钢结构规范讲座1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,钢结构设计规范,GB50017-2003,应用讲座,清华大学 石永久,(1),GBJ17-88,从1997年起开始修订，2001年12月完成报批稿，这两年其它规范陆续推出，不断修改协调。,(2),吸收,了国内外近十年的钢结构研究和工程应用成果，,借鉴,了欧洲、美国、英国、澳大利亚等国新规范的经验。,(3)条文增改部分超过2/3。,(4)明确了,强制性条文,，必须执行。,(5)既考虑了原则性、也考虑了可操作性。,背 景,讲解内容,(1)新增条文较详细讲解,(2)修改条文指明修改之处,(3)强制条文重申重要性,4)未改条文简要概述,规范比,第1章 总 则,1.0.1,条,基本原则，,未变,1.0.2条 增加,对,冷弯成型,的构件及其连接要,符合,冷弯薄壁型钢结构技术规范,1.0.3条 增加,提到相关规范名称，如,荷载取值,必须符合,建筑结构荷载规范,要求、,地震区,的建筑物和构筑物符合,建筑抗震设计规范,、,构筑物抗震设计规范,、,中国地震动参数区划图,要求。,1.0.4,条,设计原则，,未变,1.0.5条（强制条文）,在钢结构设计文件中，,应注明,建筑结构的,设计使用年限,、,钢材牌号,、,连接材料的型号,（或钢号）和对钢材所要求的,力学性能,、,化学成分,及其他的,附加保证项目,。此外，,还应注明,所要求的,焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位,及,对施工,的要求。,1.0.6,条,特殊设计要求，,未变,第2章 术语和符号,材料,并入,第3章,。,第2章,主要列出建筑结构设计术语和符号标准（,GB/T50083-97,）,中没有的术语（如腹板“通用高厚比”等），但符号列出较全。,第3章 基本设计规定,3.1 设计原则,3.1.1,条,设计基础，,未变,3.1.2条（强制条文）,承重结构应按下列承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计：,(1)承载能力极限状态包括：构件和连接的,强度破坏,、,疲劳破坏,和因,过度变形,而不适于继续承载，结构和构件,丧失稳定,，结构,转变为机构,和结构,倾覆,。,(2)正常使用极限状态包括：影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的,变形,，影响正常使用的,振动,，影响正常使用或耐久性能的,局部损坏,（包括混凝土裂缝）。,3.1.3条（强制条文）,设计钢结构时，应根据结构破坏可能产生的后果，采用不同的,安全等级,。,一般,工业与民用建筑钢结构的安全等级可取为,二级,，,其他特殊建筑钢结构,的安全等级可根据具体情况,另行确定,。,3.1.4条（强制条文）,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,。,按,正常使用极限状态,设计钢结构时，考虑荷载效应的,标准组合,，对钢与混凝土,组合梁,，尚应考虑,永久组合,。,3.1.5条（强制条文）,计算结构或构件的,强度,、,稳定,性以及,连接,的强度时，应采用,荷载设计值,(荷,载,标准值乘以荷载分项系数)；计算,疲劳,时，应采用,荷载标准值,。,3.1.6条,计算结构或构件,强度,和,稳定,时，动力荷载设计值乘以动力系数；计算,疲劳,和,变形,时，动力荷载标准值不乘以动力系数。,局部修改,“计算,吊车梁或吊车桁架及其制动结构,的,疲劳,和,挠度,时，吊车荷载应按作用在跨间内,荷载效应,最大的,一台,吊车确定。”