钢结构设计规范-回顾与展望-陈绍蕃

钢结构设计规范回顾与展望陈绍蕃西安建筑科技大学2009.041.我国第一本正规钢结构设计规范TJ17-741.174规范之前的情况z旧中国没有自己的钢结构设计规范z1954年建工部颁发《钢结构设计规范试行草案》规结-4-54，内容基本和前苏联1946年规范相同。z1956年国家建委提出改用苏联1955年规范。z1960年后开始编制我国自己的规范，先后提出5份文稿。1966年后工作停顿。1.274规范的编制z70年代初下决心解决设计规范的空白。由于原来负责编制的单位解散，资料散失，一切从头开始。z抽调了各方面人员，包括设计单位、科研院所和高等学校,集中力量从事规范课题研究。z拨发了充足的试验经费和必要的钢材指标。z完成了大量工作，理论分析和试验研究并重，仅轴压构件就做了107根试件的实验。1.374规范的特点z采用容许应力表达方式，实际上属于半概率、半经验的极限状态法。z受弯构件、轴压构件、压弯构件（面内和面外）的稳定系数都不同于原用的苏联规范，体现自己的特色。z仍然有部分内容和原用苏联规范相同。z基本上以重型厂房钢结构为对象，但结合当时情况增加了圆钢、小角钢轻型结构，还有三肢式格构式压杆的计算。74规范不仅解决了设计规范的有无问题，还为我国钢结构基本性能的研究打下了良好基础，培养锻炼了一批人才，因而有深远的影响。可以认为这是我国钢结构技术史上的一块里程碑。z采用《建筑结构设计统一标准》规定的以概率理论为基础的极限状态设计方法。z疲劳设计单列一章，用应力幅准则代替应力比准则。z还增加了塑性设计、钢管结构和钢与混凝土组合梁三章。z轴压稳定系数由一根曲线改为三根；压弯构件的稳定计算由单项式改为双项式；还增加了多层框架柱的计算长度系数。z增加了390级的15MnV钢和承压型高强螺栓连接。特点：反映国内生产技术的发展和钢结构应用领域的扩展，体现向国际接轨，吸收其新技术成果2规范的两次修订2.188规范(GBJ17-88)的主要修订内容2.203规范（GB50017-2003）的主要修订内容z再次增加新的高强钢材(Q420)，修改对各级钢材冲击韧性的要求。z增加了框架结构二阶分析的条文。改变梁腹板稳定的全弹性陈旧算法，并增加腹板屈曲后强度利用的计算方法。z增加厚壁压杆的d类ϕ曲线，给出单轴对称压杆弯扭屈曲的计算公式和角钢压杆的简化公式。z增加了支撑力的计算公式，弱支撑框架的柱计算长度系数。z增加了焊缝质量级别的规定，大跨度屋盖结构设计和构造要求，和寒冷地区抗脆断的构造要求。还增加了方管桁架。特点：引进先进技术，如二阶分析和屈曲后强度利用。进一步适应钢结构应用的扩展。总结我国钢结构应用的经验：焊缝质量、大跨屋盖。z过去修订周期太长，74-88-03：14~15年，为发达国家2倍，现在开始修订，有必要。z改革开放30年是钢结构充满生机的30年，实践经验丰富，到了需要全面总结的时刻。z虽然74年后经过两次修订，都属于局部性的，有的35年未加以重新审视的内容已经陈旧，不适应当前形势。需要从整本规范的体系出发，全面考虑新一轮的修订工作。z希望这次修订能建立另一个里程碑。3.今后规范工作的展望3.1全面修订的必要性3.2修订工作的原则基本原则“技术先进、经济合理、安全适用、确保质量”保留不变。更具体一些，则有以下一些原则：z反映新的技术成就：新钢种：Q460，耐候耐火钢材；新设计理论：半刚性连接的框架。z加强整体布局和设计原则的指示：9现行规范侧重构件和连接设计，需要增加整体布局的指示。