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1、钢结构设计规范（ GB50017)和冷弯薄壁型钢 结构技术规范（GB50018) 修订内容评述张耀春 哈尔滨工业大学主要内容1. 关于建筑结构用钢2. 关于基本设计原则3. 关于基本构件设计4. 关于连接、节点和构造5. 关于用钢量指标6. 应进一步研究的问题1 关于建筑结构用钢 1.1 “普钢”规范的主要变动 （1）增加了Q420级钢，钢材的强度等级界于美国和欧 洲规范之间，如下表所示：国内外主要建筑用钢对照表 牌 号材 质Fy （N/2）Fu （N/2）国别Q235碳素结构钢235 185 375 460中国A36碳素结构钢250 400 550美国Fe360碳素结构钢235 215 36
2、0 340欧洲A529碳素结构钢290 414 586美国Fe430碳素结构钢275 255 430 410欧洲FeE27 5细晶粒结构钢275 255 390 370欧洲Q345低合金高强度结构钢345 275470 630中国A242*,A44 1A588*低合金高强度结构钢345 290480 435美国Fe510热轧 非合金结构钢355 335510 490欧洲FeE355热轧细 晶粒结构钢355 335490 470欧洲Q390低合金高强度结构钢390 330490 650中国A572Grade 60钶-钒低合金高强度结构钢415520 美国Q420低合金高强度结构钢420 3605
3、20 680中国A572Grade 65钶-钒低合金高强度结构钢450550 美国A514适于焊接的经调质 处 理的高强度合金钢板690 620690895美国* 为抗腐蚀钢（2） 关于钢材选用1）强调了防止钢材脆性破坏问题；2）补充和完善了需要验算疲劳的焊接结构的选用原则；3）补充了受拉或受弯的焊接构件中，当板厚16时， 钢材应具有常温冲击韧性的合格保证；4）补充了厚度方向性能钢板的规定。 （3）调整Q345的抗力分项系数为1.11，使设计值降低了1.6% 左右。1.2 “薄钢”规范的主要变动（1）将冷弯构件的最大壁厚由6扩大到12.5；（2）采用国家标准，统一了钢材名称：Q235、Q345
4、,与欧、 美规范相比，钢种偏少，强度等级偏低。国外用于冷弯的 钢板屈服强度可达 550 ，具体见下页表：钢 种 等 级 fyb (N/2) fu (N/2)prEN104 9:Part 2S315MC 315 390S355MC 355 430S420MC 420 480S460MC 460 520S500MC 500 550S550MC 550 6001.3 国内外规范有关钢材板厚方面的规定比较（板 厚对抗脆断设计影响较大） （1）我国“普钢”规范只在3.3.1和8.7.1款有原则的规定，可操作性不强。 欧洲薄钢规范建议的适用于冷弯的高强度钢另在3.3.3款中提出板厚16的焊接钢构件，在受拉
5、 或受弯时应满足常温冲击功要求。 （2）美国规范在重型型材一节中，提出翼缘板厚44的型材采用全 熔透焊缝连接成的构件；或由厚度50板材采用全熔透焊 缝焊成的组合截面构件，其钢材应满足常温20(+70)冲击功不小于27J(20ftlbs)的要求。 （3）欧洲规范承受静力荷载或疲劳荷载(非冲击荷载)的房屋结构的钢材不需要进行抗脆断检查的最大厚度如下表所示：不需验算脆断的最大板厚 (）使用条件钢材等级和质量0 -10 -20S1 S2 S1 S2 S1 S2EN10025:Fe36 0B150 41 108 30 74 22Fe 360 C 250 110 250 75 187 53Fe 360 D
6、 250 250 250 212 250 150Fe 430 B 90 26 63 19 45 14Fe 430 C 250 63 150 45 123 33Fe 430 D 250 150 250 127 250 84Fe 510 B 40 12 29 9 21 6Fe 510 C 106 29 73 21 52 16Fe 510 D 250 73 177 52 150 38Fe 510 DD250 128 250 85 250 59i 使用条件 S1 非焊接或只承受压力的构件S2 焊接或承受拉力的构件ii 超过100厚的轧制型钢，其V型缺口冲击功应满足下列要求：厚度在150之内时，在规定的
7、试验温度下最小值为27J;板厚 在150到250之间时，最小值为23J。 对Fe510DD级钢,在-20时的最小冲击功为40J。列入此行的钢材假定具有-30不小于27J的相当冲击功。（4）举例比较分析以工作温度低于-20需验算疲劳的Q345级钢的焊接钢 构件为例：中国： 不管板厚均选用 Q345D美国： t44轧制型钢 Q345Bt50焊接组合截面 Q345B板厚小于上述值时, Q345A欧洲： t6 时， Q345B6t16 时， Q345C16t38 时， Q345D38t59 时， Q345DD2 关于基本设计原则 2.1 “普钢”规范的补充 （1）框架梁柱节点的刚接、铰接和半刚性连接问
