【正文】 《 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 理解與應(yīng)用 重慶大學(xué)土木工程學(xué)院 崔 佳 第 1章 概 述 《 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 的歷史 ? 解放初期： Н ИТУ 1 46 ? 1955年： Н ИТУ 121 55 ? 1974年： TJ 17 74 ? 1988年： GBJ 1788 ? 2022年 : GB50017 設(shè)計(jì)文件中對(duì)材料質(zhì)量的要求 規(guī)范規(guī)定：設(shè)計(jì)文件中應(yīng)注明 “ 采用的鋼材牌號(hào) ， 連接材料的型號(hào) (或鋼號(hào) )和對(duì)鋼材所要求的力學(xué)性能 、 化學(xué)成分及其它的附加保證項(xiàng)目 。 此外 ， 還應(yīng)注明所要求的焊縫形式 、 焊縫質(zhì)量等級(jí) 、 端面刨平頂緊部位及對(duì)施工的其它要求 。 ” 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件 中應(yīng)注明的這些內(nèi)容與保證工程質(zhì)量密切相關(guān) ， 因此將本條確定為強(qiáng)制性條文 。 第 2章 材 料 鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求 ； ； （ 冷加工 、 熱加工 、 可焊性 ） 。 鋼材的種類和牌號(hào) 1. 規(guī)范推薦的鋼材牌號(hào) 普通碳素鋼： Q235 (相當(dāng)于舊標(biāo)準(zhǔn)的 3號(hào)鋼 ) 普通低合金鋼： Q345 (相當(dāng)于舊標(biāo)準(zhǔn)的 16Mn 、 12MnV 、14MnNb 16MnRE、 18Nb) Q390 (相當(dāng)于舊標(biāo)準(zhǔn)的 15MnV、 15MnTi、16MnNb) Q420 (舊標(biāo)準(zhǔn)的 15MnVN、 14MnVTiRE) 鋼材的質(zhì)量等級(jí) 分 A、 B、 C、 D、 E級(jí)（ E級(jí)僅用于 Q34 Q390、Q420等低合金鋼）。 鋼材的基本保證項(xiàng)目： （ 1）抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率； （ 2）化學(xué)成分：硫、磷、 錳、碳 （ Q235A不作交貨條件）； （ 3）冷彎試驗(yàn)、沖擊韌性（ +20?、 0?、 20?）。 第（ 3）項(xiàng) A級(jí)鋼不保證，必要時(shí)可附加冷彎試驗(yàn)的要求。 規(guī)范對(duì)用于承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有的強(qiáng)度 、 塑性 、 韌性等力學(xué)性能和化學(xué)成分等合格保證項(xiàng)目作出了規(guī)定 。 “ 承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度 、 伸長(zhǎng)率 、 屈服強(qiáng)度和硫 、 磷含量的合格保證 ， 對(duì)焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證 。 焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證。 ” 2. 其他可選用或代用的鋼材 （ 1） “ 高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板 ” YB4104 特點(diǎn)： a. 降低硫 、 磷含量和焊接碳當(dāng)量； b. 提高屈服點(diǎn) 、 縮小其波動(dòng)范圍； c. 提高沖擊功 、 增加彎曲試驗(yàn)； d. 保證厚度方向性能到 Z35（ 數(shù)字為厚度方向截面收縮率 %） 。 （ 2） “ Z向鋼 ” GB/T 5313 厚板容易出現(xiàn)層狀撕裂 ， 這對(duì)沿厚度方向受拉的接頭來說是很不利的 ， 因而需要采用厚度方向性能鋼材 。 特點(diǎn)： a. 降低含硫量 （ 僅為一般鋼材的 1/5或以下 ） ； b. 提高截面收縮率 （ Z1 Z2 Z35） 我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程中均規(guī)定厚度大于 40mm時(shí)應(yīng)采用厚度方向性能鋼材 。 （ 3） “ 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 ” GB699 （ 4） “ 橋梁用結(jié)構(gòu)鋼 ” GB/T714 （ 5） “ 鍋爐用碳素鋼和低合金鋼 ” GB713 （ 6） ” 船體用結(jié)構(gòu)鋼 ” GB712 （ 7） “ 壓力容器用鋼板 ” GB6654 （ 8） “ 耐侯鋼 ” —〈 高耐侯性結(jié)構(gòu)鋼 〉GB/T4171 〈 焊接結(jié)構(gòu)用耐侯鋼 〉 GB/T4171 （ 9） “ 鋼鑄件用鋼 ” GB11352 符號(hào)： ZG200400、 ZG270570 屈服點(diǎn) 抗拉強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)的連接材料 E43 ——適用于 Q235； E50 ——適用于 Q345； E55 ——適用于 Q390、 Q420。 表示焊接電源種類及藥皮類型 ， 見表 、。 2. 自動(dòng)（半自動(dòng)）埋弧焊的焊絲與焊劑 焊絲： H08A Q235 H08MnA H08MnA Q345 焊劑： 431型 H10MnSi H10MnSi Q390、 Q420 H08Mn2Si 選用原則：焊縫金屬的力學(xué)性能不低于母材 。 3. 普通螺栓 精制螺栓 —— A、 B級(jí) 普通螺栓的 A、 B級(jí)，根據(jù) 現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB578286，其材料不是 3號(hào)鋼，而是 、 。 A、 B 級(jí)螺栓都是以前的 “ 精制螺栓 ” ， 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求相同 。 A級(jí)螺栓用于 d? 24mm和 L（ 螺栓公稱長(zhǎng)度 ） ?10d或 L?150mm（ 按較小值 ） ； d 或 L較大者為 B 級(jí)螺栓 。 粗制螺栓 —— C級(jí) 分 。 4. 高強(qiáng)度螺栓 高強(qiáng)度螺栓的性能等級(jí)： 、 。 大六角頭螺栓 扭剪型高強(qiáng)度螺栓 （ ） 第 3章 基本設(shè)計(jì)規(guī)定 設(shè)計(jì)原則 1. 設(shè)計(jì)方法 承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件設(shè)計(jì)及計(jì)算的依據(jù)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。但由于現(xiàn)階段對(duì)疲勞計(jì)算的可靠度理論問題尚未解決，所以鋼結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算只能沿用傳統(tǒng)的按彈性狀態(tài)計(jì)算的“容許應(yīng)力幅”的設(shè)計(jì)方法， 容許應(yīng)力幅 ????是根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果 得到，故應(yīng)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算。另外，疲勞計(jì)算中采用的計(jì)算數(shù)據(jù)大部分是根據(jù)實(shí)測(cè)應(yīng)力或疲勞試驗(yàn)所得，已包含了荷載的動(dòng)力影響，亦不再乘動(dòng)力系數(shù)。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載能力的計(jì)算一般采用應(yīng)力表達(dá)式 。 根據(jù) 《 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 》 ， 當(dāng)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí) ， 對(duì)于基本組合 ，內(nèi)力設(shè)計(jì)值應(yīng)從由可變荷載效應(yīng)控制的組合和由永久荷載效應(yīng)控制的組合中取最不利值考慮 。 鋼結(jié)構(gòu)自重較小 ， 一般是由可變荷載效應(yīng)控制設(shè)計(jì) ， 只有當(dāng)采用鋼筋混凝土樓面 （ 或屋面 ） 板或有積灰的屋蓋結(jié)構(gòu)以及特殊情況才有可能由永久荷載控制設(shè)計(jì) 。 對(duì)荷載效應(yīng)的偶然組合 ， 本規(guī)范參照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)只作出了原則性的規(guī)定 ， 具體的設(shè)計(jì)表達(dá)式及各項(xiàng)系數(shù)應(yīng)符合專門規(guī)范的規(guī)定 。 