9构件和连接的计算与构造不仅要有具体公式和要求，还应有原则指示。9原则指示应是强制性条文，而计算公式则是非强制性的。z贴近真实极限状态9结构的极限状态应奠基于真实的性能。9缺陷是客观存在的，应该在计算中计及它的效应。9失稳时构件（板件）之间相互约束，应予以考虑。9计算精确和计算简化之间的平衡，今后应逐渐向精确倾斜。修订原则（续）z得心应手的规范“得心”：阅读和使用规范能有所心得、有所体会。“应手”：用起来顺手、方便。轴压构件强度和稳定计算公式采用不同表达方式能传达正确概念：σ=N/An≤f和N≤ϕAf不方便表现之一：密切相关的内容不放在一起：焊缝的计算和焊脚昀小尺寸。不方便表现之二：把性质不同的内容框在一起：单面连接单角钢的强度和稳定的计算，不应列为强度设计值折减的项目。概念清晰、条理分明是得心应手的重要条件。z提高透明度：尽量使使用者了解各项规定的缘由、依据和目的。只有理解才能正确应用，简化不应掩盖技术实质。z第3章基本设计规定：应把设置支撑系统和划分温度区段移过来，并增加结构布局的内容，把单面连接单角钢强度和稳定计算移出去。z第5章轴力构件和拉弯、压弯构件合为一章内容过多，宜分为两章。z第8章构造要求内容太杂，有些不属于构造问题，有些宜和计算在一起。前者包括结构布局、桁架次弯矩和大跨屋盖结构；后者包括焊缝尺寸，螺栓排列。此外，有关吊车梁的构造要求可以并入疲劳一章；柱和桁架则并入轴力构件一章。4.修订的具体内容4.1理顺章节内容安排4.2改进不完善内容z梁整体稳定计算对焊接梁可靠度偏低；计算公式和强度不衔接。z梁上翼缘局部横向荷载的效应需重新考察。z轴压构件板件宽厚比限值存在不统一现象。z轴压构件腹板屈曲后强度计算过于粗糙。z压弯构件βmx在采用一阶分析和二阶分析时不够协调。z压弯构件βtx在昀大弯矩出现在杆端时过于保守（在同时有横向荷载的情况下）。z塑性设计框架柱计算长度系数和非塑性设计取值相同，不合理。4.3革新陈旧内容z角焊缝强度设计值偏低。z抗拉螺栓需要有撬力计算公式，不采用强度设计值折减的办法。z单面连接单角钢的稳定计算改用换算长细比的方法。z桁架中对受压腹杆提供面外支点的受拉弦杆，应有面外长细比限值的规定。z受压构件的容许长细比需要重新审查：是否包括压弯构件？z疲劳计算由容许应力法改为极限状态法，并增加热点应力法。4.4适应应用范围拓宽的要求z轻型厂房带牛腿等截面框架柱的计算长度。z中型厂房阶形框架柱，当横梁为实腹梁时的计算长度。z框架梁、连续梁的整体稳定，带伸臂梁的整体稳定。z框架梁腹板的局部稳定。z兼承扭矩梁的稳定计算。4.5相关屈曲原则的应用结构失稳是整体性问题。应用相关屈曲原则，体现真实极限状态，并且可以节约钢材。例如：两段不同长度的压杆，短段对长段提供约束；对称三段简支梁，即使长度相等，边段也对中段提供约束。有侧移框架Ni/Ii小的柱对Ni/Ii大的柱提供约束，CECS102规程和GB50018规范已先后采用。Pll21l1QQl1l2l1l1图MPPP123III1234.6需要增补的其他问题z梁强度计算计入截面塑性发展系数γx时，对腹板宽厚比的限制。z桁架需要考虑节点刚性引起的次弯矩时，杆件强度和稳定应如何计算。z平板柱脚对轴压柱和框架柱的约束作用。z半刚性连接框架的计算。z吊车梁下柱间十字撑由柱肢压缩产生的压应力计算。结束语新一轮的修订工作已经启动，希望三年后能见到一本崭新的规范，一本既能反映先进的技术，又内容充实、条理分明，并且容易理解，便于应用，能够受到设计工作者欢迎的设计规范。谢谢！