鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范理解與應(yīng)用講義崔佳

1、第1章 概 述,,1.1《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的歷史,解放初期： Н ИТУ 1- 461955年： Н ИТУ 121- 551974年： TJ 17- 741988年： GBJ 17-882003年: GB50017,1.2 設(shè)計文件中對材料質(zhì)量的要求 規(guī)范規(guī)定：設(shè)計文件中應(yīng)注明“采用的鋼材牌號，連接材料的型號(或鋼號)和對鋼材所要求的力學(xué)性能、化學(xué)成分及其它的附加保證項目。此外，還

2、應(yīng)注明所要求的焊縫形式、焊縫質(zhì)量等級、端面刨平頂緊部位及對施工的其它要求。” 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計文件中應(yīng)注明的這些內(nèi)容與保證工程質(zhì)量密切相關(guān)，因此將本條確定為強制性條文。,第2章 材 料,,2.1 鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求,1.較高的抗拉強度及屈服點； 2.較高的塑性和韌性； 3.良好的工藝性能（冷加工、熱加工、可焊性）。,2.2 鋼材的種類和牌號 1. 規(guī)范推薦的鋼材牌號  普通碳素鋼：Q235 (相當(dāng)于

3、舊標(biāo)準(zhǔn)的3號鋼) 普通低合金鋼： Q345 (相當(dāng)于舊標(biāo)準(zhǔn)的16Mn、12MnV、14MnNb 16MnRE、18Nb) Q390 (相當(dāng)于舊標(biāo)準(zhǔn)的15MnV、15MnTi、16MnNb) Q420 (舊標(biāo)準(zhǔn)的15MnVN、14MnVTiRE),鋼材的質(zhì)量等級 分A、B、C、D、E級（E級僅用于Q345、Q390、Q420等低合金鋼）。

4、鋼材的基本保證項目： （1）抗拉強度、屈服點、伸長率； （2）化學(xué)成分：硫、磷、錳、碳（Q235-A不作交貨條件）； （3）冷彎試驗、沖擊韌性（+20?、0?、-20?）。 第（3）項A級鋼不保證，必要時可附加冷彎試驗的要求。,規(guī)范對用于承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有的強度、塑性、韌性等力學(xué)性能和化學(xué)成分等合格保證項目作出了規(guī)定。 “ 承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、磷含量的合

5、格保證，對焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。 焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證?！?2. 其他可選用或代用的鋼材（1）“高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板” YB4104 特點： a. 降低硫、磷含量和焊接碳當(dāng)量； b. 提高屈服點、縮小其波動范圍； c. 提高沖擊功、增加彎曲試驗； d. 保證厚度方向性能到Z35（數(shù)字為厚度方向截面收縮率%）。,（2）“Z

6、向鋼” GB/T 5313 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。 特點： a. 降低含硫量（僅為一般鋼材的1/5或以下）； b. 提高截面收縮率（Z15、Z25、Z35） 我國建筑抗震設(shè)計規(guī)范和建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程中均規(guī)定厚度大于40mm時應(yīng)采用厚度方向性能鋼材。,（3）“優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼” GB699（4）“橋梁用結(jié)構(gòu)鋼” GB/T714（5）“

7、鍋爐用碳素鋼和低合金鋼” GB713（6）”船體用結(jié)構(gòu)鋼” GB712（7）“壓力容器用鋼板” GB6654（8）“耐侯鋼” —〈高耐侯性結(jié)構(gòu)鋼〉GB/T4171 〈焊接結(jié)構(gòu)用耐侯鋼〉GB/T4171（9）“鋼鑄件用鋼” GB11352 符號：ZG-200-400、ZG-270-570,,屈服點,抗拉強度,2.4 鋼結(jié)構(gòu)的連接材料,1.手工焊焊條 E43×

8、5;——適用于Q235； E50××——適用于Q345； E55××——適用于Q390、Q420。 ××表示焊接電源種類及藥皮類型，見表2.11、2.12。,2. 自動（半自動）埋弧焊的焊絲與焊劑 焊絲： H08A

9、 Q235 H08MnA H08MnA Q345 焊劑：431型 H10MnSi H10MnSi

10、 Q390、Q420 H08Mn2Si 選用原則：焊縫金屬的力學(xué)性能不低于母材。,,,,,3. 普通螺栓 精制螺栓—— A、B級 普通螺栓的A、B級，根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB5782-86，其材料不是3號鋼，而是5.6級、8.8級和10.9級等。 A、B 級螺栓都是以前的“精制螺栓”，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求相同。A級螺栓用于d? 24mm和L（螺栓公稱長度）?10d或L?150mm

