《鋼結構設計規(guī)范》講稿1

1、鋼結構設計規(guī)范GB50017-2003修訂簡介及應用自1988年國家標準鋼結構設計規(guī)范GBJ17-88發(fā)布之后，我國建筑鋼結構經(jīng)歷了歷史上最快速發(fā)展時期，88規(guī)范的許多條文急需進一步完善和補充。在規(guī)范修訂和管理單位北京鋼鐵設計研究總院的主持下，鋼結構設計規(guī)范1997年開始進行全面修訂。規(guī)范修訂組總結了原GBJ17-88規(guī)范存在的問題與不足，針對近年來建筑鋼結構快速發(fā)展的市場背景，吸收了國內外最新研究成果，數(shù)易其稿，完成了新的鋼結構設計規(guī)范GB50017-2003。新規(guī)范2003年12月1日正式實施，88規(guī)范同時作廢。新規(guī)范在基本設計規(guī)定、材料、構件及連接的計算及構造上均作了較大的改進，其中第1

2、.0.5、3.1.23.1.5、3.2.1、3.4.1、3.4.2、8.1.4、8.3.6、8.9.5、9.1.3共14條為強制性條文，主要修訂的內容包括以下幾個方面：第一部分：強制性條文部分的修改由88規(guī)范的12條增加、修改后調整為14條。1、 新規(guī)范對88規(guī)范1.0.5強制性條文進行補充，更完整。除了要求在設計圖紙中除注明鋼材牌號，連接材料的型號（或鋼號）和對鋼材所要求的力學性能、化學成份的附加保證項目和焊縫質量級別要求外，新增加了對建筑結構的設計使用年限，焊縫形式、端面刨平頂緊部位及對施工的要求，焊縫質量等級應根據(jù)構件的重要性和受力情況按本規(guī)范第7.1.1條的規(guī)定選用。2、 將88規(guī)范第

3、3.1.23.1.4條列入強制性條文，將承重結構承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計、結構安全等級以及荷載作用，荷載組合列為強制性條文。3、 將88規(guī)范第2.0.3條列入03規(guī)范3.3.3條，作為強制性條文必須嚴格遵守。對冷彎試驗的合格保證，增加了焊接承重結構以及重要的非焊接承重結構采用的鋼材應具有合格保證的條款。4、 第3.4.1條鋼材強度設計值為fy/rR。rR為抗力分項系數(shù)，對Q235鋼，rR=1.087；對Q345、Q390和Q420鋼，rR=1.11。這樣對Q345鋼來說比88規(guī)范的16Mn（rR=1.087）強度設計值有所降低。（見附表1對比）表1 新舊規(guī)范鋼材（Q345強度設計值

4、比較）Table 1 Comparison of the design values of strength between the new and the old edtion of code厚度或直徑mm抗拉、抗壓和抗彎抗剪端面承壓(創(chuàng)平頂緊)f / N.mm-216Mn Q345f / N.mm-216Mn Q345f / N.mm-216Mn Q3451631531018518044540017253002951751704254002636(35)290295170170410400355026515540050100250145400注：括號內數(shù)據(jù)用于新規(guī)范。88規(guī)范推薦建筑鋼結構

5、可采用3號鋼、16Mn、15MnV鋼，03規(guī)范對原鋼材牌號作了修訂，如Q235相當于3號鋼，Q345相當于16Mn，Q390相當于15MnV，并增加了新鋼材Q420。增加了采用Z向鋼及耐候鋼的原則規(guī)定，03規(guī)范將鋼材厚度增加到100mm。在焊縫強度設計值中，要求厚度小于8mm鋼材的對接焊縫，不應采用超聲波探傷確定焊縫質量等級，應采用X射線探傷，否則應按三級焊縫設計。5、 第3.4.2條，無墊板的單面施焊對接焊縫強度設計值乘以系數(shù)0.85，是新增強制性條文。一般對接焊縫都要求兩面施焊。若受條件限制只能單面施焊，則應將坡口留足間隙并加墊板才能保證焊滿焊件的全厚度。當單面施焊不加墊板時，焊縫將不能保

