研究生課程論文高等鋼結(jié)構(gòu)理論

1、1引言作為結(jié)構(gòu)工程專業(yè)博士研究生的一門學(xué)位課程，高等鋼結(jié)構(gòu)理論所涉及到的內(nèi)容包羅甚廣?？偟膩碚f，應(yīng)當(dāng)主要包括以下內(nèi)容：鋼結(jié)構(gòu)的材料性質(zhì)，鋼結(jié)構(gòu)的連接，鋼結(jié)構(gòu)的斷裂與疲勞破損，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定理論，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造，廠房鋼結(jié)構(gòu)，大跨屋蓋鋼結(jié)構(gòu)，多高層房屋鋼結(jié)構(gòu)，塔桅鋼結(jié)構(gòu)，大跨度結(jié)構(gòu)的極限承載力分析理論和方法，鋼結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析及冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)等。鋼結(jié)構(gòu)在土木工程專業(yè)的本科階段和結(jié)構(gòu)工程專業(yè)的碩士研究生階段都曾經(jīng)學(xué)習(xí)過，其基本內(nèi)容和上述內(nèi)容沒有什么差別，所不同的只是，現(xiàn)階段的學(xué)習(xí)在廣度和深度上都應(yīng)當(dāng)比以往更加深入，尤其應(yīng)當(dāng)在穩(wěn)定理論方面掌握深厚的知識。這是因?yàn)閷τ阡摻Y(jié)構(gòu)而言，穩(wěn)定性能是決定其承載能

2、力的一個(gè)特別重要的因素，同混凝土結(jié)構(gòu)相比，強(qiáng)度已經(jīng)退居到一個(gè)次要的地位，在鋼結(jié)構(gòu)的理論和設(shè)計(jì)方法上，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能都顯得格外需要重視。近幾十年來，在研究發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的潛力和完善穩(wěn)定計(jì)算的理論方面，國內(nèi)外都取得了很大的進(jìn)步。鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的穩(wěn)定理論，現(xiàn)在已經(jīng)從彈性穩(wěn)定發(fā)展到彈塑性穩(wěn)定。以往研究較多的完善桿件的穩(wěn)定性問題，現(xiàn)在也已經(jīng)發(fā)展到了研究帶有幾何缺陷和力學(xué)缺陷的實(shí)際桿件。并且，隨著高速電子計(jì)算機(jī)存儲的海量增長和性能的飛速發(fā)展，對于各種構(gòu)件的穩(wěn)定性能的研究，也已經(jīng)發(fā)展到了采用各種數(shù)值方法來計(jì)算其極限荷載，并分析其屈曲后性能從而得到P-A的全程曲線。在作理論分析的同時(shí)，包括我國在內(nèi)的許多

3、國家同時(shí)還進(jìn)行了大量的穩(wěn)定性能的試驗(yàn)驗(yàn)證，以及將理論研究成果利用圖表表示或演化為實(shí)用計(jì)算公式，從而將彈塑性穩(wěn)定理論用于解決鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的各種實(shí)際問題。鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論的研究，歸根結(jié)底還是為了實(shí)際上的應(yīng)用。而理論上的研究成果，也只有在正式形成規(guī)范并發(fā)布實(shí)施之后，對于實(shí)際的各種類型的鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)和制造才能起到指導(dǎo)性作用。因此，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定研究的最新成果，往往被各國的設(shè)計(jì)規(guī)范所吸收采納。2003年10月份,我國新一版的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB500172003)終于正式發(fā)布實(shí)施，其中就吸納了近十幾年來國內(nèi)外的最新研究成果，對原規(guī)范(GBJ1788)的內(nèi)容進(jìn)行的較大范圍的修訂。本著理論研究應(yīng)當(dāng)服務(wù)于工程應(yīng)

4、用的考慮，學(xué)習(xí)高等鋼結(jié)構(gòu)理論這門課，在掌握鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)關(guān)注理論的規(guī)范轉(zhuǎn)化。因此，本課程報(bào)告的內(nèi)容，在簡要介紹鋼結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法之后，將對原規(guī)范中存在的問題，新規(guī)范的主要修訂內(nèi)容和今后的研究方向進(jìn)行大概地介紹。2鋼結(jié)構(gòu)基本原理和設(shè)計(jì)方法簡述2.1鋼結(jié)構(gòu)基本原理2.1.1材料的基本性能建筑結(jié)構(gòu)中所用的鋼材通常都是塑性性能較好的材料，在拉力的作用下具有明顯的屈服平臺。因此，傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以鋼材的屈服點(diǎn)作為鋼材強(qiáng)度的極限，并把局部屈服作為承載能力的準(zhǔn)則。在鋼材的生產(chǎn)過程中，要經(jīng)過熔煉，脫氧，軋制，矯直和熱處理等工藝階段，這些都會對鋼材的力學(xué)性能產(chǎn)生很大的影響。另外，鋼結(jié)構(gòu)在

