座 的 有 效 宽 度 按 下 式 计 算 : b b b = +å () eff 0 i ei b = ( L / b ) 1.0 i e ei (3) 组 合 梁 各 区 段 的 混 凝 土 板 有 效 宽 度 取 值 参 见 图 所 示 根 据 欧 洲 规 范 4, 简 支 组 合 梁 的 有 效 跨 径 L e 取 为 梁 的 实 际 跨 度 对 于 连 续 组 合 梁, 其 正 弯 矩 区 有 效 宽 度 与 正 弯 矩 区 的 长 度 有 关, 负 弯 矩 区 有 效 宽 度 则 与 负 弯 矩 区 ( 中 支 座 区 ) 的 长 度 有 关 图 中 相 邻 的 正 负 弯 矩 区 存 在 长 度 重 叠 的 部 分, 这 与 设 计 时 应 考 虑 结 构 的 弯 矩 包 络 图 的 要 求 是 一 致 的 需 要 指 出 的 是, 当 忽 略 混 凝 土 的 抗 拉 作 用 后, 负 弯 矩 区 的 有 效 宽 度 主 要 用 于 定 义 混 凝 土 翼 板 内 纵 向 受 拉 钢 筋 的 有 效 截 面 积 3 美 国 各 州 公 路 及 运 输 工 作 者 协 会 (AASHTO) 制 定 的 公 路 桥 梁 设 计 规 范 规 定, 混 凝 105

111 土 翼 板 有 效 宽 度 b e 应 等 于 或 小 于 1/4 的 跨 度 以 及 1 倍 的 最 小 板 厚 对 于 边 梁, 外 侧 部 分 的 有 效 宽 度 应 不 超 过 其 实 际 悬 挑 长 度 如 果 边 梁 仅 一 侧 有 混 凝 土 板 时, 则 有 效 宽 度 应 等 于 或 小 于 跨 度 的 1/1 以 及 6 倍 的 最 小 板 厚 4 英 国 规 范 (BS5400) 第 5 部 分 根 据 有 限 元 分 析 及 试 验 研 究 的 成 果, 以 表 格 的 形 式 给 出 了 对 应 于 不 同 宽 跨 比 的 组 合 梁 混 凝 土 桥 面 板 有 效 宽 度 相 比 较 而 言, 欧 洲 规 范 4 对 组 合 梁 混 凝 土 板 有 效 宽 度 的 计 算 方 法 概 念 明 确, 并 将 简 支 组 合 梁 和 连 续 组 合 梁 的 计 算 方 法 统 一 起 来, 摒 弃 了 混 凝 土 板 有 效 宽 度 与 厚 度 相 关 的 规 定, 适 用 性 更 强 本 规 范 给 出 的 组 合 梁 混 凝 土 翼 板 的 有 效 宽 度, 系 参 考 现 行 国 家 标 准 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 GB50010 的 相 关 规 定, 同 时 根 据 已 有 的 研 究 成 果 并 借 鉴 欧 洲 规 范 4 的 相 关 条 文, 考 虑 到 组 合 梁 混 凝 土 板 的 有 效 宽 度 主 要 和 梁 跨 度 有 关, 和 混 凝 土 板 的 厚 度 关 系 不 大, 故 取 消 了 混 凝 土 板 有 效 宽 度 与 厚 度 相 关 的 规 定 此 外, 借 鉴 欧 洲 规 范 4 的 方 法 引 入 连 续 组 合 梁 等 效 跨 径 的 概 念, 将 混 凝 土 板 有 效 宽 度 的 规 定 推 广 至 连 续 组 合 梁 严 格 说 来, 楼 盖 边 部 无 翼 板 时, 其 内 侧 的 b 值 应 小 于 中 部 两 侧 有 翼 板 的 b, 集 中 荷 载 作 用 时 的 b 值 应 小 于 均 布 荷 载 作 用 时 的 b 值 以 上 计 算 组 合 梁 混 凝 土 翼 板 有 效 宽 度 的 方 法 基 本 都 是 依 据 组 合 梁 在 弹 性 阶 段 的 受 力 性 能 所 建 立 起 来 的 而 当 组 合 梁 达 到 极 限 承 载 力 时, 混 凝 土 翼 板 已 进 入 塑 性 状 态, 此 时 翼 板 中 的 应 力 分 布 趋 向 均 匀, 塑 性 阶 段 混 凝 土 翼 板 的 有 效 宽 度 大 于 弹 性 阶 段 因 此, 将 根 据 弹 性 分 析 得 到 的 翼 板 有 效 宽 度 应 用 于 塑 性 计 算, 计 算 结 果 偏 于 安 全 本 条 为 新 增 条 文 当 组 合 梁 和 柱 铰 接 或 组 合 梁 作 为 次 梁 时, 仅 承 受 竖 向 荷 载, 不 参 与 结 构 整 体 抗 侧, 试 验 结 果 表 明, 混 凝 土 翼 板 的 有 效 宽 度 可 统 一 取 为 跨 中 截 面 的 有 效 宽 度 取 值 近 年 来, 组 合 框 架 在 多 高 层 建 筑 中 的 应 用 十 分 广 泛, 试 验 研 究 表 明, 楼 板 的 空 间 组 合 作 用 对 组 合 框 架 结 构 体 系 的 整 体 抗 侧 刚 度 有 显 著 的 提 高 作 用 目 前, 国 内 仅 高 层 民 用 建 筑 钢 结 构 技 术 规 程 给 出 了 如 何 在 结 构 体 系 整 体 内 力 和 变 形 分 析 中 考 虑 楼 板 对 组 合 框 架 梁 刚 度 的 提 高 作 用, 该 规 程 建 议 对 于 边 梁, 组 合 框 架 梁 的 刚 度 放 大 系 数 可 取 为 1., 对 于 中 梁 可 取 为 1.5 清 华 大 学 近 年 来 通 过 分 析 国 际 和 国 内 大 量 组 合 框 架 结 构 的 试 验 结 果, 发 现 规 程 建 议 的 刚 度 放 大 系 数 可 能 会 低 估 楼 板 对 组 合 框 架 梁 刚 度 的 提 高 作 用, 从 而 可 能 低 估 结 构 整 体 抗 侧 刚 度, 高 估 结 构 自 振 周 期, 低 估 结 构 地 震 剪 力, 低 估 结 构 最 大 层 间 位 移 角, 使 计 算 结 果 偏 于 不 安 全 进 一 步 的 研 究 表 明, 楼 板 对 组 合 框 架 梁 的 刚 度 放 大 作 用 还 会 改 变 框 架 结 构 的 整 体 变 形 106

112 特 性, 使 结 构 剪 切 型 变 形 的 特 征 更 为 明 显, 导 致 薄 弱 楼 层 有 下 移 趋 势, 对 组 合 框 架 梁 刚 度 的 低 估 还 会 导 致 为 了 满 足 框 架 - 核 心 筒 结 构 体 系 外 框 剪 力 承 担 率 的 要 求, 使 外 框 钢 梁 截 面 高 度 偏 大 而 影 响 组 合 梁 经 济 性 优 势 的 发 挥 因 此, 准 确 计 算 楼 板 空 间 组 合 效 应 对 组 合 框 架 梁 的 刚 度 贡 献 对 于 结 构 体 系 的 合 理 安 全 设 计 具 有 重 要 意 义 本 规 范 采 用 清 华 大 学 建 议 的 组 合 框 架 梁 刚 度 放 大 系 数 计 算 公 式, 基 于 梁 - 壳 混 合 模 型 的 精 细 有 限 元 结 果 和 试 验 结 果 大 量 的 数 值 算 例 和 试 验 结 果 表 明, 组 合 框 架 梁 的 刚 度 放 大 系 数 与 钢 梁 和 混 凝 土 板 的 相 对 刚 度 密 切 相 关, 本 公 式 正 是 基 于 这 一 结 论 通 过 大 量 参 数 分 析 归 纳 得 到 的, 其 精 度 经 过 了 组 合 框 架 结 构 体 系 试 验 和 算 例 结 果 验 证 本 条 为 003 版 的 修 改 和 补 充 GB 仅 具 体 给 出 了 组 合 梁 的 挠 度 计 算 方 法, 并 提 出 要 验 算 连 续 组 合 梁 负 弯 矩 区 段 裂 缝 宽 度 的 要 求 本 次 修 订 明 确 了 正 常 使 用 极 限 状 态 组 合 梁 的 验 算 内 容 以 及 需 要 考 虑 的 因 素, 同 时 还 对 计 算 模 型 和 各 因 素 的 考 虑 方 法 进 行 了 具 体 说 明, 方 便 设 计 人 员 操 作 组 合 梁 的 正 常 使 用 极 限 状 态 验 算 可 按 弹 性 理 论 进 行, 原 因 是 在 荷 载 的 标 准 组 合 作 用 下 产 生 的 截 面 弯 矩 小 于 组 合 梁 在 弹 性 阶 段 的 极 限 弯 矩, 即 此 时 的 组 合 梁 在 正 常 使 用 阶 段 仍 处 于 弹 性 工 作 状 态 温 度 荷 载 以 及 混 凝 土 收 缩 徐 变 效 应 可 能 会 影 响 组 合 梁 正 常 使 用 阶 段 的 内 力 变 形 以 及 负 弯 矩 区 裂 缝 宽 度, 应 在 正 常 使 用 极 限 状 态 验 算 中 予 以 充 分 的 考 虑 在 计 算 组 合 梁 的 挠 度 时, 可 假 定 钢 和 混 凝 土 都 是 理 想 的 弹 塑 性 体, 而 将 混 凝 土 翼 板 的 有 效 截 面 除 以 钢 与 混 凝 土 弹 性 模 量 的 比 值 a E, 换 算 为 钢 截 面 ( 为 使 混 凝 土 翼 板 的 形 心 位 置 不 变, 将 翼 板 的 有 效 宽 度 除 以 a E即 可 ), 再 求 出 整 个 梁 截 面 的 换 算 截 面 刚 度 EI eq 此 外, 国 内 外 的 试 验 研 究 结 果 表 明, 由 混 凝 土 翼 板 和 钢 梁 间 相 对 滑 移 引 起 的 附 加 挠 度 在 10%~15% 左 右, 采 用 焊 钉 等 柔 性 连 接 件 ( 特 别 是 部 分 抗 剪 连 接 时 ) 该 滑 移 效 应 对 挠 度 的 影 响 不 能 忽 略, 否 则 将 偏 于 不 安 全, 因 此 在 计 算 挠 度 时 需 要 对 换 算 截 面 刚 度 进 行 折 减 对 连 续 组 合 梁, 因 负 弯 矩 区 混 凝 土 翼 板 开 裂 后 退 出 工 作, 所 以 实 际 上 是 变 截 面 梁 故 欧 洲 规 范 4 规 定 : 在 中 间 支 座 两 侧 各 0.15l(l 为 一 个 跨 间 的 跨 度 ) 的 范 围 内 确 定 梁 的 截 面 刚 度 时, 不 考 虑 混 凝 土 翼 板 而 只 计 入 在 翼 板 有 效 宽 度 b e 范 围 内 负 弯 矩 钢 筋 截 面 对 截 面 刚 度 的 影 响, 在 其 余 区 段 不 应 取 组 合 梁 的 换 算 截 面 刚 度 而 应 取 其 折 减 刚 度, 按 变 截 面 梁 来 计 算 其 变 形, 计 算 值 与 试 验 结 果 吻 合 良 好 连 续 组 合 梁 除 需 验 算 变 形 外, 还 应 验 算 负 弯 矩 区 混 凝 土 翼 板 的 裂 缝 宽 度 验 算 裂 缝 宽 度 首 先 需 要 进 行 内 力 分 析, 得 到 支 座 负 弯 矩 截 面 的 内 力 值, 由 于 支 座 负 弯 矩 区 混 凝 土 板 的 开 裂, 连 续 组 合 梁 在 正 常 使 用 阶 段 会 出 现 明 显 的 内 力 重 分 布 现 象, 为 方 便 设 计, 可 以 采 用 弯 矩 调 幅 107

113 法 来 计 算 连 续 组 合 梁 的 支 座 负 弯 矩 值, 即 先 按 未 开 裂 弹 性 分 析 得 到 支 座 负 弯 矩, 然 后 对 该 支 座 负 弯 矩 进 行 折 减, 折 减 幅 度 即 为 调 幅 系 数, 调 幅 系 数 的 取 值 建 议 根 据 已 有 的 试 验 数 据 确 定, 具 体 可 见 本 规 范 第 条 钢 材 与 混 凝 土 材 料 的 温 度 线 膨 胀 系 数 几 乎 相 等 ( 约 ~ ) 当 二 者 温 度 同 时 提 高 或 降 低 时, 其 温 度 变 形 基 本 协 调, 可 以 忽 略 由 此 引 起 的 温 度 应 力 但 是, 由 于 钢 材 的 导 热 系 数 是 混 凝 土 的 50 倍 左 右, 当 外 界 环 境 温 度 剧 烈 变 化 时, 钢 材 的 温 度 很 快 就 接 近 环 境 温 度, 而 混 凝 土 的 温 度 则 变 化 较 慢, 两 种 材 料 间 的 温 度 差 将 会 在 组 合 梁 内 产 生 自 平 衡 应 力, 即 为 温 度 应 力 对 于 简 支 组 合 梁, 温 度 差 会 引 起 梁 的 挠 曲 变 形 和 截 面 应 力 重 分 布 ; 对 于 连 续 组 合 梁 或 者 其 它 超 静 定 结 构, 温 度 差 还 会 引 起 进 一 步 的 约 束 弯 矩, 从 而 对 组 合 梁 的 变 形 和 负 弯 矩 抗 裂 造 成 影 响 对 于 一 般 情 况 下 在 室 内 使 用 的 组 合 梁, 温 度 应 力 可 以 忽 略 对 于 露 天 环 境 下 使 用 的 组 合 梁 以 及 直 接 受 热 源 辐 射 作 用 的 组 合 梁, 则 需 要 计 算 温 度 应 力 露 天 使 用 的 组 合 梁, 截 面 温 度 场 的 分 布 非 常 复 杂 为 简 化 分 析, 计 算 时 通 常 可 以 假 定 : 忽 略 同 一 截 面 内 混 凝 土 翼 板 和 钢 梁 内 部 各 自 的 温 度 梯 度, 整 个 截 面 内 只 存 在 混 凝 土 与 钢 梁 两 个 温 度, 温 度 差 由 两 个 温 度 决 定 ; 沿 梁 长 度 方 向 各 截 面 的 温 度 分 布 相 同 一 般 情 况 下, 钢 梁 和 混 凝 土 翼 板 间 的 计 算 温 度 差 可 采 用 10 ~15, 在 有 可 能 发 生 更 显 著 温 差 的 情 况 下 则 另 作 考 虑 混 凝 土 在 空 气 中 凝 固 和 硬 化 的 过 程 中 会 发 生 水 份 散 发 和 体 积 收 缩 影 响 混 凝 土 收 缩 变 形 的 主 要 因 素 有 组 成 成 分 养 护 条 件 使 用 环 境 以 及 构 件 的 形 状 和 尺 寸 等 对 于 素 混 凝 土, 其 长 期 收 缩 变 形 在 几 十 年 后 可 达 (300~600) 10-6, 在 不 利 条 件 下 甚 至 可 达 到 混 凝 土 收 缩 也 会 在 组 合 梁 内 引 起 自 平 衡 的 内 力, 效 果 类 似 于 组 合 梁 的 温 度 应 力 由 于 翼 板 内 配 置 的 钢 筋 可 以 阻 止 混 凝 土 的 收 缩 变 形, 钢 筋 混 凝 土 翼 板 的 收 缩 可 取 为 (150~00) 10-6, 相 当 于 混 凝 土 的 温 度 较 钢 梁 降 低 15~0, 本 规 范 的 建 议 值 为 15 混 凝 土 徐 变 会 影 响 组 合 梁 的 长 期 性 能, 可 采 用 有 效 弹 性 模 量 法 进 行 计 算 当 计 算 考 虑 混 凝 土 徐 变 影 响 的 组 合 梁 长 期 挠 度 时, 应 采 用 荷 载 准 永 久 值 组 合, 混 凝 土 弹 性 模 型 折 减 为 原 来 的 50%, 即 钢 与 混 凝 土 弹 性 模 量 的 比 值 取 为 原 来 的 倍 而 在 荷 载 标 准 组 合 下 计 算 裂 缝 的 公 式 中 已 经 考 虑 了 荷 载 长 期 作 用 的 影 响, 因 此 无 需 在 组 合 梁 负 弯 矩 区 裂 缝 宽 度 验 算 中 另 行 考 虑 混 凝 土 徐 变 的 影 响 因 素 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 组 合 梁 的 受 力 状 态 与 施 工 条 件 有 关, 主 要 体 现 在 两 个 方 面 : 第 一, 混 凝 土 未 达 到 强 度 前, 需 要 对 钢 梁 进 行 施 工 阶 段 验 算 ; 第 二, 正 常 使 用 极 限 状 态 验 算 需 要 考 虑 施 工 方 法 和 顺 序 的 影 响, 包 括 变 形 和 裂 缝 宽 度 验 算 对 于 不 直 接 承 受 动 力 荷 载 以 及 板 件 宽 厚 比 满 足 塑 性 调 幅 设 计 法 要 求 的 组 合 梁, 由 于 采 用 塑 性 调 幅 设 计 法 方 法, 108

114 组 合 梁 的 承 载 力 极 限 状 态 验 算 不 必 考 虑 施 工 方 法 和 顺 序 的 影 响 而 对 于 其 他 采 用 弹 性 设 计 方 法 的 组 合 梁, 其 承 载 力 极 限 状 态 验 算 也 需 考 虑 施 工 方 法 和 顺 序 的 影 响 具 体 而 言, 可 按 施 工 时 钢 梁 下 有 无 临 时 支 撑 分 别 考 虑 : 对 于 施 工 时 钢 梁 下 无 临 时 支 撑 的 组 合 梁, 应 分 两 个 阶 段 进 行 计 算 : 第 一 阶 段 在 混 凝 土 翼 板 强 度 达 到 75% 以 前, 组 合 梁 的 自 重 以 及 作 用 在 其 上 的 全 部 施 工 荷 载 由 钢 梁 单 独 承 受, 此 时 按 一 般 钢 梁 计 算 其 强 度 挠 度 和 稳 定 性, 但 按 弹 性 计 算 的 钢 梁 强 度 和 梁 的 挠 度 均 应 留 有 余 地, 梁 的 跨 中 挠 度 除 满 足 本 规 范 附 录 A 的 要 求 外, 尚 不 应 超 过 5mm, 以 防 止 梁 下 凹 段 增 加 混 凝 土 的 用 量 和 自 重 ; 第 二 阶 段 当 混 凝 土 翼 板 的 强 度 达 到 75% 以 后 所 增 加 的 荷 载 全 部 由 组 合 梁 承 受, 在 验 算 组 合 梁 的 挠 度 以 及 按 弹 性 分 析 方 法 计 算 组 合 梁 的 强 度 时, 应 将 第 一 阶 段 和 第 二 阶 段 计 算 所 得 的 挠 度 或 应 力 相 叠 加, 在 验 算 组 合 梁 的 裂 缝 宽 度 时, 支 座 负 弯 矩 值 仅 考 虑 第 二 阶 段 形 成 组 合 截 面 之 后 产 生 的 弯 矩 值, 在 第 二 阶 段 计 算 中, 可 不 考 虑 钢 梁 的 整 体 稳 定 性, 而 组 合 梁 按 塑 性 分 析 法 计 算 强 度 时, 则 不 必 考 虑 应 力 叠 加, 可 不 分 阶 段 按 照 组 合 梁 一 次 承 受 全 部 荷 载 进 行 计 算 对 于 施 工 时 钢 梁 下 设 临 时 支 撑 的 组 合 梁, 则 应 按 实 际 支 承 情 况 验 算 钢 梁 的 强 度 稳 定 及 变 形, 并 且 在 计 算 使 用 阶 段 组 合 梁 承 受 的 续 加 荷 载 产 生 的 变 形 和 弹 性 应 力 时, 应 把 临 时 支 承 点 的 反 力 反 向 作 为 续 加 荷 载 如 果 组 合 梁 的 设 计 是 变 形 控 制 时, 可 考 虑 将 钢 梁 起 拱 等 措 施 对 于 塑 性 分 析, 有 无 临 时 支 承 对 组 合 梁 的 极 限 抗 弯 承 载 力 均 无 影 响, 故 在 计 算 极 限 抗 弯 承 载 力 时, 可 以 不 分 施 工 阶 段, 按 组 合 梁 一 次 承 受 全 部 荷 载 进 行 计 算 同 样 的, 验 算 连 续 组 合 梁 的 裂 缝 宽 度 时, 支 座 负 弯 矩 值 仅 考 虑 形 成 组 合 截 面 之 后 施 工 阶 段 荷 载 及 正 常 使 用 续 加 荷 载 产 生 的 弯 矩 值, 因 此, 为 了 有 效 控 制 连 续 组 合 梁 的 负 弯 矩 区 裂 缝 宽 度, 可 以 先 浇 注 正 弯 矩 区 混 凝 土, 待 混 凝 土 强 度 达 到 75% 后, 拆 除 临 时 支 承, 然 后 再 浇 注 负 弯 矩 区 混 凝 土, 此 时 临 时 支 承 点 的 反 力 产 生 的 反 向 续 加 荷 载 就 无 需 计 入 用 于 验 算 裂 缝 宽 度 的 支 座 负 弯 矩 值 在 连 续 组 合 梁 中, 栓 钉 用 于 组 合 梁 正 弯 矩 区 时, 能 充 分 保 证 钢 梁 与 混 凝 土 板 的 组 合 作 用, 提 高 结 构 刚 度 和 承 载 力, 但 用 于 负 弯 矩 区 时, 组 合 作 用 会 使 混 凝 土 板 受 拉 而 易 于 开 裂, 可 能 会 影 响 结 构 的 使 用 性 能 和 耐 久 性 针 对 该 问 题, 可 以 采 用 优 化 混 凝 土 板 浇 筑 顺 序 合 理 确 定 支 撑 拆 除 时 机 等 施 工 措 施, 降 低 负 弯 矩 区 混 凝 土 板 的 拉 应 力, 达 到 理 想 的 抗 裂 效 果 本 条 为 003 版 的 的 修 改 部 分 抗 剪 连 接 组 合 梁 是 指 配 置 的 抗 剪 连 接 件 数 量 少 于 完 全 抗 剪 连 接 所 需 要 的 抗 剪 连 接 件 数 量, 如 压 型 钢 板 混 凝 土 组 合 梁 等, 此 时 应 按 照 部 分 抗 剪 连 接 计 算 其 抗 弯 承 载 力 国 内 外 研 究 成 果 表 明, 在 承 载 力 和 变 形 都 能 满 足 要 求 时, 采 用 部 分 抗 剪 连 接 组 合 梁 是 可 行 的 由 于 梁 的 跨 度 愈 大 对 连 接 件 柔 性 性 能 要 求 愈 高, 所 以 用 这 种 109