6、證焊滿，其強度設計值應乘以折減系數(shù)。6、 增加了“對直接承受動力荷載的普通螺栓受拉連接應采用雙螺帽或其他能防止螺帽松動的有效措施”，如設彈簧墊圈，或將螺帽式螺桿焊死等方法，列入第8.3.6條，是新增加的強制性條文。7、 第8.9.3條規(guī)定鋼柱埋入土中部份的混凝土保護層要50mm或柱腳底應高出地面100mm，主要是針對在埋入土中部分的混凝土未伸出地面或柱腳底面與地面的標高相同時，該部位腐蝕嚴重而確定的。8、 增加了第8.9.5條規(guī)定“結構表面長期受熱輻射達150以上時應采取防護措施，熔化金屬的噴濺在結構表面，將影響結構的正常使用，也應予保護”，主要適用于煉鋼、高爐等熱電間結構的保護。9、 將88

7、規(guī)范第8.4.14條，“柱腳錨栓不得用以承受腳底部的水平反力，此水平反力應由底板與混凝土基礎間的摩擦力或設置抗剪鍵承受”強制性條文取消，改為一般條文。03規(guī)范的8.4.13條，提出柱腳錨栓不宜用以承受水平反力，將不應改為不宜，摩擦系數(shù)按國內外普遍采用的系數(shù)0.4。10、 將88規(guī)范、第8.4.8條規(guī)定“跨度大于36m的兩端鉸支桁架，應考慮在豎向荷載作用下，下弦彈性伸長所產(chǎn)生水平推力對支承結構構件的影響?！睆娭菩詶l文取消，作為規(guī)范條文要求執(zhí)行。第二部分 新規(guī)范修訂內容1、 基本設計規(guī)定(1) 新規(guī)范增加了荷載和荷載效應計算(第3.2節(jié))，部分指標較鋼結構設計規(guī)范（GBJ17-88）作了調整。對不

8、上人屋面的均布活荷載，較早的荷載規(guī)范取0.3kN/m2，后發(fā)現(xiàn)相對重屋面（如鋼筋混凝土屋面）取值偏低，在工業(yè)與民用建筑結構荷載規(guī)范（TJ9-74）中遂改為0.5kN/m2。采用概率極限狀設計法用分項系數(shù)設計表達式以后，發(fā)現(xiàn)對以恒載為主的結構，可靠度有所降低，故在88規(guī)范中，將不上人重屋面的均布活荷載標準值提高到0.7kN/m2，而輕屋面仍取0.3 kN/m2。由于修訂后的建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準（GB50068-2001）新增加了以永久荷載效應控制的不利組合式，新修訂的建筑結構荷載規(guī)范（GB50009-2002），統(tǒng)一將屋面的均布活荷載規(guī)定為0.5kN/m2，不再區(qū)分重屋面或輕屋面。但建筑結

9、構荷載規(guī)范（GB50009-2002）同時又注明“對不同結構可按有關設計規(guī)范的規(guī)定，將標準值作0.2kN/m2的增減”，因而鋼結構荷載規(guī)范（GB50017-2003）參考美國荷載規(guī)范（AISC7-93）的規(guī)定，對支承輕屋面的構件或結構，當受荷水平投影面積超過60m2時，屋面均布活荷載標準值取為0.3 kN/m2。這樣，對有檁結構體系中的檁條設計，一般受荷水平投影面積不超過60m2時，應取屋面均布活荷載標準值為0.5kN/m2。而對主要的承重結構（框架、排架、網(wǎng)架、桁架等），則應取屋面均布活荷載標準值為0.3kN/m2。(2) 對重級工作制吊車梁，新規(guī)范將原規(guī)范規(guī)定的橫向水平荷載乘以增大系數(shù)以考

10、慮吊車的搖擺力改為按下式計算：Hk=Pkmax式中Pkmax為吊車輪壓標準值：系數(shù)=0.1（一般軟鉤），0.15（抓斗、磁盤）和0.2（硬鉤）。另外，根據(jù)起重機設計規(guī)范（GB/T3811），按吊車利用等級（即循環(huán)次數(shù)，分為U0-U9等10級）和載荷狀態(tài)（載荷譜系數(shù)Kp有輕、中、重、特重等4級）綜合劃分吊車工作級別為A1A8級。規(guī)范所指輕級工作制即A1A3級；中級為A4A5級；重級為A6A8級（其中A8為特重級）。(3) 對N. U0.1的框架結構（一般指無支撐純框架）規(guī)定宜H.h采用二階彈性分析。此處N為所計算樓層各柱軸壓力之和；H為所計算樓層及以上各層水平力之和；h為所計算樓層的高度；u為所

