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1、钢结构设计规范（GBJ50017)修订情况介绍,一、原规范GBJ17-88存在的问题,1.原规范中所用材料的名称、牌号及设计指标等与现行标准不符,且没有反映高强度钢材,亦没有考虑抗脆性断裂的问题。,2.对框架结构没有内力分析方法的规定,无支撑的单层纯框架,侧移对内力的影响很小,不必考虑竖向荷载对侧移的二阶效应,但多层纯框架情况就不同了。,(2)吊车横向水平荷载的增大系数值源于前苏联1953年的规定,沿用至今,前苏联于二十世纪七十年代已对此作出修改;(1)吊车工作制与起重机设计规(GB3811-83)中规定的吊车工作级别缺乏联系,操作困难;(3)吊车梁的挠度限值.计算时应采取的吊车荷载原规范元明
2、确规定,习惯上是用两台吊车计算的,不符合正常使用的概念。,3.在吊车和吊车梁设计方面,有关结构和构件变形限值的规定,原规范缺乏灵活性,没有考虑多方面的使用经验和工艺或其它方面的具体要求,与国外规范相比,正文中规定过细。,4.有关结构和构件变形限值的规定,5.受弯构件(1)在一般梁的强度计算中,缺少利用腹板屈曲后强度的内容;(2)原规范中梁腹板局部稳定的相关公式是按纯弹性理论建立的,各种荷载单独作用下的临界应力作为一种特征值,有时会大于钢材强度,这终究是一个缺陷。,6.对框架结构 计算对框架结构,过去常用一阶分析计算内力,并将无支撑框架和支撑结构的抗侧移刚度小于框架本身抗侧移刚度5倍的有支撑框架
3、 等同为有侧移框架,均按有侧移框架柱计算长度系数的表格查取值。这样显然粗糙了一些,不符合计算精确化的趋向。另外,原规范附录中有侧移和无侧移框架的柱子计算长度系数表格是建立在某些基本假定的前提之下的,当不符合这些基本假定时如何处理,原规范却没有交待。,7 轴心压杆和压弯构件的计算(l)对单轴对称截面轴压构件绕对称轴的弯扭失稳问题,原规范为了简化计算,将其归并到某一个截面分类类别(如b类或c类)中按弯曲屈曲来对待。但由于各种因素的影响,误差的幅度有时较大,一些截面形心和剪心之间距离较大的构件偏于不安全,而且长细比愈小,截面宽厚比愈大,误差亦愈大。以双角钢组合T形截面为例,以长边相并者误差最大可高达
4、15%,而当长细比大于100时误差即降至10%以内。,2)原规范利用轴压构件的偶然剪力作为减小压杆计算长度的支撑力在理论上是不确切的。(3)原规范对截面厚度t超过40mm的轴压构件的稳定系数未深人进行研究,将其归于c类截面处理。而厚板截面的焊接残余应力较高且沿厚度方向产生变化,而板件外表面往往以残余压应力为主,影响抗压承载力。研究表明,某些截面的稳定系数已低于按c类截面查取的值。,8.在连接计算方面有些条文与国内外有关规范协调不够,某些内容空缺,需要补充。,9.在钢管结构方面 在钢管结构方面,原规范只列有圆管平面节点的承载力计算公式,缺少空间节点,而且这些公式亦是根据当时收集到的近300个试验
5、资料进行分析并对照国外规范后提出来的。随着钢管结构的发展,新的试验数据和有限元分析结果得到了大量补充,对原公式理应作出相应的修改。另外,原规范缺少矩形管的内容,应予以补充。,10.我国有关钢结构设计的一些新的科研成果和实践经验没有及时在规范中得到反映,如插入式柱脚和新型连接材料等等。,二、新规范(GB50017）的主要修订内容 针对上述问题,修订组各成员单位协同攻关,进行了调研和理论分析,对照国外经验并进行了必要的试验研究。在修订过程中,对有争议的问题均进行了反复磋商,并作了试设计:根据试设计的结果来检验规范内容并作必要的修正,使新规范尽量做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量,更符合当前