115 方 法 设 计 的 组 合 梁 其 跨 度 不 宜 超 过 0m 本 条 为 003 版 的 修 改 尽 管 连 续 组 合 梁 负 弯 矩 区 是 混 凝 土 受 拉 而 钢 梁 受 压, 但 组 合 梁 具 有 较 好 的 内 力 重 分 布 性 能, 故 仍 然 具 有 较 好 的 经 济 效 益 负 弯 矩 区 可 以 利 用 混 凝 土 板 钢 筋 和 钢 梁 共 同 抵 抗 弯 矩, 通 过 弯 矩 调 幅 后 可 使 连 续 组 合 梁 的 结 构 高 度 进 一 步 减 小 欧 洲 规 范 4 建 议, 当 采 用 非 开 裂 分 析 时, 对 于 第 一 类 截 面, 调 幅 系 数 可 取 40%, 第 二 类 截 面 30%, 第 三 类 截 面 0%, 第 四 类 截 面 10%, 而 GB 给 出 的 符 合 塑 性 调 幅 设 计 法 要 求 的 截 面 基 本 满 足 第 一 类 截 面 要 求, 且 全 部 满 足 第 二 类 截 面 要 求 因 此 GB 规 定 的 不 超 过 15% 的 调 幅 系 数 比 欧 洲 规 范 保 守 得 多, 根 据 连 续 组 合 梁 的 试 验 结 果,15% 也 低 估 了 连 续 组 合 梁 良 好 的 内 力 重 分 布 性 能, 影 响 了 连 续 组 合 梁 经 济 效 益 的 发 挥 本 次 修 订 将 连 续 组 合 梁 承 载 能 力 验 算 时 的 弯 矩 调 幅 系 数 上 限 定 为 30% 本 条 为 新 增 条 文 组 合 梁 的 纵 向 抗 剪 验 算 作 为 组 合 梁 设 计 最 为 特 殊 的 一 部 分, 应 引 起 足 够 的 重 视 本 次 修 订 增 加 了 15.6 条, 专 门 就 组 合 梁 的 纵 向 抗 剪 验 算 进 行 详 细 说 明 因 为 板 托 对 组 合 梁 的 强 度 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 影 响 很 小, 故 可 不 考 虑 其 作 用 15. 组 合 梁 设 计 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 为 003 版 的 修 改 连 续 组 合 梁 的 中 间 支 座 截 面 的 弯 矩 和 剪 力 都 较 大 钢 梁 由 于 同 时 受 弯 剪 作 用, 截 面 的 极 限 抗 弯 承 载 能 力 会 有 所 降 低 GB 只 给 出 了 不 考 虑 弯 矩 和 剪 力 相 互 影 响 的 条 件, 对 于 不 满 足 此 条 件 的 情 况 如 何 考 虑 弯 矩 和 剪 力 的 相 互 影 响 没 有 给 出 相 应 设 计 方 法 本 次 修 订 采 用 了 欧 洲 规 范 4 建 议 的 相 关 设 计 方 法, 对 于 正 弯 矩 区 组 合 梁 截 面 不 用 考 虑 弯 矩 和 剪 力 的 相 互 影 响, 对 于 负 弯 矩 区 组 合 梁 截 面, 通 过 对 钢 梁 腹 板 强 度 的 折 减 来 考 虑 剪 力 和 弯 矩 的 相 互 作 用, 其 代 表 的 组 合 梁 负 弯 矩 弯 剪 承 载 力 相 关 关 系 为 : 1 如 果 竖 向 剪 力 设 计 值 V 不 大 于 竖 向 塑 性 抗 剪 承 载 力 V p 的 一 半, 即 V 0.5V p 时, 竖 向 剪 力 对 抗 弯 承 载 力 的 不 利 影 响 可 以 忽 略, 抗 弯 计 算 时 可 以 利 用 整 个 组 合 截 面 如 果 竖 向 剪 力 设 计 值 V 等 于 竖 向 塑 性 抗 剪 承 载 力 V p, 即 V=V p, 则 钢 梁 腹 板 只 用 于 抗 剪, 不 能 再 承 担 外 荷 载 引 起 的 弯 矩, 此 时 的 设 计 弯 矩 由 混 凝 土 翼 板 有 效 宽 度 内 的 纵 向 钢 筋 和 钢 梁 上 下 翼 缘 共 同 承 担 3 如 果 0.5V p <V<V p, 弯 剪 作 用 的 相 关 曲 线 则 用 一 段 抛 物 线 表 示 110

116 15.3 抗 剪 连 接 件 的 计 算 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 目 前 应 用 最 广 泛 的 抗 剪 连 接 件 为 圆 柱 头 焊 钉 连 接 件, 在 没 有 条 件 使 用 焊 钉 连 接 件 的 地 区, 可 以 采 用 槽 钢 连 接 件 代 替 GB 中 给 出 的 弯 筋 连 接 件 施 工 不 太 方 便, 质 量 难 以 保 证, 不 推 荐 使 用, 故 此 次 修 订 取 消 了 弯 筋 连 接 件 的 相 关 条 文 内 容 本 条 给 出 的 连 接 件 抗 剪 承 载 力 设 计 值 计 算 公 式 是 通 过 推 导 与 试 验 所 确 定 的 1 圆 柱 头 焊 钉 连 接 件 : 试 验 表 明, 焊 钉 在 混 凝 土 中 的 抗 剪 工 作 类 似 于 弹 性 地 基 梁, 在 焊 钉 根 部 混 凝 土 受 局 部 承 压 作 用, 因 而 影 响 抗 剪 承 载 力 的 主 要 因 素 有 : 焊 钉 的 直 径 ( 或 焊 钉 的 截 面 积 A s =d /4) 混 凝 土 的 弹 性 模 量 E c 以 及 混 凝 土 的 强 度 等 级 当 焊 钉 长 度 为 直 径 的 4 倍 以 上 时, 焊 钉 抗 剪 承 载 力 为 : N = 0.5A E f c Actual v s c c (4) 该 公 式 既 可 用 于 普 通 混 凝 土, 也 可 用 于 轻 骨 料 混 凝 土 考 虑 可 靠 度 的 因 素 后, 公 式 (4) 中 的 Actual f c 除 应 以 混 凝 土 的 轴 心 抗 压 强 度 f c 代 替 外, 尚 应 乘 以 折 减 系 数 0.85, 这 样 就 得 到 条 文 中 的 焊 钉 抗 剪 承 载 力 设 计 公 式 ( ) 试 验 研 究 表 明, 焊 钉 的 抗 剪 承 载 力 并 非 随 着 混 凝 土 强 度 的 提 高 而 无 限 地 提 高, 存 在 一 个 与 焊 钉 抗 拉 强 度 有 关 的 上 限 值, 该 上 限 值 为 0.7A s f u, 约 相 当 于 焊 钉 的 极 限 抗 剪 强 度 根 据 国 标 电 弧 螺 柱 焊 用 圆 柱 头 焊 钉 GB/T 的 相 关 规 定, 圆 柱 头 焊 钉 的 极 限 强 度 设 计 值 f u 不 得 小 于 400MPa 槽 钢 连 接 件 : 其 工 作 性 能 与 焊 钉 相 似, 混 凝 土 对 其 影 响 的 因 素 亦 相 同, 只 是 槽 钢 连 接 件 根 部 的 混 凝 土 局 部 承 压 区 局 限 于 槽 钢 上 翼 缘 下 表 面 范 围 内 各 国 规 范 中 采 用 的 公 式 基 本 上 是 一 致 的, 我 国 在 这 方 面 的 试 验 也 极 为 接 近, 即 : ( ) N = 0.3 t + 0.5t l E f c Actual v w c c c (5) 考 虑 可 靠 度 的 因 素 后, 公 式 (5) 中 的 Actual f c 除 应 以 混 凝 土 的 轴 心 抗 压 强 度 设 计 值 fc 代 替 外, 尚 应 再 乘 以 折 减 系 数 0.85, 这 样 就 得 到 条 文 中 的 抗 剪 承 载 力 设 计 值 公 式 ( ) 抗 剪 连 接 件 起 抗 剪 和 抗 拔 作 用, 一 般 情 况 下, 连 接 件 的 抗 拔 要 求 自 然 满 足, 不 需 要 专 门 验 算 有 时 在 负 弯 矩 区, 为 了 释 放 混 凝 土 板 的 拉 应 力, 也 可 以 采 用 只 有 抗 拔 作 用 而 无 抗 剪 作 用 的 特 殊 连 接 件 本 条 沿 用 003 版 的 采 用 压 型 钢 板 混 凝 土 组 合 板 时, 其 抗 剪 连 接 件 一 般 用 111

117 圆 柱 头 焊 钉 由 于 焊 钉 需 穿 过 压 型 钢 板 而 焊 接 至 钢 梁 上, 且 焊 钉 根 部 周 围 没 有 混 凝 土 的 约 束, 当 压 型 钢 板 肋 垂 直 于 钢 梁 时, 由 压 型 钢 板 的 波 纹 形 成 的 混 凝 土 肋 是 不 连 续 的, 故 对 焊 钉 的 抗 剪 承 载 力 应 予 以 折 减 本 条 规 定 的 折 减 系 数 是 根 据 试 验 分 析 而 得 到 的 本 条 沿 用 003 版 的 当 焊 钉 位 于 负 弯 矩 区 时, 混 凝 土 翼 缘 处 于 受 拉 状 态, 焊 钉 周 围 的 混 凝 土 对 其 约 束 程 度 不 如 位 于 正 弯 矩 区 的 焊 钉 受 到 其 周 围 混 凝 土 的 约 束 程 度 高, 故 位 于 负 弯 矩 区 的 焊 钉 抗 剪 承 载 力 也 应 予 以 折 减 本 条 为 003 版 的 修 改 和 补 充 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, 所 以 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 GB 以 最 大 正 负 弯 矩 截 面 以 及 零 弯 矩 截 面 作 为 界 限, 把 组 合 梁 分 为 若 干 剪 跨 区 段, 然 后 在 每 个 剪 跨 区 段 进 行 均 匀 布 置, 但 这 样 划 分 对 于 连 续 组 合 梁 仍 然 不 太 方 便, 同 时 也 没 有 充 分 发 挥 柔 性 抗 剪 连 接 件 良 好 的 剪 力 重 分 布 能 力 此 次 修 订 为 了 进 一 步 方 便 设 计 人 员 设 计, 进 一 步 合 并 剪 跨 区 段, 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 15.4 挠 度 计 算 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 沿 用 003 版 的 负 弯 矩 区 裂 缝 宽 度 计 算 本 节 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 混 凝 土 的 抗 拉 强 度 很 低, 因 此 对 于 没 有 施 加 预 应 力 的 连 续 组 合 梁, 负 弯 矩 区 的 混 凝 土 翼 板 很 容 易 开 裂, 且 往 往 贯 通 混 凝 土 翼 板 的 上 下 表 面, 但 下 表 面 裂 缝 宽 度 一 般 均 小 于 上 表 面, 计 算 时 可 不 予 验 算 引 起 组 合 梁 翼 板 开 裂 的 因 素 很 多, 如 材 料 质 量 施 工 工 艺 环 境 条 件 以 及 荷 载 作 用 等 混 凝 土 翼 板 开 裂 后 会 降 低 结 构 的 刚 度, 并 影 响 其 外 观 及 耐 久 性, 如 板 顶 面 的 裂 缝 容 易 渗 入 水 分 或 其 它 腐 蚀 性 物 质, 加 速 钢 筋 的 锈 蚀 和 混 凝 土 的 碳 化 等 因 此, 应 对 正 常 使 用 条 件 下 的 连 续 组 合 梁 的 裂 缝 宽 度 进 行 验 算, 其 最 大 裂 缝 宽 度 不 得 超 过 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 GB 的 限 值 相 关 试 验 研 究 结 果 表 明, 组 合 梁 负 弯 矩 区 混 凝 土 翼 板 的 受 力 状 况 与 钢 筋 混 凝 土 轴 心 受 拉 构 件 相 似, 因 此 可 采 用 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 GB 的 有 关 公 式 计 算 组 合 梁 负 弯 矩 区 的 最 大 裂 缝 宽 度 在 验 算 混 凝 土 裂 缝 时, 可 仅 按 荷 载 的 标 准 组 合 进 行 计 算, 因 为 在 荷 载 标 准 组 合 下 计 算 裂 缝 的 公 式 中 已 考 虑 了 荷 载 长 期 作 用 的 影 响 11

118 15.5. 连 续 组 合 梁 负 弯 矩 开 裂 截 面 纵 向 受 拉 钢 筋 的 应 力 水 平 s sk 是 决 定 裂 缝 宽 度 的 重 要 因 素 之 一, 要 计 算 该 应 力 值, 需 要 得 到 标 准 荷 载 作 用 下 截 面 负 弯 矩 组 合 值 M k, 由 于 支 座 混 凝 土 的 开 裂 导 致 截 面 刚 度 下 降, 正 常 使 用 极 限 状 态 连 续 组 合 梁 会 出 现 内 力 重 分 布 现 象, 可 以 采 用 调 幅 系 数 法 考 虑 内 力 重 分 布 对 支 座 负 弯 矩 的 降 低, 试 验 证 明, 正 常 使 用 极 限 状 态 弯 矩 调 幅 系 数 上 限 取 为 15% 是 可 行 的 需 要 指 出 的 是,Mk 的 计 算 需 要 考 虑 施 工 步 骤 的 影 响, 仅 考 虑 形 成 组 合 截 面 之 后 施 工 阶 段 荷 载 及 使 用 阶 段 续 加 荷 载 产 生 的 弯 矩 值 此 外, 对 于 悬 臂 组 合 梁,M k 应 根 据 平 衡 条 件 计 算 15.6 纵 向 抗 剪 计 算 本 节 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 国 内 外 众 多 试 验 表 明, 在 剪 力 连 接 件 集 中 剪 力 作 用 下, 组 合 梁 混 凝 土 板 可 能 发 生 纵 向 开 裂 现 象, 组 合 梁 纵 向 抗 剪 能 力 与 混 凝 土 板 尺 寸 及 板 内 横 向 钢 筋 的 配 筋 率 等 因 素 密 切 相 关, 作 为 组 合 梁 设 计 最 为 特 殊 的 一 部 分, 组 合 梁 纵 向 抗 剪 验 算 应 引 起 足 够 的 重 视 沿 着 一 个 既 定 的 平 面 抗 剪 称 为 界 面 抗 剪, 组 合 梁 的 混 凝 土 板 ( 承 托 翼 板 ) 在 纵 向 水 平 剪 力 作 用 时 属 于 界 面 抗 剪 图 给 出 对 应 不 同 翼 板 形 式 的 组 合 梁 纵 向 抗 剪 最 不 利 界 面, a-a 抗 剪 界 面 长 度 为 混 凝 土 板 厚 度 ;b-b 抗 剪 截 面 长 度 取 刚 好 包 络 焊 钉 外 缘 时 对 应 的 长 度 ; c-c,d-d 抗 剪 界 面 长 度 取 最 外 侧 的 焊 钉 外 边 缘 连 线 长 度 加 上 距 承 托 两 侧 斜 边 轮 廓 线 的 垂 线 长 度 组 合 梁 单 位 纵 向 长 度 内 受 剪 界 面 上 的 纵 向 剪 力 v l,1 可 以 按 实 际 受 力 状 态 计 算, 也 可 以 按 极 限 状 态 下 的 平 衡 关 系 计 算 按 实 际 受 力 状 态 计 算 时, 采 用 弹 性 分 析 方 法, 计 算 较 为 繁 琐 ; 而 按 极 限 状 态 下 的 平 衡 关 系 计 算 时, 采 用 塑 性 简 化 分 析 方 法, 计 算 方 便, 且 和 承 载 能 力 塑 性 调 幅 设 计 法 方 法 相 统 一, 同 时 公 式 偏 于 安 全, 故 本 规 范 建 议 采 用 塑 性 简 化 分 析 方 法 计 算 组 合 梁 单 位 纵 向 长 度 内 受 剪 界 面 上 的 纵 向 剪 力 国 内 外 众 多 研 究 成 果 表 明, 组 合 梁 混 凝 土 板 纵 向 抗 剪 能 力 主 要 由 混 凝 土 和 横 向 钢 筋 两 部 分 提 供, 横 向 钢 筋 配 筋 率 对 组 合 梁 纵 向 抗 剪 承 载 力 影 响 最 为 显 著 197 年,A.H.Mattock 和 N.M.Hawkins 通 过 对 剪 力 传 递 的 研 究, 提 出 了 普 通 钢 筋 混 凝 土 板 的 抗 剪 强 度 公 式 : V lu,1 =1.38b f +0.8A e f r 0.3f c b f 本 细 则 基 于 上 述 纵 向 抗 剪 计 算 模 型, 结 合 国 内 外 已 有 的 试 验 研 究 成 果, 对 混 凝 土 抗 剪 贡 献 一 项 作 适 当 调 整, 得 到 了 公 式 ( ) 和 ( ), 该 公 式 考 虑 了 混 凝 土 强 度 等 级 对 混 凝 土 板 抗 剪 贡 献 的 影 响 113

119 组 合 梁 混 凝 土 翼 板 的 横 向 钢 筋 中, 除 了 板 托 中 的 横 向 钢 筋 A bh 外, 其 余 的 横 向 钢 筋 A t 和 A b 可 同 时 作 为 混 凝 土 板 的 受 力 钢 筋 和 构 造 钢 筋 使 用, 并 应 满 足 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 GB 的 有 关 构 造 要 求 此 条 规 定 的 组 合 梁 横 向 钢 筋 最 小 配 筋 率 要 求 是 为 了 保 证 组 合 梁 在 达 到 承 载 力 极 限 状 态 之 前 不 发 生 纵 向 剪 切 破 坏, 并 考 虑 到 荷 载 长 期 效 应 和 混 凝 土 收 缩 等 不 利 因 素 的 影 响 15.7 构 造 要 求 本 条 为 003 版 的 的 修 改 组 合 梁 的 高 跨 比 一 般 为 h/l 1/15~1/0, 为 使 钢 梁 的 抗 剪 强 度 与 组 合 梁 的 抗 弯 强 度 相 协 调, 钢 梁 截 面 高 度 h s 宜 大 于 组 合 梁 截 面 高 度 h 的 1/, 即 h h s 本 条 沿 用 为 003 版 的 本 条 沿 用 为 003 版 的 本 条 为 003 版 的 修 改 与 补 充 本 条 为 抗 剪 连 接 件 的 构 造 要 求 圆 柱 头 焊 钉 钉 头 下 表 面 或 槽 钢 连 接 件 上 翼 缘 下 表 面 应 高 出 混 凝 土 底 部 钢 筋 30mm 的 要 求, 主 要 是 为 了 :(1) 保 证 连 接 件 在 混 凝 土 翼 板 与 钢 梁 之 间 发 挥 抗 掀 起 作 用 ;() 底 部 钢 筋 能 作 为 连 接 件 根 部 附 近 混 凝 土 的 横 向 配 筋, 防 止 混 凝 土 由 于 连 接 件 的 局 部 受 压 作 用 而 开 裂 连 接 件 沿 梁 跨 度 方 向 的 最 大 间 距 规 定, 主 要 是 为 了 防 止 在 混 凝 土 翼 板 与 钢 梁 接 触 面 间 产 生 过 大 的 裂 缝, 影 响 组 合 梁 的 整 体 工 作 性 能 和 耐 久 性 此 外, 焊 钉 能 为 钢 板 提 供 有 效 的 面 外 约 束, 因 此 具 有 提 高 板 件 受 压 局 部 稳 定 性 的 作 用, 若 焊 钉 的 间 距 足 够 小, 那 么 即 使 板 件 不 符 合 塑 性 调 幅 设 计 法 要 求 的 宽 厚 比 限 值, 同 样 能 够 在 达 到 塑 性 极 限 承 载 力 之 前 不 发 生 局 部 屈 曲, 此 时 也 可 采 用 塑 性 方 法 进 行 设 计 而 不 受 板 件 宽 厚 比 限 制, 本 次 修 订 参 考 了 欧 洲 规 范 4 的 相 关 条 文, 给 出 了 不 满 足 板 件 宽 厚 比 限 值 仍 可 采 用 塑 性 调 幅 设 计 法 方 法 的 焊 钉 最 大 间 距 要 求 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 条 中 关 于 焊 钉 最 小 间 距 的 规 定, 主 要 是 为 了 保 证 焊 钉 的 抗 剪 承 载 力 能 充 分 发 挥 作 用 焊 钉 高 度 一 般 不 大 于 h e + 75, 主 要 是 从 经 济 方 面 考 虑 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 条 中 关 于 板 托 中 U 型 横 向 加 强 钢 筋 的 规 定, 主 要 是 因 为 板 托 中 邻 近 钢 梁 上 翼 缘 的 部 分 混 凝 土 受 到 抗 剪 连 接 件 的 局 部 压 力 作 用, 容 易 产 生 劈 裂, 需 要 配 筋 加 强 组 合 梁 承 受 负 弯 矩 时, 钢 箱 梁 底 板 受 压, 在 其 上 方 浇 筑 的 混 凝 土 与 钢 箱 梁 底 板 形 成 组 合 作 用, 可 共 同 承 受 压 力, 并 有 效 提 高 受 压 钢 板 的 稳 定 性 此 外, 在 梁 端 负 弯 矩 区 剪 力 较 114

120 大 的 区 域, 为 提 高 其 抗 剪 承 载 力 和 刚 度, 可 在 钢 箱 梁 腹 板 内 侧 设 置 抗 剪 连 接 件 并 浇 筑 混 凝 土 以 充 分 发 挥 钢 梁 腹 板 和 内 填 混 凝 土 的 组 合 抗 剪 作 用 115

121 16 钢 管 混 凝 土 组 合 柱 及 节 点 16.1 一 般 规 定 本 章 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 本 节 规 定 的 钢 管 混 凝 土 构 件 的 设 计 和 计 算 不 适 用 与 直 接 承 受 动 力 荷 载 的 情 况, 本 规 程 编 制 的 理 论 分 析 实 验 研 究 和 工 程 应 用 总 结 都 是 建 立 在 静 力 荷 载 或 间 接 动 力 荷 载 作 用 的 基 础 上 的 混 凝 土 的 湿 重 在 现 行 国 家 标 准 建 筑 结 构 荷 载 规 范 GB50009 中 未 作 规 定, 可 以 参 考 建 筑 结 构 荷 载 规 范 给 出 的 素 混 凝 土 自 重 ~4kN/m 3 取 用 在 高 层 建 筑 和 单 层 厂 房 中, 一 般 可 先 安 装 空 钢 管, 然 后 一 次 性 向 管 内 浇 灌 混 凝 土 或 连 续 施 工 浇 灌 混 凝 土 这 时, 钢 管 中 存 在 初 应 力, 将 影 响 柱 的 稳 定 承 载 力 为 了 控 制 此 影 响 在 5% 以 内, 经 分 析, 应 控 制 初 应 力 不 超 过 钢 材 受 压 强 度 设 计 值 的 60% 本 条 规 定 是 保 证 管 壁 局 部 稳 定 的 要 求 圆 钢 管 的 规 定 是 基 于 空 钢 管 轴 心 受 压 时 分 析 的 结 果 ; 对 于 管 内 存 在 混 凝 土 的 情 况 是 偏 于 安 全 的 矩 形 钢 管 的 规 定 是 参 考 澳 大 利 亚 标 准 AS 4100 的 规 定 制 定 的, 是 针 对 四 边 形 钢 管 混 凝 土 轴 压 构 件 的 研 究 结 果 16. 矩 形 钢 管 混 凝 土 柱 设 计 根 据 钢 管 和 混 凝 土 共 同 工 作 的 机 制, 可 得 到 轴 心 受 压 构 件 的 承 载 力 设 计 值 计 算 公 式 为 : N = a ( fa + f A ) s c c (16..1) 式 中,a 是 与 钢 管 对 混 凝 土 的 约 束 效 应 和 混 凝 土 徐 变 对 承 载 力 影 响 等 因 素 有 关 的 系 数 前 者 对 混 凝 土 的 强 度 有 所 提 高, 后 者 则 相 反 考 虑 到 a 的 影 响 因 素 比 较 复 杂, 且 对 矩 形 钢 管 混 凝 土 轴 心 受 压 构 件 承 载 力 的 提 高 有 限, 对 于 管 壁 较 薄 的 构 件 更 是 如 此, 为 了 使 用 方 便, 本 规 程 取 a =1( 这 一 方 法 也 为 美 国 AISC 日 本 英 国 等 国 家 规 范 所 采 用 ), 即 得 到 本 规 程 的 公 式 (16..1-) 各 种 矩 形 钢 管 混 凝 土 构 件 公 式 计 算 值 和 试 验 值 的 比 较 汇 总 于 表 表 中 前 三 项, 计 算 值 与 试 验 值 之 比 小 于 1 表 示 按 公 式 计 算 偏 于 安 全, 大 于 1 表 示 偏 于 不 安 全 ; 表 中 后 两 项, 计 算 值 与 试 验 值 之 比 大 于 1 表 示 按 公 式 计 算 偏 于 安 全, 小 于 1 表 示 偏 于 不 安 全 统 计 结 果 表 明 本 规 程 的 计 算 方 法 是 可 取 的 116