11、計算樓層按一階分析的層間側移。同時，規(guī)范提出了采用二階彈性分析時，桿端彎矩的近似計算方法。M=Mb+ziMIS式中：zi側移彎矩增大系數(shù)Mb框架無側移按一階彈性分析求得各桿件端彎矩MIS框架各節(jié)點側移時按一階彈性分析求得得的各桿件端彎矩2、 材料(1) 按照新的國家標準，對原鋼材牌號作了修訂，改為Q235、Q345、Q390，增加了Q420。增加Z向鋼和耐候鋼。厚板容易出現(xiàn)層狀撕裂，這對沿厚度方向受拉的接頭來說是很不利的，因而需要采用厚度方向性能鋼材。(2) 鋼材厚度增加到100mm（原規(guī)范3號鋼50mm、16Mn和15MnV鋼36mm），這是為了與軸壓d曲線相呼應，因為d曲線用于t40mm的

12、構件。(3) 普通螺栓的A、B級，其材料不是3號鋼，而是8.8級，現(xiàn)改正，取抗拉強度設計值ftb=400N/mm2，fvb=320N/mm2。A、B級螺栓都是以前的“精制螺栓”，質量標準要求相同。只是A級螺栓用于d24mm和L（螺栓公稱長度）10d或150。3、 構件的計算(1) 在梁局部承壓強度計算中，將集中力在腹板邊緣的分布長度改為與梁與柱剛性連接節(jié)點一致，即：L2=a+5hy+2hR(4.1.3)式中，a為集中力支承長度；hy為梁外表面至腹板邊緣距離；hR為軌道的高度，梁頂無軌道時hR=0。(2) 組合梁腹板局部穩(wěn)定計算有較大變動，主要有：（詳P195） 對原來按無限彈性計算的腹板各項臨

13、界應力作了彈塑性修正。 原各種應力共同作用下的臨界條件公式來源于完全彈性條件，新的公式更適合于彈塑性修正后的臨界應力。 無局部壓應力且承受靜力荷載的焊接工字形截面梁，規(guī)定按新增加的4.4節(jié)利用屈曲后強度設計。(3) 軸心壓桿的整體穩(wěn)定計算中： 原規(guī)范將t40mm的軸壓構件穩(wěn)定歸入c曲線，不確切。現(xiàn)作了專門規(guī)定，增加d類截面的值(d曲線)。實上t40mm的軸壓構件，視截面形式和屈曲方向，有b、c、d三類。 單軸對稱截面繞對稱軸的失穩(wěn)是彎扭失穩(wěn)。原規(guī)范視為彎曲失穩(wěn)歸入b曲線，或降低為c曲線。新修訂的規(guī)范將彎扭屈曲按彈性方法用換算長細比換算為彎曲屈曲：yz =1(2y+2z)+ (2y+2z)2-4

14、(1-e20 /i 20 ) 2y2z1/22式中z 扭曲屈曲換算長細比；2z =i 20 AIt / 25.7+I 2w / l 2wi0對剪心的極回轉半徑；e0剪心至形心距離。為簡化計算，對單角鋼和雙角鋼T形截面建議了yz的近似計算式。(4) 減小受壓構件自由長度的支撐力原取用壓桿的偶然剪力，現(xiàn)改為： 單根柱柱高中點有一道支撐Fb1=N/60支撐不在柱中央(距柱端1) Fb1 =N240（1-）有m道支撐 Fbm =N30（m+1） 支撐多根柱時支撐力 Fbn =Ni（0.6+0.4）60n各柱壓力相同時 Fbn =N（0.6n+0.4）60式中，n為被撐柱根數(shù)(5) 確定框架柱在框架平面

15、內的計算長度時原規(guī)范分為有側移失穩(wěn)和無側移失穩(wěn)兩類，現(xiàn)改為兩類三種，即無支撐純框架和有支撐框架，其中有支撐框架又分為強支撐框架和弱支撐框架，其判定條件是：當支撐結構（支撐桁架、剪力墻等）的側移剛度滿足Sb3(1.2Nbi-Noi)時為強支撐框架（式中sb為產(chǎn)生單位側傾角的水平力；Nbi，Noi為層間所有柱用無側移框架柱和有側移框架柱計算長度算得的軸壓桿穩(wěn)定承載力之和），否則，為弱支撐框架，柱的穩(wěn)定系數(shù)應按下式進行修正：=0+（1-0）Sb3（1.2Nbi-Noi）式中1、0按無側移和有側移框架柱算得的穩(wěn)定系數(shù)。(6) 第5.3.6條新增了有關搖擺柱、梁與柱半剛性連接以及考慮同層或其它層柱承載力