,3.1.7条，3.1.8条，3.1.9条,移到,3.2节,3.2 荷载和荷载效应计算,新增本节,3.2.1条,强制条文）,设计钢结构时，荷载的标准值、荷载分项系数、荷载组合值系数、动力荷载的动力系数等，应按,现行国家标准,建筑结构荷载规范,GB50009,的规定采用。,不能用国外规范,结构的重要性系数,0,应按现行建筑结构可靠度设计统一标准的规定采用。,GB50068,的,7.0.3条,注“,对设计工作寿命为25年的结构构件，各结构规范可根据各自情况确定,0,值,”。本规范根据工作寿命50年时,0,1.0，工作寿命5年时,0,0.9，规定工作寿命25年取,0,0.95,。,修订后的,荷载规范,将屋面均布活荷载标准值统一规定为,0.5,kN,/m,2,（,原规定分,0.3,、,0.5,、,0.7,kN/m,2,三级），但注明“,对不同结构可按有关设计规范作,0.2,kN,/m,2,的增减,”。所以本规范在本条注明了“,对支承轻屋面的构件或结构，当仅有一个可变荷载且受荷面积超过,60,m,2,时，取,0.3,kN,/m,2,”,；,对重屋面由于增加了以永久荷载为主的组合，不再提高屋面活荷载。,3.2.2,条,原规范,对重级工作制吊车梁，将,荷载规范,规定的,横向水平荷载,乘以,增大系数,以考虑吊车的摇摆力。现改为按下式计算：,H,K,=,P,kmax,式中,P,kmax,为吊车最大轮压,标准值,；系数,0.1,（一般软钩吊车），,0.15,(抓斗或磁盘吊车)和,0.2,（硬钩吊车）。,根据起重机设计规范,（,GB3811-83），,按吊车利用等级（即循环次数，分为,U,0,-U,9,等10级）和载荷状态（载荷谱系数,K,p,有轻、中、重、特重等4级）综合划分吊车工作级别为,A1,A8,级。,本规范,所指,轻级工作,制即,A1,A3,级；,中级,为,A4,A5,级；,重级,为,A6,A8,级（其中,A8,为,特重级,）。,3.2.3条,计算屋盖桁架考虑,悬挂,吊车和电动葫芦时：在同一跨每条运行线路上的台数：,梁式吊车2,，,电动葫芦1,。,3.2.4条(原3.1.9条),冶炼车间荷载折减系数，,未变,3.2.5条,结构的,计算模型,和,基本假定应尽量,与,构件连接,的实际性能相符。,3.2.6条,建筑结构的内力一般按,结构静力学方法,进行,弹性分析,，符合本规范第9章的,超静定结构,，可采用,塑性分析,。采用,弹性分析,的结构中，,构件截面允许有塑性变形发展,。,3.2.7条,框架结构,梁与柱刚性,连接，梁柱交角不变，连接能承受最不利内力；,梁与柱铰接,，充分的转动能力，传递剪力和轴力；,梁与柱半刚性连接,，具有有限转动刚度，交角变化，确定弯矩转角曲线，考虑连接变形影响。,3.2.8,条,对 的框架结构（一般指,无支撑纯框架,）,宜,采用,二阶弹性分析,”。此处,N,为,所计算楼层,各柱轴压力之和；,H,为所计算楼层及以上各层水平力之和；,h,为所计算楼层的高度；,u,为所计算楼层按一阶分析的层间侧移，此处可用位移容许值,u,代替。,a,采用,二阶分析,时，应在每层柱顶附加考虑,假想水平力,H,ni,：,式中,，,Q,i,为第,i,楼层的总重力荷载设计值；,n,s,为框架总层数，取,y,为钢材强度影响系数；,Q235,钢，,y,=1.0,Q345,钢，,y,=1.1,Q390,钢，,y,=1.2,Q420,钢，,y,=1.25,b.,采用,二阶分析,时，框架柱的计算长度系数,1.0,。,c,.,规范提出了采用,二阶弹性分析,时,，杆端弯矩的近似计算方法：,M,2,M,1b,+,2,i,M,1s,式中,M,1b、,M,1s,分别为,框架,无侧移,或,有侧移时按,一阶弹性分析,求得的杆件端弯矩；,2,i,考虑二阶效应第,i,层杆件的侧移弯矩增大系数。