2. 鋼結(jié)構(gòu)的安全等級(jí) 按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 》的規(guī)定，對(duì)破壞后果很嚴(yán)重的重要的房屋，安全等級(jí)為一級(jí)；對(duì)破壞后果嚴(yán)重的一般的房屋，安全等級(jí)為二級(jí)。 由于 《 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 》 是對(duì)各設(shè)計(jì)規(guī)范的統(tǒng)一指導(dǎo) ， 不可能針對(duì)各種結(jié)構(gòu)規(guī)范給出具體建議 。 本規(guī)范根據(jù)對(duì)我國(guó)已建成的建筑物采用概率統(tǒng)計(jì)方法分析的結(jié)果 ， 一般工業(yè)與民用建筑鋼結(jié)構(gòu) ， 按照 《 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 》 的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) ， 安全等級(jí)多為二級(jí) ， 故規(guī)定可取為二級(jí) 。 對(duì)于其它特殊的建筑鋼結(jié)構(gòu) ， 其安全等級(jí)應(yīng)根據(jù)具體情況另行確定 。 如對(duì)于跨度等于或大于 60m的大跨度結(jié)構(gòu)則宜取為一級(jí) 。 由于本規(guī)范定位為不抗震設(shè)計(jì) ， 故所有條文均是針對(duì)不考慮抗震的情況而制定 。 當(dāng)按抗震要求設(shè)計(jì)時(shí) ， 不再分安全等級(jí) ， 而應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《 建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn) 》GB50223的規(guī)定來確定建筑物的抗震設(shè)防類別 。 3. 結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù) ?0 《 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 》 “ 對(duì)設(shè)計(jì)工作壽命為 25年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，各結(jié)構(gòu)規(guī)范可根據(jù)各自情況確定 ?0值 ” 。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范根據(jù)工作壽命 50年時(shí)取 ?0＝ ，工作壽命 5年時(shí)取 ?0＝ ，故規(guī)定工作壽命 25年時(shí)取 ?0＝ 。 4. 關(guān)于吊車荷載的最不利組合 88規(guī)范在計(jì)算吊車梁撓度時(shí)對(duì)吊車荷載取由兩臺(tái)吊車產(chǎn)生的最不利組合 ， 新規(guī)范改為由一臺(tái)吊車加自重進(jìn)行計(jì)算 （ 相應(yīng)撓度容許值有所調(diào)整 ） 。 理由是： ① 符合 “ 正常使用極限狀態(tài) ” 的要求； ② 與多數(shù)國(guó)外規(guī)范相一致 。 荷載和荷載效應(yīng)計(jì)算 ? 新修訂的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范強(qiáng)調(diào)了對(duì)設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo) 。 突出設(shè)計(jì)原則是目前各國(guó)規(guī)范的共同特點(diǎn) ，早期的規(guī)范條文以試驗(yàn)或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)為主 ， 故條文簡(jiǎn)單具體 。 隨著結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜 ， 規(guī)范的任務(wù)不再僅限于提供計(jì)算公式和具體數(shù)據(jù) ， 而是應(yīng)給予設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo) 。 因此 ， 規(guī)范補(bǔ)充了有關(guān)設(shè)計(jì)原則的有關(guān)條文 。 1. 