5、加工制造安裝中的冷加工，焊接和焰割也會對鋼材材性，比如冷作硬化，焊接殘余應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)變等帶來很大影響。因此，在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析和計(jì)算中，要充分考慮到這些影響因素，這樣才不會造成較大的誤差。此外，鋼材是一種易腐蝕性材料，當(dāng)結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境處于潮濕和腐蝕性介質(zhì)的包圍中時(shí)，應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)防腐，現(xiàn)在國內(nèi)已能生產(chǎn)耐候鋼材，其耐腐蝕性能比普通鋼材大大的提高。2. 1.2鋼材的脆斷和疲勞在實(shí)際工程中，經(jīng)常會出現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象，即鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件所承受的應(yīng)力并未達(dá)到屈服應(yīng)力的情況下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件突然斷裂，破壞的形式時(shí)脆性破壞，因此，鋼材的脆斷和疲勞在實(shí)際應(yīng)用中是非常危險(xiǎn)的一種破壞形式，必須盡最大的可能防止其發(fā)生。脆斷主

6、要發(fā)生在焊接結(jié)構(gòu)中，特別是在氣溫較低的情況下，脆性破壞是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一種特殊問題，普通的強(qiáng)度計(jì)算無法解決?，F(xiàn)通常采用斷裂力學(xué)的方法來解決鋼材的低應(yīng)力脆斷問題。斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)認(rèn)為，解決脆斷問題必須從結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在微小裂紋的情況出發(fā)來進(jìn)行分析，斷裂是在荷載和侵蝕性環(huán)境的作用下，裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸時(shí)發(fā)生的，如果構(gòu)件內(nèi)部原來就存在較大裂紋，那么它在一定的條件下就會斷裂。影響脆斷的直接因素是裂紋尺寸，作用應(yīng)力和材料的韌性。因此，控制焊接結(jié)構(gòu)的初始裂紋，避免焊縫過于集中，避免截面突然變化，都有助于防止脆斷的發(fā)生。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)承受的荷載是一種交變荷載，即荷載的作用方向和作用幅值隨時(shí)間不斷循環(huán)變化，在這種情況下，

7、材料內(nèi)部的裂紋會隨著荷載作用不斷開展已致最后達(dá)到臨界尺寸而斷裂。一般來講，疲勞破壞經(jīng)歷三個(gè)階段：裂紋的形成，裂紋的緩慢擴(kuò)展和最后迅速斷裂。對于鋼結(jié)構(gòu)，實(shí)際上只有后兩個(gè)階段，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)總會存在內(nèi)在的微小缺陷，這些缺陷本身就起著裂紋的作用。為提高結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度，應(yīng)當(dāng)靠構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)適當(dāng)和精心施工來得到好的質(zhì)量，也可在焊接之后進(jìn)一步采取一些工藝措施，比如緩和應(yīng)力集中程度，消除切口，在表層形成壓縮殘余應(yīng)力等。3. 1.3鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題分類穩(wěn)定是鋼結(jié)構(gòu)的一個(gè)突出性問題。在各種類型的鋼結(jié)構(gòu)中，都會遇到穩(wěn)定問題，由于鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)發(fā)生突然，是一種脆性破壞，因此在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)中對穩(wěn)定更應(yīng)慎重對待。彈性穩(wěn)定可以分為

8、三種類型：1 .穩(wěn)定分岔屈曲：結(jié)構(gòu)在到達(dá)臨界狀態(tài)時(shí)，從未屈曲的平衡位形過渡到無限臨近的屈曲平衡位形，即由直桿出現(xiàn)微彎，此后，變形的進(jìn)一步增大要求荷載的進(jìn)一步增加。2 .不穩(wěn)定分岔屈曲：結(jié)構(gòu)屈曲后只能在比臨界荷載低的荷載下才能維持平衡位形。這種屈曲也叫“有限干擾屈曲”。3 .躍越屈曲：結(jié)構(gòu)由一個(gè)平衡位形突然跳到另一個(gè)平衡位形，其間出現(xiàn)很大的變形。此外，當(dāng)構(gòu)件進(jìn)入彈塑性變形階段后，所發(fā)生的失穩(wěn)是彈塑性的極值失穩(wěn)，又可以稱作桿件的“壓潰”。2.1.4鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題的特點(diǎn)在分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題時(shí)，必然要涉及到結(jié)構(gòu)變形后的位形和變形對外力效應(yīng)的影響，即要考慮二階效應(yīng)的影響。針對未變形的結(jié)構(gòu)來分析它的平衡

9、，不考慮變形對外力效應(yīng)的影響，叫做一階分析；針對已變形的結(jié)構(gòu)來分析它的平衡即二階分析。原則上講，穩(wěn)定問題都應(yīng)當(dāng)采用二階分析。由于是針對已變形的結(jié)構(gòu)來分析它的平衡，因此對穩(wěn)定問題而言，靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的區(qū)分就失去了意義。此外，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題的另一個(gè)重要特點(diǎn)就是疊加原理不再適用。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力，和他的剛度密切相關(guān)，因此在穩(wěn)定問題的分析種，特別要注重整體分析的觀念。強(qiáng)度問題是截面的問題，而穩(wěn)定問題是構(gòu)件整體的問題。如果忽視結(jié)構(gòu)的整體性進(jìn)行穩(wěn)定分析，則很有可能發(fā)生危險(xiǎn)。在結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)種，結(jié)構(gòu)整體布置必須考慮整個(gè)體系及其組成部分的穩(wěn)定性要求。由于桿件穩(wěn)定計(jì)算的常用方法，往往是依據(jù)一定的簡化假定或

