《钢结构设计规范》新版修订1-6

《钢结构设计规范》修订情况介绍《钢结构设计规范》的历史解放初期：НИТУ1-461955年：НИТУ121-551974年：TJ17-741988年：GBJ17-882003年：GB50017根据建设部97建标字第108号文的要求，国家标准《钢结构设计规范》1997年开始进行全面修订。规范修订组总结了原GBJ17-88规范存在的问题与不足，针对近年来建筑钢结构快速发展的市场背景，吸收了国内外最新研究成果，数易其稿，完成了新的《钢结构设计规范》GB50017。新规范共11章7个附录（增加第2章“术语和符号”，去掉原第11章“圆钢、小角钢的轻型结构”），共有条文239条，强制性条文14条。其中新增条文48条，局部修改102条。依据：各相关国家规范（如“统一标准”、“荷载规范”、“抗震规范”等）已修订，且应用范围有所扩大。第1章总则本章总条数不变，但其中三条作了修改。增加提到与有关规范的关系，如《建筑结构可靠度设计统一标准》、《建筑结构荷载规范》、《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。但因防火问题是在构造要求中规定的，故防火规范在第8章8.9.4条中提到。1.0.5强制性条文“在钢结构设计文件中，应注明建筑结构的设计使用年限、采用的钢材牌号，连接材料的型号(或钢号)和对钢材所要求的力学性能、化学成分及其它的附加保证项目。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其它要求。”钢结构设计文件中应注明的这些内容与保证工程质量密切相关，因此将本条确定为强制性条文。第2章术语和符号按《工程建设标准编写规定》的要求，新增加此一章。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”、“腹板屈曲后强度”等），但符号列出较全。规范条文中的符号一般在第一次出现时解释。第3章基本设计规定3.1设计原则本节包括4条强制性条文，即：3.1.2条强制性条文“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，结构转变为机动体系和结构倾覆。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和外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用和耐久性能的局部损坏（包括混凝土裂缝）。”承载能力极限状态和正常使用极限状态是结构或构件设计及计算的依据，本规范根据现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001的规定，结合钢结构的特点分别对极限状态进行了分类。3.1.3条强制性条文“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，其它特殊建筑钢结构的安全等级应根据具体情况另行确定。”按照现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001的规定，对破坏后果很严重的重要的房屋，安全等级为一级；对破坏后果严重的一般的房屋，安全等级为二级。《建筑结构可靠度设计统一标准》是对各设计规范的统一指导，不可能针对各种结构规范给出具体建议。本规范根据对我国已建成的建筑物采用概率统计方法分析的结果，一般工业与民用建筑钢结构，按照《建筑结构可靠度设计统一标准》的分级标准，安全等级多为二级，故规定可取为二级。对于其它特殊的建筑钢结构，其安全等级应根据具体情况另行确定。如对于跨度等于或大于60m的大跨度结构则宜取为一级。由于本规范定位为不抗震设计，故所有条文均是针对不考虑抗震的情况而制定。当按抗震要求设计时，不再分安全等级，而应按现行国家标准《建筑抗震设防分类标准》GB50223的规定来确定建筑物的抗震设防类别。3.1.4条强制性条文“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，应考虑荷载的标准组合，对钢与混凝土组合梁，尚应考虑准永久组合。”本条为钢结构设计时荷载效应的组合原则，是根据《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001的规定并结合钢结构的特点制定的。钢结构设计规范对结构或构件承载能力的计算一般采用应力表达式。根据《建筑结构荷载规范》，当按承载能力极限状态设计钢结构时，对于基本组合，内力设计值应从由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的组合中取最不利值考虑。钢结构自重较小，一般是由可变荷载效应控制设计，只有当采用大型钢筋混凝土屋面板或有积灰的屋盖结构，以及特殊情况才有可能由永久荷载控制设计。对荷载效应的偶然组合，本规范参照统一标准只作出了原则性的规定，具体的设计表达式及各项系数应符合专门规范的规定。3.1.5条强制性条文“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。”由于现阶段对疲劳计算的可靠度理论问题尚未解决，所以钢结构的疲劳强度计算只能沿用传统的按弹性状态计算的“容许应力幅”的设计方法，容许应力幅是根据试验结果得到，故应采用荷载标准值进行计算。另外，疲劳计算中采用的计算数据大部分是根据实测应力或疲劳试验所得，已包含了荷载的动力影响，亦不再乘动力系数。