11、（按較小值）；d 或L較大者為B 級螺栓。 粗制螺栓—— C級 分4.6級和4.8級。,4. 高強度螺栓 高強度螺栓的性能等級：8.8級、10.9級。,大六角頭螺栓,扭剪型高強度螺栓 （10.9級）,第3章 基本設(shè)計規(guī)定,,3.1 設(shè)計原則,1. 設(shè)計方法 承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件設(shè)計及計算的依據(jù)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計一般采用概率極限狀態(tài)設(shè)計方法。但由于現(xiàn)階段對

12、疲勞計算的可靠度理論問題尚未解決，所以鋼結(jié)構(gòu)的疲勞強度計算只能沿用傳統(tǒng)的按彈性狀態(tài)計算的“容許應(yīng)力幅”的設(shè)計方法，容許應(yīng)力幅????是根據(jù)試驗結(jié)果得到，故應(yīng)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值進行計算。另外，疲勞計算中采用的計算數(shù)據(jù)大部分是根據(jù)實測應(yīng)力或疲勞試驗所得，已包含了荷載的動力影響，亦不再乘動力系數(shù)。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載能力的計算一般采用應(yīng)力表達式。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，當(dāng)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)時，對于基本組合，內(nèi)力設(shè)計值應(yīng)從由

13、可變荷載效應(yīng)控制的組合和由永久荷載效應(yīng)控制的組合中取最不利值考慮。鋼結(jié)構(gòu)自重較小，一般是由可變荷載效應(yīng)控制設(shè)計，只有當(dāng)采用鋼筋混凝土樓面（或屋面）板或有積灰的屋蓋結(jié)構(gòu)以及特殊情況才有可能由永久荷載控制設(shè)計。對荷載效應(yīng)的偶然組合，本規(guī)范參照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)只作出了原則性的規(guī)定，具體的設(shè)計表達式及各項系數(shù)應(yīng)符合專門規(guī)范的規(guī)定。,2. 鋼結(jié)構(gòu)的安全等級 按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，對破壞后果很嚴(yán)重的重要的房屋，安全等

14、級為一級；對破壞后果嚴(yán)重的一般的房屋，安全等級為二級。 由于《統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》是對各設(shè)計規(guī)范的統(tǒng)一指導(dǎo)，不可能針對各種結(jié)構(gòu)規(guī)范給出具體建議。本規(guī)范根據(jù)對我國已建成的建筑物采用概率統(tǒng)計方法分析的結(jié)果，一般工業(yè)與民用建筑鋼結(jié)構(gòu)，按照《統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的分級標(biāo)準(zhǔn)，安全等級多為二級，故規(guī)定可取為二級。 對于其它特殊的建筑鋼結(jié)構(gòu)，其安全等級應(yīng)根據(jù)具體情況另行確定。如對于跨度等于或大于60m的大跨度結(jié)構(gòu)則宜取為一級。,由于本規(guī)范定位為

15、不抗震設(shè)計，故所有條文均是針對不考慮抗震的情況而制定。當(dāng)按抗震要求設(shè)計時，不再分安全等級，而應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》GB50223的規(guī)定來確定建筑物的抗震設(shè)防類別。,3. 結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)?0 《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》7.0.3條注“對設(shè)計工作壽命為25年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，各結(jié)構(gòu)規(guī)范可根據(jù)各自情況確定?0值”。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范根據(jù)工作壽命50年時取?0＝1.0，工作壽命5年時取?0＝0.9，故規(guī)定工作壽命25年時取?

16、0＝0.95。,4. 關(guān)于吊車荷載的最不利組合 88規(guī)范在計算吊車梁撓度時對吊車荷載取由兩臺吊車產(chǎn)生的最不利組合，新規(guī)范改為由一臺吊車加自重進行計算（相應(yīng)撓度容許值有所調(diào)整）。 理由是： ① 符合“正常使用極限狀態(tài)”的要求； ② 與多數(shù)國外規(guī)范相一致。,3.2 荷載和荷載效應(yīng)計算,新修訂的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范強調(diào)了對設(shè)計原則的指導(dǎo)。突出設(shè)計原則是目前各國規(guī)范的共同特點，早期的規(guī)范條文以試驗或?qū)嵺`經(jīng)驗為主，故條文簡