10、典型情況得出的，設(shè)計(jì)時(shí)必須確知所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)能夠符合這些假設(shè)，這時(shí)才能加以應(yīng)用。另外，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算必須互相配合，使二者具有一致性。2. 2鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3. 2.1桿件設(shè)計(jì)桿件設(shè)計(jì)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是最為基本的設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括拉桿設(shè)計(jì)，軸心壓桿設(shè)計(jì)，受彎桿件設(shè)計(jì)，壓彎桿件設(shè)計(jì)和框架設(shè)計(jì)。桿件設(shè)計(jì)又包括強(qiáng)度設(shè)計(jì)，剛度設(shè)計(jì)，整體穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和局部穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。此處不再列出具體的設(shè)計(jì)公式，在本文第三部分中對新規(guī)范修訂的相關(guān)內(nèi)容會作進(jìn)一步的討論。這里主要強(qiáng)調(diào)一些在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意的概念性問題：1 .應(yīng)當(dāng)時(shí)刻注意桿件的穩(wěn)定性問題，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)樹立這樣的觀念，即在鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和體系中，凡有壓應(yīng)

11、力出現(xiàn)的區(qū)域，就有發(fā)生失穩(wěn)的危險(xiǎn)性，對此部分的設(shè)計(jì)就一定要驗(yàn)算其穩(wěn)定性。2 .要注重鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性觀念，不因局部桿件的安全而忽略整體的安全。3 .整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的相關(guān)性。桿件的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定是密切相關(guān)的，目前我國規(guī)范在此方面相關(guān)規(guī)定還很不夠細(xì)致，桿件的整體穩(wěn)定和局不穩(wěn)定是分別驗(yàn)算的，局部穩(wěn)定只是規(guī)定的板件的寬厚比限值，但設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，二者相關(guān)的原理和概念應(yīng)當(dāng)明確。4 .桿件的計(jì)算長度應(yīng)區(qū)分清楚，在結(jié)構(gòu)的不同位置，其計(jì)算長度是不同的。5 .實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)桿件端部約束和桿件之間連接的力學(xué)模型簡化要符合實(shí)際情況，而不應(yīng)當(dāng)與計(jì)算模型有較大的差異，否則必然會造成較大的計(jì)算誤差。2. 2.

12、2連接設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的連接主要有焊接連接和螺栓連接。在焊接連接中，熱影響區(qū)的焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)變對結(jié)構(gòu)的性能有巨大的影響。在焊接連接中，有關(guān)構(gòu)造要求應(yīng)嚴(yán)格掌握，比如規(guī)定焊縫的有效厚度和有效長度，規(guī)范的制定依據(jù)是建立在焊縫受力偏心，內(nèi)力沿焊縫長度有效分布等基礎(chǔ)上的，在設(shè)計(jì)中只有深刻理解其制定原理才能夠正確地采用。對于高強(qiáng)螺栓連接應(yīng)推廣承壓型高強(qiáng)螺栓連接，這樣可以適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)的造價(jià)。但對于十分重要的結(jié)構(gòu)和直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，尤其是荷載引起連接的反向應(yīng)力時(shí)，使用摩擦型高強(qiáng)螺栓連接使其具有更大的安全儲備還是必要的。3. 2.3構(gòu)造設(shè)計(jì)構(gòu)造設(shè)計(jì)是指結(jié)構(gòu)細(xì)部的處理，如解決構(gòu)件或零件之間的銜接問題，主

13、要有構(gòu)件之間的拼接，梁與梁之間的連接，梁與柱之間的柔性連接，半剛性連接和剛性連接，柱腳設(shè)計(jì)，桁架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等。構(gòu)造設(shè)計(jì)在整個(gè)工程設(shè)計(jì)中屬于細(xì)節(jié)問題，但決不代表屬于次要性的設(shè)計(jì)。構(gòu)件之間的相互連接之處往往會形成應(yīng)力集中或局部應(yīng)力，處理不好就會影響結(jié)構(gòu)的承載能力。要保證能夠?qū)?gòu)件進(jìn)行合理正確的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)具有明確清晰的力學(xué)概念。2. 2.4鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計(jì)是在超靜定結(jié)構(gòu)中利用材料的塑性性能，取結(jié)構(gòu)在荷載作用下陸續(xù)出現(xiàn)幾個(gè)塑性較直至形成機(jī)構(gòu)作為承載能力的極限狀態(tài)，以充分發(fā)揮材料的潛力。在塑性設(shè)計(jì)中可以把鋼材假定為理想的彈塑性材料，不考慮其應(yīng)變硬化的影響。這樣得出的承載能力和實(shí)際出入不大，