16、有富裕時對框架柱計算長度取值應進行修正的原則性條文。(7) 軸心受壓T形截面腹板原規(guī)定寬厚比（10+0.1） 235/fy ，對T型鋼來說太嚴，經(jīng)試驗研究，對T型鋼腹板的寬厚比限制改為： 第5.4.4條軸心受壓構件和彎矩使腹板自由邊受拉的壓彎構件熱軋T型鋼，（15+0.2） 235/fy焊接T型鋼，（13+0.17） 235/fy 彎矩使腹板自由邊受壓的壓彎構件，由于未作新的研究工作，仍保留原規(guī)范的規(guī)定。4、 連接計算(1) 新增了有關焊縫質量等級的選用條文。(2) GBJ17-88規(guī)范規(guī)定角焊縫和不加引弧板的對接焊縫，每條焊縫的計算長度均采用實際長度減去10mm。此種不分焊縫大小取為定值的辦

17、法不合理，現(xiàn)改為：對接焊縫減去2t，角焊縫減去2hf。(3) 斜角角焊縫的計算，新規(guī)范作了下列修改： 規(guī)定銳角角焊縫兩焊腳邊夾角60,而鈍角角焊縫135。這表示焊腳邊夾角小于60或大于135的焊縫不推薦用作受力焊縫。 原規(guī)范規(guī)定的銳角角焊縫計算厚度取he=0.7hf，比實際的喉部尺寸小，這是考慮到當角較小時，焊縫根部不易焊滿以及在熔合線的強度較低這兩個因素?，F(xiàn)規(guī)定60就沒有這兩個問題。因此，不論銳角和鈍角的計算厚度均統(tǒng)一取為喉部尺寸he=hfcos/2。但當根部間隙（b、b1或b2）1.5mm，則應考慮間隙影響，取he=h1-b(或b1、b2)cosa/2。sina同時，新規(guī)范規(guī)定任何情況根部

18、間隙（b、b1或b2）不得大于5mm。(4) 對摩擦型連接高強度螺栓的抗滑移系數(shù)值作了一些修正，原規(guī)范噴砂（丸）和噴砂后生赤銹時Q345、Q390和Q420鋼的=0.55，實際上達不到此要求。降為0.50。(5) 高強度螺栓的預拉力P，原規(guī)范取為P=0.90.9Aefy1.2式中： fy螺栓屈服強度Ae螺紋處有效面積式中考慮螺栓材質的不定性系數(shù)0.9；施工時的超張拉0.9；擰緊螺帽時螺桿所受扭轉剪應力影響系數(shù)1.2。由此得出的8.8級螺栓的P，使抗剪承載力有時（當20mm（ISO為t16mm，前蘇聯(lián)為25mm，建議取t20mm）的角焊縫應采用收縮時不易引起層狀撕裂的構造。(2) 兩焊腳邊夾角（

19、135(原規(guī)范為120)時，焊縫表面較難成型，受力狀況不良；而（60的焊縫施焊條件差，根部將留有空隙和焊渣，故規(guī)定這種情況只能用于不受力的構造焊縫。但鋼管結構有其特殊性，不在此限。(3) 側面角焊縫的最大長度，原來對動力荷載作用下控制較嚴（40hf），經(jīng)試驗研究證明，對靜載或動載可以不加區(qū)別，統(tǒng)一取某個規(guī)定值。(4) 我國習慣柱腳錨栓不考慮承受剪力，特別是有靴梁的錨栓更不能承受剪力。但有資料建議在抗震設計中可適當考慮外露式鋼柱腳（不管有無靴梁）受壓側錨栓的抗剪作用。為此，將原規(guī)范的“不得”改為“不宜”考慮。至于摩擦系數(shù)的取值，現(xiàn)在國內外已普遍采用0.4，故列入。(5) 新增“插入式柱腳”的有關