6、工程实践和技术进步的需要。,1 在材料方面 在材料方面增加了Q420级钢,相当于美国的A572-60级和日本的SM520钢;对高层钢结构或类似的重要建(构)筑物则宜用我国的高层建筑结构用钢板(YB4104-2000),其牌号有Q235Gj(Z)和Q345Gj(Z)两种(括号中的Z表示具有厚度方向的性能),质量等级相当于GB/Tl591-1994中的C,D,E级,供货状态有热轧、正火和控轧,其性能相当于日本建筑结构用钢材(JIS3136-1994)中的钢材性能。,为提高结构和构件的抗脆断性能,保证建筑物的安全可靠,对承受静载的重要受拉和受弯的焊接构件,当钢材厚度t16mm时,提出了对钢材冲击性能
7、的要求,即与需验算疲劳的构件相同。另外,在结构工作温度T-20的地区,提出了提高结构抗脆断能力的构造要求。由于原规范和新规范所依据的钢材标准对冲击性能的要求不同,在新规范中增加了0冲击韧性的要求,并调整了不同钢种的冲击试验温度,即将Q345钢和Q235钢采取相同的冲击试验温度。,2、一般规定在第三章的一般规定中,强调了设计原则的指导。突出设计原则是当前国际上设计规范的一个共同特点。早先的规范条款主要以试验或实践经验为主,故条文简单具体,很少涉及理论依据或其它要求。而近几十年来随着科技的飞速发展,人们对结构性能的认识已相当透彻,计算更为精细,在总体上已形成系统的知识,规范的任务就不仅限于提供计算
8、公式和数据限值,而是先要给予设计原则的指导。,(1)增加了内力分析的条文,对无支撑的多、高层纯框架强调了采用二阶弹性分析进行内力计算的方法,并介绍了近似计算公式,对节点连接为半刚性的框架计算,亦作了原则性的规定。(2)对结构和构件的变形,在正文中仅列出原则性规定,并强调当有实践经验或有特殊要求时,可以根据不影响正常使用和观感的原则对变形的限值作适当的调整。将原规范中有关变形限值具体数据的条文移入附录,同时作了相应的修正,如:1)将设有重级工作制吊车的车间需要验算位移的范围缩小为仅用于A7,A8级吊车;2)增加了单层框架在风载作用下柱顶水平位移的限值。(3)对吊车工作制的界定,不能死搬硬套吊车工
9、作制与吊车工作级别的一般对应关系,要根据吊车的具体操作情况和实践经验慎重考虑后确定。,3.受弯构件的计算(1)梁整体稳定系数的计算方法基本未变,仅根据原武汉水电大学的建议,将b0.6以后采用的b表格改为简化公式b 但1.0,以便于使用。(2)关于梁腹板的局部稳定,参考国际标准,将受静荷载且仅配置支承加劲肋或尚有中间横向加劲胁的一般工字形截面组合梁按考虑腹板屈曲后强度来计算梁的抗剪和抗弯承载力,而不再验算梁腹板的局部稳定。考虑腹板屈曲后强度的计算方法引用了国际上通用的简化方法,即Simple post-critical method,在梁腹板局部稳定的验算方法中参考了澳大利亚规范和英国规范BS5
10、950对相关公式作些调整,并对相关公式中各种荷载单独作用下的临界应力cr,cr、cr,c作了非弹性修正,使其最大值不超过钢材的屈服强度。因此原规范中基于纯弹性理论计算腹板加劲胁间距的简化公式亦相应取消。,4.轴心受压构件和压弯构件的计算(1)在轴压构件中,增加了单轴对称截面绕对称轴(y轴)失稳时用换算长细比yz代替 y的理论公式,对单角钢截面和由双角钢组成的T形截面则给出了 yz的简化公式。原规范认为等边单角钢截面、双角钢T形截面和单轴对称的工字形截面绕对称轴失稳的弯扭屈曲承载力比弯曲失稳下降不多,基本上未超出所属截面类别，柱子曲线中值的分布范围,将 y改用yz后将使计算更为精确,但不影响截面