122 表 公 式 计 算 值 与 试 验 值 的 比 较 序 号 计 算 公 式 试 件 数 量 n 最 小 值 最 大 值 平 均 值 ( X * ) 方 差 ( s ) 1 轴 压 强 度 公 式 轴 压 稳 定 公 式 纯 弯 强 度 公 式 压 弯 强 度 公 式 压 弯 稳 定 公 式 根 据 试 验 资 料, 矩 形 钢 管 混 凝 土 轴 心 受 压 构 件 的 受 力 较 接 近 于 钢 构 件, 因 此 采 用 与 钢 结 构 类 似 的 计 算 公 式 (16..-1) 公 式 中 的 轴 心 受 压 稳 定 系 数 也 近 似 地 采 用 现 行 国 家 标 准 钢 结 构 设 计 规 范 GB 中 的 b 曲 线 构 件 的 长 细 比 则 按 考 虑 钢 管 和 管 内 混 凝 土 共 同 工 作 后 的 公 式 计 算 当 量 回 转 半 径 ro ( ) 计 算 公 式 ( ) 的 推 导 过 程 如 下 : 矩 形 钢 管 混 凝 土 柱 的 欧 拉 p EaIa + EcI c p E 力 a p Ea NE = = ( faa + fc Ac ) = N, 即 公 式 ( ) 式 中, u l l f l f 0 l l = r 0 0 r0 =, Ia + IcEc Ea A + A f f a c c, 即 公 式 (16..3-) 和 公 式 ( ) 由 于 混 凝 土 的 抗 拉 强 度 相 对 于 钢 材 很 小, 在 计 算 矩 形 钢 管 混 凝 土 轴 心 受 拉 构 件 时, 可 不 计 入 混 凝 土 的 作 用, 只 考 虑 由 矩 形 钢 管 抵 抗 所 有 的 拉 力, 由 此 可 得 到 本 规 程 矩 形 钢 管 混 凝 土 的 抗 拉 承 载 力 计 算 公 式 (16..4) 按 叠 加 理 论, 弯 矩 作 用 在 一 个 主 平 面 内 的 矩 形 钢 管 混 凝 土 压 弯 构 件, 其 承 载 力 应 满 足 下 式 的 要 求 : N + c s N N ( ) N A s s M + f ( ) W 式 中 N c c 为 混 凝 土 轴 心 受 压 承 载 力 强 度 设 计 值, N = Ac fc ;N s 为 矩 形 钢 管 部 分 承 担 的 轴 向 力 设 计 值, 大 小 为 总 轴 力 减 去 混 凝 土 部 分 承 担 的 轴 向 力 设 计 值 ;W 为 矩 形 钢 管 的 净 截 面 抵 抗 矩 117

123 16..6 弯 矩 作 用 在 一 个 主 平 面 内 的 矩 形 钢 管 混 凝 土 压 弯 构 件 的 稳 定 性 分 析, 是 在 矩 形 钢 管 混 凝 土 压 弯 构 件 的 强 度 分 析 的 基 础 上, 结 合 轴 心 受 压 构 件 的 稳 定 性 分 析, 比 照 我 国 现 行 国 家 标 准 钢 结 构 设 计 规 范 GB 的 设 计 方 法 得 出 的 公 式 中 的 b 是 等 效 弯 矩 系 数, 取 值 N 与 现 行 国 家 标 准 钢 结 构 设 计 规 范 GB 相 同 ; 公 式 分 母 中 的 (1-0.8 ) 是 考 虑 在 N Ex 弹 塑 性 阶 段 轴 力 N 引 起 弯 矩 增 大 的 影 响 与 试 验 结 果 对 比 后, 表 明 这 种 方 法 简 明, 物 理 意 义 清 楚, 对 于 实 际 工 程 设 计 是 适 用 的 由 于 压 弯 构 件 在 两 个 主 轴 方 向 的 长 细 比 不 一 定 相 同, 因 此 有 必 要 进 行 弯 矩 作 用 平 面 外 的 稳 定 性 计 算 由 于 目 前 弯 矩 作 用 在 平 面 外 的 失 稳 缺 乏 试 验 资 料, 无 法 与 公 式 计 算 进 行 比 较, 有 待 今 后 在 这 方 面 继 续 做 些 工 作 按 叠 加 理 论, 弯 矩 作 用 在 一 个 主 平 面 内 ( 绕 x 轴 ) 的 矩 形 钢 管 混 凝 土 压 弯 构 件, 其 弯 矩 作 用 平 面 内 的 稳 定 性 应 满 足 下 式 的 要 求 : c s N j ( N + N ) ( ) X s N j A X s + W X M X (1-0.8 N N EX ) f ( ) 式 中 N EX 为 欧 拉 临 界 力, N = p l ( ) EX EA/ X A 为 方 矩 形 钢 管 混 凝 土 等 代 全 钢 面 积, fc A = As + Ac ( ) f 同 时, 弯 矩 作 用 平 面 外 的 稳 定 性 应 满 足 下 式 的 要 求 : c s N j ( N + N ) ( ) y s N j A y s M W X X f ( ) 弯 矩 作 用 在 一 个 主 平 面 内 的 矩 形 钢 管 混 凝 土 拉 弯 构 件 的 计 算 公 式 中 不 考 虑 混 凝 土 的 抗 拉 强 度, 认 为 拉 应 力 只 由 钢 管 承 当, 混 凝 土 只 受 压 运 用 极 限 状 态 理 论 可 得, 在 极 限 状 态 下 钢 管 混 凝 土 拉 弯 构 件 的 N-M 相 关 曲 线, 即 本 规 程 式 ( ) 由 于 目 前 关 于 钢 管 混 凝 土 拉 弯 构 件 承 载 力 的 试 验 很 少, 不 能 对 公 式 计 算 结 果 进 行 比 较, 有 待 今 后 在 这 方 面 再 做 工 作 118

124 16..9 弯 矩 作 用 在 两 个 主 平 面 内 的 双 轴 压 弯 构 件 的 强 度 计 算 公 式 ( ) 和 (16..9-) 是 在 单 轴 压 弯 构 件 强 度 计 算 的 基 础 上 加 以 推 广 而 得 的 按 叠 加 理 论, 弯 矩 作 用 在 两 个 主 面 内 的 双 轴 压 弯 矩 形 钢 管 混 凝 土 构 件, 其 承 载 力 应 满 足 下 式 的 要 求 : N + c s N N 即 公 式 ( ) N A s s M M x y + + f ( ) W W x y 式 中 M x M y 为 绕 x y轴 的 弯 矩 设 计 值 ; W x W y 方 矩 形 钢 管 对 x y轴 的 净 截 面 抵 抗 矩 双 轴 压 弯 矩 形 钢 管 混 凝 土 构 件 的 稳 定 计 算 公 式 ( ) 和 ( ) 是 根 据 单 轴 压 弯 构 件 结 合 双 轴 压 弯 构 件 的 受 力 特 点 得 出 的 由 于 目 前 关 于 钢 管 混 凝 土 双 轴 压 弯 构 件 承 载 力 的 试 验 很 少, 不 能 对 公 式 计 算 结 果 进 行 分 析 比 较, 有 待 今 后 在 这 方 面 做 工 作 按 叠 加 理 论, 弯 矩 作 用 在 两 个 主 平 面 内 的 双 轴 压 弯 构 件, 其 稳 定 性 按 下 列 规 定 计 算 : c s N j ( N + N ) 即 ( ) x c s N j ( N + N ) 即 ( ) y s N M x + j x As W (1-0.8 x s N M y + j y As W (1-0.8 y N N EX N N Ey 0.7M + ) Wy 0.7M + ) Wx y x f f ( ) ( ) 式 中 N Ey为 欧 拉 临 界 力 NEy EA / y = p l ( ) l y为 弯 矩 作 用 平 面 外 的 长 细 比 双 轴 拉 弯 矩 形 钢 管 混 凝 土 构 件 的 强 度 计 算 公 式 ( ) 是 由 弯 矩 作 用 在 一 个 主 平 面 内 的 矩 形 钢 管 混 凝 土 拉 弯 构 件 计 算 公 式 推 广 而 得 的 16.3 圆 钢 管 混 凝 土 柱 设 计 圆 钢 管 混 凝 土 柱 轴 心 受 压 承 载 力 计 算 1 关 于 受 压 强 度 设 计 值 119

125 1993 年 原 哈 尔 滨 建 筑 工 程 学 院 ( 现 哈 尔 滨 工 业 大 学 土 木 工 程 学 院 ) 首 次 采 用 有 限 元 法 导 得 实 心 钢 管 混 凝 土 轴 压 构 件 轴 向 压 力 与 纵 向 应 变 的 全 过 程 曲 线 确 定 曲 线 由 弹 塑 性 阶 段 终 了 进 入 强 化 阶 段 时 为 构 件 的 抗 压 强 度 标 准 值, 无 强 化 阶 段 而 极 值 破 坏 时, 则 以 极 值 点 的 平 均 应 力 为 构 件 的 抗 压 强 度 标 准 值 (fsc hy)) 经 分 析, 对 各 种 钢 材 和 混 凝 土, 以 及 不 同 含 钢 率, 如 有 弹 塑 性 阶 段 和 强 化 阶 段 时, 该 点 均 在 纵 向 压 应 变 约 为 3000με 处 如 无 强 化 阶 段 而 为 极 值 破 坏 时, 则 在 3000με 前 破 坏 见 图 图 轴 心 受 压 时 的 平 均 应 力 与 纵 向 应 变 的 关 系 全 曲 线 及 抗 压 强 度 标 准 值 关 于 管 内 混 凝 土 的 徐 变 利 用 有 限 元 法 计 算 出 钢 管 混 凝 土 构 件 中 核 心 混 凝 土 的 自 由 徐 变 量 构 徐 变 量 和 核 心 混 凝 土 的 卸 载 徐 变 量 该 有 限 元 程 序 中 相 关 的 徐 变 参 数 设 置 是 由 已 有 混 凝 土 试 验 数 据 得 到, 并 经 钢 管 混 凝 土 构 件 受 压 试 验 验 证 是 合 理 的 得 到 徐 变 量 后, 从 徐 变 发 生 前 后 钢 与 混 凝 土 切 线 模 量 的 变 化, 引 起 的 折 算 模 量 变 化 来 分 析 计 算 构 件 的 稳 定 承 载 能 力 的 折 减, 得 到 徐 变 对 钢 管 混 凝 土 受 压 构 件 稳 定 承 载 力 的 影 响, 及 与 钢 材 型 号 混 凝 土 强 度 级 别 恒 载 占 设 计 荷 载 百 分 比 和 长 细 比 等 因 素 的 关 系, 计 算 出 徐 变 后 构 件 稳 定 承 载 力 的 影 响 系 数 k c 1) 考 虑 了 混 凝 土 强 度 和 模 量 随 龄 期 的 增 长 而 提 高, 及 混 凝 土 在 蒸 汽 养 护 条 件 下 强 度 和 模 量 提 高 等 有 利 因 素 ) 此 结 果 是 水 灰 比 为 0.3 时 的 情 况, 其 它 情 况 也 可 借 鉴 3) 管 内 混 凝 土 的 徐 变 主 要 发 生 在 1~3 个 月 内, 超 过 6 个 月 变 化 很 小, 并 在 1 年 左 右 几 乎 完 全 停 止 在 外 荷 载 作 用 下, 由 于 管 内 混 凝 土 发 生 徐 变 变 形, 产 生 内 力 重 分 布 现 象, 导 致 钢 管 和 管 中 混 凝 土 应 力 的 改 变, 二 者 的 模 量 发 生 变 化, 因 而 使 构 件 的 稳 定 承 载 力 发 生 变 化, 稳 定 承 载 力 下 降 对 于 偏 压 构 件, 只 在 小 偏 心 率 ( e / r ) 时, 徐 变 对 构 件 稳 定 承 载 力 才 有 影 响 此 条 规 定 可 用 于 炉 架 柱 和 高 层 建 筑 的 钢 管 混 凝 土 柱 的 设 计 此 处 e 和 r 0 分 别 是 荷 载 的 偏 心 和 管 柱 的 半 径 10

126 经 分 析 Q35 等 四 种 钢 材 的 徐 变 影 响 系 数, 相 差 不 大, 因 而 取 平 均 值, 得 规 范 中 的 k c 高 层 建 施 工 时, 都 采 用 分 层 浇 灌 管 内 混 凝 土, 因 而 混 凝 土 的 徐 变 要 小 得 多 经 分 析, 应 乘 以 小 于 1 的 系 数 k p 1 轴 压 比 的 控 制 是 防 止 构 件 的 脆 性 破 坏, 抗 震 调 正 系 数 γre 取 自 高 层 民 用 建 筑 钢 结 构 技 术 规 程 JGJ 年 采 用 有 限 元 法 导 得 圆 钢 管 混 凝 土 构 件 受 纯 扭 作 用 时 的 全 过 程 曲 线 ( 图 16.3.), 并 经 实 验 验 证 得 到 了 组 合 抗 剪 强 度, 是 取 对 应 于 最 大 剪 应 变 为 3500με 处 的 平 均 剪 应 力, 它 直 接 和 构 件 的 轴 压 强 度 有 关 图 钢 管 混 凝 土 构 件 受 纯 扭 时 最 大 剪 应 力 与 剪 应 变 全 过 程 曲 线 在 钢 管 混 凝 土 构 件 的 受 扭 过 程 中, 其 截 面 应 力 是 最 外 圈 应 力 最 大, 然 后 向 中 心 逐 步 发 展 塑 性, 所 以 钢 管 对 钢 管 混 凝 土 的 抗 扭 作 用 是 主 要 的 对 于 混 凝 土 来 讲, 对 钢 管 混 凝 土 的 受 扭 起 作 用 的 是 混 凝 土 的 抗 拉 强 度, 而 混 凝 土 的 抗 拉 强 度 是 很 小 的, 即 对 钢 管 混 凝 土 的 抗 扭 贡 献 很 小 但 是 在 钢 管 混 凝 土 中, 由 于 混 凝 土 对 钢 管 起 到 了 很 好 的 支 撑 作 用, 使 得 外 钢 管 能 够 很 好 的 发 展 塑 性, 现 假 设 外 钢 管 能 够 完 全 达 到 屈 服 强 度, 而 不 考 虑 混 凝 土 的 抗 扭 作 用, 则 可 以 得 到 如 下 形 式 : T = A f r» A f r u s y s y (1) 式 中 r r r 钢 管 受 扭 时 的 有 效 力 臂, 应 该 为 钢 管 中 心 环 线 到 圆 心 的 距 离, 即 r =, 但 考 虑 到 钢 管 通 常 较 薄, 可 近 似 取 为 r, 其 带 来 的 误 差 很 小 11

127 f y r0 r 图 纯 扭 时 计 算 模 型 公 式 (1) 是 假 设 外 钢 管 全 部 达 到 屈 服, 但 在 实 际 抗 扭 极 限 承 载 力 分 析 中, 我 们 只 考 虑 了 部 分 发 展 塑 性, 所 以 该 式 所 得 值 将 偏 大, 偏 于 不 安 全, 需 考 虑 折 减, 通 过 与 文 献 [ 钟 老 师 论 文 ] 中 的 试 验 数 据 对 比, 可 以 取 折 减 系 数 为 0.71, 则 原 公 式 变 为 : T = 0.71A f r u s y () 根 据 统 一 理 论, 把 钢 管 混 凝 土 当 作 统 一 材 料, 则 其 极 限 扭 矩 与 扭 剪 应 力 有 如 下 关 系 : T = W f u T sv (3) 式 中 : f sv ---- 钢 管 混 凝 土 的 极 限 剪 切 强 度 设 计 值 ; 3 WT ---- 截 面 抗 扭 抵 抗 矩, WT = p r 将 式 () 与 式 (53) 相 等, 则 得 到 钢 管 混 凝 土 的 等 效 极 限 剪 切 强 度 为 : f = 0.71 A f r W = 0.71( r - r ) f r = 1.4 f a (1 + a) sv s y T 0 y y (4) 从 式 (4) 中 看 出, 极 限 剪 切 强 度 f sv 只 与 钢 材 强 度 以 及 含 钢 率 有 关, 而 与 混 凝 土 等 级 无 关, 得 规 范 表 极 限 抗 剪 强 度, 乘 以 相 应 的 截 面 面 积 便 可 得 到 截 面 的 抗 剪 承 载 力 公 式, 即 : V0 = m f A = 0.71 f A sv ss sv ss (5) 式 中 m ---- 钢 管 混 凝 土 抗 剪 强 度 折 减 系 数 ; 由 于 等 效 抗 剪 极 限 强 度 是 通 过 纯 扭 的 极 限 平 衡 理 论 得 到 的, 而 钢 管 混 凝 土 在 受 纯 剪 荷 载 时, 其 截 面 剪 应 力 分 布 和 纯 扭 作 用 下 的 应 力 分 布 不 同 因 为 钢 管 混 凝 土 受 纯 剪 作 用 时, 最 大 剪 应 力 在 截 面 中 轴 上, 往 两 边 逐 渐 减 小, 故 要 考 虑 折 减, 通 过 与 参 考 文 献 中 公 式 计 算 结 果 对 比, 可 以 取 m = 0.71 计 算 公 式 中 的 抗 弯 承 载 力 M o ( 规 范 公 式 ) 是 采 用 有 限 元 法 导 得 实 心 钢 管 混 凝 土 受 弯 时 的 弯 矩 与 纵 向 纤 维 应 变 的 全 过 程 曲 线, 定 义 最 大 拉 应 变 为 10000με 时 的 弯 矩 为 抗 弯 极 限 ( 图 ) 同 时 考 虑 了 截 面 的 塑 性 发 展 1

128 图 受 弯 构 件 的 弯 矩 和 最 大 纵 向 拉 应 变 的 全 过 程 关 系 曲 线 钢 管 混 凝 土 构 件 受 拉 力 作 用 时, 管 内 混 凝 土 将 开 裂, 不 承 受 拉 力 作 用, 只 有 钢 管 承 担 全 部 拉 力 不 过, 钢 管 受 拉 力 作 用 而 伸 长 时, 径 向 将 收 缩 ; 但 却 受 到 管 内 混 凝 土 的 阻 碍, 而 成 为 纵 向 受 拉 而 环 向 也 受 拉 的 双 向 拉 应 力 状 态, 其 抗 拉 强 度 将 提 高 提 高 值 和 所 受 来 自 混 凝 土 的 阻 力 大 小 有 关 对 于 实 心 截 面, 钢 管 的 抗 拉 强 度 提 高 10% 统 一 理 论 把 钢 管 混 凝 土 视 为 单 一 材 料, 因 而 可 在 钢 结 构 设 计 规 范 稳 定 系 数 计 算 公 式 的 基 础 上, 将 稳 定 系 数 的 公 式 扩 展 到 钢 管 混 凝 土 受 压 构 件 上, 得 钢 管 混 凝 土 的 稳 定 系 数 的 统 一 计 算 公 式 1 é j = l + (1 + e ) - ( l + (1 + e )) - 4l l ê sc 其 中 正 则 长 细 比 定 义 为 : l sc sc sc sc sc L0 的 长 细 比 l sc =, L 0为 构 件 的 计 算 长 度, 回 转 半 径 i i sc ë û ( ) l f sc sc sc = Esc 是 钢 管 混 凝 土 组 合 弹 性 模 量 sc p Esc I A ù ú l 是 构 件 sc sc = 为 了 避 免 用 分 段 函 数 来 计 算 稳 定 系 数, 假 设 钢 管 混 凝 土 的 等 效 初 始 偏 心 率 为 : e sc = Kl sc 其 中, K 为 等 效 初 始 偏 心 率 系 数, 用 来 综 合 考 虑 不 同 含 钢 率 和 形 状 对 稳 定 系 数 的 影 响 N 经 过 分 析 计 算, 最 后 给 出 钢 管 混 凝 土 构 件 的 等 效 初 始 偏 心 率 系 数 为 : K = 0.5a 其 中 : a n -14 含 钢 率, 等 于 钢 材 面 积 与 混 凝 土 的 面 积 比 As / A c N 截 面 形 状 系 数, N =, n - 9 n 为 截 面 的 边 数, 对 于 圆 形 截 面, 则 N = 1 最 后 给 出 钢 管 混 凝 土 构 件 的 稳 定 系 数 计 算 公 式 为 : ( K ) 1 é (1 ) (1 ) 4 ù j = êl sc + + Klsc - l sc + + l sc - l sc ú l sc êë úû ( ) lsc fsc 通 过 大 量 的 试 验 对 比, 证 明 公 式 正 确 可 行 这 样 通 过 查 长 细 比 lsc = ( 含 钢 管 混 p E sc 13