8、题是如何判断三种连接形式？1）欧洲规范规定：当 时，为铰接；当 时，为刚接；当 时，为半刚接；式中： 为连接的转动刚度Ib 被连接梁的惯性矩Lb 被连接梁的长度 2）美国有关资料建议：采用梁线公式(Beam-Line equation)区分节点的类型梁端最终的弯矩和转角两端嵌固的梁端弯矩假定端部有一定约束作用的梁在承受分布荷载作用下 最终的变形和端弯矩如上页图，则可写出梁的转角位移方 程如下：由以上两式可求出 (*)考虑梁上为对称横向荷载作用时， ， (*)式变为： ,该式称为梁线方程。当 时， ,相当于嵌固情况；当 时， ,相当于铰接情况。当 90% 时，为刚接；当 20% 时，为铰接；当
9、20% 90% 时，为半刚接。但美国规范尚没列入此建议。 3）我国尚无具体规定。弯矩转角曲线的三种类型（2）关于纯框架的近似二阶弹性分析1）“普钢”规范的方法新规范采用附加水平荷载Hni的方法来考虑结构和构件 中的各种缺陷的影响，如下图：研究表明，框架层数越多，构件缺陷分布的随机性越大， 在同一个方向缺陷叠加的几率就越小，我国规范采用下式 计算附加水平荷载：（3.2.8-1）式中 Qi 第i 楼层的总重力荷载；ns 框架总层数；y 钢材强度影响系数，钢材强度等级越高，y 越大。在考虑二阶弹性分析时，采用了近似的方法 层间放 大法。假定某层的受力特性与其它各层无关；由P 效应 引起的柱内附加弯矩
10、，等效于侧向力 引起的效应。层的侧移刚度可定义为：层的侧移刚度可定义为：由上式可解得：上式表明，某层的最终侧移可由一阶侧移1 乘以一个 放大系数求得。由假定可知，该楼层的侧移弯矩与该层侧向 挠度成正比，即上式中上式中 P P - - 弯矩放大系数弯矩放大系数MM1s 1s 由该层侧移引起的最大一阶弯矩由该层侧移引起的最大一阶弯矩对于多层纯框架，可采用层间放大法进行二阶近似弹对于多层纯框架，可采用层间放大法进行二阶近似弹 性分析如下：性分析如下：上图为一阶弹性分析，框架杆件端弯矩M1为：当采用二阶近似弹性分析时，框架杆件端弯矩M2为：（3.2.8-2）（3.2.8-3）式中： M1b 假定框架无
11、侧移时，按一阶弹性分析求得的杆件端弯矩；M1s 框架各节点侧移时，按一阶弹性分析求得的杆件端弯矩； 考虑二阶效应第 i 层杆件的侧移弯矩增大系数； 所计算楼层各柱轴压力设计值之和； 产生层间侧移u 的所计算楼层及以上各层水平力之和，包括考虑缺陷的附加水平荷载在内； 按一阶弹性分析求得的所计算楼层的层间侧移；h 所计算楼层的高度。2）欧洲和美国规范的方法欧洲规范5.2.6.2 款中有关侧移框架的弹性分析，与我国 规范相似，不同之处是在附加水平荷载中还考虑了同一层中 柱子数量的影响。美国规范采用下式考虑二阶弹性分析：式中 Mu 考虑二阶效应的框架杆件弯矩；Mnt 无侧移框架中杆件的一阶弯矩；Mlt
12、 侧移框架中杆件的一阶弯矩；B1 不考虑侧移时杆中弯矩增大系数；或称为层间侧移弯矩放大系数。其中 计算楼层所有柱的轴力之和； 计算层的层间侧移； 引起 的各楼层水平力之和； L 楼层高度； 计算楼层所有柱的侧移失稳临界力之和。3）当采用二阶弹性分析计算的框架内力验算构件的承载力 时，计算长度系数均应取1。2.2 “薄钢”规范的补充增列了受力蒙皮作用的有关条文。受力蒙皮作用：因围护面层在自身平面内的抗剪能力而加强了结构的整体工作性能的效应。受力蒙皮作用的条件：围护面层、可靠的紧固连接件、周边构件受力蒙皮作用的机理如下面两页图所示。3 关于基本构件设计 3.1 “普钢”规范的主要修订内容 （1）焊
13、接组合钢梁腹板的局部稳定和屈曲后强度1）承受静力荷载的组合梁宜考虑腹板屈曲后强度2）腹板局部稳定计算公式的调整（2）强调了开口薄壁构件弯扭屈曲的概念1）增补了单轴对称截面绕对称轴发生弯扭屈曲时的换算长 细比yz 的计算方法。2）给出了由角钢组成的单轴对称截面绕对称轴发生弯扭屈 曲时yz的简化计算方法。（3）增补了由厚板焊接组成的实腹截面轴压柱的截面分类及d 曲线。 （4）参照欧洲规范增补了用于减小柱计算长度的支撑受力的计算方法。（5）完善了框架柱计算长度的计算方法（创新条文）1）定义了无支撑纯框架、强支撑框架和弱支撑框架对有支撑框架，以侧移刚度划线：当 （5.3.3-1）时为强支撑（无侧移）框架；当 Sb 不满足上式时为弱支撑（有侧移）框架。式中 、 分别为层间所有框架用无侧移框架和有侧移框架柱计算长度系数算得的轴压杆稳定承载力之和。2）弱支撑框架柱的轴压杆的稳定系数考虑如下例题：令 ，有微分方程解得稳定特征方程可画出稳定特性曲线为可见当 时，相当于悬臂柱
