钢结构规范讲义.doc

中国标准新《钢结构设计规范》GB50017和美国钢结构标准 AISC-LRFD-1999介绍陈绍蕃 教授西 安 建 筑 科 技 大 学西安 2002.03一、 概况 GB50017 1997年四季度开始，历时四年有余 更新、增补、协调、接轨博采众长 AISC-1999 1986 第一本 LRFD 1989 新 ASD & PD 1993 LRFD 《建筑钢结构进展》 2001.2 期起有介绍 1999 本特点： 英制单位和国际单位并用 增加支撑计算等内容 由正文、附录、说明三部分组成，有些公式在附录中给出二、 材料 GB50017 (16Mn)(15MnV) 配合材料标准 Q235，Q345，Q390，Q420（新增）质量等级ABCDE冲击试验温度—200-20-40工作温度（Q235，Q345）-20＜T＜0T＜-20（Q390，Q420）-20＜T＜0T＜-20 温度差距的原因：冲击韧性试验加荷速度很快，建筑结构如吊车梁加荷速度较慢加荷速度慢的结构用快速加荷的冲击值，则应提高温度。

Q345和Q235同属一级而不是和其他高强度钢同属一级：强度高的钢材对冲击韧性的要求应该高 Q235 Akv 要求 ≥ 27J Q345，390、420 Akv ≥ 34J 和 27J（-40℃） 因此 Q235和Q345同一温度 Q390和Q420温度低一级 美国公路钢桥设计规范取ΔT=39℃，但以所在地区最低温度为准，GB50017规定的结构工作温度为最低日平均温度 还增加了：防止层状撕裂的Z向钢（《厚度方向性能钢板》GB/T5313）、抗腐蚀的耐候钢（《焊接结构用耐候钢》GB/T4172） AISC-99 低碳钢 ASTM A36/A36M fy：250N/mm2（36 ksi） 低合金高强度钢 ASTM A242/A242M fy：345N/mm2（t=19mm 以下） ASTM A588/A588M fy：345N/mm2（ t ≤100mm ） 有耐腐蚀性 fy 不随厚度增大而下降，直至 高强度低合金（铌钒钢）ASTM A572/A572M，分为4级 Grade 42 50 60 65 fy(N/mm2) 290 345 415 450 fy不降低的厚度 t ≤ 100 38 25 13 高屈服点淬火回火合金钢板 ASTM A514/A514M 厚50mm以内 fy: 690 N/mm2 50＜t≤100 620 冲击韧性要求 t＞50mm 的焊接受拉构件，要求20℃—27J 。

冲击试样在翼缘邻近腹板处截取，和我国不同 螺栓材料 A307 4.6 级 A325，A449 8.8 级 A490 10.9 级三、 荷载和荷载组合 GB50017 按荷载规范 GB50009 采用 软钩吊车 α=0.1 重级工作制吊车梁横向水平力不同于荷载规范 抓斗、磁盘 α=0.15 硬钩 α=0.2 1.2D+1.6L AISC-LRFD-99 按 ASCE7 规定，条文说明中： 1.2D+0.5L+1.6W -93 1.6L和0.5L分别为最大值和常在值 规定下列6种组合： 1.4D 1.2D+1.6L+0.5(Lr or S or R) Lr: roof L.L 1.2D+1.6(Lr or S or R)+(0.5L or 0.8W) S: snow L. 1.2D+1.3W+0.5L+0.5(Lr or S or R) R: rainwater or ice 1.2D1.0E+0.5L+0.2S E: earthquake 0.9D(1.3W or 1.0E) 特点：活荷载的荷载系数大 风荷载的荷载系数小 组合系数取值低四、 轴心受拉构件 GB50017 无变化 拉杆0.9, 0.75 AISC-LRFD-99 抗力分项系数各类杆不同，取φ== 压杆 0.85 梁 0.9, 0.85 强度计算：毛截面屈服 承载力设计值 0.9fy.A 相当于γr=1.1 净截面拉断 0.75fu.Ae γr= Ae=有效净截面 有效净截面：考虑剪切滞后效应 拉杆截面各部分都有紧固件（或焊缝）直接传力者Ae = An 非所有板件都直接传力者 Ae 需要折减 由紧固件传力者 Ae=An.U U：折减系数 = 1- a/L ≤0.9 a：连接偏心， L：连接长度 由焊缝传力者区分三种情况：纵焊缝传力者，U 同上 横焊缝传力者，U = 1 纵焊缝传力于板者，U = 0.75～1.0 各部分直接传力 Ae = An 腹板不直接传力 Ae ＜ An 剪切滞后造成板端部应力分布不均匀。