14、并偏于安全。但理論和試驗(yàn)研究都表明，用于塑性設(shè)計(jì)的鋼材必須具有應(yīng)變硬化性能而且不能過低，在規(guī)范中即規(guī)定能夠用于塑性設(shè)計(jì)的鋼材的強(qiáng)屈比不應(yīng)小于1.2。結(jié)構(gòu)以形成機(jī)構(gòu)作為極限狀態(tài)來進(jìn)行設(shè)計(jì)還有兩個(gè)條件，就是不至因板件屈服或桿件彎扭屈曲而提前喪失承載能力。這就需要對板件進(jìn)行嚴(yán)格的寬厚比限值。而防止構(gòu)件在出現(xiàn)機(jī)構(gòu)前彎扭屈曲就要靠適當(dāng)布置側(cè)向支撐來解決。3鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范修訂內(nèi)容3. 1原規(guī)范(GBJ17-88)中存在的問題3. 1.1材料選用原規(guī)范中所用材料的名稱，牌號及設(shè)計(jì)指標(biāo)等與現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)不符，且沒有反映高強(qiáng)度鋼材，亦沒有考慮鋼材抗脆性斷裂的問題。對于目前在實(shí)際中已有應(yīng)用的Z向鋼和耐候鋼，原規(guī)范中也沒

15、有相應(yīng)的規(guī)定。3. 1.2框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析方法對框架結(jié)構(gòu)沒有內(nèi)力分析方法方面的規(guī)定。無支撐的單層純框架，側(cè)移對內(nèi)力的影響很小，不必考慮豎向荷載對側(cè)移的二階效應(yīng)，但多層純框架情況就不同了。對框架結(jié)構(gòu)，過去常用一階分析計(jì)算內(nèi)力，并將無支撐框架和支撐結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度小于框架本身抗側(cè)移剛度5倍的有支撐框架等同為有側(cè)移框架，均按有側(cè)移框架柱計(jì)算長度系數(shù)的表格查取科值。這樣顯然粗糙一些，不符合計(jì)算精確化的趨向。另外，原規(guī)范附錄中有側(cè)移和無側(cè)移框架的柱子計(jì)算長度系數(shù)表格是建立在某些基本假定的前提之下的，當(dāng)不符合這些基本假定時(shí)如何處理，原規(guī)范卻沒有交待。3. 1.3吊車和吊車梁設(shè)計(jì)1 .吊車橫向水平荷載的增大

16、系數(shù)a值源于前蘇聯(lián)1953年的規(guī)定，沿用至今，前蘇聯(lián)于二十世紀(jì)七十年代已對此作出修改。2 .吊車工作制與起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB3811-83)中規(guī)定的吊車工作級別缺乏聯(lián)系，操作困難。3 .吊車梁的撓度限值，計(jì)算時(shí)應(yīng)采取的吊車荷載原規(guī)范無明確規(guī)定，習(xí)慣上是用兩臺吊車計(jì)算的，不符合正常使用的概念。3. 1.4結(jié)構(gòu)和構(gòu)件變形限值有關(guān)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件變形限值的規(guī)定，原規(guī)范缺乏靈活性，沒有考慮多方面的使用經(jīng)驗(yàn)和工藝或其它方面的具體要求，與國外規(guī)范相比，正文中規(guī)定過細(xì)。4. 1.5受彎構(gòu)件1 .在一般梁的強(qiáng)度計(jì)算中，缺少利用腹板屈曲后強(qiáng)度的內(nèi)容。2 .原規(guī)范中梁腹板局部穩(wěn)定的相關(guān)公式是按純彈性理論建立的，各種荷載

17、單獨(dú)作用下的臨界應(yīng)力作為一種特征值，有時(shí)會大于鋼材強(qiáng)度，這終究是一個(gè)缺陷。3. 1.6軸壓和壓彎構(gòu)件1 .對單軸對稱截面軸壓構(gòu)件繞對稱軸的彎扭失穩(wěn)問題，原規(guī)范為了簡化計(jì)算，將其歸并到某一個(gè)截面分類類別(如b類或c類)中按彎曲屈曲來對待。但由于各種因素的影響，誤差的幅度有時(shí)較大，一些截面形心和剪心之間距離較大的構(gòu)件偏于不安全，而且長細(xì)比愈小，截面寬厚比愈大，誤差亦愈大。以雙角鋼組合T形截面為例，以長邊相并者誤差最大可高達(dá)15%,而當(dāng)長細(xì)比大于100時(shí)誤差即降至10%以內(nèi)。2 .原規(guī)范利用軸壓構(gòu)件的偶然剪力作為減小壓桿計(jì)算長度的支撐力在理論上是不確切的。3 .原規(guī)范對截面厚度t超過40mm的軸壓構(gòu)