129 凝 土 的 强 度 f sc 和 钢 管 混 凝 土 弹 性 模 量 E sc), 可 以 得 到 稳 定 系 数, 但 虽 然 查 l sc 方 便, 由 于 对 计 算 钢 管 混 凝 土 的 强 度 f sc 和 钢 管 混 凝 土 弹 性 模 量 E sc 并 不 方 便, 故 采 用 钢 结 构 的 处 理 方 法, 转 换 为 按 照 钢 材 的 强 度 和 弹 性 模 量 来 查 稳 定 系 数, 因 为 钢 材 的 这 些 值 都 是 确 定 的 这 样 的 话, 需 要 进 行 等 效 处 理, 具 体 如 下 : 由 条 文 说 明 知 道 : 0.19 f E f E k f y p f sc 35 y y sc = = p sc s = E sc e sc 0.67 f y ( ) 由 长 细 比 定 义 : l l f l 1 l 35 (0.001 f ) l 35 y sc sc sc sc ' y sc sc = = = kj = = 0.011(0.001 f y ) lsc p Esc p ke p p 式 中 ' k f 计 算 系 数, 具 体 形 式 如 下 : f ' y k f = f y ( ) ' 计 算 f y 和 k f 的 关 系 并 近 似 用 线 性 关 系 拟 合 回 归, 得 : ' k f y = j ( ) ( ) 由 此, 规 程 中 表 (16.3.6) 轴 压 构 件 的 稳 定 系 数 由 λ(0.001f y ) 查 得 与 80 个 实 验 结 果 相 比, 试 验 值 与 计 算 值 之 比, 平 均 值 为 1.14, 均 方 差 为 0.0, 符 合 良 好 圆 钢 管 混 凝 土 拉 弯 构 件 的 承 载 力 只 考 虑 钢 管 受 拉, 因 此 给 出 规 程 公 式 (16.3.7) 钢 管 混 凝 土 构 件 在 压 弯 扭 剪 共 同 作 用 下, 恒 决 定 于 稳 定, 因 而 只 给 出 了 验 算 稳 定 的 公 式 这 是 一 个 包 含 N,M,T 和 V 的 四 维 方 程 当 T=0 时, 为 N,M 和 V 的 三 维 方 程 当 T=V=0 时, 得 偏 心 受 压 的 相 关 曲 线, 如 图 所 示 稳 定 承 载 力 按 两 项 式 进 行 验 算, 见 规 范 公 式 ( ) 和 ( ), 式 中 M 0 按 式 ( ) 计 算 为 了 设 计 方 便, 规 程 公 式 ( ) 中 的 抗 弯 弹 性 模 量 E scm, 如 前 所 述, 可 取 E scm =1.3k E f sc 来 进 行 计 算, 对 结 果 影 响 很 小 由 此, 推 导 如 下 : N E = πe scm A sc /(1.1λ) =π (1.3k E f sc )Asc/(1.1λ) 10.6 k E N 0 /λ 只 有 在 计 算 结 构 变 形 时, 应 采 用 E scm 14

130 图 压 弯 ( 偏 心 受 压 ) 构 件 的 相 关 曲 线 计 算 公 式 中 的 抗 弯 承 载 力 M o ( 规 范 公 式 ) 是 采 用 有 限 元 法 导 得 钢 管 混 凝 土 受 弯 时 的 弯 矩 与 纵 向 纤 维 应 变 的 全 过 程 曲 线, 定 义 最 大 拉 应 变 为 10000με 时 的 弯 矩 为 抗 弯 极 限 ( 图 ) 图 受 弯 构 件 的 弯 矩 和 最 大 纵 向 拉 应 变 的 全 过 程 关 系 曲 线 16.4 钢 管 混 凝 土 柱 梁 连 接 节 点 设 计 刚 性 节 点 加 强 环 板 的 类 型 可 分 为 4 种 型 式,Ⅰ Ⅱ 型 具 有 外 形 简 单, 便 于 制 作 的 优 点 ;Ⅲ Ⅳ 型 外 形 曲 线 光 滑, 受 力 好, 这 4 种 型 式 都 是 工 程 中 常 用 的 型 式, 因 而 也 作 为 本 条 文 的 推 荐 形 式 目 前 国 内 外 对 加 强 环 板 的 受 力 分 析 研 究, 均 限 于 环 板 承 受 单 向 拉 力, 没 有 考 虑 柱 轴 压 的 影 响, 更 没 有 进 行 柱 承 压 的 同 时 环 板 双 向 承 拉 的 性 能 研 究 为 了 建 立 符 合 我 国 国 情 采 用 我 国 材 料 指 标, 既 能 满 足 环 板 单 向 承 拉 又 能 满 足 柱 段 受 轴 压 环 板 双 向 承 拉 的 设 计 承 载 力 设 计 公 式, 在 国 内 外 已 有 的 研 究 成 果 基 础 上, 进 行 了 新 的 实 验 研 究, 并 提 出 了 补 充 和 修 正 加 强 环 板 的 设 计 计 算, 应 满 足 以 下 两 个 条 件 :1 梁 端 等 强 过 渡 并 符 合 构 造 要 求 ; 环 板 的 设 计 承 载 力 安 全 可 靠 环 板 的 承 载 力 受 最 大 应 力 断 面 控 制, 但 是 不 同 型 式 的 环 板, 控 制 断 面 位 置 不 同 实 验 表 明, 对 Ⅰ Ⅱ 型 环 板, 不 论 是 单 向 还 是 双 向 受 拉, 最 大 应 力 点 均 出 现 在 角 隅 的 外 边 缘 处 ; 对 Ⅲ Ⅳ 型 环 板, 当 单 向 受 拉 时, 最 大 应 力 是 与 力 成 30 角 环 板 外 缘 的 环 向 应 力 ; 当 双 向 受 拉 时, 由 于 应 力 的 叠 加, 在 与 力 方 向 成 45 断 面 最 小 处 的 外 缘 环 向 15

131 拉 应 力 最 大, 首 先 屈 服 根 据 以 上 分 析 研 究, 本 规 范 在 对 日 本 规 范 公 式 进 行 补 充, 并 经 简 单 变 换 后, 提 出 了 以 控 制 断 面 宽 度 b 来 满 足 环 板 设 计 承 载 力 要 求 的 式 ( ) 和 式 ( ) 对 Ⅲ Ⅳ 型 环 板 的 计 算 式 ( ) 中 引 入 了 双 向 拉 力 比 值 β 经 与 实 验 结 果 和 国 内 已 有 计 算 公 式 相 比, 该 公 式 用 于 设 计 是 可 行 的 和 偏 于 安 全 的 梁 柱 刚 接 节 点 试 验 表 明, 当 梁 端 竖 向 剪 力 墙 增 至 临 界 值 时, 梁 端 1d(d 为 钢 管 外 径 ) 范 围 内 的 管 壁 可 能 产 生 局 部 鼓 曲, 致 使 节 点 刚 度 减 小 为 此, 除 采 用 梁 端 加 腋 等 措 施 分 散 剪 力, 降 低 剪 应 力 集 度 外, 还 应 控 制 此 范 围 内 的 剪 应 力 值, 以 保 证 管 壁 不 发 生 局 部 屈 曲 根 据 剪 力 传 递 机 理 的 试 验 研 究 成 果, 提 出 本 公 式 此 公 式 已 用 于 工 程 实 践 由 于 钢 管 混 凝 土 柱 具 有 较 高 的 强 度 和 良 好 的 延 性 性 质, 用 作 抗 震 结 构 的 柱 是 相 当 理 想 的 所 以, 节 点 的 设 计 成 为 钢 管 混 凝 土 框 架 结 构 抗 震 设 计 的 关 键 问 题 之 一 在 框 架 结 构 中, 不 论 是 钢 梁 节 点 还 是 钢 筋 混 凝 土 梁 节 点, 只 要 满 足 计 算 和 梁 端 构 造 上 的 要 求, 与 钢 筋 混 凝 土 框 架 节 点 相 比, 在 低 周 反 复 荷 载 作 用 下, 滞 回 特 性 延 性 系 数 和 强 度 储 备 均 高 得 多, 而 且 节 点 核 心 区 不 会 破 坏, 梁 端 塑 性 铰 位 置 易 于 控 制 因 此, 采 用 钢 管 混 凝 土 柱 和 钢 梁 或 钢 筋 混 凝 土 梁 加 强 环 节 点 组 成 的 框 架, 更 便 于 实 现 强 柱 弱 梁, 节 点 更 强 的 抗 震 设 计 要 求 试 验 研 究 表 明, 对 混 凝 土 梁 节 点, 在 保 证 梁 内 主 筋 与 环 板 可 靠 焊 接 锚 固 的 前 提 下, 梁 端 配 筋 设 计 满 足 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 的 有 关 规 定, 也 可 达 到 强 剪 弱 弯 的 目 的, 表 现 出 良 好 的 抗 震 能 力 Ⅲ Ⅳ 型 加 强 环 板, 由 于 其 外 形 曲 线 光 滑, 无 明 显 应 力 集 中 点, 因 而 更 适 于 承 受 反 复 荷 载 作 用 此 外, 重 视 节 点 环 板 的 加 工 和 焊 接 质 量, 也 是 减 少 残 余 应 力 和 缺 陷 的 影 响, 避 免 应 力 集 中 所 必 须 的 本 节 所 述 梁 柱 节 点 的 加 强 环 与 前 节 所 述 环 形 牛 腿 的 加 强 环 的 区 别 在 于, 梁 柱 节 点 加 强 环 所 传 递 的 弯 矩 为 框 架 梁 在 柱 边 的 支 座 弯 矩, 而 环 形 牛 腿 的 加 强 环 所 承 受 的 仅 是 梁 端 剪 力 的 偏 心 作 用 所 引 起 的 弯 矩, 它 只 是 框 架 梁 支 座 弯 矩 中 的 一 小 部 分 隔 板 的 浇 筑 孔 直 径 应 足 够 大, 以 方 便 施 工 设 透 气 孔 以 保 证 节 点 处 混 凝 土 的 浇 筑 质 量 矩 形 钢 管 混 凝 土 柱 隔 板 透 气 孔 的 位 置 取 决 于 两 方 面 : 一 方 面 距 离 角 点 不 宜 太 远, 以 起 到 足 够 的 透 气 效 果 ; 另 一 方 面 使 隔 板 在 屈 服 状 态 下 能 满 足 简 单 传 力 机 制 16

132 17 疲 劳 计 算 及 防 脆 断 设 计 17.1 一 般 规 定 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 条 阐 述 本 章 的 适 用 范 围 为 直 接 承 受 动 力 荷 载 重 复 作 用 的 钢 结 构 ( 例 如 工 业 厂 房 吊 车 梁 有 悬 挂 吊 车 的 屋 盖 结 构 桥 梁 海 洋 钻 井 平 台 风 力 发 电 机 结 构 大 型 旋 转 游 乐 设 施 等 ), 当 其 荷 载 产 生 的 应 力 变 化 的 循 环 次 数 n 时 的 高 周 疲 劳 计 算 需 要 进 行 疲 劳 计 算 的 循 环 次 数,88 版 规 范 为 n 105 次, 考 虑 到 在 某 些 情 况 下 的 可 能 不 安 全,03 版 规 范 修 订 时 参 考 国 外 规 定 并 结 合 建 筑 钢 结 构 的 实 际 情 况, 改 为 n 次 本 次 修 订 仍 旧 保 留 了 03 版 的 对 循 环 次 数 的 规 定, 并 且 进 一 步 指 出 当 钢 结 构 承 受 的 应 力 循 环 次 数 小 于 本 条 要 求 时, 可 不 进 行 疲 劳 计 算, 且 可 按 照 不 需 要 验 算 疲 劳 的 要 求 选 用 钢 材 直 接 承 受 动 力 荷 载 重 复 作 用 的 钢 结 构, 均 应 符 合 本 规 范 规 定 的 相 关 构 造 要 求 (16.3 节 吊 车 梁 及 吊 车 桁 架 的 构 造 要 求 ) 本 条 沿 用 003 版 的 本 条 说 明 本 章 的 适 用 范 围 为 在 常 温 无 强 烈 腐 蚀 作 用 环 境 中 的 结 构 构 件 和 连 接 对 于 海 水 腐 蚀 环 境 低 周 - 高 应 变 疲 劳 等 特 殊 使 用 条 件 中 疲 劳 的 破 坏 机 理 与 表 达 式 各 有 特 点, 分 别 另 属 专 门 范 畴 ; 高 温 下 使 用 和 焊 接 经 回 火 消 除 残 余 应 力 的 结 构 构 件 及 其 连 接 则 有 不 同 于 本 章 的 疲 劳 强 度 值, 均 应 另 行 考 虑 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 次 规 范 修 订 有 关 疲 劳 强 度 计 算 仍 采 用 荷 载 标 准 值 按 容 许 应 力 幅 法 进 行 计 算, 是 因 为 目 前 我 国 对 基 于 可 靠 度 理 论 的 疲 劳 极 限 状 态 设 计 方 法 研 究 还 缺 乏 基 础 性 研 究, 对 不 同 类 型 构 件 连 接 的 裂 纹 形 成 扩 展 以 致 断 裂 这 一 全 过 程 的 极 限 状 态, 包 括 其 严 格 的 定 义 和 影 响 发 展 过 程 的 有 关 因 素 都 还 未 明 确, 掌 握 的 疲 劳 强 度 数 据 只 是 结 构 抗 力 表 达 式 中 的 材 料 强 度 部 分 为 适 应 焊 接 结 构 在 钢 结 构 中 普 遍 应 用 的 状 况, 本 章 采 用 目 前 已 为 国 际 上 公 认 的 应 力 幅 计 算 表 达 式 多 年 来 国 内 外 大 量 的 试 验 研 究 和 理 论 分 析 证 实 : 对 于 焊 接 钢 结 构 疲 劳 强 度 起 控 制 作 用 的 是 应 力 幅 D s, 而 几 乎 与 最 大 应 力 最 小 应 力 及 应 力 比 这 些 参 量 无 关 这 是 因 为 : 焊 接 及 其 随 后 的 冷 却, 构 成 不 均 匀 热 循 环 过 程, 使 焊 接 结 构 内 部 产 生 自 相 平 衡 的 内 应 力, 在 焊 接 附 近 出 现 局 部 的 残 余 拉 应 力 高 峰, 横 截 面 其 余 部 分 则 形 成 残 余 压 应 力 与 之 平 衡 焊 接 残 余 拉 应 力 最 高 峰 值 往 往 可 达 到 钢 材 的 屈 服 强 度 此 外, 焊 接 连 接 部 位 因 为 截 面 的 改 变 原 状, 总 会 产 生 不 同 程 度 的 应 力 集 中 现 象 残 余 应 力 和 应 力 集 中 两 个 因 素 的 同 时 存 在, 使 疲 劳 裂 纹 发 生 于 焊 接 熔 合 线 的 表 面 缺 陷 处 或 焊 缝 内 部 缺 陷 处, 然 后 沿 垂 直 于 外 力 作 用 方 向 扩 展, 直 到 最 后 的 断 裂 产 生 裂 纹 部 位 的 实 际 应 力 状 态 与 名 义 应 力 有 很 大 差 别, 在 裂 纹 形 成 过 程 中, 循 环 17

133 内 应 力 的 变 化 是 以 高 达 钢 材 屈 服 强 度 的 最 大 内 应 力 为 起 点, 往 下 波 动 应 力 幅 s max - s min 与 该 处 应 力 集 中 系 数 的 乘 积 此 处 s max 和 s min 阶 段, 裂 纹 扩 展 速 率 主 要 受 控 于 该 处 的 应 力 幅 值 分 别 为 名 义 最 大 应 力 和 最 小 应 力, 在 裂 纹 扩 展 试 验 证 明, 钢 材 静 力 强 度 不 同, 对 大 多 数 焊 接 连 接 类 别 的 疲 劳 强 度 并 无 显 著 区 别, 仅 在 少 数 连 接 类 别 ( 如 扎 制 钢 材 的 主 体 金 属 经 切 割 加 工 的 钢 材 和 对 接 焊 缝 经 严 密 检 验 和 细 致 的 表 面 加 工 时 ) 的 疲 劳 强 度 有 随 钢 材 强 度 提 高 稍 微 增 加 的 趋 势, 而 这 些 连 接 类 别 一 般 不 在 构 件 疲 劳 计 算 中 起 控 制 作 用 因 此, 为 简 化 表 达 式, 可 认 为 所 有 类 别 的 容 许 应 力 幅 都 与 钢 材 的 静 力 强 度 无 关, 即 疲 劳 强 度 所 控 制 的 构 件, 采 用 强 度 较 高 的 钢 材 是 不 经 济 的 钢 结 构 的 疲 劳 计 算, 采 用 传 统 的 基 于 名 义 应 力 幅 的 构 造 分 类 法 分 类 法 的 基 本 思 路 是, 以 名 义 应 力 幅 作 为 衡 量 疲 劳 性 能 的 指 标, 通 过 大 量 试 验 得 到 各 种 构 件 和 连 接 构 造 的 疲 劳 性 能 的 统 计 数 据, 将 疲 劳 性 能 相 近 的 构 件 和 连 接 构 造 归 为 一 类, 同 一 类 构 件 和 连 接 构 造 具 有 相 同 的 S-N 曲 线 设 计 时, 根 据 构 件 和 连 接 构 造 形 式 找 到 相 应 的 类 别, 即 可 确 定 其 疲 劳 强 度 连 接 类 别 是 影 响 疲 劳 强 度 的 主 要 因 素 之 一, 主 要 是 因 为 它 将 引 起 不 同 的 应 力 集 中 ( 包 括 连 接 的 外 形 变 化 和 内 在 缺 陷 的 影 响 ) 设 计 中 应 注 意 尽 可 能 不 采 用 应 力 集 中 严 重 的 连 接 构 造 容 许 应 力 幅 数 值 的 确 定, 是 根 据 疲 劳 试 验 数 据 统 计 分 析 而 得, 在 试 验 结 果 中 包 括 了 局 部 应 力 集 中 可 能 产 生 屈 服 区 的 影 响, 因 而 整 个 构 件 可 按 弹 性 工 作 进 行 计 算 连 接 形 式 本 身 的 应 力 集 中 不 予 考 虑, 其 他 因 断 面 突 变 等 构 造 产 生 应 力 集 中 则 应 另 行 计 算 按 应 力 幅 概 念 计 算, 承 受 压 应 力 循 环 与 承 受 拉 应 力 循 环 是 完 全 相 同 的, 国 内 外 焊 接 结 构 的 试 验 资 料 中 也 有 压 应 力 区 发 现 疲 劳 开 裂 的 现 象 焊 接 结 构 的 疲 劳 强 度 之 所 以 与 应 力 幅 密 切 相 关, 本 质 上 是 由 于 焊 接 部 位 存 在 较 大 的 残 余 拉 应 力, 造 成 名 义 上 受 压 应 力 的 部 位 仍 旧 会 疲 劳 开 裂, 只 是 裂 纹 扩 展 的 速 度 比 较 缓 慢, 裂 纹 扩 展 的 长 度 有 限, 当 裂 纹 扩 展 到 残 余 拉 应 力 释 放 后 便 会 停 止 考 虑 到 疲 劳 破 坏 通 常 发 生 在 焊 接 部 位, 而 钢 结 构 连 接 节 点 的 重 要 性 和 受 力 的 复 杂 性, 一 般 不 容 许 开 裂, 因 此, 本 次 修 订 规 定 了 仅 在 非 焊 接 构 件 和 连 接 的 条 件 下, 在 应 力 循 环 中 不 出 现 拉 应 力 的 部 位 可 不 计 算 疲 劳 17. 疲 劳 计 算 本 条 为 新 增 条 文 本 条 在 GB 版 6..1 条 的 基 础 上, 增 补 了 许 多 说 明 本 条 文 采 用 简 便 的 方 法 来 快 速 地 验 算 疲 劳 强 度 国 际 上 的 试 验 研 究 表 明, 低 于 疲 劳 极 限 ( 对 常 幅 疲 劳 问 题 ) 或 截 止 限 ( 对 变 幅 疲 劳 问 题 ) 的 应 力 幅 一 般 不 会 导 致 疲 劳 破 坏 为 此, 提 出 公 18

134 式 针 对 常 幅 疲 劳 强 度 的 验 算, 提 出 公 式 针 对 变 幅 疲 劳 强 度 的 验 算 本 次 修 订 参 考 欧 洲 规 范 EC3, 增 加 了 针 对 构 造 细 节 受 剪 应 力 幅 的 疲 劳 强 度 计 算, 还 引 入 壁 厚 修 正 系 数 g t公 式 来 考 虑 壁 厚 效 应 对 横 向 受 力 焊 缝 疲 劳 强 度 的 影 响 国 内 外 大 量 的 疲 劳 试 验 采 用 的 试 件 钢 板 厚 度 一 般 都 小 于 5mm 对 于 板 厚 大 于 5mm 的 构 件 和 连 接, 主 要 是 横 向 角 焊 缝 和 对 接 焊 缝 等 横 向 传 力 焊 缝, 试 验 和 理 论 分 析 表 明, 由 于 板 厚 引 起 的 焊 趾 位 置 的 应 力 集 中 或 应 力 梯 度 变 化, 疲 劳 强 度 随 着 板 厚 的 增 加 有 一 定 程 度 的 降 低, 因 此 需 要 对 容 许 应 力 幅 针 对 具 体 的 板 厚 进 行 修 正 板 厚 修 正 系 数 g t 的 计 算 公 式 参 考 了 国 际 上 钢 结 构 疲 劳 设 计 规 范, 如 日 本 规 范 JSSC, 欧 洲 规 范 EC3 考 虑 到 非 焊 接 与 焊 接 构 件 以 及 连 接 的 不 同, 即 前 者 一 般 不 存 在 很 高 的 残 余 应 力, 其 疲 劳 寿 命 不 仅 与 应 力 幅 有 关, 也 与 名 义 最 大 应 力 有 关, 因 此, 为 了 疲 劳 强 度 计 算 统 一 采 用 应 力 幅 的 形 式, 对 非 焊 接 构 件 以 及 连 接 引 入 折 算 应 力 幅, 以 考 虑 s max 方 式 为 : D s = s - s Ds max 0.7 min R 的 影 响 折 算 应 力 幅 的 表 达 若 按 s max 计 算 的 表 达 式 为 : s max p Ds 0 s 1- k s min max 即 : s - ks Ds max min 式 中 k 系 数, 按 TJ17-74 规 范 规 定 : 对 主 体 金 属 :3 号 钢 取 k = 0.5,16Mn 钢 取 k = 0.6; p 对 角 焊 缝 :3 号 钢 取 k = 0.8,16Mn 钢 取 k = 0.85; D s 0 应 力 比 r( r = s min / s max ) = 0 时 疲 劳 容 许 拉 应 力, 其 值 与 D 相 当 在 TJ17-74 规 范 中, D p s 0 s R 条 仅 考 虑 常 幅 疲 劳, 应 取 消 欠 载 系 数, 且 D p 0 考 虑 了 欠 载 效 应 系 数 1.15 和 动 力 系 数 1.1, 故 其 值 较 高 但 本 s R 是 试 验 值, 已 包 含 动 载 效 应, 所 以 亦 不 考 虑 p p 动 力 系 数 因 此 D s R的 取 值 相 当 于 D s / ( ) = 0.79D s 另 外 GBJ17-88 规 范 以