17、單具體。隨著結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜，規(guī)范的任務(wù)不再僅限于提供計算公式和具體數(shù)據(jù)，而是應(yīng)給予設(shè)計原則的指導(dǎo)。因此，規(guī)范補充了有關(guān)設(shè)計原則的有關(guān)條文。,1. 屋面活荷載 新修訂的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》將不上人的屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值統(tǒng)一規(guī)定為0.5kN/m2（原規(guī)范分0.3、0.5、0.7kN/m2三級）。 對不上人的屋面均布活荷載，較早的荷載規(guī)范取0.3kN/m2，后發(fā)現(xiàn)對重屋面偏低，74規(guī)范改為0.5kN/m2。采用概率

18、極限狀態(tài)設(shè)計法后發(fā)現(xiàn)對以恒載為主的結(jié)構(gòu)（混凝土結(jié)構(gòu)）可靠度下降，故又提高到0.7kN/m2。,新修訂的荷載規(guī)范增加了以恒載為主的不利組合式，屋面活荷載中主要考慮的僅是施工荷載即偶然因素的不利影響，故又恢復(fù)到0.5kN/m2。但注明“對不同結(jié)構(gòu)可按有關(guān)設(shè)計規(guī)范作0.2kN/m2的增減”。新修訂的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定“對支承輕屋面的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，當(dāng)僅有一個可變荷載且受荷面積超過60m2時，取0.3kN/m2 ” 。這與原規(guī)定有所不同，應(yīng)注意

19、檁條的計算。 對重屋面由于增加了以永久荷載為主的組合，不再提高屋面活荷載。,2.吊車的卡軌力 原規(guī)范參考蘇聯(lián)規(guī)范，對重級工作制吊車梁，將荷載規(guī)范規(guī)定的橫向水平荷載乘以增大系數(shù)以考慮由吊車擺動引起的橫向水平力（即卡軌力，荷載規(guī)范只規(guī)定了小車的制動力），現(xiàn)改為按下式計算：HK= ? Pkmax式中，Pkmax為吊車輪壓標(biāo)準(zhǔn)值；系數(shù)?＝0.1（一般軟鉤吊車），0.15(抓斗、磁盤吊車)和0.2（硬鉤吊車）?？ㄜ壛Σ慌c

20、橫向水平力同時考慮，此外，與吊車工作制及連接無關(guān)。,根據(jù)《起重機設(shè)計規(guī)范》（GB3811-83），按吊車?yán)玫燃墸囱h(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A1?A8級。本規(guī)范一般所指輕級工作制即A1?A3級；中級為A4?A5級；重級為A6?A8級（其中A8為特重級）。但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，而應(yīng)根據(jù)吊車的具體操作情況確定

21、。,3.框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析 新增有關(guān)內(nèi)力分析的設(shè)計原則。 一階彈性分析（幾何線形）： 按結(jié)構(gòu)變位前的軸線建立結(jié)構(gòu)變形與荷載之間的平衡關(guān)系； 二階彈性分析（幾何非線形）： 按結(jié)構(gòu)變位后的軸線建立結(jié)構(gòu)變形與荷載之間的平衡關(guān)系。,規(guī)范規(guī)定 “對 >0.1的框架結(jié)構(gòu)（一般指無支撐純框架結(jié)構(gòu)），宜采用二階彈性分析”。此處?N為所計算樓層各柱軸壓力之和；?H為

22、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為所計算樓層按一階分析的層間側(cè)移。 判斷式中 可用層間側(cè)移容許值代替。,（1）采用二階分析時，應(yīng)在每層柱頂附加考慮假想水平力（概念荷載）Hni：,式中，Qi為第i樓層的總重力荷載設(shè)計值；ns為框架總層數(shù)；?y為鋼材強度影響系數(shù)； Q235鋼, ?y =1.0；Q345鋼, ?y =1.1；Q390鋼, ?y=1.2；Q420鋼, ?y =1.25。等式右端

23、的根號為折減系數(shù)，考慮當(dāng)柱子較多時初始側(cè)移有正有負(fù)，缺陷相互抵消。,（2）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： M2＝M1b+?2i M1s ；式中 M1b 、M1s ── 分別為框架無側(cè)移或有側(cè)移時按 一 階彈性分析求得的桿端彎矩； ?2i ── 考慮二階效應(yīng)第i層桿件

24、的側(cè)移 彎矩增大系數(shù)。,框架結(jié)構(gòu)的一階彈性分析,3.3 設(shè)計指標(biāo),1. 鋼材的強度設(shè)計值 （1）鋼材抗拉、壓、彎時的強度設(shè)計值為fy /?R。?R為抗力分項系數(shù)，新規(guī)范對Q235鋼取?R =1.087；對Q345、Q390和Q420鋼，?R＝1.111。這樣對Q345鋼來說，比原規(guī)范的16Mn（?R＝1.087）強度設(shè)計值有所降低。原因：