18、件的穩(wěn)定系數(shù)。未深人進(jìn)行研究，將其歸于c類截面處理。而厚板截面的焊接殘余應(yīng)力較高且沿厚度方向產(chǎn)生變化，而板件外表面往往以殘余壓應(yīng)力為主，影響抗壓承載力。研究表明，某些截面的穩(wěn)定系數(shù)。已低于按c類截面查取的值。3.1.7連接在連接計(jì)算方面有些條文與國內(nèi)外有關(guān)規(guī)范協(xié)調(diào)不夠，某些內(nèi)容空缺，需要補(bǔ)充。3.1.8鋼管結(jié)構(gòu)在鋼管結(jié)構(gòu)方面，原規(guī)范只列有圓管平面節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算公式，缺少空間節(jié)點(diǎn)，而且這些公式亦是根據(jù)當(dāng)時(shí)收集到的近300個(gè)試驗(yàn)資料進(jìn)行分析并對照國外規(guī)范后提出來的。隨著鋼管結(jié)構(gòu)的發(fā)展，新的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元分析結(jié)果得到了大量補(bǔ)充，對原公式理應(yīng)作出相應(yīng)的修改。另外，原規(guī)范缺少矩形管的內(nèi)容，應(yīng)予以補(bǔ)充

19、。3.1.9其它我國有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些新的科研成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)沒有及時(shí)在規(guī)范中得到反映，如插入式柱腳和新型連接材料等等。3. 2新規(guī)范(GB500172003)的主要修訂內(nèi)容4. 2.1材料1 .為擴(kuò)大高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼在土木工程中的實(shí)際應(yīng)用，新規(guī)范在材料方面增列了在九江長江大橋中已成功使用的Q420級鋼(15MnVN),相當(dāng)于美國的A572-60級和日本的SM520鋼。2 .對高層鋼結(jié)構(gòu)或類似的重要建(構(gòu))筑物則宜用我國的高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板(YB4104-2000),其牌號有Q235Gj(Z)和Q345Gj(Z)兩種(括號中的Z表示具有厚度方向的性能)，質(zhì)量等級相當(dāng)于GB/Tl591-1994中的

20、C,D,E級，供貨狀態(tài)有熱軋，正火和控軋，其性能相當(dāng)于日本建筑結(jié)構(gòu)用鋼材(JIS3136-1994)中的鋼材性能，而且質(zhì)量上還有所改進(jìn)。3 .對鋼結(jié)構(gòu)而言，盡可能的防止脆性破壞在設(shè)計(jì)和施工中都是一個(gè)尤其需要重視的問題。為提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的抗脆斷性能，保證建筑物的安全可靠，對承受靜載的重要受拉和受彎的焊接構(gòu)件，當(dāng)鋼材厚度t16mm時(shí)，提出了對鋼材沖擊性能的要求，即與需驗(yàn)算疲勞的構(gòu)件相同。另外，在結(jié)構(gòu)工彳溫度TW-20c的地區(qū)，提出了提高結(jié)構(gòu)抗脆斷能力的構(gòu)造要求。由于原規(guī)范和新規(guī)范所依據(jù)的鋼材標(biāo)準(zhǔn)對沖擊性能的要求不同，在新規(guī)范中增加了0c沖擊韌性的要求，并調(diào)整了不同鋼種的沖擊試驗(yàn)溫度，即將Q345鋼

21、和Q235鋼采取相同的沖擊試驗(yàn)溫度。3. 2.2基本設(shè)計(jì)規(guī)定1 .新規(guī)范在第三章的基本設(shè)計(jì)規(guī)定中，強(qiáng)調(diào)了設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo)。突出設(shè)計(jì)原則是當(dāng)前國際上設(shè)計(jì)規(guī)范的一個(gè)共同特點(diǎn)。早先的規(guī)范條款主要以試驗(yàn)或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)為主，故條文簡單具體，很少涉及理論依據(jù)或其它要求。而近幾十年來隨著科技的飛速發(fā)展，人們對結(jié)構(gòu)性能的認(rèn)識已相當(dāng)透徹，計(jì)算更為精細(xì)，在總體上已形成系統(tǒng)的知識，規(guī)范的任務(wù)就不僅限于提供計(jì)算公式和數(shù)據(jù)限值，而是先要給予設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo)。2 .增加了框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的相應(yīng)條款。對無支撐的多，高層純框架強(qiáng)調(diào)了采用二階彈性分析進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算的方法，并介紹了近似計(jì)算公式，對節(jié)點(diǎn)連接為半剛性的框架計(jì)算，亦作了原則性的