135 高 强 螺 栓 摩 擦 型 连 接 和 带 孔 试 件 为 代 表, 将 试 验 数 据 统 计 分 析, 取 k = 0.7 因 此 得 : D s = s - 0.7s max min GB 规 范 之 前 的 修 订 工 作, 针 对 常 幅 疲 劳 容 许 应 力 幅 做 了 两 方 面 的 工 作, 一 是 收 集 和 汇 总 各 种 构 件 和 连 接 形 式 的 疲 劳 试 验 资 料 ; 二 是 以 几 种 主 要 的 形 式 为 出 发 点, 把 众 多 的 构 件 和 连 接 形 式 归 纳 分 类, 每 种 具 体 连 接 以 其 所 属 类 别 给 出 S-N 疲 劳 曲 线 和 相 关 参 数 为 进 行 统 计 分 析 工 作, 汇 集 了 国 内 现 有 资 料, 个 别 连 接 形 式 ( 如 T 形 对 接 焊 接 等 ) 适 当 参 考 了 国 外 资 料 根 据 不 同 钢 号 不 同 尺 寸 的 同 一 连 接 形 式 的 所 有 试 验 资 料, 汇 总 后 按 应 力 幅 计 算 式 进 行 统 计 分 析, 以 95% 置 信 度 取 10 6 次 疲 劳 应 力 幅 下 限 值, 也 就 是 疲 劳 试 验 数 据 线 性 回 归 值 ( 平 均 值 ) 减 去 倍 标 准 差 按 各 种 连 接 形 式 疲 劳 强 度 的 统 计 参 数 ( 非 焊 接 连 接 形 式 考 虑 了 最 大 应 力 ( 应 力 比 ) 实 际 存 在 的 影 响 ), 以 构 件 母 材 高 强 度 螺 栓 连 接 带 孔 翼 缘 焊 缝 横 向 加 劲 肋 横 向 角 焊 缝 连 接 和 节 点 板 连 接 等 几 种 主 要 形 式 为 出 发 点, 适 当 照 顾 S-N 曲 线 族 的 等 间 距 设 置, 把 连 接 方 式 和 受 力 特 点 相 似 疲 劳 强 度 相 近 的 形 式 归 成 同 一 类, 最 后 确 定 构 件 和 连 接 分 类 有 8 种 分 类 后, 需 要 确 定 S-N 曲 线 斜 率 值, 根 据 试 验 结 果, 绝 大 多 数 焊 接 连 接 的 斜 率 β 在 -3.0~-3.5 之 间, 部 分 介 于 -.5~-3.0 之 间, 构 件 母 材 和 非 焊 接 连 接 则 按 斜 率 小 于 -4, 为 简 化 计 算 取 用 β=3 和 4 两 种 斜 率, 而 在 N= 10 6 次 疲 劳 强 度 取 值 略 予 调 整, 以 免 在 低 循 环 次 数 出 现 疲 劳 强 度 过 高 的 现 象 S-N 曲 线 确 定 后, 可 据 此 求 出 任 何 循 环 次 数 下 的 容 许 应 力 幅 ( 即 疲 劳 强 度 ) 近 0 多 年 来, 世 界 一 些 先 进 国 家 在 钢 结 构 疲 劳 性 能 和 设 计 方 面 开 展 了 大 量 基 础 性 的 试 验 研 究 工 作, 取 得 了 许 多 成 果, 发 展 了 钢 结 构 疲 劳 设 计 水 平, 提 出 了 许 多 构 造 细 节 的 疲 劳 强 度 数 据, 而 我 国 这 方 面 所 做 的 基 础 性 工 作 十 分 有 限 鉴 于 此 现 状, 本 次 规 范 修 订 时, 对 国 际 上 各 国 的 研 究 状 况 和 成 果 进 行 了 广 泛 的 调 研 和 对 比 分 析, 在 保 持 GB 规 范 疲 劳 设 计 已 有 特 点 的 基 础 上, 借 鉴 和 吸 收 了 欧 洲 规 范 EC3 钢 结 构 疲 劳 设 计 的 概 念 和 做 法, 增 加 了 许 多 新 的 内 容, 使 我 国 可 进 行 钢 结 构 疲 劳 计 算 的 构 造 细 节 更 加 丰 富, 具 体 如 下 : 1 将 原 来 8 个 类 别 的 S-N 曲 线 增 加 到 : 针 对 正 应 力 幅 疲 劳 计 算 的, 有 14 个 类 别, 为 Z1~Z14( 见 正 文 表 ); 针 对 剪 应 力 幅 疲 劳 计 算 的, 有 3 个 类 别, 为 J1~J3( 详 见 正 文 表 ) 原 来 的 类 别 1 和 保 持 不 变, 即 为 现 在 的 类 别 Z1 和 Z 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= 10 6 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, 130

136 放 入 到 现 在 的 类 别 J1 3 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, 且 存 在 一 个 不 会 疲 劳 损 伤 的 截 止 限 为 此, 针 对 正 应 力 幅 疲 劳 强 度 计 算 的 S-N 曲 线, 在 N= 次 之 前 的 斜 率 为 β, 在 N= ~ 次 之 间 的 斜 率 为 β+( 见 正 文 图 ) 但 是, 针 对 剪 应 力 幅 疲 劳 强 度 计 算 的 S-N 曲 线, 斜 率 保 持 仍 不 变, 为 β( 见 正 文 图 ) 无 论 是 正 应 力 幅 还 是 剪 应 力 幅, 均 取 N= 次 时 的 应 力 幅 为 常 幅 疲 劳 极 限, 取 N= 次 时 的 应 力 幅 为 变 幅 疲 劳 截 止 限 4 在 保 持 GB 规 范 19 个 项 次 的 构 造 细 节 的 基 础 上, 新 增 加 了 3 个 项 次, 并 按 照 非 焊 接 纵 向 传 力 焊 缝 横 向 传 力 焊 缝 非 传 力 焊 缝 钢 管 截 面 剪 应 力 作 用 等 情 况 将 构 造 细 节 进 行 归 类 重 新 编 排, 同 时 构 造 细 节 的 图 列 表 示 得 更 清 楚, 见 附 录 表 A-1~A-6 有 关 全 部 采 用 钢 管 焊 接 组 成 的 桁 架 节 点 疲 劳 计 算, 可 以 参 照 相 关 的 标 准 钢 管 结 构 技 术 规 程 CECS 80:010 表 以 00 万 次 的 疲 劳 强 度 为 例, 给 出 了 原 有 构 造 细 节 在 修 订 前 后 的 比 较, 并 指 明 了 新 增 加 的 构 造 细 节 欧 规 EC3 构 造 细 节 的 疲 劳 强 度 确 定 的 方 法 与 我 国 是 一 致 的, 即 依 据 疲 劳 试 验 数 据 的 线 性 回 归 值 ( 平 均 值 ) 减 去 倍 标 准 差 表 各 构 造 细 节 00 万 次 的 类 别 及 其 疲 劳 强 度 ( 针 对 附 录 Q-1~Q-6) 本 次 规 范 修 订 GB 规 范 欧 规 EC3 项 次 修 订 情 况 类 别 疲 劳 强 度 (MPa) 项 次 类 别 疲 劳 强 度 (MPa) 类 别 ( 即 疲 劳 强 度 ) (MPa) 1 原 有 Z 原 有 Z1, Z 176, 144 1, 176, 原 有 Z 原 有 Z Z 新 增 Z11 50 无 无 50 6 原 有 Z 新 增 Z4, Z5 11, 100 无 无 11, 原 有 Z, Z4, Z5 144, 11, 100, 3, 4 144, 118, Z4, Z5 11, 100 3, 4 118,

137 9 新 增 Z5 100 无 无 新 增 Z8 71 无 无 71 Z 原 有 Z Z 原 有 Z, Z4 144, 11, 3 144, 原 有 Z 新 增 Z4 11 无 无 新 增 Z6 90 无 无 新 增 Z8, Z11 71, 50 无 无 71, 原 有 Z 新 增 Z8 71 无 无 原 有 Z 原 有 Z Z 新 增 Z8, Z13 71, 40 无 无 71, 40 1 原 有 Z5, Z6 100, , 5 103, 90 新 增 Z7, Z8 80, 71 无 无 80, 71 3 原 有 Z 原 有 Z 新 增 Z7 80 无 无 80 6 新 增 Z3, Z6 15, 90 无 无 15, 90 7 新 增 Z6, Z8 90, 71 无 无 90,71 8 新 增 Z8, Z10 71, 56 无 无 71, 56 9 新 增 Z8 71 无 无 新 增 Z10, Z11 56, 50 无 无 56, 新 增 Z11, Z1 50, 45 无 无 50, 45 3 新 增 Z13 40 无 无 新 增 Z8 71 无 无 71 13

138 34 新 增 Z8,Z9 71, 63 无 无 71,63 35 新 增 Z14 36 无 无 原 有 J 新 增 J 100 无 无 新 增 J3 90 无 无 本 条 为 003 版 的 6..1 的 补 充 说 明 对 不 满 足 条 的 常 幅 疲 劳 问 题, 提 供 了 按 照 预 期 使 用 寿 命 的 疲 劳 强 度 计 算 方 法 本 条 为 003 版 6.. 条 和 6..3 条 的 综 合 补 充 说 明 对 不 满 足 条 的 变 幅 疲 劳 问 题, 提 供 了 按 照 预 期 使 用 寿 命 的 等 效 常 幅 疲 劳 强 度 的 计 算 方 法 实 际 结 构 中 重 复 作 用 的 荷 载, 一 般 并 不 是 固 定 值, 若 能 根 据 结 构 实 际 的 应 力 状 况 ( 应 力 的 测 定 资 料 ), 并 按 雨 流 法 或 泄 水 法 等 计 数 方 法 进 行 应 力 幅 频 次 统 计, 预 测 或 估 算 得 到 结 构 的 设 计 应 力 谱, 则 可 按 本 条 将 变 幅 疲 劳 转 换 为 常 幅 疲 劳 计 算 假 设 设 计 应 力 谱 包 括 应 力 幅 水 平 D s1 D s D s i 及 对 应 的 循 环 次 数 n 1 n n i, 然 后 按 目 前 国 际 上 通 用 的 Miner 线 性 累 计 损 伤 定 律 进 行 计 算, 其 原 理 如 下 : 计 算 部 位 在 某 应 力 幅 水 平 D s i 作 用 有 n i 次 循 环, 查 S-N 曲 线 得 D s i 对 应 的 疲 劳 寿 命 为 N i, 则 D 应 力 幅 所 占 损 伤 率 为 n / N, 对 设 计 应 力 谱 内 所 有 应 力 幅 均 做 类 似 的 损 伤 计 算, 则 得 : s i å i i i ni n n n N N N N 1 i = ni 从 工 程 应 用 的 角 度, 粗 略 地 可 认 为 当 å 1 N = 时 产 生 疲 劳 破 坏 i 计 算 累 计 损 伤 时 还 应 涉 及 S-N 曲 线 斜 率 的 变 化 和 截 止 应 力 问 题 国 际 上 的 研 究 表 明 : 对 变 幅 疲 劳 问 题, 常 幅 疲 劳 的 疲 劳 极 限 并 不 适 用 ; 随 着 疲 劳 裂 纹 的 扩 展, 一 些 低 于 疲 劳 极 限 的 低 应 力 幅 将 成 为 裂 纹 扩 展 的 应 力 幅 而 加 速 疲 劳 累 积 损 伤 ; 低 应 力 幅 比 高 应 力 幅 的 疲 劳 损 伤 作 用 要 减 弱, 并 且 也 不 是 任 何 小 的 低 应 力 幅 都 有 疲 劳 损 伤 作 用, 小 到 一 定 程 度 就 没 有 损 伤 作 用 了 GB 规 范 采 用 最 简 单 的 损 伤 处 理 方 式, 即 保 持 S-N 曲 线 的 斜 率 不 变, 认 为 高 应 力 幅 与 低 应 力 幅 具 有 相 同 的 损 伤 效 应, 且 无 论 多 少 小 的 应 力 幅 始 终 存 在 损 伤 作 用, 这 是 i 133

139 过 于 保 守 的 做 法, 不 切 实 际 的 为 此, 本 次 规 范 修 订 时, 采 用 欧 规 EC3 国 际 公 认 的 做 法, 即 采 用 条 文 说 明 中 (3) 的 方 法 来 处 理 低 应 力 幅 的 损 伤 作 用 按 照 正 文 图 与 及 以 上 Miner 损 伤 定 律, 可 将 变 幅 疲 劳 问 题 换 算 成 等 效 的 常 幅 疲 劳 进 行 计 算 以 变 幅 疲 劳 的 等 效 正 应 力 幅 为 例 ( 图 17..3), 推 导 过 程 如 下 : 设 想 有 一 常 幅 疲 劳 的 应 力 幅 为 D seq, 应 力 循 环 ni + n j 对 每 一 级 应 力 幅 水 平 有 : å å ( n + n )( D s ) b = C i j eq Z b N ( D s ) = C j i i Z N ( D s ) = b + j C Z å å 次 后 产 生 疲 劳 破 坏, 则 C Z 斜 率 β+ 范 围 的 S-N 曲 线 的 参 数 由 于 斜 率 β 与 斜 率 β+ 的 两 条 S-N 曲 线 在 6 N = 5 10 处 交 汇, 则 需 满 足 : b ( Ds C ) ( Ds C ) = C C Z Z b +, 即 : C ( ) Z = CZ D s C, 代 入 n n j + = 1 N i å å, 即 可 得 到 公 式 等 效 应 力 幅 的 表 达 式 : Ni j å å b - ( b + ) æ ( ni D s i ) + ( D s C ) ( n j Ds j ) ö D s eq = ç ni n è å + å j ø S (N/mm ) 1/ b 1 β=3 Δσi Δσc Δσj 1 β+=5 Δσv N i N j N (cycles) 图 疲 劳 累 积 损 伤 计 算 图 本 条 为 003 版 的 6..3 的 补 充 说 明 本 条 提 出 适 用 于 重 级 工 作 制 吊 车 梁 和 重 级 中 级 工 作 制 吊 车 桁 架 的 简 化 的 疲 劳 计 算 公 式 和 GBJ17-88 在 修 订 时, 为 掌 握 吊 车 梁 的 实 际 应 力 情 况, 实 测 了 上 世 纪 70 年 代 一 些 有 代 表 性 的 车 间 吊 车 梁 根 据 吊 车 梁 应 力 测 定 资 料, 按 雨 流 法 进 行 应 力 幅 频 次 统 计, 得 到 几 种 主 要 车 间 吊 车 梁 的 设 计 应 力 谱 以 及 用 134

140 应 力 循 环 次 数 表 示 的 结 构 设 计 寿 命, 并 推 导 了 各 类 车 间 实 测 吊 车 梁 的 等 效 应 力 幅 a f D s, 此 处 D s 为 设 计 应 力 谱 中 最 大 的 应 力 幅, a f 为 变 幅 荷 载 的 欠 载 效 应 系 数 因 不 同 车 间 实 测 6 的 应 力 循 环 次 数 不 同, 为 便 于 比 较, 统 一 以 n = 10 次 的 疲 劳 强 度 为 基 准, 进 一 步 折 算 出 相 对 的 欠 载 效 应 等 效 系 数 a f, 结 果 如 表 所 示 : 表 不 同 车 间 的 欠 载 效 应 等 效 系 数 车 间 名 称 推 算 的 50 年 内 应 力 循 环 次 数 欠 载 效 应 系 数 α1 以 n= 10 6 为 基 准 的 欠 载 效 应 等 效 系 数 αf 某 钢 厂 850 车 间 ( 第 一 次 测 ) 某 钢 厂 850 车 间 ( 第 二 次 测 ) 某 钢 厂 炼 钢 车 间 某 钢 厂 炼 钢 厂 某 重 机 厂 水 压 机 车 间 分 析 测 定 数 据 时, 都 将 最 大 实 测 值 视 为 吊 车 满 负 荷 设 计 应 力 Δσ, 然 后 划 分 应 力 幅 水 平 级 别 事 实 上, 实 测 应 力 与 设 计 应 力 相 比, 随 车 间 生 产 工 艺 的 不 同 ( 吊 车 吊 重 物 后, 实 际 运 行 位 置 与 设 计 采 用 的 最 不 利 位 置 不 完 全 相 符 ) 而 有 悬 殊 差 异 例 如 均 热 炉 车 间 正 常 的 最 大 实 测 应 力 为 设 计 应 力 的 80% 以 上, 炼 钢 车 间 为 设 计 应 力 的 50% 左 右, 而 水 压 机 车 间 仅 为 设 计 应 力 的 30% 考 虑 到 实 测 条 件 中 的 应 力 状 态, 难 以 包 括 长 期 使 用 时 各 种 错 综 复 杂 的 状 况, 忽 略 这 一 部 分 欠 载 效 益 是 偏 于 安 全 的 根 据 实 测 结 果, 提 出 表 供 吊 车 梁 疲 劳 计 算 的 a f 值 :A6 A7 工 作 级 别 的 重 级 工 作 制 硬 钩 吊 车 取 用 1.0,A6 A7 工 作 级 别 的 重 级 工 作 制 软 钩 吊 车 为 0.8 有 关 A4 A5 工 作 级 别 的 中 级 工 作 制 吊 车 桁 架 需 要 进 行 疲 劳 验 算 的 规 定, 是 由 于 实 际 工 程 中 确 有 使 用 尚 属 频 繁 而 满 负 荷 率 较 低 的 一 些 吊 车 ( 如 机 械 工 厂 的 金 工 锻 工 车 间 ), 特 别 是 当 采 用 吊 车 桁 架 时, 有 补 充 疲 劳 验 算 的 必 要, 故 根 据 以 往 分 析 资 料 ( 中 级 工 作 制 欠 载 约 为 重 级 工 作 制 的 1.3 倍 ) 推 算 出 相 应 于 n= 10 6 的 a f 值 约 为 0.5 至 于 轻 级 工 作 制 吊 车 梁 和 吊 车 桁 架 以 及 大 多 数 中 级 工 作 制 吊 车 梁, 根 据 多 年 来 使 用 的 情 况 和 设 计 经 验, 可 以 不 进 行 疲 劳 计 算 需 要 说 明 的 是 : 以 上 表 的 计 算 结 果 都 是 基 于 当 时 有 关 低 应 力 幅 与 高 应 力 幅 相 同 135

141 损 伤 作 用 ( 即 斜 率 保 持 不 变 ) 且 无 论 如 何 小 的 低 应 力 幅 始 终 有 损 伤 作 用 这 一 保 守 方 法 的 处 理 结 果, 得 到 的 欠 载 效 应 等 效 系 数 a f 会 偏 高, 实 际 上 应 该 有 所 减 小 然 而, 近 30 年 来 工 业 厂 房 吊 车 梁 的 应 用 状 况 发 生 很 大 的 变 化, 吊 车 使 用 的 频 繁 程 度 大 幅 度 提 高, 文 献 ( 杨 建 平 冶 金 工 厂 重 级 工 作 制 吊 车 梁 欠 载 效 应 系 数 的 取 值, 建 筑 结 构,009 年 第 1 期 ) 依 据 近 10 年 来 的 测 试 数 据, 采 用 与 GBJ17-88 相 同 的 分 析 方 法, 得 出 欠 载 效 应 等 效 系 数 a f 相 比 过 去 已 有 所 提 高 由 于 此 消 彼 长 的 因 素, 故 自 GBJ17-88 修 订 以 来 提 出 的 欠 载 效 应 等 效 系 数 a f 在 数 值 上 目 前 还 是 适 用 于 吊 车 梁 的 疲 劳 强 度 计 算 17.3 构 造 要 求 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 本 节 的 构 造 要 求 主 要 针 对 直 接 承 受 动 力 荷 载 结 构 的 焊 接 连 接 和 螺 栓 连 接, 大 部 分 是 03 版 规 范 中 散 落 在 各 章 的 规 定, 在 此 归 集, 以 便 使 用 本 条 基 本 沿 用 003 版 的 防 脆 断 设 计 本 条 为 003 版 的 的 补 充 本 条 从 结 构 及 构 件 的 形 式 方 面 做 出 了 规 定 根 据 前 苏 联 对 脆 断 事 故 调 查 的 结 果, 格 构 式 板 式 节 点 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 板 式 节 点 容 易 发 生 脆 断 但 从 我 国 的 调 研 结 果 看, 脆 断 情 况 并 不 严 重, 故 仅 规 定 对 工 作 温 度 T -30 C 地 区 的 焊 接 结 构, 建 议 采 用 较 薄 的 组 成 板 件, 避 免 采 用 现 场 手 工 焊 接 的 格 构 式 构 件, 尽 量 采 用 实 腹 式 构 件 本 条 为 新 增 内 容, 从 焊 材 的 选 用 焊 缝 的 布 置 和 焊 接 施 工 方 面 提 出 了 定 性 的 要 求 本 条 沿 用 003 版 的 8.7. 条, 从 焊 接 结 构 的 构 造 方 面 做 出 规 定 本 条 沿 用 003 版 的 条, 从 施 工 方 面 做 出 规 定 其 中 对 受 拉 构 件 钢 材 边 缘 加 工 要 求 的 厚 度 限 值 ( 10mm), 是 根 据 前 苏 联 1981 年 规 范 表 84 中 在 空 气 温 度 T -30 C 的 地 区, 令 考 虑 脆 断 的 应 力 折 减 系 数 为 1.0 而 得 出 的 虽 然 在 我 国 的 寒 冷 地 区 过 去 很 少 发 生 脆 断 问 题, 但 当 时 的 建 筑 物 都 不 大, 钢 材 亦 不 太 厚 根 据 我 国 低 温 地 区 钢 结 构 使 用 情 况 调 查 ( 钢 结 构 设 计 规 范 材 料 二 组 低 温 冷 脆 分 组, 1973 年 1 月 ), 所 调 查 构 件 的 钢 材 厚 度 为 : 吊 车 梁 不 大 于 5mm, 柱 子 不 大 于 0mm, 屋 架 下 弦 不 大 于 10mm 随 着 大 型 钢 结 构 建 筑 的 兴 建, 钢 材 厚 度 的 增 加 以 及 对 结 构 安 全 重 视 程 度 的 提 高, 钢 结 构 的 防 脆 断 问 题 理 应 在 设 计 中 加 以 考 虑 我 们 认 为 若 能 在 构 造 上 采 取 本 节 所 提 136