25、 ① Q345鋼包括舊標(biāo)準(zhǔn)的5種鋼材，統(tǒng)計資料不足； ② 近年來發(fā)現(xiàn)16Mn鋼質(zhì)量不理想，稍厚（當(dāng)t >20mm）就容易分層。,（2）鋼材的強度設(shè)計值與厚度有關(guān)，鋼材越薄，輥軋的次數(shù)越多，強度越高。新規(guī)范將鋼材厚度增加到100mm（原規(guī)范3號鋼?50mm，16Mn和15MnV鋼?36mm），這是因為厚板的應(yīng)用越來越廣。其實，厚板的統(tǒng)計資料尚不夠充分。 （3）鋼材的抗剪強度設(shè)計值 按能量強度理論，?。?（4）

26、端面承壓強度設(shè)計值 由于端面承壓強度是驗算構(gòu)件極小區(qū)域的壓應(yīng)力，其強度設(shè)計值允許超過材料的屈服點而接近其最低極限強度，因此鋼材的端面承壓強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般抗壓強度，但此強度設(shè)計值只有在構(gòu)件之間的接觸面為刨平頂緊時才能達到。 因為現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋼材的最低極限強度不隨鋼材厚度而變，所以端面承壓強度設(shè)計值與厚度無關(guān)。,2. 連接的強度設(shè)計值 連接的強度設(shè)計值主要根據(jù)過去采用容許應(yīng)力法計算時的各種容許應(yīng)力換算而得

27、，其中角焊縫和承壓型高強度螺栓有一定數(shù)量的試驗數(shù)據(jù)，強度設(shè)計值是根據(jù)這些試驗數(shù)據(jù)并參考國外規(guī)定確定的。經(jīng)可靠度分析，所有連接的可靠度均大致等于或略高于構(gòu)件的可靠度。,焊縫的分級與檢驗 焊縫的強度與質(zhì)量等級有關(guān)，質(zhì)量等級的劃分與焊縫質(zhì)量檢驗有關(guān)，是根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205劃分的，共分為一、二、三級。 三級焊縫——只作外觀檢查； 二級焊縫——除作外

28、觀檢查外，加超聲波探傷； 一級焊縫——除作外觀檢查外，加超聲波探傷、X射線或?射線。 角焊縫探傷不準(zhǔn)，只能為三級。,（1）焊縫的強度設(shè)計值中，對接焊縫只有抗拉和抗壓的取值，抗彎強度分別按抗彎中的受壓部分取抗壓強度設(shè)計值，受拉部分取抗拉強度設(shè)計值采用。焊縫金屬為焊條熔敷金屬與鋼材金屬的混合體，其強度一般高于鋼材的強度，但焊縫質(zhì)量對強度有很大影響，規(guī)范規(guī)定：焊縫質(zhì)量為一、二級時，對接焊縫的抗拉強度設(shè)計值與母材相等；焊

29、縫的質(zhì)量等級僅影響三級焊縫的抗拉強度，因此三級時取為母材抗拉強度的0.85倍。,對于質(zhì)量等級為一、二級的對接焊縫，按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》GB11345-89的規(guī)定，僅適用于厚度不小于8mm的鋼材。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)施工單位的經(jīng)驗，亦認(rèn)為厚度小于8mm的鋼材，其對接焊縫用超聲波檢驗的結(jié)果不大可靠，而應(yīng)采用X射線探傷。否則，對t?8mm鋼材的對接焊縫，其強度設(shè)計值只能按三級焊縫采用。,（2）普通螺栓中的A級和B級

30、螺栓的強度等級分為5.6級和8.8級兩種，其抗拉和抗剪強度設(shè)計值是參照前蘇聯(lián)81規(guī)范取用的，可用于一個或多個螺栓。 C級螺栓的抗拉和抗剪強度設(shè)計值也是參照前蘇聯(lián)81規(guī)范取用的。 （3）高強度螺栓連接有承壓型和摩擦型之分，由于采用的設(shè)計準(zhǔn)則不同，其承載力計算亦不相同。,8.8級普通螺栓與8.8級承壓型高強度螺栓的性能等級相同，其區(qū)別在于： （1）承壓型高強度螺栓要求施加預(yù)拉力； （2）承壓型高強度螺栓的孔徑要求低于普通螺栓