22、規(guī)定。3 .結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的變形，在正文中僅列出原則性規(guī)定，并強(qiáng)調(diào)當(dāng)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或有特殊要求時(shí)，可以根據(jù)不影響正常使用和觀感的原則對變形的限值作適當(dāng)調(diào)整。將原規(guī)范中有關(guān)變形限值具體數(shù)據(jù)的條文移入附錄，同時(shí)作了相應(yīng)修正。4 .對吊車工作制的界定，不能死搬硬套吊車工作制與吊車工作級別的一般對應(yīng)關(guān)系，要根據(jù)吊車的具體操作情況和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)慎重考慮后確定。3. 2.3受彎構(gòu)件在受彎構(gòu)件計(jì)算這一節(jié)中，主要修訂的內(nèi)容是梁腹板的局部穩(wěn)定計(jì)算。參考國際標(biāo)準(zhǔn)，將受靜荷載且僅配置支承加勁肋或尚有中間橫向加勁肋的一般工字形截面組合梁按考慮腹板屈曲后強(qiáng)度來計(jì)算梁的抗剪和抗彎承載力，而不再驗(yàn)算梁腹板的局部穩(wěn)定。4. 2.4軸壓和

23、壓彎構(gòu)件1 .在軸壓構(gòu)件中，增加了單軸對稱截面繞對稱軸（y軸）失穩(wěn)時(shí)用換算長細(xì)比Wz代替N的理論公式，并且對單角鋼截面和由雙角鋼組成的T形截面給出了yzz計(jì)算的簡化公式。原規(guī)范認(rèn)為等邊單角鋼截面，雙角鋼T形截面和單軸對稱的工字形截面繞對稱軸失穩(wěn)的彎扭屈曲承載力比彎曲失穩(wěn)下降不多，基本上未超出所屬截面類別柱子曲線的分布范圍，將入y改用處z后將使計(jì)算更為精確，但不影響截面類別。而軋制和焊接T形及槽形截面繞對稱軸彎扭失穩(wěn)的承載力下降較多，故原規(guī)范將其列入c類截面，現(xiàn)用Wz代替少后，可返回為b類，僅將焊接T形截面中翼緣為軋制或剪切邊者仍留在c類。2 .原規(guī)范將無任何對稱軸的截面繞任意軸的失穩(wěn)按c類截面

24、的彎曲失穩(wěn)處理是沒有根據(jù)的，也可能是不安全的，新規(guī)范認(rèn)為這種截面不宜用作軸壓構(gòu)件。由兩塊板焊成的十字形截面和箱形截面，原規(guī)范列為b類，新規(guī)范將板件邊緣為軋制或剪切的十字形截面和板件寬厚比w20的焊接箱形截面改為c類。3 .重新規(guī)定了減少受壓構(gòu)件自由長度的支撐力，假定支撐為彈性支座，從支撐所應(yīng)具有的最低剛度出發(fā)來確定支撐力。規(guī)范給出了單根柱有一道支撐及多道支撐的支撐力計(jì)算公式，又給出了被撐構(gòu)件為多根柱組成的柱列時(shí)的支撐力計(jì)算公式。4 .調(diào)整了壓彎構(gòu)件穩(wěn)定計(jì)算中的等效彎矩系數(shù)的取值。因?yàn)閷兛蚣芤呀ㄗh用二階彈性分析方法計(jì)算內(nèi)力，故不論純框架柱或有支撐框架柱均可按兩端支承構(gòu)件對待，采用相同的等效彎矩

25、系數(shù)值。僅當(dāng)用一階彈性分析法計(jì)算內(nèi)力的純框架性及弱支撐框架柱時(shí)，等效彎矩系數(shù)值仍取為1.0。5 .在壓彎構(gòu)件穩(wěn)定計(jì)算彎矩作用平面外的計(jì)算公式中，在Mx項(xiàng)前面增加截面影響系數(shù)Y（對閉口截面Y=0.7,對其它截面Y=1.0）。而將閉口截面的4b值由原規(guī)范的1.4改為1.0。對單軸對稱截面，公式中的（f）y理應(yīng)按z查取，但由于壓彎構(gòu)件的單軸對稱截面的應(yīng)z計(jì)算復(fù)雜，而且截面形心與剪心比較接近，入y與處z的差別不大，故規(guī)定除僅對T形截面應(yīng)按Wz確定（f）y外，其它截面均可按W確定（）y。6 .對桁架交叉腹桿中的壓桿在游f架平面外的計(jì)算長度10參考德國標(biāo)準(zhǔn)對原規(guī)范進(jìn)行修改，列出了四種情況和五個(gè)計(jì)算公式。1

26、0與兩交叉腹桿白內(nèi)力特征（受拉或壓，內(nèi)力大小等）有關(guān)。與原規(guī)范相比，差別在+12.9%30%之間。7 .對附錄中有側(cè)移和無側(cè)移框架柱的計(jì)算長度系數(shù)表進(jìn)行了局部修正，根據(jù)橫梁遠(yuǎn)端的連接剛度和橫梁的軸向內(nèi)力補(bǔ)充了橫梁線剛度的修正系數(shù)。根據(jù)底層框架柱柱腳的具體構(gòu)造對K2的取值作出規(guī)定，即對平板支座取K2=0.1（因?yàn)榉抢硐腼湥瑒偨訒r(shí)取K2=10o（原規(guī)范假定為絕對嵌固，K2=oo）08 .將框架分為無支撐純框架和有支撐框架兩大類，對純框架，當(dāng)采用一階彈性分析法計(jì)算內(nèi)力時(shí)，按附錄中有側(cè)移框架柱的計(jì)算長度系數(shù)表取用。當(dāng)采用二階彈性分析法計(jì)算內(nèi)力并在柱頂考慮假想水平力時(shí)，取科=1.00。對有支撐框架，則