3.1.6条88规范在计算吊车梁挠度时对吊车荷载取由两台吊车产生的最不利组合，新规范改为由一台吊车加自重进行计算（相应挠度容许值有所调整）。理由是：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。3.2荷载和荷载效应计算此节为新增加的内容，强调了对设计原则的指导。突出设计原则是目前各国规范的共同特点，早期的规范条文以试验或实践经验为主，故条文简单具体。随着结构形式越来越复杂，规范的任务不再仅限于提供计算公式和具体数据，而是应给予设计原则的指导。因此，规范补充了有关设计原则的有关条文。3.2.1条强制性条文“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。结构的重要性系数０应按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068的规定采用，其中对设计使用年限为25年的结构构件，可取０=0.95。”（1）有关结构的重要性系数0，《建筑结构可靠度设计统一标准》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”。钢结构设计规范根据工作寿命50年时取0＝1.0，工作寿命5年时取0＝0.9，故规定工作寿命25年时取0＝0.95。（2）新修订的《建筑结构荷载规范》将不上人的屋面均布活荷载标准值统一规定为0.5kN/m2（原规范分0.3、0.5、0.7kN/m2三级）。对不上人的屋面均布活荷载，较早的荷载规范取0.3kN/m2，后发现对重屋面偏低，74规范改为0.5kN/m2。采用概率极限状态设计法后发现对以恒载为主的结构（混凝土结构）可靠度下降，故又提高到0.7kN/m2。新修订的荷载规范增加了以恒载为主的不利组合式，屋面活荷载中主要考虑的仅是施工荷载即偶然因素的不利影响，故又恢复到0.5kN/m2。但注明“对不同结构可按有关设计规范作0.2kN/m2的增减”。新修订的《钢结构设计规范》规定“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”。这与原规定有所不同，应注意檩条的计算。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条原规范参考苏联规范，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卡轨力（荷载规范只规定了小车的制动力），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（一般软钩吊车），0.15(抓斗、磁盘吊车)和0.2（硬钩吊车）。卡轨力不与水平力同时考虑，同时，与吊车工作制及连接无关。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。本规范一般所指轻级工作制即A1A3级；中级为A4A5级；重级为A6A8级（其中A8为特重级）。但对吊车工作制的界定不能死搬硬套吊车工作制与吊车工作级别的一般对应关系，而应根据吊车的具体操作情况确定。3.2.8条新增，此条为有关内力分析的设计原则，“对0.1的框架结构（一般指无支撑纯框架结构），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，当确定是否满足以上条件时可用位移容许值[u]代替。判断式为层间侧移容许值。hHUNhU（1）采用二阶分析时，应在每层柱顶附加考虑假想水平力（概念荷载）Hni：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。等式右端的根号为折减系数，考虑当柱子较多时初始侧移有正有负，缺陷相互抵消。siyninQH12.0250（2）因为框架有侧移失稳是二阶效应中的竖向荷载效应造成的，采用二阶分析时，此效应已在内力分析中计入，故框架柱的计算长度系数取μ=1.0。（3）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端弯矩；2i──考虑二阶效应第i层杆件的侧移弯矩增大系数。hHuNai112ΔΔ1M1HH2H31Q=Q2Q31bM1HH21QH3Q2Q31H1H+H2H2HH33U1U2Δ3UM1s框架结构的一阶弹性分析3.3材料选用（原规范第二章材料）3.3.1条增加了钢材的牌号：Q235(相当于作废的旧标准的3号钢)Q345(相当于旧标准的16Mn、12MnV、14MnNb、16MnRE、18Nb)Q390(相当于旧标准的15MnV、15MnTi、16MnNb)Q420(旧标准的15MnVN、14MnVTiRE)此材料为新增，相当于美国的A572-60级和日本的SM520钢。其中，15MnVN曾用于九江长江大桥。3.3.3条强制性条文“承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。”本条对用于承重结构的钢材应具有的强度、塑性、韧性等力学性能和化学成分等合格保证项目作出了规定。3.3.5条增加推荐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条增加对耐腐蚀有特殊要求时推荐采用耐候钢。3.4设计指标3.4.1条强制性条文钢材强度设计值为fy/R。R为抗力分项系数，新规范对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。A级螺栓用于d24mm和L（螺栓公