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知识改变命运 勤奋塑造成功整理人落叶时间 -4-15天才是百分之九十九勤奋加百分之一灵感钢结构设计规范GB50017修订内容介绍同 济 大 学沈 祖 炎11月一、章节目录1 总则2 术语和符号2.1 术语2.2 符号3 基础设计要求3.1 设计标准3.2 荷载和荷载效应计算3.3 材料选择3.4 设计指标3.5 结构或构件变形要求4 受弯构件计算4.1 强度4.2 整体稳定4.3 局部稳定4.4 组合梁腹板考虑屈曲后强度计算5 轴心受力构件和拉弯、压弯构件计算5.1 轴心受力构件5.2 拉弯构件和压弯构件5.3 构件计算长度和许可长细比5.4 受压构件局部稳定6 疲惫计算6.1 通常要求6.2 疲惫计算7 连接计算7.1 焊缝连接7.2 紧固件（螺栓、铆钉等）连接7.3 组合工字梁翼缘连接7.4 梁和柱刚性连接7.5 连接节点处板件计算7.6 支座8 结构要求8.1 通常要求8.2 焊缝连接8.3 螺栓连接和铆钉连接8.4 结构构件8.5 对吊车梁和吊车桁架（或类似结构）要求8.6 大跨度屋盖结构8.7 提升严寒地域结构抗脆断能力要求8.8 制作、运输和安装8.9 防护和隔热9 塑性设计9.1 通常要求9.2 构件计算9.3 许可长细比和结构要求10 钢管结构10.1 通常要求10.2 结构要求10.3 杆件和节点承载力11 钢和混凝土组合梁11.1 通常要求11.2 组合梁设计11.3 抗剪连接件计算11.4 挠度计算11.5 结构要求附录A 结构或构件变形许可值附录B 梁整体稳定系数附录C 轴心受压构件稳定系数附录D 柱计算长度系数附录E 疲惫计算构件和连接分类附录F 桁架节点板在斜腹杆压力作用下稳定计算附：本规范用词说明附：修改条文说明其中下面打节为新增，下面打节为有较多修改。二、增加部分新概念2.1. 一阶分析和二阶分析（1）一阶分析为不考虑结构变形对内力产生影响，依据未变形结构平衡条件分析结构内力及位移。（2）二阶分析为考虑结构变形对内力产生影响，依据变形结构平衡条件分析结构内力及位移，也称考虑P效应分析。lPM=HlHPM=Hl+PH 一阶分析 二阶分析2.2. 屈曲和屈曲后强度（1）屈曲整个结构或构件在外荷载作用下由原有平衡状态时变形忽然变为另一平衡状态另一性质变形，出现这种状态称为整个结构或构件出现屈曲。（2）屈曲强度和屈曲后强度结构或构件出现屈曲后其承载能力依据结构或构件具体情况有两种可能。一个为出现屈曲时结构或构件已达成最大承载力，屈曲出现即标志结构或构件破坏。另一个为出现屈曲时，结构或构件并未达成最大承载力，仍有后继承载能力，即屈曲后强度。PPcrPPuPPcrP屈曲后强度屈曲破坏 屈曲临界力Pcr 极限承载力Pu2.3. 无支撑框架、强支撑框架、弱支撑框架（1）无支撑框架无支撑框架在框架平面内无支撑，当框架整体失稳在框架平面内发生位移时，其侧移不受约束。（2）强支撑框架强支撑框架在框架平面内有刚度很强支撑，当框架整体失稳时，在框架平面内侧移将受到刚度很强支撑约束，不能发生或侧移很小能够略去侧移对结构受力影响。（3）弱支撑框架弱支撑框架在框架平面内虽有支撑但其刚度较弱，当框架整体失稳时，在框架平面内侧移虽会受到约束，但仍能发生一定侧移，并对结构受力有影响。 无支撑框架 强支撑框架 弱支撑框架2.4. 刚性连接、铰接、半刚性连接（1）梁和柱刚性连接受力过程梁柱间交角不变，同时连接应含有充足强度。（2）梁和柱铰接连接应有充足转动能力，且能有效地传输横向剪力和轴心力。（3）梁和柱半刚性连接只含有有限转动刚度，承受弯矩时会产生交角改变；内力分析时，必需预先确定连接弯矩转角特征曲线。梁柱连接性能2.5. 弯曲失稳、扭转失稳、弯扭失稳（1）弯曲失稳构件整体失稳时只发生弯曲变形，双轴对称截面轴心受压构件失稳属于这种情况。（2）扭转失稳构件整体失稳时只发生扭转变形，十字形截面轴心受压构件失稳属于这种情况。