,如,2,i,1.33,，,宜增加框架刚度,本条,不适用于门式刚架,和,塑性设计刚架,3.3,材料选用（,原规范,第2章）,3.3.1,条,（,原,2.0.1,条,）,增加,使用钢材的牌号（原规范有3号钢、16,Mn,、15MnV）,现为：,Q235 (,相当于作废的旧标准的3号钢),Q345 (,相当于作废的旧标准的16,Mn,、12MnV、14MnNb、16MnRE、18Nb),Q390 (,相当于作废的旧标准的15,MnV,、15MnTi、16MnNb),Q420 (,相当于作废的旧标准的15MnVN,、14MnVTiRE),其中，15,MnVN,曾用于九江长江大桥（栓焊铁路桥）。,3.3.2条,（,原,2.0.2,条,）下列情况,不应,采用,Q235,钢(沸腾钢),焊接结构：,(1),直接承受动力荷载或振动荷载,且需要验算疲劳,的结构；,(2)工作温度低于,T20,mm,）,就容易分层。,指标对应,计算点的钢材厚度,(1)钢板厚度增加到,100,mm,（,原规范,3,号钢,50,mm,，,16Mn,和,15,MnV,钢,36,mm,），,这是为了与轴压,d,曲线相呼应。其实，厚板的统计资料尚不够充分。,板厚,16,mm,时，厚度分组标准变化。,(2),Q345,钢相应的对接焊缝强度设计值降低,。,(3),普通螺栓的,A,、,B,级,，根据,GB5782-86,，,其材料不是,3,号钢，分为,5.6,和,8.8,级，现改取,f,t,b,=210，400N/mm,2,f,v,b,=190，320N/mm,2,。,(4),普通螺栓的,C,级,，分为,4.6,和,4.8,级。,(5),增加,承压型连接,高强度螺栓的,抗拉强度,。,A,、,B,级螺栓都是以前的“精制螺栓”，质量标准要求相同。只是,A,级螺栓用于,d,24mm,和,L,（,螺栓公称长度）,10,d,或,L,150mm,（,按较小值）；,d,或,L,较大者称为,B,级螺栓。,铆钉连接在验收规范,GB50205,中已无条文，在设计中规范中是否保留，意见不一致，现予保留。,3.4.2条（强制条文）,强度设计值折减系数：,单面连接角钢,施工条件差的高空焊接,增加,“,无垫板,的单面施焊对接焊缝乘以系数0.85”。,3.5 结构或构件变形的规定,正文为原则规定，具体数值规定在附录,A,。,3.5.1,条（新增,条文,）,受弯构件的挠度容许值考虑两种情况：,u,T,恒载活荷载作用下的挠度容许值，主要,是观感要求,u,Q,为活荷载作用下的挠度容许值，主要是,使用要求。,将,吊车梁和吊车桁架挠度改为按一台起重量最大吊车加自重进行计算,（相应挠度容许值有所调整）。理由：,符合“正常使用极限状态”的要求；与多数国外规范相一致。,3.5.2条,（原,3.3.1,条,）,不考虑截面削弱，,未变,3.5.3条（新增条文）,构件,预先起拱值,，一般取,恒载标准值+1/2活载标准值,产生的挠度值。,原3.3.23.3.5 条,移至,附录,A,第4章 受弯构件的计算,4.1,强度,4.1.1条,实腹受弯构件，抗弯强度计算,g,x,=,g,y,=1.0,由“,直接承受动力荷载,”,改为,“,需要计算疲劳的梁,”,4.1.2条,抗剪计算，,未变,4.1.3条,在梁局部承压强度计算中，将集中力在腹板边缘的分布长度,增加,为（与梁与柱刚性连接节点一致）：,式中，,a,为集中力支承长度；,h,y,为梁外表面至腹板边缘距离,；,h,R,为轨道的高度。,4.1.4条,折算应力计算，,未变,4.2,整体稳定,4.2.1条,保证整体稳定的措施，,未变,4.2.2条,平面内稳定计算，,未变,4.2.3条,双向受弯梁稳定计算，,未变,4.2.4条,保证箱形截面受弯梁稳定性，,未变,4.2.5条(新增条文),梁支座处构造措施防止梁端扭转,4.2.6条,减小梁受压翼缘侧向计算长度的支撑，按梁受压翼缘为轴心压杆，根据翼缘轴力(如,N,=,s,A,f,),计算所需的支撑，而,不再统一取,4.3,局部稳定,组合梁腹板局部稳定计算有,较大变动,，主要有：,对原来按无限弹性计算的腹板各项,临界应力作了弹塑性修正,。