《钢结构设计规范》修订

《钢结构设计规范》修订情况介绍重庆大学魏明钟教授1总则增加提到有关规范名称，如荷载规范、冷弯薄壁型钢结构技术规范、抗震规范（包括《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》）等。但防火规范是在第8章8.9.4条中提到。焊缝质量级别如何取用，放7.1.1条。2术语和符号按新规定增加此一章。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。3基本设计规定新增加了3.2节荷载和荷载效应计算3.2.1条修订后的荷载规范将屋面均布活荷载标准值统一规定为0.5kN/m2（原规定分0.3、0.5、0.7kN/m2三级），但注明“对不同结构可按有关设计规范作0.2kN/m2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60m2时，取0.3kN/m2”；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荷载和荷载效应计算3.2.1条结构的重要性系数0，《统一标准》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，故规定工作寿命25年取0＝0.95。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：HK=Pkmax式中Pkmax为吊车轮压标准值；系数＝0.1（一般软钩），0.15(抓斗、磁盘)和0.2（硬钩）。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U0-U9等10级）和载荷状态（载荷谱系数Kp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A2级；中级为A4A5级；重级为A6A8级（其中A8为特重级）。3.2.8条“对0.1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Hni：hHUNsiyninQH12.0250式中，Qi为第i楼层的总重力荷载设计值；ns为框架总层数；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μ＝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M2＝M1b+2iM1s式中2i＝M1b、M1s──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；2i──考虑二阶效应第i层杆件的侧移弯矩增大系数。hHuN113.3材料选用（原规范第二章材料）3.3.1条增加使用钢材的牌号（原规范有3号钢、16Mn、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16Mn、12MnV、14MnNb、16MnRE、18Nb)Q390(相当于作废的旧标准的15MnV、15MnTi、16MnNb)Q420(相当于作废的旧标准的15MnVN、14MnVTiRE)其中，15MnVN曾用于九江长江大桥（栓焊铁路桥）。3.3.5条增加Z向钢，厚板容易出现层状撕裂，这对沿厚度方向受拉的接头来说是很不利的，因而需要采用厚度方向性能钢材。我国建筑抗震设计规范和建筑钢结构焊接技术规程中均规定厚度大于40mm时应采用厚度方向性能钢材。3.3.6条增加耐候钢，3.4设计指标钢材强度设计值为fy/R。R为抗力分项系数，对Q235钢，R=1.087；对Q345、Q390和Q420钢，R＝1.111。这样对Q345钢来说，比原规范的16Mn（R＝1.087）强度设计值有所降低。原因为：①Q345钢包括旧标准的5种钢材，统计资料不足；②近年来发现16Mn钢质量不理想，稍厚（当t20mm）就容易分层。钢材厚度增加到100mm（原规范3号钢50mm，16Mn和15MnV钢36mm），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。普通螺栓的A、B级，根据GB5782-86，其材料不是3号钢，而是8.8级，现改取ftb=400N/mm2,fvb=320N/mm2。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）10d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条在“强度设计值折减系数”中，增加“无垫板的单面施焊对接焊缝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。受弯构件的挠度容许值考虑两种情况：［VT］——恒载＋活荷载作用下的挠度容许值，主要是观感要求［VQ］——为活荷载作用下的挠度容许值，主要是使用要求。将吊车梁挠度改为一台吊车加自重进行计算（相应挠度容许值有所调整）。理由：①符合“正常使用极限状态”的要求；②与多数国外规范相一致。4受弯构件的计算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改为（与梁与柱刚性连接节点一致）：式中，a为集中力支承长度；hy为梁外表面至腹板边缘距离；hR为轨道的高度。Ryhhal2524.2整体稳定在梁整体稳定计算中，将时采用的改为（与薄钢规范协调）。两者计算结果最大相差3.2%。6.0b321269.04646.01.1'bbbbb282.007.1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：①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。如剪应力作用下，临界应力取值如图1所示。②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。③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。4.3.3、4.3.4、4.3.5条主要修订内容：（1）单项临界应力cr，cr，c,cr各有三个计算公式，例如计算cr为4.3.3-3a、b、c三个公式。其中a式的临界应力等于强度设计值fv；而c式为完全弹性的临界应力，与88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，采用通用高厚作为参数（见图），即当(a)当(b)当(c)crvysf/vcrsf,8.0时vscrsf)]8.0(59.01[,2.18.0时2/1.1,2.1svcrsf时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；为腹板抗剪临界应力。弹性范围，用设计值表达。根据弹性稳定求得的临界应力，可求得:当a/ho1.0时,当a/ho1.0时,crvysf/vyf3/yfcr2/svycrf2/1.1svcrfcrs235)/(34.5441/2yowosfahth235)/(434.541/2yowosfahth其它，在弯曲正应力作用下的临界应力cr和在局部压应力作用下的临界应力c,cr情况与cr类似。只是在确定cr时，屈曲系数取=23.9，但腹板边缘的嵌固系数取为=1.66（受压翼缘扭转受到约束，如连有刚性铺板、制动板或焊有钢轨时）或1.23（受压翼缘扭转未受到约束时），代替了原规范的单一约束系数1.61。（2）各种应力共同作用下的计算式，新旧规范有较大区别，例如仅有横向加劲肋时：（旧规范）0.12,2crcrcccr（新规范）旧规范计算式中，分母cr、c,cr、cr均可超过屈服强度。假定钢材是无限弹性的，加劲肋的间距由构造要求控制，问题不大。但不适合于弹塑性修正后的临界应力。新规范的计算式较能适应新规定的经弹塑性修正的临界应力。当有纵向加劲肋时或甚至还有短加劲肋的计算方法，均参考了国外标准的规定。0.122,crcrcccr4.4组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算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h0/tw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h0/tw=200（受压翼缘扭转受到约束）或h0/tw=175（受压翼缘扭转未受约束），抗弯承载力只下降5%以内。（5）规范提出的计算公式（4.4.1-1）与欧洲规范EC3相同，即基本计算式：(a)当M/Mf1.0时,VVU(b)当V/Vu0.5时,MMeu(c)0.115.02feufuMMMMVV式中M、V——所计算区格内同一截面处梁的弯矩和剪力设计值。由于这是强度计算，不能像计算腹板稳定那样，取为区格内的平均值；Mf——梁两翼缘所承担的弯矩设计值，对双轴对称截面梁Mf=Af·h1·f（Af为一个翼缘截面积；h1为两翼缘轴线间距离），规范的Mf计算式是考虑两翼缘截面不等的情况；Vu、Meu——梁抗剪和抗弯承载力设计值。①腹板屈曲后的抗剪承载力Vu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Vu可用下列公式计算：当λs0.8时Vu=hotwfv(a)当0.8λs1.2时Vu=hotwfv[1-0.5(λs-0.8)](b)当λs1.2时Vu=hotwfv/λs1.2(c)式中λs——用于抗剪计算的腹板通用高厚比。当a/ho1.0时，=4+5.34(ho/a)2；当a/ho1.0时，＝5.34+4(ho/a)2。如果只设置支承加劲肋而使a/ho甚大时，则可取＝5.34。23541/ywocrysfthf②腹板屈曲后的抗弯承载力Meu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。假定腹板受压区有效高度为hc，等分在hc的两端，中部则扣去（1-）hc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。hc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。梁的抗弯承载力设计值为：wcxcwcxxethIhthII32)1(21)2()1(2xwcxxexxeeIthIIWW2)1(13fWMxexeu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Wx、Ix以及hc均按截面全部有效计算。crcrybf/cr85.0b0.1)85.0(82.01,25.185.0bb时bbb/)/2.01(,25.1时