27、根據(jù)支撐結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度（產(chǎn)生單位傾側(cè)角的水平力）的不同而分為強(qiáng)支撐框架和弱支撐框架并分別確定框架柱的科值。9 .增加了在某些情況下對框架柱的計(jì)算長度系數(shù)科應(yīng)加以修正的規(guī)定。當(dāng)框架柱可得到相鄰柱的支持時(shí)，該柱的W值可予以折減，而提供支持作用的柱的科值應(yīng)相應(yīng)增大。對支持搖擺柱的框架柱計(jì)算長度系數(shù)的增大系數(shù)則列有計(jì)算公式。此處規(guī)定正是充分考慮到了框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是一個(gè)整體性的概念。3. 2.5連接1 .關(guān)于焊縫連接方面：增加了對焊縫質(zhì)量等級選用的具體規(guī)定，以滿足工作需要。對T形對接焊縫，按焊接術(shù)語（GB/T3375-94）,明確規(guī)定應(yīng)采用對接與角接組合焊縫。對焊縫的計(jì)算長度進(jìn)行修改，原規(guī)范對未用引弧板施

28、焊的對接焊縫和角焊縫，每條焊縫的計(jì)算長度一律為實(shí)際長度減10mm,現(xiàn)改為減2t（對接夕縫）或（角焊縫）2hf。在直角或斜角T形接頭用角焊縫連接的強(qiáng)度計(jì)算中，考慮了根部間隙b的影響，并給出了相應(yīng)的計(jì)算公式。將原規(guī)范部分焊透的對接焊縫或?qū)优c角接組合焊縫中籠統(tǒng)寫成的V形坡口區(qū)分為V形坡l-l和單邊V形（含K形）坡口，并分別給出了這種焊縫計(jì)算厚度he的確定方法。2 .關(guān)于緊固件連接方面：在高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面的抗滑移系數(shù)科的表格中增加了Q420鋼的科值，同時(shí)對表中的科值進(jìn)行了調(diào)整，最高不大于0.5。增加了自攻螺釘，拉錨釘和射釘?shù)刃滦途o固件的相關(guān)內(nèi)容。3 .增加了梁與柱剛性連接這一節(jié)，其內(nèi)容與現(xiàn)行建筑

29、抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001）以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ99-98）是協(xié)調(diào)的。4 .根據(jù)試驗(yàn)研究的結(jié)果，增加了連接節(jié)點(diǎn)處板件的計(jì)算這一節(jié)，主要內(nèi)容有：給出了連接板件在拉，剪共同作用下的強(qiáng)度計(jì)算公式，適用于拉力與板件撕裂線之間的不同夾角。提出了用有效寬度法計(jì)算桁架節(jié)點(diǎn)板強(qiáng)度的近似公式，應(yīng)力擴(kuò)散角取為30度。首次提出了桁架節(jié)點(diǎn)板在受壓斜腹桿作用下的穩(wěn)定計(jì)算方法。為簡化設(shè)計(jì)，對有豎腹桿的節(jié)點(diǎn)板給出可以不計(jì)算穩(wěn)定的c/t（c為受壓斜腹桿連接肢端面中點(diǎn)沿腹桿軸線方向至弦桿的凈距，t為節(jié)點(diǎn)板厚度）的下限值，對無豎腹桿的節(jié)點(diǎn)板給出可用簡化公式計(jì)算穩(wěn)定的c/t下限值。當(dāng)c/t超過

30、規(guī)定的下限值時(shí)，應(yīng)按附錄中所給的方法進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。由于此法是根據(jù)有限的試驗(yàn)結(jié)果擬合而成，在c/t的一定范圍內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果比較穩(wěn)定，計(jì)算值平均為試驗(yàn)值的85%,偏于安全。但當(dāng)c/t超出一定范圍后，計(jì)算值將大于試驗(yàn)值，不安全。故規(guī)范規(guī)定了c/t的上限值，即嚴(yán)禁超過此值。5 .根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，增加了幾種支座形式，即常用的平板支座和近年來開發(fā)的橡膠支座和球形鋼支座。3. 2.6構(gòu)造要求1 .取消了原規(guī)范對焊件厚度的限制。因?yàn)樵撓拗凳歉鶕?jù)當(dāng)時(shí)的鋼材標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出的，現(xiàn)在不僅鋼材標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)改變而且在工程實(shí)踐中有突破。另外，從防止脆斷的角度出發(fā)，焊件的厚度限值與結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)力特征，工作溫度和構(gòu)造等多種因素有關(guān)