,原各种应力共同作用下的临界条件公式来源于完全弹性条件，新的公式,（,4.3.3-1,）,等参考了,澳大利亚规范,等资料，适合于弹塑性修正后的临界应力。,无局部压应力且承受静力荷载的焊接工字形载面梁,，规定按,新增加,的,4.4,节利用屈曲后强度设计。,4.3.1,条（新增条文）,主要,增加,内容：,（1）受静力和间接动力的组合梁宜考虑,腹板屈曲后强度,。,（2）受直接动力的吊车梁等应配置加劲肋，,且当 应计算腹板稳定性。,（3）轻、中级工作吊车梁,计算腹板稳定性,时，轮压设计值可乘折减系数,0.9,4.3.2,条,主要,修订,内容：,(1),取消“,对无局部压应力的梁，,时，可不计算”,(2)增加,“,（,受压翼缘扭转未受约束时）需,配置纵向加劲肋,”,(3)任何情况下,h,0,/,t,w,250,(4),梁支座和上翼缘集中荷载处，宜设置支承加劲肋,4.3.3,条 取消,横向加劲肋间距验算，,直接验算,区格局部稳定性。,仅,配横向加劲肋时,：,单项临界应力,cr,，,cr,，,c,cr,各有三个计算公式,例如计算,s,cr,为,4.3.3-2,a,、,b,、,c,三个公式。其中,a,式的临界应力等于强度设计值,f,；,而,c,式为完全弹性的临界应力，与原规范的规定相当；,b,式则为弹性到屈服之间的过渡。公式采用了国际通行的表达方式，采用通用高厚比,作为参数，即,当 (,a,),当 (,b,),当 (,c,),式中 为腹板受弯计算时的通用高厚比,当,梁受压翼缘扭转受到约束,时,当,梁受压翼缘扭转未受到约束,时,h,c,为梁,腹板弯曲,受压区高度,计算,cr,为,4.3.3-3,a,、,b,、,c,三个公式。通用高厚比,当 (,a,),当 (,b,),当 (,c,),式中 为用于腹板受剪计算时的通用高厚比，,为钢材抗剪屈服强度，等于 ；,当,a,/,h,o,1.0,时,当,a,/,h,o,1.0,时,计算,s,c,cr,为,4.3.3-4,a,、,b,、,c,三个公式。通用高厚比,当 (,a,),当 (,b,),当 (,c,),式中 为用于腹板受局部压力计算时的通用高厚比，,当,0.5,a,/,ho,1.5,时,当,1.5,2,时,取,a,/,h,2,=2,4.3.5,条 取消,吊车梁腹板计算，,改成,受压翼缘与纵向加劲肋间,配短加劲肋时，区格局部稳定性计算,临界应力,cr1,，,cr1,，,c,cr1,按(,4.3.3-23,)计算，,h,0,用,h,1,代替，,a,用,a,1,代替,按(,4.3.3-2,),计算,c,cr1,时,l,b,用,l,c1,代替,当,梁受压翼缘扭转受到约束,时,如,a,1,/,h,1,1.2,，,当,梁受压翼缘扭转未受到约束,时,如,a,1,/,h,1,1.2,，,4.3.6,条,加劲肋构造要求，,未变,4.3.7,条,支承和支座加劲肋计算，,未变,43.8,条,局部,修改,：,梁受压翼缘自由外伸宽度,b,与厚度,t,之比，应符合要求,当,g,x,=1.0,时，,b/t,可放宽至,4.4 组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算,新增,本节,4.4.1条,（1）,本节条款,不适用于,吊车梁,，因有关资料不充分，多次反复屈曲可能导致腹板边缘出现疲劳裂纹。,（2）,梁腹板受剪屈曲后强度计算，利用了,张力场,概念。使极限剪力大于屈曲剪力。精确确定张力场剪力值需要算出张力场宽度，比较复杂，为简化计算，条文采用了相当于下限的近似公式。,（,3,）,利用腹板屈曲后强度，即使,h,0,/,t,w,很大，一般也,不再考虑设置纵向加劲肋,。而且只要腹板的抗剪承载力不低于梁的实际最大剪力，可,只设支承加劲肋,，而不设置中间横向加劲肋。