11、类别。而轧制和焊接T形及槽形截面绕对称轴弯扭失稳的承载力下降较多,故原规范将其列入c类截面,现用yz代替y后,可返回为b类;仅将焊接T形截面中翼缘为轧制或剪切边者仍留在c类。,(2)原规范将无任何对称轴的截面绕任意轴的失稳按c类截面的弯曲失稳处理是没有根据的,也可能是不安全的,新规范认为这种截面不宜用作轴压构件。由两块板焊成的十字形截面和箱形截面,原规范列为b类,新规范将板件边缘为轧制或剪切的十字形截面和板件宽厚比20的焊接箱形截面改为c类(3)对组成板件厚度t40mm的焊接实腹截面,经西安建筑科技大学研究,将其列为d类截面,并规定了d曲线的值。,(4)重新规定了减少受压构件自由长度的支撑力F
12、b,假定支撑为弹性支座,从支撑所应具有的最低刚度出发来确定支撑力。规范给出了单根柱有一道支撑及多道支撑的支撑力,又给出了被撑构件为多根柱组成的柱列时的支撑力。该支撑力应与其它作用产生的支撑杆内力相叠加,支撑轴线宜通过被支撑构件截面的剪心。此支撑力同样适用于为减小梁受压翼缘自由长度时的情况。单根受压杆在长度的中点有一道支撑时的支撑力为Fb1=N/60(N为被支撑杆的轴压力),当 77(对Q235钢)或41(对Q345钢)时,Fb1小于原规范采用的偶然剪力。,5)对压弯构件稳定计算的主要修改内容 a.调整了等效弯矩系数mx和 tx的取值。因为对纯框架已建议用二阶弹性分析法计算内力,故不论纯框架柱或
13、有支撑框架柱均可按两端支承构件对待,采用相同mx的值,仅当用一阶弹性分析法计算内力的纯框架性及弱支撑框架柱时,mx仍取为1.0。根据国内研究并参考国外规定,取消mx和tx不得小于0.4的规定。无端弯矩但有横向荷载作用时,为简化计算且均偏于安全,不论有几个横向荷载,均统一取mx=1.0。b.在弯矩作用平面外的稳定计算公式中,在Mx项前面增加截面影响系数(对闭口截面=0.7,对其它截面=1.0);而将闭口截面的b值由原规范的l.4(b 1.0是不合理的)改为1.0。对单轴对称截面,公式中的y理应按yz查取,但由于压弯构件的单轴对称截面的yz计算复杂,而且截面形心与剪心比较接近,y与yz的差别不大,
14、故规定除仅对T形截面应按yz确定y外,其它截面均可按y确定y。,(6)构件的计算长度和容许长细比 a.对珩架交叉腹杆中的压杆在衔架平面外的计算长度l0参考德国标准对原规范进行修改,列出了四种情况(相交另一杆受压,两杆均不中断或另一杆中断;相交另一杆受拉,两杆均不中断或有一杆中断)和五个计算公式。l0与两交叉腹杆的内力特征(受拉或压、内力大小等)有关。与原规范相比,差别在+12.9%-30%之间。,(a)对附录中有侧移和无侧移框架柱的计算长度系数表进行了局部修正,根据横梁远端的连接刚度和横梁的轴向内力补充了横梁线刚度的修正系数。根据底层框架柱柱脚的具体构造对K2的取值作出规定,即对平板支座取K2
15、=0.1(因为非理想饺),刚接时取K2=10.(原规范假定为绝对嵌固,k2)。(b)将框架分为无支撑纯框架和有支撑框架两大类，对纯框架,当采用一阶弹性分析法计算内力时,按附录中有侧移框架柱的计算长度系数表取用;当采用二阶弹性分析法计算内力并在柱顶考虑假想水平力Hni时,由于我国的Hni与欧盟EC3的有些差别,且考虑到杆件的非弹性变形和计算方便,故取=1.00。对有支撑框架,则根据支撑结构侧移刚度(产生单位倾侧角的水平力)的不同而分为强支撑框架和弱支撑框架并分别确定框架柱的值或值。(c)增加了在某些情况下对框架柱的计算长度系数应加以修正的规定。当框架柱可得到相邻柱的支持时,该柱的值可予以折减,而