（3）弯扭失稳构件整体失稳时既发生弯曲变形又发生扭转变形，单轴对称截面轴心受压构件绕对称轴失稳和无对称轴截面轴心受压构件失稳属于这种情况。 弯曲失稳 扭转失稳 弯扭失稳构件失稳时截面位移投影图三、相关基础设计要求3.1 设计标准3.1.1 设计方法设计方法和旧规范相同，但可靠度指标有改变。旧规范设计目标安全度量是按可靠性指标校准值平均值上下浮动0.25进行总体控制。现规范设计目标安全度是按可靠性指标不得低于校准值平均值进行总体控制。3.1.2 安全等级按建筑结构可靠度设计统一标准GB50068要求见下表安全等级破坏后果建筑物类型一 级很严重关键房屋二 级严 重通常房屋三 级不严重次要房屋对通常工业和民用建筑钢结构，按中国已建成房屋用概率设计方法分析结果，安全等级应为二级。对跨度等于或大于60m大跨度结构如大会堂、体育馆、飞机库等安全等级宜取一级。3.1.3 吊车梁等疲惫和挠度计算按作用在跨间内荷载效应最大一台吊车荷载标准值不乘动力系数确定。3.2 荷载和荷载效应计算3.2.1 设计工作寿命规范要求设计工作寿命为50年。对设计使用年限为25年结构构件，o不应小于0.95。o为结构关键性系数。3.2.2 吊车摆动水平力计算重级工作制吊车梁（桁架）及其制动结构强度、稳定性及连接强度时，应考虑由吊车摆动引发横向水平力。起重机设计规范GB/T 3811要求吊车工作等级为A1A8级。建筑结构荷载规范中吊车荷载状态通常为轻级工作制相当于A1A3级，中级工作制相当于A4、A5，重级工作制相当于A6A8,其中A8为特重级。但设计人员必需时可依据吊车具体操作情况作合适调整。如检修吊车可按轻级工作制设计等等。在每个轮压处横向水平力标准值为式中 吊车最大轮压标准值；系数，通常软钩吊车 斗式磁盘吊车 硬钩吊车 摆动横向水平力能够双向作用，且不和荷载规范要求制动水平力同时作用。3.2.3 悬挂吊车计算同一跨间每条运行线上台数：梁式吊车 不宜多于2台电动葫芦 不宜多于1台3.2.4 框架分析要求1. 框架结构可采取一阶弹性分析2. 多层框架结构当初，宜采取二阶弹性分析为层间侧移许可值为所计算楼层各柱轴压力设计值之和为所计算楼层以上各层水平力之和h为所计算楼层高度3. 二阶弹性分析近似计算方法以下（1）每层柱顶附加一假想水平力HniQi为第i楼层总重力荷载设计值ns为框架总层数为钢材强度影响系数，对Q235，Q345，Q390，Q420，（2）各杆件杆端弯矩为M1b为框架无侧移时按一阶弹性分析杆端弯矩M1s为框架有侧移时按一阶弹性分析杆端弯矩为考虑二阶效应第i层杆端侧移弯矩增大系数为按一阶弹性分析求得第i层层间侧移（3）当初，宜增大框架结构刚度H3H2H1H3H2H1H3+Hn3H2+ Hn2H1+ Hn1H3H2H1Du3Du2Du1MM1bM1s4. 山形门式刚架分析不能采取上述要求3.3 材料选择3.3.1 承重结构宜采取钢材宜采取Q235、Q345、Q390和Q420钢。1. 钢材牌号表示方法脱氧方法：F沸腾钢b半镇静钢 质量等级：Q235分A、B、C、DQ345分A、B、C、D、E屈服点数值2. 钢材性能（1）Q235：l 化学成份和质量等级相关A级 含碳 0.140.22B级 0.120.20C级 0.18D级 0.17A级C、Si、Mn含量不作为交货条件。l 力学性能屈服点、抗拉强度、伸长率、冷弯和质量等级无关，但和钢材厚度相关。冲击韧性和质量等级相关。A 不提供B 20C时27JC 0C时27JD -20C时27JA级钢冷弯试验为附加交货条件B级沸腾钢轧制钢材厚度通常25mm。（2）Q345、Q390、Q420l 化学成份和质量等级相关l 力学性能屈服点、抗拉强度、冷弯和质量等级无关，但和钢材厚度相关。伸长率、冲击韧性和质量等级相关。Q345 A、B级 伸长率（）21C、D、E级 22Q390 A、B级 19C、D、E级 20Q420 A、B级 18C、D、E级 19冲击韧性Q345 A 不提供Q390 B 20C时34JQ420 C 0C时34JD -20C时34JE -40C时27JA级钢 冷弯试验为附加交货条件3.2.2 材料选择（1）应依据结构关键性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度、工作环境等原因综合考虑。