20、構造規(guī)定。其中鋼柱插入杯口的最小深度的規(guī)定數(shù)值大于預制混凝土柱插入杯口的深度。(6) 新增“埋入式柱腳”和“外包式柱腳”的有關構造規(guī)定。(7) 新增加對跨度L60m的大跨度屋蓋結構的構造要求。(8) 新增加了提高寒冷地區(qū)結構抗脆斷能力的要求，主要給出定性方面即概念設計中的一些共同規(guī)律供設計參照。(9) 增加了對除銹等級、防腐蝕設計和防火設計的條文。除銹等級與涂料品種有關，詳見工業(yè)建筑防腐蝕設計規(guī)范（GB50046）。6、 鋼管結構原規(guī)范只有直接焊接的平面桁架式圓管結構的條文。新規(guī)范除在圓管結構中增加了由兩個平面組成的空間節(jié)點的設計方法外，還增加了直接焊接的方管結構（主管為方管，支管為方管或圓管

21、）的設計方法。7、 鋼與混凝土組合梁鋼與混凝土組合梁一節(jié)過去有很多條文比較欠缺，實際上很難用于指導設計，新規(guī)范增加了下列主要內容：(1) 增加了連續(xù)組合梁負彎矩處的計算方法。(2) 增加了樓板為壓型鋼組合板時，組合梁的設計方法。(3) 增加了部分抗剪連接組合梁抗彎強度的計算方法。(4) 增加了組合梁的撓度計算方法，主要是給出了考慮滑移效應的折減剛度的計算方法。(5) 抗剪連接件的計算，原規(guī)范規(guī)定圓柱頭焊釘（栓釘）的抗剪承載力由公式Nvc=0.43As Ecfcd0.7Asf計算，此公式原來源于歐洲鋼結構協(xié)會1981年組合結構規(guī)范，但歐規(guī)規(guī)定原為0.7Asfu，我國規(guī)范引用時，將其改為了0.7A

22、sfo。GBJ17-88規(guī)范發(fā)行以來，設計者在使用中發(fā)現(xiàn)，Ncv均由0.7Asf 控制，”0.43As Ecfcd 根本不起作用，使栓釘數(shù)偏多，新規(guī)范將此限制條件改為：0.7 Asrf，r為栓釘材料的強屈比，按規(guī)定，栓釘材料為4.6級，即f=215N/mm2，r=1/0.6=1.67。第三部分 新舊規(guī)范用鋼量變化情況88規(guī)范由于荷載及設計指標的較大調整，使鋼結構的用鋼量普遍提高。用鋼量增加幅度最大的是不上人的輕型屋面檁條和吊車梁系統(tǒng)，前者提高幅度達22%，后者的增加幅度也有8%左右。1、 某重型單層工業(yè)廠房設計條件為一個計算單元（一榀框架），柱距12m，跨度30m，采用起重量Q為200/30t

23、的重級工業(yè)制吊車，重型屋蓋，采用梯形屋架，鋼材為Q235，非地震區(qū)。取屋面恒荷載標準值2.95kN/m2，屋面活荷載標準值按舊荷規(guī)取為0.7kN/m2，按新荷規(guī)取為0.50kN/m2，基本風壓未考慮新舊規(guī)范的變化均取0.50kN/m2，計算時考慮了二種組合，見表1。表1 某重型單層工業(yè)廠房用鋼量比較構件鋼材組合一組合二舊鋼規(guī)+舊荷規(guī)新鋼規(guī)+新荷規(guī)用鋼量kg/m2計算應力MPa用鋼量kg/m2計算應力MPa上柱Q235B20.9017421.50171(+2.87%)下柱Q235B42.2018943.70188(+3.55%)吊車梁Q235C38.4018739.70188(+3.39%)輔助

24、Q235B5.10長細比5.10長細比桁架控制（0.00%）控制屋架Q235B29.2020030.10198(+3.08%)托架Q235B7.302107.50209(+2.74%)柱間Q235B4.05長細比4.20186支撐控制（+3.70%）合計147.15151.80（+3.16%）從表中可以看到，框架柱、托架和屋架的用鋼量增加較多，主要是受荷載規(guī)范修訂的影響，而吊車梁用鋼量的增加主要是由于GB50017規(guī)范在計算吊車橫向水平荷載時對卡軌力的計算有了新的規(guī)定。此外，由于對支撐力的計算采用了新方法，使得柱間支撐的用鋼量有所增加。2、 某吊車梁系統(tǒng)吊車梁跨度15m、30t+30t和45t兩臺吊車，鋼材采用Q345，吊車梁的截面設計分別為疲勞應力控制和強度控制兩種情況，見表2。鋼材組合一組合二舊鋼規(guī)+舊荷規(guī)新鋼規(guī)+新荷規(guī)用鋼量kg/m2備注用鋼量kg/m2備注