净截面计算在美国教科书中和我国也有所不同，以二孔错排为例：An=A-2dt+ AISC-LRFD-99 还有抠接拉杆的计算五、 轴心压杆 GB50017 增加d类φ曲线，适用于 t ≥ 40mm 的厚板 焊接 I形或 H 形截面 翼缘为轧制边或剪切边 绕 Y 轴 d曲线 热轧 I形或 H 形截面 t≥80 mm 绕 Y 轴 d 曲线 高层钢结构规程已有 d 类 φ 曲线，与 GB50017 略有不同 给出单轴对称轴压杆弯扭屈曲的计算公式: 单轴对称轴压杆绕对称轴屈曲必然既弯又扭 GBJ17-88采用一律列为 C 类截面的办法，有时可能偏于不安全 给出弯扭屈曲计算公式增加规范的透明度 计算方法：换算长细比一般公式 It：扭转惯性矩 Iω：扇形惯性矩 角钢压杆的近似公式： 每种截面两个公式，区分弯曲为主还是扭转为主，扭转为主不利 （1） 等边单角钢截面（图3a） 当 b/t≤0.54 l/b时， （9a） 当 b/t＞0.54 l/b时， （9b） 式中 b，t 分别为角钢肢宽度和厚度(a) (b) (c) (d) (e)图3 角钢截面的尺寸和屈曲轴 （2） 等边双角钢截面（图3b） 当b/t≤0.58 l/b时， （10a） 当b/t＞0.58 l/b时， （10b） （3） 长肢相并的不等边双角钢（图3c） 当b/t≤0.48 l/b时， （11a） 当b/t＞0.48 l/b时， （11b） （4） 短肢相并的不等边双角钢（图3d） 当b/t≤0.56 l/b时， 可近似取 （12a） 当b/t＞0.56 l/b时， （12b） 以上公式中角钢宽度取值和屈曲轴 y 都示于附图3中。

设计中有时采取构造措施使单角钢压杆绕平行于一个边屈曲（图3e）基于文献[4]分析结果，可得绕 u 轴弯扭屈曲的换算长细比 当b/t≤0.69 l/b时， （13a） 当b/t＞0.69 l/b时， （13b） 式中 支撑力 88规范的支撑力 V= 只适用于支撑一根柱的撑杆 GB50017的规定 单柱一道支撑，在中央 F=N/60 在αL处 单柱 m 道等间距支撑 Fbm= N/[30（m+1）] 多柱，中央一道支撑 Fb不与其他作用效应相叠加 撑杆应满足的要求： 刚度：柱为理想直杆时，撑杆具有足够刚度， 则 lo = 否则 lo ＞ 强度：柱有初曲，撑杆一开始即受力支撑力 Fb 的大小，不仅和达到临界状态时N力的大小有关，也和撑杆的实际刚度有关GB50017 所依据的研究工作综合分析刚度和强度要求，只需按Fb计算。

柱列的撑杆 受力大于单柱的撑杆 Fb5＞Fb4＞……＞Fb1 但 Fb5＜ 5Fb1 原则上说，撑杆承受风荷载或其他水平作用产生的内力时，应该和支撑力相加，但审查会上专家们认为不相叠加。