,（4）利用腹板屈曲后强度后，梁的,抗弯承载力有所降低,，但降低不多，对,Q235,钢的梁来说，当,h,0,/,t,w,=,200,（,受压翼缘扭转受到约束）或,h,0,/,t,w,=,175,（,受压翼缘扭转未受约束），抗弯承载力只下降,5%,以内。,腹板,仅配支承加,劲肋，考虑屈曲后强度,抗弯和抗剪承载能力验算,式中,M,、,V,所计算截面处梁的弯矩和剪力设计值。,当,M,M,f,时,取,M,=,M,f,，,当,V,/,V,u,0.5,时,取,V,=0.5,V,u,M,f,梁两翼缘所承担的弯矩设计值，规范的,M,f,计算式是考虑两翼缘截面不等的情况；,V,u,、,M,eu,梁抗剪和抗弯承载力设计值。,腹板屈曲后的抗剪承载力,V,u,应为,屈曲剪力与张力场剪力之和,，根据理论和试验研究，抗剪承载力设计值,V,u,可用下列公式计算：,当,l,s,0.8,时,V,u,=,h,w,t,w,f,v,(,a,),当,0.81.2,时,V,u,=,h,w,t,w,f,v,/,l,s,1.2,(,c,),式中,l,s,用于抗剪计算的腹板通用高厚比。,当,a,/,h,o,1.0,时，,=,4+5.34(,h,o,/,a,),2,；,当,a,/,h,o,1.0,时，,5.34+4(,h,o,/,a,),2,。,如果,只设置支承加劲肋,而使,a,/,h,o,甚大时,，则可取,5.34,。,腹板屈曲后,梁的抗弯承载力,M,eu,腹板屈曲后考虑张力场的作用，抗剪承载力有所提高，但由于弯矩作用下腹板受压区屈曲后，使梁的抗弯承载力有所下降我国规范采用,有效截面,的概念来计算梁的抗弯承载力。,a,e,为梁截面模量折减系数,假定腹板,受压区有效高度为,h,c,，,等分在,h,c,的两端，中部则扣去（1-,）,h,c,的高度，梁的中和轴也有下降。现假定腹板受拉区与受压区同样扣去此高度,，,这样,中和轴可不变动,，计算较为简便。,h,c,为腹板受压区的高度。,梁截面惯性矩为（忽略孔洞绕本身轴惯性矩）：,梁截面模量折减系数为：,上式是按双轴对称截面塑性发展系数,x,=,1.0,得出的偏安全的近似公式，也可用于,x,=,1.05,和单轴对称截面。,有效高度系数,，与计算局部稳定中临界应力,一样以通用高厚比 作为参数，也分为三个阶段，分界点也与计算 相同，即,当 时，,(,a),当,(,b),当,(,c),通用高厚比,b,仍,按局部稳定计算中公式计算,，即,（受压翼缘扭转受到约束）,或 （梁受压翼缘未受到约束）,任何情况，以上公式中的截面数据,W,x,、,I,x,以及,h,c,均按截面全部有效计算。,4.4.2,条,考虑腹板屈曲后强度的,加劲肋,（,1,）,只设横向加劲肋,（支承加劲肋和剪力较大区的中间横向加劲肋），但,不允许在腹板单侧设置,。,张力场,使中间横向加劲肋所受,轴心压力,规定为：,s,=,V,u,-,h,o,t,w,cr,+,F,式中，,V,u,即腹板屈曲后的抗剪承载力；,cr,为临界剪应力；,F,为承受的集中荷载。,按轴心受压构件计算,加劲肋处,平面外稳定性,（2）梁的支座加劲肋除支座反力外，还承受张力场斜拉力水平分力,H,对,设横向加劲肋的梁,，,a,取支座端区格的加劲肋间距。对,不设中间加劲肋的腹板,，,a,取,梁支座至跨内剪力为零,的距离。,H,的作用点在距腹板高度边缘,h,o,/4,处。,按压弯构件计算加劲肋强度和平面外稳定性,，,截面和计算长度同一般支座加劲肋,。,为了增加抗弯能力，在梁外端加设封头板（图,a,）。,可采用下列方法之一进行简化计算：,将封头板与支座加劲肋之间视为,竖向压弯构件,，简支于梁上下翼缘，计算其强度和稳定；将,支座加劲肋按承受支座反力,R,的轴心压杆计算,，封头板截面积则,不小于,A,c,=3,h,0,H,t,/(16,ef,),，,式中,e,为支座加劲肋与封头板的距离；,f,为钢材强度设计值。,