31、，原規(guī)范的規(guī)定亦不夠全面，容易引起誤會。2 .明確了有些構(gòu)造要求不適用于鋼管結(jié)構(gòu)。3 .關(guān)于焊縫連接方面：對寬度或厚度不同的焊件用對接焊縫拼接時(shí)，原規(guī)范規(guī)定要做成坡度不大1：4的斜角，現(xiàn)根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)對靜載結(jié)構(gòu)改為不大于1:2.5。角焊縫的最小焊腳尺寸hfw1.5t?,原規(guī)范對t定義為較厚焊件的厚度，現(xiàn)根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)，加注說明：當(dāng)采用低氫型堿性焊條時(shí)，t取為較薄焊件的厚度。側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長度，原規(guī)范按動(dòng)載結(jié)構(gòu)和靜載結(jié)構(gòu)分別規(guī)定為40hf和60hf,現(xiàn)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，統(tǒng)一取為60hf。4 .螺栓連接：對螺栓間距表參照橋梁規(guī)范和國外規(guī)范進(jìn)行局部修訂。補(bǔ)充了垂直內(nèi)力方向的間距的規(guī)定。對沿桿軸方向受拉

32、的連接，增加了為減少撬力的構(gòu)造要求。5 .根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)研究，增加了插入式柱腳，埋入式柱腳和外包式柱腳等新型柱腳形式，并對插入式柱腳的最小埋深作出了規(guī)定，同時(shí)補(bǔ)充了柱腳底板與混凝土基礎(chǔ)間抗水平力的摩擦系數(shù)值巧0.40。6 .根據(jù)科學(xué)試驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定的吊車梁（或吊車桁架）上翼緣和制動(dòng)梁可以用角焊縫連接。7 .根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，增加了L60m的大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求。8 .增加了提高寒冷地區(qū)結(jié)構(gòu)抗脆斷能力的要求這一節(jié)，適用于工作溫度Tv-20c的地區(qū)。其內(nèi)容主要是根據(jù)我國在東北寒冷地區(qū)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及前蘇聯(lián)在這方面的研究成果制定的。9 .對防護(hù)和隔熱進(jìn)行了補(bǔ)充修改，明確提出了鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕（銹

33、蝕亦是一種腐蝕）和防火問題以及應(yīng)遵守的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)原則。在設(shè)計(jì)文件中應(yīng)注明所要求的鋼材除銹等級和采用的涂料（或鍍層）名稱及其厚度。3. 2.7塑性設(shè)計(jì)1 .取消了原規(guī)范在塑性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)乘以強(qiáng)度折減系數(shù)0.9的規(guī)定，因原規(guī)定依據(jù)不足。2 .將符合塑性設(shè)計(jì)要求的鋼材力學(xué)性能從條文說明移入正文并對塑性應(yīng)變的要求加以修改。3. 2.8鋼管結(jié)構(gòu)1 .圓鋼管結(jié)構(gòu)：隨著鋼管結(jié)構(gòu)的發(fā)展，同濟(jì)大學(xué)對根據(jù)最近收集到的國內(nèi)外新的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元分析結(jié)果建立起來的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析后，對原規(guī)范進(jìn)行了下列修改：對管節(jié)點(diǎn)承載力的計(jì)算公式作了局部修訂，使計(jì)算結(jié)果的置信度和均值更為合理。將公式的適用范圍由原規(guī)范的徑厚比

34、d/tW50擴(kuò)大到d/twi00（主管）和di/tiW60（支管）。補(bǔ)充了TT型和KK型空間管節(jié)點(diǎn)承載力的計(jì)算公式。另外，將主管軸力影響系數(shù)表達(dá)式中對主管軸向應(yīng)力的定義由原來的“最大軸向應(yīng)力”改為“節(jié)點(diǎn)兩側(cè)主管的較小軸向壓應(yīng)力”。2 .增加了矩形管（含方管）結(jié)構(gòu)的平面管節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算公式。經(jīng)研究分析后，將國外資料中的矩形管節(jié)點(diǎn)承載力統(tǒng)一乘以折減系數(shù)0.9。對T,Y,X形節(jié)點(diǎn)，根據(jù)哈工大的科研成果對國外公式進(jìn)行了修正。3. 2.9基本設(shè)計(jì)規(guī)定鋼與混凝土組合梁1 .將圓柱頭焊釘?shù)目辜舫休d力的限值進(jìn)行修訂。2 .增加了連續(xù)組合梁負(fù)彎矩處截面的計(jì)算方法。3 .增加了壓型鋼板組合板的組合梁設(shè)計(jì)。4 .增加了部分抗剪連接件組合梁的設(shè)計(jì)。3. 3今后的研究方向1 .研制，開發(fā)和建立建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼材品種（含鋼管）的系列。2 .進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)抗脆斷性能的研究，從計(jì)算和構(gòu)造（包括板厚限值）方面提出相應(yīng)措施。3 .對半剛性節(jié)點(diǎn)的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。4 .繼續(xù)對梁腹板的穩(wěn)定問題進(jìn)行研究。5 .對應(yīng)力幅相同但最大拉應(yīng)力相差較大時(shí)疲勞性能的差異