（2）选择要求l 承重结构钢材应含有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量合格确保，对焊接结构尚应含有含碳量合格确保。l 关键焊接结构不能使用Q235A级钢，因为Q235A级钢碳含量不作为交货条件，即不作为确保，即使生产厂提供碳含量，也只能视为参考，不能排除离散性大，质量不稳定等，所以如发生事故，生产厂在法律上不负任何责任。l 焊接承重结构和关键非焊接承重结构，还应含有冷弯试验合格确保。l 需要验算疲惫结构，钢材应含有冲击韧性合格确保。焊接结构工作温度应有常温冲击韧性合格确保Q235、Q345应有0oC冲击韧性合格确保Q390、Q420应有-20oC冲击韧性合格确保Q235、Q345应有-20oC冲击韧性合格确保Q390、Q420应有-40oC冲击韧性合格确保非焊接结构工作温度应有常温冲击韧性合格确保Q235、Q345应有0oC冲击韧性合格确保Q390、Q420应有-20oC冲击韧性合格确保l 吊车起重量50t中级工作制吊车梁，对冲击韧性要求和需验算疲惫构件相同l 关键受拉或受弯焊接结构，厚度较大钢材应有冲击韧性合格确保l 当焊接承重结构采取Z向钢时应符合厚度方向性能钢板GB/T5313要求l 有些人认为将硫、磷含量控制在小于0.01就能够预防层状撕裂问题，也有些人提出在上述要求下，再辅以对厚钢板作全方面超声波探伤，排除内部缺点，就能够替换Z向钢要求，这是不正确。l 以下情况不应采取Q235沸腾钢焊接结构：1）需要验算疲惫 2）工作温度-20 oC直接收动力荷载 3）工作温度10mm钢材采取手工气割或剪切边时，应全长刨边（3）应采取钻成孔或先冲后扩钻孔（4）对接焊缝质量等级不得低于二级8.2 大跨度屋盖结构要求（跨度60m）1. 应考虑构件变形、支承结构位移、边界约束条件和温度改变等对其内力影响2. 应进行吊装阶段验算3. 当构件内力较大或动力荷载较大时，节点宜采取高强度螺栓摩擦型连接4. 对有悬挂吊车屋架，按恒活荷载挠度许可值可取，按活荷载可取。对无悬挂吊车屋架，按恒活荷载可取，当有吊天棚时，按活载可取。8.3对以下几点增加了提醒条文1. 钢结构结构应降低应力集中，避免材料三向受拉2. 焊接厚度大于20mm角接接头焊缝，应采取收缩时不易引发层状撕裂结构3. 沿杆轴方向受拉螺栓连接中端板，应合适增加其刚度，以降低撬力时螺栓抗拉承载力不利影响4. 对吊车梁横向加劲肋结构和连接作了较具体要求5.设计使用年限25年建筑物，对使用期间不能重新油漆构件部位应采取特殊防锈方法8.4其它修改内容1. 焊接结构是否需要采取焊前预热或焊后热处理等特殊方法，应依据材质、焊件厚度、焊接工艺、施焊时气温和结构性能要求等综合原因来确定，并在设计文件中加以说明。这次修改时删去了原规范对焊接厚度提议。2. 在次要构件或次要焊接连接中，可采取断续角焊缝。继续角焊缝焊段长度不得小于10或50mm，其净距不应大于15t（对受压构件）或30t（对受拉构件），t为较薄焊件厚度这次修订时增加了焊段最小长度，方便于操作3. 螺栓或铆钉最大、最小许可距离要求作了修改（1）最小中心距最小边距 顺内力方向 垂直内力方向，但轧制边、自动气割边、锯割边采取通常螺栓时确定垂直于作用力方向最小中距和边距时考虑了（）钢材净截面抗拉强度钢材承压强度（）毛截面屈服净截面破坏（）避免在孔壁周围产生过分应力集中（）施工时便于操作确定顺力方向最小中距和边距时考虑了（）母材承压强度母材抗剪切强度（）钢板在端部不应被紧固件撕裂（）施工时便于操作（2）最大中心距外排 8d0或12t内排 垂直内力方向 16d0或24t内排 顺内力且受压 12d0或18t 内排 顺内力并受拉 16d0或24t最大边距 4d0或8t 确定顺内力方向最大中心距和边距时考虑了钢板紧密贴合和钢板稳定。确定垂直内力方向最大中心距和边距时考虑了钢板紧密贴合。4. 