142 出 的 措 施, 对 提 高 结 构 抗 脆 断 的 能 力 肯 定 是 有 利 的, 从 我 国 目 前 的 国 情 来 看, 亦 是 可 以 做 得 到 的, 不 会 增 加 多 少 投 资 同 时, 为 了 缩 小 应 用 范 围 以 节 约 投 资, 建 议 在 T -0 C 的 地 区 采 用 之 在 T>-0 C 的 地 区, 对 重 要 结 构 亦 宜 在 受 拉 区 采 用 一 些 减 少 应 力 集 中 和 焊 接 残 余 应 力 的 构 造 措 施 本 条 为 此 次 修 订 新 增 的 内 容, 对 于 特 别 重 要 或 特 殊 的 结 构 构 件 和 连 接 节 点, 如 板 厚 大 于 50mm 的 厚 板 或 超 厚 板 构 件 和 节 点 承 受 较 大 冲 击 荷 载 的 构 件 和 节 点 低 温 和 疲 劳 共 同 作 用 的 构 件 和 节 点 强 腐 蚀 或 强 辐 射 环 境 中 的 构 件 和 节 点 等, 可 采 用 断 裂 力 学 的 方 法 对 结 构 构 件 和 连 接 节 点 进 行 抗 脆 断 验 算 采 用 断 裂 力 学 方 法 进 行 构 件 和 连 接 的 抗 脆 断 验 算, 包 括 含 初 始 缺 陷 构 件 连 接 节 点 的 断 裂 力 学 参 量 的 计 算 和 材 料 断 裂 韧 性 的 选 取 等 两 方 面 断 裂 力 学 参 量 的 计 算, 首 先 是 需 要 确 定 初 始 缺 陷 模 型, 可 参 考 构 件 和 连 接 的 疲 劳 类 别 施 工 条 件 工 程 质 量 验 收 规 范 当 前 的 施 工 水 平 探 伤 水 平 等 因 素, 假 定 初 始 缺 陷 的 位 置 形 状 和 尺 寸 ; 断 裂 力 学 参 量 的 计 算, 当 受 力 状 态 和 几 何 条 件 较 为 简 单 时 可 采 用 简 化 裂 纹 模 型, 当 受 力 状 态 和 几 何 条 件 复 杂 时 可 采 用 数 值 模 型 材 料 断 裂 韧 性 的 确 定, 可 利 用 已 有 的 相 应 材 料 的 断 裂 韧 性 值, 当 缺 乏 数 据 时 需 要 通 过 试 验 对 材 料 的 断 裂 韧 性 进 行 测 定, 可 按 现 行 国 家 标 准 金 属 材 料 准 静 态 断 裂 韧 度 的 统 一 试 验 方 法 GB/T 1143 进 行 具 体 步 骤 如 下 : 1 根 据 构 件 和 连 接 的 疲 劳 类 别, 以 及 结 构 构 件 的 受 力 特 征 和 应 力 状 态, 确 定 存 在 脆 性 断 裂 危 险 的 构 件 和 连 接 节 点 ; 根 据 疲 劳 类 别 的 细 节 质 量 验 收 要 求 等, 假 定 构 件 和 连 接 中 可 能 存 在 的 初 始 缺 陷 的 位 置 形 状 和 尺 寸 选 取 断 裂 力 学 参 数 和 断 裂 判 据, 如 线 弹 性 条 件 下 的 应 力 强 度 因 子 K 判 据, 弹 塑 性 条 件 下 的 围 道 积 分 J 判 据 裂 纹 尖 端 张 开 位 移 CTOD 判 据 等 ; 对 含 初 始 缺 陷 的 结 构 构 件 或 连 接 节 点 进 行 断 裂 力 学 计 算, 得 到 设 计 应 力 水 平 下 的 裂 纹 尖 端 断 裂 参 量 K I J I 或 CTOD 3 确 定 相 应 设 计 条 件 ( 温 度 板 厚 焊 接 等 ) 下, 构 件 和 连 接 节 点 材 料 的 断 裂 韧 性, 如 平 面 应 变 断 裂 韧 度 K IC 延 性 断 裂 韧 度 J IC 和 裂 纹 尖 端 张 开 位 移 CTOD 特 征 值 等 4 选 取 合 理 的 断 裂 判 据, 对 断 裂 力 学 计 算 得 到 的 设 计 应 力 水 平 下 的 断 裂 参 量 和 相 应 设 计 条 件 下 的 材 料 断 裂 韧 性 进 行 比 较, 从 而 完 成 抗 断 验 算 137

143 18 钢 结 构 构 件 和 节 点 抗 震 设 计 18.1 一 般 规 定 本 章 所 有 条 文 均 为 新 增 条 文 我 国 是 一 个 多 地 震 国 家, 必 须 重 视 钢 结 构 的 抗 震 设 计 本 章 的 抗 震 设 计 原 则 遵 照 现 行 国 家 标 准 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011, 适 用 于 抗 震 设 防 烈 度 为 6 度 -9 度 地 区 的 钢 结 构 抗 震 设 计 抗 震 设 计 包 括 钢 结 构 各 种 体 系 的 框 架 梁 框 架 柱 中 心 支 撑 偏 心 支 撑 屈 曲 约 束 支 撑 梁 柱 节 点 各 种 连 接 以 及 大 跨 度 屋 盖 等 构 件 的 承 载 力 验 算 和 相 应 的 构 造 要 求 这 些 构 件 实 际 会 承 担 竖 向 荷 载, 但 是 地 震 作 用 下 这 些 抗 侧 力 构 件 将 首 先 达 到 极 限 状 态, 随 着 地 震 的 往 复 作 用, 这 些 构 件 承 载 力 会 出 现 退 化, 原 先 承 受 的 竖 向 力 会 重 新 转 移 到 相 邻 柱 子, 因 此 横 梁 及 其 抗 侧 力 构 件 两 侧 的 柱 子, 应 按 照 承 受 全 部 的 竖 向 荷 载 设 计 本 条 为 保 证 结 构 延 性 的 重 要 规 定, 确 保 结 构 按 照 设 计 预 定 的 破 坏 路 径 进 行 本 条 规 定 适 用 于 基 本 体 系 及 包 括 此 类 基 本 体 系 的 双 重 抗 侧 力 体 系 当 不 符 合 本 条 规 定 时, 结 构 延 性 类 别 采 用 Ⅴ 类 免 除 条 款 的 第 1) 条 是 因 为, 顶 层 柱 顶 不 会 随 着 侧 移 的 增 加 而 出 现 二 阶 弯 矩, 外 弯 矩 不 会 增 大, 而 按 照 塑 性 屈 服 面 的 规 则, 弯 矩 不 增 大, 轴 力 就 无 需 减 小, 因 此 在 顶 层 的 柱 顶 形 成 塑 性 铰, 没 有 不 利 影 响 ; 第 ) 条 是 为 了 保 证 柱 子 有 足 够 的 抗 弯 能 力 用 以 抵 抗 弹 塑 性 地 震 响 应 过 程 中 随 侧 移 增 加 而 出 现 的 二 阶 弯 矩 ; 进 一 步, 如 果 柱 子 抗 弯 能 力 不 足, 则 因 为 柱 子 的 轴 力 不 可 能 卸 载, 柱 子 承 担 的 竖 向 荷 载 产 生 的 弯 矩 是 可 以 卸 载 的 因 此 框 架 梁 应 按 照 简 支 梁 计 算 承 担 竖 向 荷 载 的 能 力, 可 按 照 组 合 梁 计 算 截 面 的 承 载 力 ; 满 足 第 3) 条 表 示 本 层 不 是 薄 弱 层, 因 此 层 间 侧 移 发 展 有 限, 无 需 满 足 强 柱 弱 梁 要 求 ; 第 4) 条 是 因 为, 非 耗 能 梁 端 - 柱 子 和 斜 撑 形 成 了 一 个 几 何 不 变 的 三 角 形, 梁 柱 节 点 不 会 发 生 相 对 的 塑 性 转 动, 因 此 无 需 满 足 强 柱 弱 梁 的 要 求 ; 第 5) 条 弹 性 承 载 力 已 经 提 高 至 基 本 满 足 中 震 弹 性 要 求, 因 此 无 需 满 足 强 柱 弱 梁 的 要 求 对 于 大 跨 屋 盖 结 构 自 身, 由 于 其 自 重 轻 刚 度 好, 所 受 震 害 一 般 要 小 于 其 它 类 型 的 结 构 但 震 害 情 况 也 表 明, 支 座 及 其 邻 近 构 件 发 生 破 坏 的 情 况 较 多, 是 薄 弱 部 位 研 究 和 工 程 经 验 表 明, 通 过 放 大 地 震 作 用 效 应 来 提 高 该 区 域 杆 件 和 节 点 的 承 载 力, 是 有 效 的 抗 震 措 施 对 于 空 间 传 力 体 系, 关 键 杆 件 指 临 支 座 杆 件, 即 : 临 支 座 个 区 ( 网 ) 格 内 的 弦 腹 杆 ; 临 支 座 1/10 跨 度 范 围 内 的 弦 腹 杆, 两 者 取 较 小 的 范 围 对 于 单 向 传 力 体 系, 关 键 构 件 指 138

144 与 支 座 直 接 相 临 节 间 的 弦 杆 和 腹 杆 关 键 节 点 为 与 关 键 构 件 连 接 的 节 点 按 照 钢 结 构 房 屋 连 接 焊 缝 的 重 要 性, 并 参 照 AISC 规 范, 首 次 提 出 了 关 键 性 焊 缝 的 概 念, 本 次 修 订 列 出 了 4 条 关 键 性 焊 缝 主 要 是 保 证 焊 缝 和 构 件 具 有 足 够 的 塑 性 变 形 能 力, 真 正 做 到 强 连 接 弱 构 件 和 实 现 设 计 确 定 的 屈 服 机 制 18. 抗 震 构 件 本 规 定 为 保 证 转 换 构 件 的 设 计 安 全 度 并 使 其 具 有 良 好 的 抗 震 性 能 长 期 以 来, 抗 震 设 计 对 柱 子 的 要 求 没 有 得 到 明 确 的 表 达 本 次 规 范 的 增 补, 提 出 了 依 据 剩 余 抗 弯 承 载 力 的 不 同 来 满 足 对 柱 子 的 不 同 延 性 要 求 当 满 足 (18..5-) 式, 则 柱 的 抗 弯 承 载 能 力, 在 扣 除 轴 力 的 影 响 后, 还 能 够 达 到 全 截 面 塑 性 弯 矩 的 50%~70%, 满 足 在 较 大 侧 移 时 承 受 柱 子 内 产 生 的 弯 矩 的 客 观 要 求, 柱 子 竖 向 承 载 力 的 退 化 小, 从 而 保 证 延 性 ( ) 及 (18..5-) 式 来 源 于 压 弯 杆 平 面 内 稳 定 的 计 算 公 式 : N b M j Af g W N N f + mx x ( ) x x 1x Ex M x 当 要 求 = 0.6, 压 杆 的 稳 定 系 数 可 采 用 二 次 抛 物 线 来 近 似 : g W f x x 1 l f yk l j = 1- = 1-4p E 39E f yk bmx 近 似 的 取 = 1 ' N N Ex N 则 + 0.6» 1 j Af 可 得 公 式 同 理, 满 足 ( ) 式, 则 柱 的 抗 弯 承 载 能 力, 在 扣 除 轴 力 的 影 响 后, 还 能 够 达 到 全 截 面 承 载 能 力 的 5%~50% 薄 板 的 受 压 屈 曲 应 力 较 低, 在 设 计 荷 载 作 用 下 也 可 能 会 发 生 对 角 线 方 向 受 压 屈 曲 ( 受 剪 屈 曲 ) 假 定 墙 板 不 承 受 竖 向 荷 载, 只 在 水 平 力 作 用 下 发 生 纯 剪 切 变 形 屈 曲 采 用 薄 板 剪 力 墙 的 目 的 是 利 用 薄 板 屈 曲 后 强 度 形 成 对 角 拉 力 场, 期 望 墙 板 在 中 震 和 大 震 作 用 下 完 全 屈 服 形 成 均 匀 拉 力 场 抵 抗 水 平 荷 载 并 期 望 与 墙 板 相 连 的 周 边 梁 柱 在 有 地 震 作 用 的 荷 139

145 载 组 合 效 应 下 能 抵 抗 墙 板 拉 力 场 所 产 生 的 最 大 拉 力, 除 梁 端 塑 性 铰 外 应 保 持 弹 性 参 考 FEMA450 及 AISC341-05, 墙 板 与 边 缘 构 件 的 连 接 应 能 传 递 按 倾 斜 角 a 计 算 的 墙 板 受 拉 屈 服 应 力 Ry f y, R y 为 超 强 系 数 当 采 用 GJ 钢 时, 实 际 屈 服 强 度 为 本 规 范 5.4 节 规 定 的 名 义 屈 服 强 度, 采 用 其 他 钢 材, 实 际 屈 服 强 度 为 钢 材 屈 服 强 度 实 测 值 此 规 定 来 源 于 美 国 FEMA450 及 AISC 节 点 抗 震 设 计 符 合 本 条 要 求 的 结 构, 可 满 足 抗 震 规 范 规 定 的 强 节 点 弱 杆 件 的 抗 震 原 则 比 较 美 国 日 本 及 欧 洲 规 范 关 于 H 形 和 箱 形 截 面 柱 的 节 点 域 计 算 和 宽 厚 比 限 值 的 规 定, 并 总 结 试 验 数 据 提 出 本 条 要 求, 细 化 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 第 8..5 条 第 3 款 的 规 定 本 条 为 低 弹 性 承 载 力 高 延 性 构 造, 高 弹 性 承 载 力 低 延 性 构 造 的 具 体 体 现 参 考 文 章 : 陈 炯 钢 框 架 节 点 域 的 宽 厚 比 限 值 和 基 于 宽 厚 比 的 抗 剪 承 载 力 验 算 本 条 节 点 域 验 算 基 于 节 点 满 足 强 柱 弱 梁, 当 不 满 足 强 柱 弱 梁 时, 梁 端 的 受 弯 承 载 力 替 换 为 柱 端 的 受 弯 承 载 力 即 可 节 点 两 端 梁 高 度 不 等 时, 可 根 据 本 条 的 设 计 原 则 参 照 本 规 范 式 ( ) 计 算 当 节 点 域 的 体 积 不 满 足 第 条 有 关 规 定 时, 参 考 日 本 规 定 和 美 国 AISC 钢 结 构 抗 震 规 程 1997 年 版 的 规 定, 提 出 了 加 厚 节 点 域 和 贴 焊 补 强 板 的 加 强 措 施 梁 柱 连 接 节 点 的 转 动 能 力 应 采 用 有 可 靠 依 据 的 计 算 方 法 确 定, 计 算 依 据 不 充 分 时, 应 采 用 试 验 方 法 确 定, 同 一 连 接 节 点 的 试 件 数 量 不 应 少 于 3 个 梁 柱 交 角 的 塑 性 变 形 能 力 可 依 据 节 点 低 周 反 复 荷 载 试 验 结 果 检 验, 试 件 中 的 材 料 性 能 焊 接 工 艺 和 节 点 构 造 形 式 应 与 实 际 设 计 相 同 18.4 屈 曲 约 束 支 撑 屈 曲 约 束 支 撑 偏 心 受 力 时, 可 能 会 引 起 核 心 支 撑 杆 在 预 留 空 隙 处 发 生 弯 曲, 导 致 支 撑 耗 能 失 效 或 产 生 破 坏 结 构 中 的 屈 曲 约 束 支 撑 应 为 轴 心 受 力 构 件, 并 应 保 证 施 工 过 程 中 不 产 生 过 大 的 误 差 导 致 支 撑 成 为 偏 心 受 力 构 件 屈 曲 约 束 支 撑 的 轴 向 承 载 力 由 核 心 钢 支 撑 的 约 束 屈 服 段 控 制, 因 此 根 据 该 段 的 净 截 面 面 积 计 算 轴 心 受 拉 和 受 压 承 载 力 承 载 力 设 计 值 是 弹 性 承 载 力, 用 于 小 震 组 合 下 的 验 算 钢 材 低 屈 服 点 及 伸 长 率 是 对 屈 曲 约 束 支 撑 耗 能 及 延 性 的 要 求 ; 并 参 考 了 美 国 AISC341-05,16.a 条, 对 核 心 钢 支 撑 板 厚 ³ 50mm 的 钢 板 应 满 足 最 低 冲 击 韧 性 要 求, 核 心 钢 支 撑 不 允 许 有 拼 接 140

146 在 大 震 作 用 下,K 形 支 撑 会 使 柱 承 受 较 大 的 水 平 力 ;X 形 屈 曲 约 束 支 撑 难 以 实 现 屈 曲 约 束 支 撑 在 相 同 的 非 弹 性 变 形 下, 支 撑 的 最 大 受 压 承 载 力 大 于 最 大 受 拉 承 载 力, 参 考 美 国 AISC341-05,16.4 条 规 定 要 考 虑 支 撑 拉 压 不 平 衡 力 对 横 梁 的 影 响, 只 是 将 其 中 的 钢 材 屈 服 强 度 超 强 系 数 R y取 为 1.1 为 了 保 证 屈 曲 约 束 支 撑 在 预 期 的 楼 层 侧 移 下, 拉 压 支 撑 均 达 到 屈 服, 梁 应 有 足 够 的 刚 度 梁 在 恒 载 和 支 撑 最 大 拉 压 力 组 合 下 的 变 形 要 求 参 考 了 美 国 FEMA450(003) 款 的 规 定 参 考 美 国 AISC 的 规 定 : 屈 曲 约 束 支 撑 框 架 的 设 计 位 移 应 按 最 大 层 间 设 计 位 移 的.0 倍 确 定, 要 求 约 束 单 元 应 能 在.0 倍 预 期 层 间 位 移 内 约 束 核 心 钢 支 撑 不 屈 曲 参 考 了 美 国 AISC 的 规 定 美 国 AISC 规 定 支 撑 与 梁 柱 连 接 的 拉 压 设 计 承 载 力 按 1.1 倍 的 支 撑 最 大 受 压 承 载 力 Ry bw Fy 计 算, 取 Ry=1.1, 则 为 参 考 了 美 国 AISC 的 规 定 bw 屈 曲 约 束 支 撑 与 框 架 的 几 何 关 系 见 图 ( 条 文 说 明 ) Fy 图 ( 条 文 说 明 ) 层 间 位 移 为 d 时, 支 撑 的 轴 向 变 形 为 d, 几 何 关 系 为 : ( L + d ) = H + ( L + d) t 式 中, H - 层 高 ; L- 跨 度 忽 略 二 次 项, 支 撑 的 轴 向 变 形 d 可 表 示 为 : d = Ld / Lt 记 核 心 钢 支 撑 工 作 段 的 长 度 为 L c, L L c g =, 引 入 d Ha t =, d cosq = d, L sinq = H, t 141

147 则 核 心 钢 支 撑 的 应 变 e b为 : e = d / L = a sin( q ) / g 式 中,q- 支 撑 与 框 架 梁 的 夹 角 ;a - 层 间 位 移 角 b c 国 外 的 研 究 结 果 表 明 钢 支 撑 工 作 段 的 应 变 小 于 3% 时, 屈 曲 约 束 支 撑 能 够 保 持 稳 定 的 力 学 行 为, 如 限 制 e b 3%, 根 据 美 国 AISC 的 规 定 : 屈 曲 约 束 支 撑 框 架 的 设 计 位 移 应 按 最 大 层 间 设 计 位 移 的.0 倍 确 定 按 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011, 罕 遇 地 震 下 框 架 结 构 弹 塑 性 层 间 侧 移 角 为 1/50, 可 得 出 sin( q)/50g 0.03 Lc L 或 t sin( q ) ³ 参 见 本 规 范 塑 性 调 幅 设 计 法 部 分 有 关 条 文 14

148 19 钢 结 构 防 护 19.1 抗 火 设 计 钢 结 构 的 抗 火 性 能 较 差, 其 原 因 主 要 有 两 个 方 面 : 一 是 钢 材 热 传 导 系 数 很 大, 火 灾 下 钢 构 件 升 温 快 ; 二 是 钢 材 强 度 随 温 度 升 高 而 迅 速 降 低, 致 使 钢 结 构 不 能 承 受 外 部 荷 载 作 用 而 失 效 破 坏 无 防 火 保 护 的 钢 结 构 的 耐 火 时 间 通 常 仅 为 15~0min, 故 极 易 在 火 灾 下 破 坏 因 此, 为 了 防 止 和 减 小 建 筑 钢 结 构 的 火 灾 危 害, 必 须 对 钢 结 构 进 行 科 学 的 抗 火 设 计, 采 取 安 全 可 靠 经 济 合 理 的 防 火 保 护 措 施 本 条 规 定 了 钢 结 构 的 设 计 耐 火 极 限 要 求 为 方 便 使 用, 表 给 出 了 建 筑 设 计 防 火 规 范 GB xx 对 各 类 钢 构 件 耐 火 极 限 的 规 定, 并 增 加 了 柱 间 支 撑 楼 面 支 撑 屋 面 支 撑 等 的 规 定 表 构 件 的 耐 火 极 限 要 求 (h) 耐 火 等 级 耐 火 极 限 构 件 名 称 建 筑 设 计 防 火 规 范 GB 所 适 用 的 建 筑 高 层 民 用 建 筑 设 计 防 火 规 范 GB50045 所 适 用 的 建 筑 一 级 二 级 三 级 四 级 一 级 二 级 柱 柱 间 支 撑 楼 面 梁 桁 架 楼 板 楼 面 支 撑 厂 房 仓 库 民 用 建 筑 厂 房 仓 库 民 用 建 筑 不 要 求 屋 顶 承 重 构 件 屋 面 支 撑 系 杆 厂 房 仓 库 民 用 建 筑 0.50 不 要 求 不 要 求 上 人 平 屋 面 板 不 要 求 不 要 求 疏 散 楼 梯 厂 房 仓 库 民 用 建 筑 不 要 求 注 :1 建 筑 物 中 的 墙 等 其 他 建 筑 构 件 的 耐 火 极 限 应 符 合 建 筑 设 计 防 火 规 范 GB 高 层 民 用 建 筑 143

149 设 计 防 火 规 范 GB 等 的 规 定 ; 一 二 级 耐 火 等 级 的 单 层 厂 房 ( 仓 库 ) 的 柱, 其 耐 火 极 限 可 按 表 C3.1.1 规 定 降 低 0.50h; 3 一 级 耐 火 等 级 的 单 层 多 层 厂 房 ( 仓 库 ) 设 置 自 动 喷 水 灭 火 系 统 时, 其 屋 顶 承 重 构 件 的 耐 火 极 限 可 按 表 C3.1.1 规 定 降 低 0.50h; 4 吊 车 梁 的 耐 火 极 限 应 不 低 于 表 C 中 梁 的 耐 火 极 限 本 条 规 定 了 钢 结 构 抗 火 设 计 方 法 以 及 钢 构 件 的 抗 火 能 力 不 符 合 规 定 的 要 求 时 的 处 理 方 法 无 防 火 保 护 的 钢 结 构 的 耐 火 时 间 通 常 仅 为 15~0min, 达 不 到 规 定 的 设 计 耐 火 极 限 要 求, 因 此 需 要 进 行 防 火 保 护 防 火 保 护 的 具 体 措 施, 如 防 火 涂 料 类 型 涂 层 厚 度 等, 应 根 据 国 家 标 准 建 筑 钢 结 构 防 火 技 术 规 范 进 行 抗 火 设 计 确 定, 保 证 构 件 的 耐 火 时 间 达 到 规 定 的 设 计 耐 火 极 限 要 求, 并 做 到 经 济 合 理 本 条 为 新 增 条 文 钢 结 构 工 程 中 常 用 的 防 火 保 护 措 施 有 : 外 包 混 凝 土 或 砌 筑 砌 体 涂 覆 防 火 涂 料 包 覆 防 火 板 包 覆 柔 性 毡 状 隔 热 材 料 等 这 些 保 护 措 施 各 有 其 特 点 及 适 用 条 件 钢 结 构 抗 火 设 计 时 应 立 足 于 保 护 有 效 的 条 件 下, 针 对 现 场 的 具 体 条 件, 考 虑 构 件 的 具 体 承 载 形 式 空 间 位 置 及 环 境 因 素 等, 选 择 施 工 简 便 易 于 保 证 施 工 质 量 的 方 法 本 条 为 新 增 条 文 本 条 规 定 了 钢 结 构 抗 火 设 计 技 术 文 件 编 制 的 要 求 其 中, 防 火 保 护 材 料 的 性 能 要 求 具 体 包 括 : 防 火 保 护 材 料 的 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 当 工 程 实 际 使 用 的 防 火 保 护 方 法 有 更 改 时, 应 由 设 计 单 位 出 具 设 计 修 改 文 件 当 工 程 实 际 使 用 的 防 火 保 护 材 料 的 等 效 热 传 导 系 数 与 设 计 文 件 不 一 致 时, 应 按 防 火 保 护 层 的 等 效 热 阻 相 等 原 则 调 整 防 火 保 护 层 的 厚 度, 并 由 设 计 单 位 确 认 19. 防 腐 蚀 设 计 本 条 及 条 为 003 版 的 的 修 改 和 补 充 本 条 规 定 了 钢 结 构 防 腐 蚀 设 计 应 遵 循 的 原 则 1 钢 结 构 腐 蚀 是 一 个 电 化 学 过 程, 腐 蚀 速 度 与 环 境 腐 蚀 条 件 钢 铁 质 量 钢 结 构 构 造 等 有 关, 其 所 处 的 环 境 中 水 气 含 量 和 电 解 质 含 量 越 高, 腐 蚀 速 度 越 快 防 腐 蚀 方 案 的 实 施 与 施 工 条 件 有 关, 因 此 选 择 防 腐 蚀 方 案 的 时 候 应 考 虑 施 工 条 件, 避 免 选 择 可 能 会 造 成 施 工 困 难 的 防 腐 蚀 方 案 由 于 钢 结 构 防 腐 蚀 设 计 年 限 通 常 低 于 建 筑 物 设 计 年 限, 建 筑 物 寿 命 期 内 通 常 需 要 对 钢 结 构 防 腐 蚀 措 施 进 行 维 修, 因 此 选 择 防 腐 蚀 方 案 的 时 候, 应 考 虑 维 修 条 件, 维 修 困 难 的 钢 结 构 144