16、提供支持作用的柱的值应相应增大。对支持摇摆柱的框架柱计算长度系数的增大系数列有计算公式。,c.根据实践经验,补充了对跨度L60m绗架杆件容许长细比的规定。,5.疲劳计算基本上按原规范未变,仅对附录中的构件和连接分类表中梁的连接焊缝等级及其类别作了修改,6.连接计算(1)焊缝连接 a.增加了对焊缝质量等级选用的具体规定,以满足工作需要;b.对T形对接焊缝,按焊接术语(GB/T3375-94),明确规定应采用对接与角接组合焊缝;c.对焊缝的计算长度进行修改,原规范对未用引弧板施焊的对接焊缝和角焊缝,每条焊缝的计算长度一律为实际长度减去10mm,现改为减2t(对接焊缝)或(角焊缝)2hf;d.在直角
17、或斜角T形接头用角焊缝连接的强度计算中,考虑了根部间隙b的影响,参照AWS1998的规定,给出了相应的计算公式;e.将原规范部分焊透的对接焊缝或对接与角接组合焊缝中笼统写成的V形坡口区分为V形坡l-l和单边V形(含K形)坡口,并分别给出了这种焊缝计算厚度he的确定方法。,(2)紧固件连接 a.在高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数的表格中增加了Q420钢的值,同时对表中的值进行了调整,最高不大于0.5.b增加了自攻螺钉、拉锚钉和射钉等新型紧固件的内容。(3)增加了梁与柱刚性连接这一节,其内容与现行建筑抗震设计规范(GB50011)以及行业标准高层民用建筑钢结构技术规程(JGJ99-98)是协调的。
18、,(4)根据试验研究的结果,增加了“连接节点处板件的计算”这一节,主要内容有:a.给出了连接板件在拉、剪共同作用下(BlockShear)的强度计算公式,适用于拉力与板件撕裂线之间的不同夹角;b.提出了用有效宽度法计算绗架节点板强度的近似公式,应力扩散角取为30度 c.首次提出了绗架节点板在受压斜腹杆作用下的稳定计算方法。为简化设汁,对有竖腹杆的节点板给出可以不计算稳定的c/t(c为受压斜腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆的净距,t为节点板厚度)的下限值,对无竖腹杆的节点板给出可用简化公式计算稳定的ct下限值。当c/t超过规定的下限值时,应按附录中所给的方法进行稳定计算。由于此法是根据有限
19、的试验结果拟合而成,在c/t的一定范回内,试验结果比较稳定,计算值平均为试验值的85%.偏于安全。但当c/t超出一定范围后,计算值将大于试验值,不安全。故规范规定了c/t的上限值,即严禁超过此值,(5)根据实践经验,增加了几种支座形式,即常用的平板支座和近年来开发的橡胶支座和球形钢支座。,7.构造要求(1)取消了原规范对焊件厚度的限制,因为该限值是根据当时的钢材标准和实践经验提出来的,现在不仅钢材标准已经改变而且在工程实践中有突破。另外,从防脆断的角度出发,焊件的厚度限值与结构形式、应力特征、工作温度和构造等多种因素有关,原规范的规定亦不够全面,容易引起误会。(2)明确了有些构造要求不适用于钢
20、管结构。,(3)焊缝连接方面 a.对宽度或厚度不同的焊件用对接焊缝拼接时,原规范规定要做成坡度不大1：4的斜角,现根据国外经验对静载结构改为不大于1：2.5;b.角焊缝的最小焊脚尺寸hf1.5t,原规范对t定义为较厚焊件的厚度,现根据国外经验,加注说明:当采用低氢型碱性焊条时,t 取为较薄焊件的厚度;c.侧面角焊缝的最大计算长度,原规范按动载结构和静载结构分别规定为40hf和60hf,现根据试验结果,统一取为“60hf。,(4)螺栓和确钉连接 对螺栓(钢钉)间距表参照桥梁规范和国外现范进行了局部修改,补充了垂直内力方向的问距的现定。对沿杆轴方向受拉的连接,增加了为减少撬力的构造要求。,(5)根