当焊接桁架杆件用节点板连接时弦杆和腹板、腹板和腹杆间间隙 20mm相邻角焊缝焊趾间净距 5mm当桁架杆件不用节点板连接时（不包含钢管结构）相邻腹杆连接角焊缝焊趾间净距 5mm这次修订增加了焊趾间净距要求5. 增加了插入式柱脚结构要求插入式柱脚中，钢柱插入混凝土基础杯口最小深度实腹柱 或 为柱脚截面长度尺寸 为圆管柱外径双肢柱 或最小深度还不宜小于500mm和吊装时钢柱长度6. 增加了埋入式柱脚和外包式柱脚结构要求埋入式柱脚是将钢柱直接埋入混凝土构件（如地下室墙、基础梁等）中柱脚。外包式柱脚是将钢柱置于混凝土构件上，又伸出钢筋，在钢柱四面外包混凝土。埋入式柱脚混凝土保护层厚度外包式柱脚外包混凝土厚度钢柱埋入部分和外包部分均宜在柱翼缘上设置焊钉焊钉直径中心距埋入式柱脚在埋入部分顶部应设置水平加劲肋或隔板。7. 增加了焊接吊车梁T形接头要求焊透焊缝形式8. 对吊车梁横向加劲肋结构作了补充要求以下吊车梁横向加劲肋宽度不宜小于90mm。在支座处横向加劲肋应在腹板两侧成对设置，并和梁上下翼缘刨平顶紧。中间横向加劲肋上端应和梁上翼缘刨平顶紧。在重级工作制吊车梁中，中间加劲肋应在腹板两侧成对部署，中轻级工作制吊车梁可单侧设置或两侧错开设置。在焊接吊车梁中，中间横向加劲肋不得和受拉翼缘相焊，其下端宜距受拉下翼缘50100mm，其和腹板连接焊缝不宜在肋下端起落弧。端加劲肋可和梁上、下翼缘相焊。9. 明确提出重级工作制吊车梁中，上下翼缘和制动梁连接可采取高强度螺栓摩擦型连接或焊缝连接。九、塑性设计本章和旧规范基础一样，仅对钢材性能作了下列要求：按塑性设计时，钢材力学性能应满足强曲比，伸长率对应于抗拉强度应变大于20倍屈服点应变同时取消旧规范对钢材和连接强度设计值采取折减系数0.9十、钢管结构本章修改后作了较大扩充。除原有圆钢管结构外，增加了方钢管结构。10.1 通常要求增加了下列内容1. 方管或矩形管不应超出2. 管材不应采取、屈强比钢材3. 管壁厚不宜大于25mm4. 桁架节点可视为铰接条件是桁架平面内杆件节间长度和截面高度（或直接）之比大于 12（主管） 24（支管）5. 支管和主管连接节点偏心不超出下式时，在计算节点和受拉主管承载力时可忽略因偏心引发弯矩影响；受压主管必需考虑偏心弯矩影响。10.2 结构要求增加了下列内容1. 上图中两支管间隙a应大于两支管壁厚之和2. 对支管搭接结构作了具体要求(搭接在制作上有难度，要注意)10.3 杆件和节点承载力10.3.1 圆管部分作了以下修改1. 公式适用范围 为支管外径和主管外径之比 、为支管外径和壁厚 、为主管外径和壁厚 为主管轴线和主管轴线之夹角 为空间管节点支管横向夹角2. 对于X节点计算公式支管受压公式未改变支管受拉公式改为为受压支管在管节点处承载力设计值3. 对于T、Y形节点合适降低5，系数由12.12降低为11.51，即支管受压支管受拉当初 当初 4. 对于K形节点支管受压其它未变5. 增加K形节点6. 增加TT形节点7. 修改依据旧规范节点承载力计算公式是依据当初300余试验数据经分析和统计得到；新规范修改则是在多年来中国外1546个试验数据基础上考虑到试件尺寸效应影响，删去节点尺寸过小试验数据后，以824个试验数据为依据经分析研究和数理统计后得出。新规范和旧规范相比含有下列优点：（1）适用范围扩大，基础能满足新结构设计需要；（2）规范公式和试验数据对比统计量包含平均值、均方差、离散度、置信度和最大和最小偏离值等全部较旧规范有所改善10.3.2 方管部分为修订时增加内容1. 节点处支管和主管相焊时焊缝张度计算方法为角焊缝计算厚度取平均计算厚度0.7焊缝计算长度为有间隙K形和N形节点 T、y、X形节点以上公式基于试验结果，考虑了焊缝传力不均匀。2. 节点承载力计算公式适用范围、：T、y、X形节点 间隙K形、N形节点 及搭接K形、N形节点 、： 杆件受拉 杆件受压T、y、X形、间隙K形、N形节点 且搭接K形、N形节点 多种节点 、 T、y、X、间隙K形、N形节点 搭接K形、N形节点 K、N形节点 且 式中为 对于T、y、X形节点 对于K、N形节点