150 应 加 强 防 腐 蚀 方 案 防 腐 蚀 设 计 与 环 保 节 能 相 关 的 内 容 主 要 有 : 防 腐 蚀 材 料 的 挥 发 性 有 机 物 含 量 ; 重 金 属 有 毒 溶 剂 等 危 害 健 康 的 物 质 含 量 ; 防 腐 蚀 材 料 生 产 和 运 输 的 能 耗 ; 防 腐 蚀 施 工 过 程 的 能 耗 等 防 腐 蚀 设 计 方 案 本 身 的 设 计 寿 命 越 长, 建 筑 物 生 命 周 期 内 大 修 的 次 数 越 少, 消 耗 的 材 料 和 能 源 越 少, 这 本 身 也 是 环 保 节 能 的 有 效 措 施 3 本 款 将 本 标 准 003 版 的 第 条 中 的 防 锈 措 施 ( 除 锈 后 涂 以 油 漆 或 金 属 镀 层 等 ) 改 为 防 腐 蚀 措 施, 随 着 对 钢 结 构 腐 蚀 的 进 一 步 深 入 研 究, 钢 结 构 腐 蚀 已 经 不 能 仅 用 防 锈 概 括 删 除 了 本 标 准 003 版 的 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 加 速 腐 蚀 的 不 良 设 计 是 指 容 易 导 致 水 积 聚, 或 者 不 能 使 水 正 常 干 燥 的 凹 槽 死 角 焊 缝 缝 隙 等 水 的 存 在 会 加 速 钢 铁 腐 蚀 这 些 不 良 设 计 的 表 现 形 式 包 括 但 不 限 于 本 标 准 003 版 本 条 的 这 些 描 述, 因 此 将 那 些 简 要 的 描 述 删 除 4 沿 用 自 本 标 准 003 版 的 第 条 一 般 情 况 下, 锈 蚀 采 用 适 当 的 防 腐 蚀 方 案 保 护 即 可 5 如 前 所 述, 由 于 钢 结 构 防 腐 蚀 设 计 年 限 通 常 低 于 建 筑 物 设 计 年 限, 为 延 长 钢 结 构 防 腐 蚀 方 案 的 实 际 使 用 年 限, 应 对 钢 结 构 防 腐 蚀 方 案 进 行 定 期 检 查, 并 根 据 检 查 结 果 进 行 合 适 的 维 修 钢 结 构 防 腐 蚀 方 案 在 正 确 定 期 维 护 下, 可 有 效 的 延 长 大 修 间 隔 期, 建 筑 物 生 命 周 期 内 大 修 的 次 数 越 少, 消 耗 的 人 力 和 物 力 就 越 少 因 此, 设 计 中 应 考 虑 全 寿 命 期 内 的 检 查 维 护 和 大 修, 宜 建 议 工 程 业 主 防 腐 蚀 施 工 单 位 防 腐 蚀 材 料 供 应 商 等 制 定 维 护 计 划 19.. 本 条 为 新 增 条 文 本 条 列 出 了 常 用 的 防 腐 蚀 方 案, 其 中 防 腐 蚀 涂 料 是 最 常 用 的 防 腐 蚀 方 案, 各 种 工 艺 形 成 的 锌 铝 等 金 属 保 护 层 包 括 热 喷 锌 热 喷 铝 热 喷 锌 铝 合 金 热 浸 锌 电 镀 锌 冷 喷 铝 冷 喷 锌 等 对 于 其 它 内 容 的 解 释, 请 参 考 本 标 准 第 条 第 1 款 的 条 文 说 明 本 条 为 新 增 条 文 腐 蚀 性 等 级 的 划 分 参 考 国 家 标 准 GB 大 气 环 境 腐 蚀 性 分 类 GB 工 业 建 筑 设 计 防 腐 蚀 规 范 ISO 1944 Paints and varnishes - Corrosion protection of steel structures by protective paint systems 第 部 分 Classification of Environments, 并 进 行 了 适 当 调 整 实 际 工 程 中 通 常 不 需 要 进 行 实 地 的 钢 结 构 单 位 面 积 质 量 损 失 试 验, 与 典 型 环 境 进 行 比 照 即 可 145

151 表 钢 结 构 腐 蚀 性 等 级 分 类 单 位 面 积 上 质 量 的 损 失 ( 第 一 年 ) 典 型 环 境 ( 仅 作 参 考 ) 腐 蚀 性 低 碳 钢 锌 等 级 质 量 损 失 厚 度 损 失 质 量 损 失 厚 度 损 失 外 部 内 部 /(g/m ) /um /(g/m ) /um C1 很 低 加 热 的 建 筑 物 内 部, 空 气 洁 净, 如 办 公 室 商 店 学 校 和 宾 馆 等 C 低 10~00 1.3~5 0.7~5 0.1~0.7 大 气 污 染 较 低, 如 低 污 染 的 乡 村 地 区 未 加 热 的 建 筑 物 内 部, 冷 凝 有 可 能 发 生, 如 库 房 体 育 馆 等 C3 中 00~400 5~50 5~15 0.7~.1 城 市 和 工 业 大 气, 中 等 的 二 氧 化 硫 污 染, 低 盐 度 沿 海 区 域 高 湿 度 和 有 些 污 染 生 产 场 所, 如 食 品 加 工 厂 洗 衣 场 酒 厂 牛 奶 厂 等 C4 高 400~650 50~80 15~30.1~4. 高 盐 度 的 工 业 区 和 沿 海 区 域 化 工 厂 游 泳 池 海 船 内 部 和 船 厂 等 C5 很 高 650~ ~00 30~60 4.~8.4 高 盐 度 和 恶 劣 大 气 的 工 业 区 域, 高 盐 度 的 沿 海 和 离 岸 地 带 总 是 有 冷 凝 水 高 湿 度 高 污 染 的 建 筑 物 或 其 它 地 方 钢 结 构 防 腐 蚀 设 计 年 限 的 划 分 参 考 GB 工 业 建 筑 设 计 防 腐 蚀 规 范 ISO 1944 Paints and varnishes - Corrosion protection of steel structures by protective paint systems 第 1 部 分 General introduction, 并 作 适 当 调 整 其 中 ISO 1944 划 分 的 设 计 年 限 为 低 (~5 年 ) 中 (5~15 年 ) 高 (15 年 以 上 ) 三 个 等 级, 此 处 考 虑 到 中 (5~15 年 ) 的 跨 度 较 大, 划 分 成 5~10 年 10~15 年 两 个 等 级 防 腐 蚀 涂 料 施 工 方 法 有 喷 涂 辊 涂 刷 涂 等, 通 常 刷 涂 对 空 隙 宽 度 的 要 求 最 小 防 护 层 质 量 检 查 和 维 护 检 查 采 用 的 反 光 镜 一 般 配 有 伸 缩 杆, 能 够 刷 涂 到 的 部 位 都 能 检 查 到 对 于 维 修 情 况, 这 里 要 求 的 型 钢 间 的 空 隙 宽 度 是 指 安 装 之 后 宽 度 146

152 不 同 金 属 材 料 之 间 存 在 电 位 差, 直 接 接 触 时 会 发 生 电 偶 腐 蚀, 电 位 低 的 金 属 会 被 腐 蚀 如 铁 与 铜 直 接 接 触 时, 由 于 铁 的 电 位 低 于 铜, 铁 发 生 电 偶 腐 蚀 弹 簧 垫 圈 由 于 存 在 缝 隙, 水 气 和 电 解 质 易 积 留, 易 产 生 缝 隙 腐 蚀 本 款 将 本 标 准 003 版 的 第 8.9. 条 中 的 不 能 重 新 油 漆 更 改 成 不 能 维 修 防 腐 蚀 方 案, 防 锈 措 施 更 改 成 防 腐 蚀 措 施 另 将 本 标 准 003 版 第 条 关 于 构 造 的 要 求 和 第 条 编 写 在 此 本 条 第 7 款 仅 适 用 于 可 能 接 触 水 或 腐 蚀 性 介 质 的 柱 脚, 对 无 水 的 办 公 楼 宾 馆 不 适 用 本 条 为 新 增 条 文 本 条 规 定 了 钢 材 表 面 原 始 锈 蚀 等 级 钢 材 除 锈 等 级 标 准 1 表 面 原 始 锈 蚀 等 级 为 D 级 的 钢 材 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, 因 此 不 宜 用 作 结 构 钢 表 面 处 理 的 清 洁 度 和 表 面 粗 糙 度 是 两 个 不 相 同 的 指 标, 清 洁 度 反 映 钢 结 构 表 面 残 留 的 氧 化 皮 锈 迹 等 的 多 少, 表 面 粗 糙 度 反 映 钢 结 构 表 面 微 观 的 外 观, 要 求 具 有 峰 尖 峰 谷 的 特 性, 加 大 防 腐 蚀 产 品 与 钢 材 的 接 触 面 积 清 洁 度 和 表 面 粗 糙 度 对 防 腐 蚀 方 案 的 性 能 影 响 都 较 大, 低 的 清 洁 度 会 降 低 防 腐 蚀 方 案 的 实 际 使 用 寿 命, 达 不 到 设 计 寿 命 ; 表 面 粗 糙 度 影 响 防 腐 蚀 产 品 在 钢 结 构 表 面 的 附 着 力, 不 同 的 防 腐 蚀 方 案 对 粗 糙 度 的 要 求 不 同, 如 无 机 富 锌 底 漆 对 粗 糙 度 的 要 求 较 高, 在 光 滑 的 表 面 易 开 裂 脱 落 等 3 并 不 是 所 有 的 防 腐 蚀 产 品 都 能 够 在 手 工 或 动 力 工 具 处 理 的 St3 级 表 面 获 得 良 好 的 防 腐 蚀 性 能, 因 此 这 些 部 位 应 选 用 合 适 的 防 腐 蚀 产 品, 并 不 强 求 与 工 厂 涂 装 的 底 漆 类 型 一 致 某 些 动 力 工 具 在 处 理 过 程 中 会 对 钢 结 构 表 面 抛 光, 缺 乏 合 适 的 粗 糙 度, 影 响 防 腐 蚀 产 品 的 附 着 力, 因 此 要 求 手 工 或 动 力 工 具 处 理 后 应 具 有 合 适 的 表 面 粗 糙 度 4 喷 砂 和 抛 丸 是 钢 结 构 表 面 处 理 的 常 用 方 法, 所 采 用 的 磨 料 特 性 对 表 面 处 理 的 效 果 影 响 很 大, 某 些 磨 料 难 以 达 到 某 些 防 腐 蚀 产 品 要 求 的 粗 糙 度 和 清 洁 度, 有 些 磨 料 会 嵌 在 钢 材 内 部, 这 些 情 况 都 不 能 符 合 防 腐 蚀 产 品 的 特 性 若 表 面 处 理 材 料 的 含 水 量 含 盐 量 较 高, 会 导 致 钢 材 表 面 处 理 后 又 快 速 返 锈 河 沙 海 沙 除 了 含 水 量 含 盐 量 通 常 超 标 之 外, 还 含 有 游 离 硅, 喷 砂 过 程 产 生 的 大 量 粉 尘 中 也 会 含 有 游 离 硅, 人 体 吸 入 一 定 量 的 游 离 硅 之 后, 会 导 致 严 重 的 肺 部 疾 病, 因 此 磨 料 产 品 还 应 符 合 环 保 要 求 涂 料 作 为 防 腐 蚀 方 案, 通 常 由 几 种 涂 料 产 品 组 成 配 套 方 案 底 漆 通 常 具 有 化 学 防 腐 蚀 或 者 电 化 学 防 腐 蚀 的 功 能 中 间 漆 通 常 具 有 隔 离 水 气 的 功 能 面 漆 通 常 具 有 保 光 保 色 等 耐 候 性 能, 因 此 需 要 结 合 工 程 实 际, 根 据 环 境 腐 蚀 条 件 防 腐 蚀 设 计 年 限 施 工 和 维 修 条 件 等 要 求 进 行 配 套 设 计 147

153 19..8 维 护 计 划 通 常 由 工 程 业 主 和 防 腐 蚀 施 工 单 位 防 腐 蚀 材 料 供 应 商 在 工 程 建 造 时 制 定 投 入 使 用 后 按 照 该 维 护 计 划 进 行 定 期 检 查, 并 根 据 检 查 结 果 进 行 维 护, 这 些 工 作 通 常 由 工 程 业 主 邀 请 防 腐 蚀 施 工 单 位 防 腐 蚀 材 料 供 应 商 等 专 业 人 员 进 行 何 时 需 要 进 行 大 修 的 标 准 通 常 依 据 ISO 468 Paints and varnishes -Evaluation of degradation of coatings - Designation of quantity and size of defects, and of intensity of uniform changes in appearance 的 等 级 划 分, 由 业 主 方 的 专 业 防 腐 蚀 工 程 师 或 其 它 专 业 工 程 师 协 商 确 定 一 种 通 行 的 做 法 是 当 检 查 中 发 现 锈 蚀 比 例 高 于 1%(ISO Assessment of degree of rusting) 时, 有 必 要 进 行 大 修 19.3 隔 热 本 条 为 新 增 条 文 高 温 工 作 环 境 对 钢 结 构 的 影 响 主 要 是 温 度 效 应, 包 括 结 构 的 热 膨 胀 效 应 和 高 温 对 钢 结 构 材 料 的 力 学 性 能 的 影 响 在 进 行 结 构 设 计 时, 应 通 过 传 热 分 析 确 定 处 于 高 温 环 境 下 的 钢 结 构 温 度 分 布 及 温 度 值, 在 结 构 分 析 中 应 考 虑 热 膨 胀 效 应 的 影 响 及 高 温 对 钢 材 的 力 学 性 能 参 数 的 影 响 高 温 工 作 环 境 下 的 温 度 作 用 是 一 种 持 续 作 用, 与 火 灾 这 类 短 期 高 温 作 用 有 所 不 同 在 这 种 持 续 高 温 下 的 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 对 于 长 时 间 高 温 环 境 下 的 钢 结 构, 分 析 高 温 对 其 影 响 时, 钢 材 的 强 度 和 弹 性 模 量 可 按 下 列 方 法 确 定 : 当 钢 结 构 的 温 度 不 大 于 100 C 时, 钢 材 的 设 计 强 度 和 弹 性 模 量 与 常 温 下 相 同 ; 当 钢 结 构 的 温 度 超 过 100 C 时, 高 温 下 钢 材 的 强 度 设 计 值 与 常 温 下 强 度 设 计 值 的 比 值 h T 高 温 下 的 弹 性 模 量 与 常 温 下 弹 性 模 量 的 比 值 c T可 按 表 确 定 钢 -6 材 的 热 膨 胀 系 数 可 采 用 a = m/(m ) s 当 高 温 环 境 下 的 钢 结 构 温 度 超 过 100 C 时, 对 于 依 靠 预 应 力 工 作 的 构 件 或 连 接, 应 专 门 评 估 蠕 变 或 松 弛 对 其 承 载 力 能 力 或 正 常 使 用 性 能 的 影 响 148

154 表 高 温 环 境 下 钢 材 的 强 度 设 计 值 弹 性 模 量 T s ( C) ht ct T s ( C) ht ct 注 : 表 中 T s 为 温 度, h T 为 高 温 环 境 下 钢 材 的 强 度 设 计 值 与 常 温 下 强 度 设 计 值 的 比 值 ; c T 为 高 温 环 境 下 钢 材 的 弹 性 模 量 与 常 温 下 弹 性 模 量 的 比 值 本 条 为 003 版 的 的 修 改 和 补 充 对 于 处 于 高 温 环 境 下 的 钢 结 构, 当 承 载 力 或 变 形 不 能 满 足 要 求 时, 可 通 过 采 取 措 施 降 低 构 件 内 的 应 力 水 平 提 高 构 件 材 料 在 高 温 下 的 149

155 强 度 提 高 构 件 的 截 面 刚 度 或 降 低 构 件 在 高 温 环 境 下 的 温 度 来 使 其 满 足 要 求 对 于 出 于 长 时 间 高 温 环 境 工 作 的 钢 结 构, 不 应 采 用 膨 胀 型 防 火 涂 料 作 为 隔 热 保 护 措 施 本 条 为 新 增 条 文 150

156 C.0.3 附 录 C 结 构 的 位 移 容 许 值 多 遇 地 震 和 风 荷 载 下 结 构 层 间 位 移 的 限 制, 主 要 是 防 止 非 结 构 构 件 和 装 饰 材 料 的 损 坏, 与 非 结 构 构 件 本 身 的 延 性 性 能 及 其 与 主 体 结 构 连 接 方 式 的 延 性 相 关 本 次 修 订 参 照 欧 洲 规 范 EC8 的 做 法 采 用 不 同 的 限 值 要 求 玻 璃 幕 墙 砌 块 隔 墙 等 视 为 脆 性 非 结 构 构 件, 金 属 幕 墙 各 类 轻 质 隔 墙 等 视 为 延 性 非 结 构 构 件 砂 浆 砌 筑 无 平 动 或 转 动 余 地 的 连 接 视 为 刚 性 连 接, 通 过 柔 性 材 料 过 渡 的 或 有 平 动 转 动 余 地 的 连 接 可 视 为 柔 性 连 接 151

157 E.0.1 附 录 E 简 支 梁 悬 臂 梁 的 弹 性 屈 曲 临 界 弯 矩 热 轧 槽 钢 和 工 字 钢, 翼 缘 内 面 是 倾 斜 的, 翘 曲 惯 性 矩 按 照 平 行 翼 缘 计 算, 乘 以 折 减 系 数 0.8 得 到 自 由 扭 转 常 数 则 适 当 放 大 E.0. 抗 扭 转 是 阻 止 支 承 处 出 现 扭 转 角 抗 翘 曲 是 指, 通 过 在 截 面 上 产 生 正 应 力 ( 翘 曲 应 力 ) 来 阻 止 支 承 处 的 梁 截 面 从 原 先 的 平 面 变 为 的 双 曲 面 在 支 承 截 面 腹 板 两 侧 采 用 槽 钢 加 劲 肋 构 成 封 闭 的 加 劲 肋, 可 以 有 效 阻 止 截 面 的 翘 曲, 为 截 面 提 供 接 近 嵌 固 的 约 束 在 工 字 钢 两 侧 贴 焊 长 度 是 钢 梁 截 面 高 度 两 倍 的 钢 板, 使 支 承 处 变 为 翻 到 的 闭 口 日 子 形 截 面, 也 可 以 为 钢 梁 提 供 接 近 嵌 固 的 翘 曲 约 束 此 时 m w可 取.5 采 用 普 通 的 钢 板 加 劲 肋 提 供 的 翘 曲 约 束 很 小, m w应 取 不 小 于 4 15

158 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 非 加 劲 钢 板 剪 力 墙 具 有 较 高 的 屈 曲 后 强 度, 钢 板 屈 曲 后 以 斜 向 拉 力 带 的 形 式 继 续 承 载, 因 此 钢 板 剪 力 墙 屈 曲 后 仍 具 有 良 好 的 延 性 较 高 的 承 载 力 和 优 越 的 耗 能 能 力, 此 类 剪 力 墙 在 加 拿 大 和 美 国 应 用 较 多, 并 列 入 相 应 的 设 计 规 范 中 依 据 钢 板 厚 度 不 同, 非 加 劲 钢 板 剪 力 墙 可 分 为 厚 板 中 厚 板 及 薄 板, 可 参 考 梁 腹 板 的 标 准, 厚 板 的 通 用 高 厚 比 通 常 小 于 100, 其 抗 剪 承 载 力 完 全 由 板 件 的 剪 切 屈 服 提 供, 即 V = f L t = 0.57 fl t 随 着 高 厚 比 的 增 加 钢 板 剪 力 墙 逐 渐 由 面 内 受 剪 转 变 为 拉 力 带 承 载 的 u v s w s w 方 式, 由 拉 力 带 完 全 承 载 时 V u =0.5fL e t w 钢 板 面 内 受 剪 屈 曲 时 钢 板 可 以 用 双 向 交 叉 拉 压 杆 模 拟, 此 时 钢 材 服 从 Mises 屈 服 准 则, 钢 板 对 应 的 斜 向 拉 压 强 度 均 为 钢 材 的 抗 剪 屈 服 强 度 ; 钢 板 以 拉 力 带 形 式 承 载 时, 可 以 用 只 能 承 受 拉 力 的 拉 杆 来 模 拟, 拉 杆 对 应 的 极 限 抗 拉 强 度 为 钢 材 屈 服 强 度 钢 板 剪 力 墙 跨 高 比 的 不 同 影 响 简 化 分 析 模 型 中 杆 件 的 倾 角, 关 于 杆 条 与 水 平 方 向 的 夹 角 a 的 取 值, 可 参 考 美 国 FEMA 450 和 加 拿 大 范 CAN/CSA-S16-1 给 出, 按 照 公 式 (J1.1) 计 算 tan Ltw 1+ A a = t h æ H ö + w ç + è A b 360 I L c ø (J1.1) 4 c 值 得 说 明 的 是, 当 边 缘 框 架 构 件 的 抵 抗 矩 满 足 本 规 范 条 规 定 时, 按 照 式 (1) 确 定 的 拉 力 带 倾 角 基 本 在 38 ~45 之 间, 统 一 等 代 模 型 对 上 述 范 围 内 的 a 值 并 不 敏 感 因 此 为 分 析 建 模 的 方 便, 可 将 拉 力 带 部 分 杆 元 的 水 平 倾 角 近 似 取 为 45 J.1. 1 两 边 连 接 钢 板 剪 力 墙 是 一 种 仅 与 框 架 梁 相 连 的 抗 侧 力 构 件, 可 以 在 跨 内 分 段 布 置, 有 利 于 门 窗 洞 口 的 开 设 和 布 置 ; 通 过 调 整 钢 板 尺 寸 或 墙 板 数 量, 使 剪 力 墙 在 水 平 力 作 用 下 的 刚 度 承 载 力 发 生 改 变, 方 便 工 程 师 在 结 构 设 计 时 进 行 不 同 部 分 结 构 刚 度 匹 配 的 调 整 ; 此 外, 在 多 高 层 建 筑 中, 当 结 构 对 抗 侧 力 要 求 不 是 很 高 时, 钢 板 无 需 满 跨 布 置, 此 时 可 以 采 用 两 边 连 接 钢 板 剪 力 墙 在 对 采 用 两 边 连 接 钢 板 剪 力 墙 的 结 构 体 系 整 体 分 析 中, 若 采 用 带 有 壳 元 模 型 计 算, 将 费 153