屋面活荷載 新 修訂的 《 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 》 將不上人的屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值統(tǒng)一規(guī)定為 （ 原規(guī)范分、 、 ） 。 對(duì)不上人的屋面均布活荷載 ， 較早的荷載規(guī)范取， 后發(fā)現(xiàn)對(duì)重屋面偏低 ， 74 規(guī)范改為。 采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法后發(fā)現(xiàn)對(duì)以恒載為主的結(jié)構(gòu) （ 混凝土結(jié)構(gòu) ） 可靠度下降 ， 故又提高到。 新修訂的荷載規(guī)范增加了以恒載為主的不利組合式 ， 屋面活荷載中主要考慮的僅是施工荷載即偶然因素的不利影響 ， 故又恢復(fù)到 。 但注明“ 對(duì)不同結(jié)構(gòu)可按有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范作 減 ” 。 新修訂的 《 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 規(guī)定 “ 對(duì)支承輕屋面的構(gòu)件或結(jié)構(gòu) ， 當(dāng)僅有一個(gè)可變荷載且受荷面積超過 60m2時(shí) ， 取 ” 。 這與原 規(guī)定有所不同 ， 應(yīng)注意檁條的計(jì)算 。 對(duì)重屋面由于增加了以永久荷載為主的組合 ，不再提高屋面活荷載 。 原規(guī)范參考蘇聯(lián)規(guī)范 ， 對(duì)重級(jí)工作制吊車梁 ， 將荷載規(guī)范規(guī)定的橫向水平荷載乘以增大系數(shù)以考慮由吊車擺動(dòng)引起的橫向水平力 （ 即卡軌力 ， 荷載規(guī)范只規(guī)定了小車的制動(dòng)力 ） ， 現(xiàn)改為按下式計(jì)算： HK= ? Pkmax 式中 ， Pkmax為吊車輪壓標(biāo)準(zhǔn)值；系數(shù) ?＝ （ 一般軟鉤吊車 ） ， (抓斗 、 磁盤吊車 )和 （ 硬鉤吊車 ） 。 卡軌力不與橫向水平力同時(shí)考慮 ， 此外 ， 與吊車工作制及連接無關(guān) 。 根據(jù) 《 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 （ GB381183） ，按吊車?yán)玫燃?jí)（即循環(huán)次數(shù)，分為 U0U9等 10級(jí)）和載荷狀態(tài)（載荷譜系數(shù) Kp有輕、中、重、特重等 4級(jí)）綜合劃分吊車工作級(jí)別為 A1?A8級(jí)。本規(guī)范一般所指輕級(jí)工作制即 A1?A3級(jí)；中級(jí)為 A4?A5級(jí)；重級(jí)為 A6?A8級(jí)（其中 A8為特重級(jí)）。但對(duì)吊車工作制的界定不能死搬硬套吊車工作制與吊車工作級(jí)別的一般對(duì)應(yīng)關(guān)系，而應(yīng)根據(jù)吊車的具體操作情況確定。 新增有關(guān)內(nèi)力分析的設(shè)計(jì)原則 。 一階彈性分析 （ 幾何線形 ） ： 按結(jié)構(gòu)變位前的軸線建立結(jié)構(gòu) 變形與荷載之間的平衡關(guān)系； 二階彈性分析 （ 幾何非線形 ） ： 按結(jié)構(gòu)變位后的軸線建立結(jié)構(gòu) 變形與荷載之間的平衡關(guān)系 。 lHM ????? PHlM 規(guī)范規(guī)定 “ 對(duì) （ 一般指無支撐純框架結(jié)構(gòu) ） ， 宜采用二階彈性分析 ” 。此處 ?N為所計(jì)算樓層各柱軸壓力之和； ?H為所計(jì)算樓層及以上各層水平力之和； h為所計(jì)算樓層的高度； ?u為所計(jì)算樓層按一階分析的層間側(cè)移 。 判斷式中 可用層間側(cè)移容許值代替 。 hHuN?????hu? （ 1） 采用二階分析時(shí)，應(yīng)在每層柱頂附加考慮假想水平力（概念荷載） Hni： 式中 ， Qi為第 i樓層的總重力荷載設(shè)計(jì)值； ns為框架總層數(shù)； ?y為鋼材強(qiáng)度影響系數(shù)； Q235鋼 , ?y =； Q345鋼 , ?y =；Q390鋼 , ?y=； Q420鋼 , ?y =。 ? 等式右端的根號(hào)為折減系數(shù)，考慮當(dāng)柱子較多時(shí)初始側(cè)移有正有負(fù)，缺陷相互抵消。 siyni nQH 2 5 0?? ? （ 2） 規(guī)范提出了采用二階彈性分析時(shí)桿端彎矩的近似計(jì)算方法 ： M2＝ M1b+?2i M1s ； 式中