21、据实践经验和试验研究,增加了插入式柱脚、埋入式柱脚和外包式柱脚等新型柱脚形式,并对插入式柱脚的最小埋深作出了规定,同时补充了柱脚底板与混凝土基础间抗水平力的摩擦系数值=0.40(6)根据科学试验和实践经验,规定的吊车梁(或吊车绗架)上翼缘和制动梁可以用角焊缝连接。(7)根据实践经验,增加了L60m的大跨度屋盖结构的构造要求。,(8)增加了“提高寒冷地区结构抗脆断能力的要求”这一节,适用于工作温度T-20的地区。其内容主要是根据我国在东北寒冷地区的建设经验以及前苏联在这方面的研究成果制定的(9)对防护和隔热进行了补充修改,明确提出了钢结构的防腐蚀（锈蚀亦是一种腐蚀)和防火问题以及应遵守的有关国家
22、标准与设计原则。在设计文件中应注明所要求的钢材除锈等级和采用的涂料(或镀层)名称及其厚度。,8.塑性设计(1)取消了原规范在塑性设计时应乘以强度折减系数0.9的规定,因原规定依据不足。(2)将符合塑性设计要求的钢材力学性能从条文说明移入正文并对塑性应变的要求加以修改,由屈服台阶末端处的应变st6p(p为弹性阶段的应变)改为 u(对应于抗拉强度fu时的应变)不小于20倍的屈服点应变 y。,9.钢管结构(1)圆钢管结构:随着钢管结构的发展,同济大学对根据最近收集到的国内外新的试验数据和有限元分析结果建立起来的数据库进行了统计分析后,对原规范进行了下列修改:a.对管节点承载力的计算公式作了局部修改,
23、使计算结果的置信度和均值更为合理;b.将公式的适用范围由原规范的径厚比d/t50扩大到d/t 100(主管)和di/ti 60(支管):c.补充了TT型和KK型空间管节点承载力的计算公式。另外,将主管轴力影响系数表达式中对主管轴向应力的定义由原来的最大轴向应力改为节点两侧主管的较小轴向压应力(一侧受拉时,取0),(2)增加了矩形管(含方管)结构的平面管节点承载力计算公式。由哈尔滨工业大学土木工程学院根据试验研究的成果并参照国外资料进行修订,其内容大致为:a.由于矩形管结构在我国应用较少,经验不足,经研究分析后,将国外资料中的矩形管节点承载力统一乘以折减系数0.9;b.对T,Y,X形节点,根据哈
24、工大的科研成果对国外公式进行了修正.,l0.保留圆钢、小角钢的轻型结构 保留圆钢、小角钢的轻型结构,但将其名称由原来的“轻型钢结构”改为“轻型绗架结构,以明确其作为小型衔架(joist)使用的功能。,11.钢与混凝土组合梁(1)将圆柱头焊钉的抗剪承载力的限值Nc0.7Asf改大为Nc 0.7Asf(为栓钉的强屈比)。(2)增加了连续组合梁负弯矩处截面的计算方法。(3)增加了压型钢板组合板的组合梁设计。(4)增加了部分抗剪连接件组合梁的设计,三、需要进一步研究的问题1.研制、开发和建立建筑钢结构用钢材品种(含钢管)的系列。2.进行建筑钢结构抗脆断性能的研究,从计算和构造(包括板厚限值)方面提出相应措施。3.对半刚性节点的框架结构进行研究。4.继续对梁腹板的稳定问题进行研究。5.对应力幅相同但最大拉应力相差较大时疲劳性能的差异问题进行研究,同时应开展用极限状态设计法进行疲劳计算的研究。,6.对8.8级高强度螺栓的预拉力值是否可以提高进行试验研究。,7.继续对钢管结构节点承载力进行试验研究。,8.继续对低合金高强度结构钢特别是厚板的力学性能进行统计分析,并在此基础上对钢材的设计指标作必要的修正。,