159 时 费 力, 难 于 实 现 哈 尔 滨 工 业 大 学 进 行 了 两 边 连 接 钢 板 剪 力 墙 试 件 的 滞 回 性 能 试 验 研 究 与 理 论 分 析, 研 究 中 发 现 钢 板 主 要 沿 两 条 交 叉 对 角 线 方 向 形 成 拉 力 带, 充 分 利 用 钢 板 的 屈 曲 后 强 度 抵 抗 水 平 荷 载 和 耗 能 因 此, 建 立 了 图 所 示 的 简 化 计 算 模 型 由 于 两 边 连 接 钢 板 剪 力 墙 只 与 框 架 梁 相 连, 墙 板 与 梁 的 相 互 作 用 将 对 梁 端 产 生 附 加 竖 向 剪 力, 因 此 提 出 的 偏 心 交 叉 支 撑 简 化 模 型 能 够 更 合 理 地 模 拟 钢 板 与 框 架 梁 间 的 相 互 作 用 力 两 边 连 接 钢 板 剪 力 墙 在 受 荷 初 期 表 现 为 面 内 受 剪, 因 此 可 将 两 边 连 接 钢 板 剪 力 墙 在 面 内 受 力 时 视 为 两 端 固 定 构 件, 其 在 水 平 荷 载 V 作 用 下 的 总 水 平 位 移 D x 由 弯 矩 引 起 的 位 移 D x M 和 剪 力 引 起 的 位 移 D xv 共 同 构 成, 即 : D x = D x + Dx M v 3 VHe kvhe = + 1E I G A s s (E J.1.-1) 式 中 I 钢 板 截 面 的 惯 性 矩,mm 4 ; Es G G 钢 材 的 剪 切 模 量,N/mm s = (1 + n ; s ) s 钢 材 泊 松 比 ; A 钢 板 截 面 的 面 积,mm ;, Es 为 钢 材 弹 性 模 量, n s 为 k 考 虑 剪 应 力 在 截 面 上 分 布 不 均 的 修 正 系 数, 与 截 面 形 状 有 关 的 无 量 纲 参 数, 对 于 矩 形 截 面 取 1. 由 结 构 力 学 知 识 推 导 出 两 边 连 接 钢 板 剪 力 墙 理 想 状 态 下 初 始 刚 度 K 的 计 算 公 式 为 : Estw K = 1/ / 1 / / 3 ( L H ) + ( + n ) k ( L H ) e e s e e ( J.1.-) 由 于 公 式 (J.1.-) 是 按 照 理 想 弹 性 状 态 推 导 所 得, 未 考 虑 钢 板 初 始 缺 陷 及 弹 性 屈 曲 的 影 响, 因 此 按 照 该 公 式 计 算 的 初 始 刚 度 偏 大, 而 钢 板 在 屈 服 前 通 常 已 经 发 生 了 屈 曲, 根 据 有 限 元 计 算 的 初 始 刚 度 与 公 式 (J.1.-) 计 算 的 初 始 刚 度 比 较 如 图 J.1. 所 示 从 图 中 可 以 看 出, 钢 板 实 际 初 始 刚 度 为 理 想 弹 性 刚 度 的 50-75%, 两 者 的 比 值 随 钢 板 跨 高 比 β 的 变 化 并 无 明 显 改 变, 但 随 高 厚 比 λ 的 增 加 而 减 小, 这 主 要 是 由 于 厚 板 受 初 始 缺 陷 影 响 较 小, 在 钢 板 屈 服 前 不 易 发 生 面 外 屈 曲, 反 之 薄 板 则 较 易 发 生, 因 此 实 际 初 始 刚 度 比 理 想 值 偏 低 故 在 理 想 弹 性 刚 度 公 式 基 础 上 引 入 考 虑 初 始 缺 陷 及 弹 性 屈 曲 影 响 的 刚 度 折 减 系 数 g, 即 钢 板 初 始 刚 度 K 0 的 计 算 公 式 为 J.1.- 所 示, 并 根 据 图 J.1. 所 示 的 不 同 参 数 下 的 有 限 元 结 果 进 行 拟 合, 得 到 刚 度 折 减 系 数 g 的 计 算 公 式 (J.1.-3) 154

160 1.0 初 始 刚 度 比 值 K 0 /K b=0.5 b=1.0 b=1.5 b= 高 厚 比 l 图 J.1. 实 际 初 始 刚 度 与 理 想 初 始 刚 度 的 比 值 K 0 /K 随 λ 和 β 变 化 J.1.3 两 边 连 接 钢 板 剪 力 墙 的 简 化 拉 杆 模 型 满 足 如 下 假 定 :(1) 两 根 斜 向 支 撑 具 有 相 同 的 截 面 面 积 ( 均 为 A 1), 且 在 受 力 过 程 中 不 发 生 失 稳 ;() 两 根 斜 向 支 撑 具 有 相 同 的 本 构 关 系 ( 如 图 J.1.3 所 示 ), 支 撑 在 拉 压 两 种 状 态 下 的 本 构 关 系 均 为 理 想 双 线 性 曲 线, 且 规 定 支 撑 受 拉 状 态 下 的 弹 性 模 量 E s1 等 于 钢 材 弹 性 模 量 E s, 即 E s1 =E s;(3) 达 到 极 限 承 载 力 时, 拉 压 支 撑 同 时 达 到 屈 服 强 度 σ y1 和 σ y, 且 两 者 满 足 s y1 = b s y, 其 中 式 中 β 为 支 撑 的 拉 压 屈 服 强 度 比 根 据 承 载 力 和 刚 度 等 效 的 原 则, 确 定 支 撑 杆 的 截 面 面 积 和 屈 服 低 强 度 在 弹 性 阶 段, 当 简 化 模 型 在 水 平 荷 载 V 作 用 下 产 生 的 水 平 位 移 为 Δx 时, 拉 压 支 撑 将 产 生 相 同 的 轴 向 位 移 δ( 拉 伸 或 压 缩 ), 且 根 据 如 图 J 所 示 的 几 何 关 系 有 : d = D cosa (J.1.3-1) A a D a Dx d d C B 图 J 支 撑 几 何 变 形 图 由 于 拉 压 支 撑 具 有 相 同 的 长 度 l, 因 此 将 产 生 绝 对 值 大 小 相 同 的 应 变 ε, 此 时 拉 压 支 撑 的 轴 力 N 1 N 分 别 为 : 155

161 N A E A E l 1 = 1 s1 e = 1 s1 d / N A E A E l = 1 s e = 1 s d / (J.1.3-) (J.1.3-3) D x = V / K 代 入 式 (J.1.3-1), 则 有 : 将 0 d = V cos a / K 0 (J.1.3-4) 由 平 衡 条 件 有 : ( ) V = N1 + N cosa (J.1.3-5) 当 水 平 荷 载 达 到 极 限 荷 载 V u 时, 根 据 假 设 (3) 拉 压 支 撑 将 同 时 达 到 屈 服 强 度 σ y1 和 σ y, 且 变 形 量 均 为 δ y, 则 此 时 拉 压 支 撑 的 轴 力 分 别 为 : N = A E d / l = A s u1 1 s1 y 1 y1 N = A E d / l = A s u 1 s y 1 y (J.1.3-6) (J.1.3-7) 将 式 (J.1.3-6) 与 式 (J.1.3-7) 相 除, 同 时 根 据 假 设 (4) 可 得 : E E s1 s s y1 = = b s y 即 有 : E = b E s1 s (J.1.3-8) 由 上 式 可 知, 支 撑 拉 压 两 种 状 态 下 的 弹 性 模 量 比 等 于 屈 服 强 度 比 β 由 式 (J.1.3-4) 和 (J.1.3-5) 有 : d = V cos a / K y u 0 ( ) a ( ) V = N + N cos = A E + E cos a d / l u u1 u 1 s1 s y (J.1.3-9) (J ) 将 式 (J.1.3-8) (J.1.3-9) 以 及 E s1 =E s l=l/cosα 代 入 式 (J ) 中 得 : A = K ( ) 0 b L 1 1+ E 3 s cos a (J ) 将 式 (J.1.3-9) 代 入 (J.1.3-6) 可 得 : s y1 Vu Es cos a = K L 0 (J.1.3-1) 根 据 有 限 元 分 析 结 果, 钢 板 剪 力 墙 达 到 极 限 承 载 力 V u 时, 钢 板 顶 边 受 拉 区 与 受 压 区 合 力 的 比 值 随 钢 板 高 厚 比 λ 及 跨 高 比 L/H 的 变 化 如 图 J.1.3- 所 示 由 于 偏 心 交 叉 支 撑 简 化 模 型 中 拉 压 支 撑 具 有 相 同 的 截 面 面 积, 因 此 支 撑 杆 的 拉 压 屈 服 强 度 并 不 相 等, 其 比 值 为 β, 并 通 过 计 算 拟 合 得 出 计 算 公 式 156

162 图 J.1.3- 钢 板 剪 力 墙 达 到 τ u 时 的 拉 压 区 合 力 比 J. 加 劲 钢 板 剪 力 墙 结 构 J..1 剪 切 膜 单 元 刚 度 矩 阵, 参 考 钢 结 构 设 计 方 法 ( 童 根 树, 中 国 建 筑 工 业 出 版 社, 007 年 11 月 ) 或 有 关 有 限 元 分 析 方 面 的 专 门 书 籍 加 劲 肋, 因 为 采 取 不 承 担 竖 向 应 力 的 构 造, 使 得 地 震 作 用 下, 加 劲 肋 可 以 起 到 类 似 防 屈 曲 支 撑 的 外 套 管 那 样 的 作 用, 提 高 钢 板 剪 力 墙 的 抗 震 性 能 ( 延 性 和 耗 能 能 力 ) J.. 1 钢 板 剪 力 墙 屈 曲 后 的 剪 切 刚 度, 从 屈 曲 瞬 时 的 约 0.7Gt s逐 渐 下 降, 可 以 减 小 到 ( )G, 这 里 取 一 个 中 间 值 3 由 于 设 置 加 劲 肋 的 钢 板 剪 力 墙 屈 曲 后 的 退 化 就 不 是 很 严 重, 因 此, 作 为 近 似, 可 采 用 理 想 弹 塑 性 模 型 但 是 考 虑 到 实 际 工 程 的 千 变 万 化, 设 计 人 员 仍 要 注 意 设 置 加 劲 肋 以 后 的 滞 回 曲 线 的 形 状 与 理 想 的 双 线 性 曲 线 之 间 的 差 别 157

163 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 L.0.1 剪 切 应 力 作 用 下, 竖 向 向 和 水 平 加 劲 肋 是 不 受 力 的, 加 劲 肋 的 刚 度 完 全 被 用 来 对 钢 板 提 供 支 撑, 使 其 剪 切 屈 曲 应 力 得 到 提 高, 此 时 按 照 支 撑 的 概 念 来 对 设 置 加 劲 肋 以 后 的 临 界 剪 应 力 提 出 计 算 公 式 ANSYS 分 析 表 明, 如 果 按 照 GKG99-98 规 程 的 公 式, p 1/ 4 3/ 4 cr 3.5 D x Dy hs ts t = 即 使 这 个 公 式 本 身, 按 照 正 交 异 性 板 剪 切 失 稳 的 理 论 分 析 来 判 断, 已 经 非 常 的 保 守, 与 ANSYS 的 剪 切 临 界 应 力 计 算 结 果 相 比 也 是 偏 大 的, 不 安 全 的 因 此 在 剪 切 临 界 应 力 的 计 算 上, 我 们 放 弃 正 交 异 性 板 的 理 论 在 竖 向 应 力 作 用 下, 加 劲 钢 板 剪 力 墙 的 屈 曲 则 完 全 不 同, 此 时 竖 向 加 劲 肋 参 与 承 受 竖 向 荷 载, 并 且 还 可 能 是 钢 板 对 加 劲 肋 提 供 支 援 158

164 L.0. 附 录 L 塑 性 设 计 的 弹 塑 性 分 析 1 集 中 塑 性 铰 法 只 适 用 于 受 弯 构 件, 对 有 压 力 和 弯 矩 的 构 件, 集 中 塑 性 铰 法 无 合 适 的 流 动 法 则 13 因 为 弹 塑 性 分 析 不 能 采 用 迭 加 原 理, 活 荷 载 折 减 的 实 现 必 须 采 用 施 加 向 上 的 荷 载 抵 消 重 力 荷 载 的 方 法 来 实 现 :(1) 对 于 梁, 按 照 规 定 的 折 减 量, 在 受 荷 面 积 大 的 可 以 折 减 荷 载 的 钢 梁 上 施 加 均 布 的 向 上 活 荷 载 或 者 在 次 梁 传 来 荷 载 的 情 况 下 在 次 梁 传 力 处 施 加 集 中 的 向 上 的 活 荷 载 ;() 对 于 柱 子, 在 梁 柱 节 点 部 位 施 加 向 上 的 集 中 活 荷 载 ;(3) 要 注 意 折 减 量 的 叠 加 : 即 梁 上 施 加 的 向 上 活 荷 载 将 传 递 到 柱 子 上, 上 部 梁 柱 节 点 已 经 施 加 的 折 减 量, 在 下 层 梁 柱 节 点 部 位 要 扣 除, 保 证 每 层 柱 子 活 荷 载 允 许 的 折 减 量 不 要 超 出 规 范 允 许 的 值 18 非 线 性 分 析 的 收 敛 取 决 于 破 坏 模 式, 例 如 对 梁 式 破 坏 适 用 的 非 线 性 分 析 迭 代 技 术, 对 支 撑 受 拉 先 屈 服 破 坏 的 模 式 可 能 会 得 出 不 正 确 的 结 果 因 此 希 望 有 多 种 迭 代 技 术 供 选 用, 结 合 设 计 经 验 和 对 结 果 性 能 的 认 识, 取 最 小 值 作 为 设 计 依 据 L.0.3 弹 塑 性 非 线 性 分 析 作 为 设 计 工 具, 在 学 术 界 和 工 程 界 尚 存 在 争 议, 但 是 在 争 议 的 同 时, 有 些 国 家 和 地 区 的 规 范 正 在 将 和 已 经 将 不 同 近 似 程 度 的 非 线 性 分 析 方 法 纳 入 规 范, 以 为 设 计 人 员 有 更 多 的 选 择 这 里 对 如 何 进 行 弹 塑 性 非 线 性 分 析, 作 了 比 较 具 体 的 建 议 其 目 的 指 导 软 件 编 制 人 员 编 制 出 符 合 标 准 的 软 件 供 设 计 选 用 也 能 够 指 导 研 究 人 员 进 行 有 共 同 基 础 的 研 究, 便 于 不 同 研 究 者 的 结 果 有 一 个 比 较 的 共 同 基 础 便 于 研 究 人 员 统 一 方 法, 各 国 规 范 之 间 进 行 合 理 的 交 流 虽 然 弹 塑 性 非 线 性 分 析 方 法 在 理 论 上 讲 可 以 作 为 设 计 工 具 使 用, 但 是 目 前 资 料 上 见 到 的 例 子 均 是 比 较 单 一 的, 例 如 是 纯 钢 框 架, 而 实 际 结 构 变 化 多 样, 特 别 是 钢 - 混 凝 土 的 各 种 组 合 结 构 和 混 合 结 构, 对 这 些 结 构 进 行 非 线 性 分 析, 材 料 层 次 和 截 面 层 次 弯 矩 - 曲 率 关 系 等 等 规 范 上 都 应 有 规 定, 否 则 不 同 设 计 人 员 对 同 一 结 构 的 模 型 选 择 可 能 不 一 样 本 节 对 弹 塑 性 非 线 性 分 析 的 实 施 作 尝 试 性 的 具 体 规 定, 并 对 这 时 的 验 算 指 标 提 出 了 建 议 应 注 意, 弹 塑 性 非 线 性 分 析 所 揭 示 的 极 限 状 态, 往 往 是 最 薄 弱 构 件 或 最 薄 弱 子 结 构 的 破 坏, 在 注 意 加 强 最 薄 弱 部 位 的 同 时, 不 要 使 得 其 他 构 件 和 部 位 安 全 度 太 大 ( 即 应 力 比 太 小 ), 否 则 弹 塑 性 非 线 性 分 析 并 不 能 带 来 经 济 的 设 计 弹 塑 性 非 线 性 分 析 结 果 的 可 靠 性 有 时 依 赖 于 结 构 的 破 坏 模 式, 某 根 梁 自 己 先 出 现 塑 性 铰 机 构 的 破 坏 模 式 结 构 在 侧 向 水 平 力 作 用 下 整 体 达 到 侧 向 承 载 力 的 极 限 状 态, 某 个 受 压 力 较 大 的 柱 子 发 生 无 侧 移 屈 曲 的 局 部 破 坏, 等 等, 不 同 破 坏 模 式 适 用 的 非 线 性 分 析 增 量 迭 代 策 略 159

165 可 能 不 一 样, 要 逐 步 地 积 累 经 验 弹 塑 性 非 线 性 分 析 方 法, 文 献 上 介 绍 的 方 法 非 常 多, 精 度 水 平 不 一 样, 我 们 认 为, 就 象 压 杆 稳 定 的 切 线 模 量 法 已 经 过 时 一 样, 非 线 性 分 析 的 各 种 简 化 方 法, 例 如 集 中 塑 性 铰 法, 精 细 的 集 中 塑 性 铰 法 等 等, 因 为 其 本 身 的 简 化 假 定, 均 是 过 渡 性 的 方 法, 流 动 法 则 也 不 正 确, 例 如 矩 形 截 面 压 力 和 弯 矩 作 用 下 的 相 关 关 系, 采 用 DRUCKER 公 设 和 这 个 屈 服 曲 面 而 建 立 的 流 动 法 则, 可 以 验 证 是 错 误 的, 因 此 随 着 计 算 机 运 算 速 度 迅 速 提 高 和 内 存 容 量 的 迅 速 扩 大 失 去 其 应 用 价 值, 因 此 建 议 尽 量 采 用 塑 性 区 法 进 行 分 析 160

166 N.0.1 附 录 N 钢 与 混 凝 土 组 合 梁 的 疲 劳 验 算 对 于 直 接 承 受 动 力 荷 载 的 组 合 梁, 除 按 照 第 16 章 的 相 关 要 求 同 纯 钢 结 构 一 样 进 行 疲 劳 验 算 外, 还 需 特 别 注 意 以 下 两 个 问 题 : 1 需 专 门 对 承 受 剪 力 的 焊 钉 连 接 件 进 行 疲 劳 验 算 ; 若 焊 钉 连 接 件 焊 于 承 受 拉 应 力 的 钢 梁 翼 缘 时, 应 对 焊 有 焊 钉 的 受 拉 钢 板 进 行 疲 劳 验 算, 同 时 应 考 虑 焊 钉 受 剪 和 钢 板 受 拉 两 者 共 同 作 用 对 组 合 梁 疲 劳 寿 命 的 不 利 影 响 本 节 的 相 关 规 定 主 要 针 对 上 述 两 个 问 题 N.0. 焊 钉 连 接 件 的 疲 劳 寿 命 问 题 是 组 合 梁 疲 劳 设 计 的 关 键 问 题, 各 国 规 范 给 出 的 焊 钉 连 接 件 疲 劳 寿 命 和 剪 应 力 幅 的 关 系 不 尽 相 同 : 日 本 钢 - 混 凝 土 组 合 梁 设 计 规 范 草 案 规 定 焊 钉 的 容 许 剪 应 力 幅 由 下 式 计 算 : log N log D t = 3.4 (N.0.-1) 式 中 N 失 效 的 循 环 次 数, 即 疲 劳 寿 命 ; D t 焊 钉 连 接 件 焊 接 处 平 均 剪 应 力 幅 英 国 规 范 BS5400 对 67 个 焊 钉 的 疲 劳 试 验 数 据 进 行 回 归 分 析, 得 到 了 单 个 焊 钉 设 计 疲 劳 寿 命 的 计 算 公 式 : 8 Nr = (N.0.-) 式 中 r 单 个 焊 钉 的 剪 力 幅 ( 单 位 kn) 和 名 义 静 力 极 限 抗 剪 承 载 力 ( 单 位 kn) 的 比 值 ; N 失 效 的 循 环 次 数, 即 疲 劳 寿 命 美 国 公 路 桥 梁 设 计 规 范 AASHTO 中 所 采 用 的 焊 钉 疲 劳 寿 命 计 算 公 式 为 1966 年 Slutter 和 Fisher 等 人 拟 合 的 公 式 : Ns r = (N.0.-3) 式 中 s r 焊 钉 焊 接 处 的 平 均 剪 应 力 幅 在 上 式 的 基 础 上,AASHTO 规 范 发 展 了 单 个 焊 钉 的 疲 劳 抗 剪 承 载 力 计 算 公 式 规 范 规 定, 单 个 焊 钉 的 疲 劳 抗 剪 承 载 力 按 下 式 计 算 : Z r = ad ³ 38.0 d a = log N (N.0.-4) (N.0.-5) 式 中 Z r 单 个 焊 钉 能 够 承 受 的 最 大 剪 力 幅 ( 单 位 N); 161

167 d 焊 钉 钉 杆 直 径 ( 单 位 mm); N 失 效 的 循 环 次 数, 即 疲 劳 寿 命 欧 洲 规 范 4 规 定, 对 于 埋 于 普 通 混 凝 土 的 圆 柱 头 焊 钉, 其 疲 劳 寿 命 计 算 公 式 如 下 : m m ( D t ) N = ( Dt c ) N c (N.0.-6) 式 中 D t 焊 钉 焊 接 处 的 平 均 剪 应 力 幅 ; N 疲 劳 循 环 次 数 ; m 常 数, 取 m=8; D t c 循 环 次 数 为 106 对 应 的 允 许 剪 应 力 幅 Dtc=90MPa 本 次 修 订 增 加 承 受 剪 力 的 焊 钉 连 接 件 作 为 一 种 新 的 构 件 和 连 接 类 别, 定 为 J3 类 别, 其 疲 劳 计 算 的 参 数 取 值 采 用 欧 洲 规 范 4 给 出 的 相 关 建 议 N.0.3 对 于 焊 有 焊 钉 的 受 拉 钢 板, 其 疲 劳 裂 纹 会 发 生 在 焊 趾 和 钢 板 的 交 界 处, 和 焊 钉 本 身 的 剪 切 疲 劳 破 坏 不 同, 要 进 行 单 独 的 疲 劳 验 算 参 考 欧 洲 规 范, 定 为 Z7 类 构 造 参 考 欧 洲 规 范 4 的 建 议, 除 按 Z7 类 构 件 和 连 接 进 行 疲 劳 验 算 外, 焊 有 焊 钉 的 受 拉 钢 板 还 应 同 时 满 足 公 式 (N.0.3-1) 或 公 式 (N.0.3-) 的 要 求, 以 充 分 考 虑 焊 钉 受 剪 和 钢 板 受 拉 两 者 共 同 作 用 对 组 合 梁 疲 劳 寿 命 的 不 利 影 响 16