31、，因此，其抗剪強度低于普通螺栓，但抗拉強度相同（見材料表中的強度設(shè)計值）。,3. 強度設(shè)計值的折減系數(shù) 規(guī)范所規(guī)定的強度設(shè)計值是結(jié)構(gòu)處于正常工作情況下求得的，對一些工作情況處于不利的結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接，其強度設(shè)計值有所降低。所以補充規(guī)定，在某些特殊情況下鋼材的強度設(shè)計值應(yīng)乘以相應(yīng)的折減系數(shù)。例如單面連接的單角鋼等。,3.5 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件變形的規(guī)定,1. 受彎構(gòu)件的撓度 受彎構(gòu)件的撓度容許值改為考慮兩種情況：

32、 ［vT］——恒載＋活荷載作用下的撓度容許值， 主要是觀感要求； ［vQ］——活荷載作用下的撓度容許值，主要是 使用要求。 （1）當(dāng)有實踐經(jīng)驗或有特殊要求時可作適當(dāng)調(diào)整。 （2）注意變形疊加現(xiàn)象。,2. 框架結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的水平位移 （1）新規(guī)范增加了對單層及多層框

33、架柱柱頂位移的限制值，但經(jīng)驗積累不足，主要參考國外及相近規(guī)范。注意純框架結(jié)構(gòu)水平側(cè)移的計算應(yīng)考慮二階效應(yīng)。 （2）控制廠房柱在吊車梁處的水平變形是為了保證橋式吊車的正常運行。有些單位認(rèn)為88規(guī)范的規(guī)定偏嚴(yán)，因研究工作量大，新規(guī)范僅縮小為驗算范圍至冶金廠房和類似車間中有A7、A8級吊車的跨間。,第4章 受彎構(gòu)件的計算,,,,,,,,,,,,4.1 梁的強度 規(guī)范規(guī)定梁的強度設(shè)計應(yīng)考慮以下幾項： 1.

34、 梁的抗彎強度計算 ? ＝ ≤f,2. 抗剪強度 ?＝ ≤ fv 規(guī)范取 試驗證明可達到（1.2~1.6）f ，有些國家規(guī)范取至極限剪應(yīng)力，如美國AISC取fv = 0.667f。,,,3. 局部承壓強度 固定集中荷載處無支承加勁肋或有移動集中荷載，應(yīng)驗算局部壓應(yīng)力。規(guī)范假定集中荷載從作用點處以1:2.5和

35、1:1擴散： 承壓強度 ?c＝ ≤f ，,4. 復(fù)雜應(yīng)力作用下的強度：適用范圍：組合梁腹板的計算高度h0處同時受有較大 或 時，應(yīng)驗算折算應(yīng)力。計算公式： ——h0邊緣同一點處應(yīng)力， 以拉為正， 壓為負(fù)。 ——計算折算應(yīng)力的強度設(shè) 計值增大系數(shù)。

36、 異號時， 同號或 ，,4.2 梁的整體穩(wěn)定,1. 計算公式 梁的整體穩(wěn)定性按下式計算： ?b 實質(zhì)為臨界應(yīng)力與屈服點的比值。,,,Mcr為臨界彎矩： 影響Mcr的因素： EIy — 梁的側(cè)向抗彎剛度 GIt — 梁的自由扭轉(zhuǎn)剛度 l1 — 梁受壓翼緣的自由長度，

37、受壓翼緣側(cè)向 支承點之間的距離 β — 與荷載形式、梁端支承方式、橫向荷載 作用位置等有關(guān) 其他：初始缺陷、材料性能、截面塑性發(fā)展情況。,2. 整體穩(wěn)定系數(shù)的非彈性修正 當(dāng) 時，梁已進入非彈性工作階段，σcr明顯降低，在梁整體穩(wěn)定計算中，此時應(yīng)對整體穩(wěn)定系數(shù)進 行彈塑性修正， 即：,焊接H型鋼

38、的殘余應(yīng)力,3.增強梁整體穩(wěn)定的措施 提高梁整體穩(wěn)定承載力的關(guān)鍵是增強梁的抗側(cè)移及扭轉(zhuǎn)剛度，當(dāng)滿足一定條件時，就可以保證在梁強度破壞之前不會發(fā)生梁的整體失穩(wěn)。 （1）密鋪剛性鋪板，并與梁受壓翼緣連牢 a. 現(xiàn)澆鋼筋混凝土板； b. 預(yù)制鋼筋混凝土板，需有四角預(yù)埋件與鋼梁焊接； c. 壓型鋼板有一定數(shù)量的抗剪件； d. 鋼板應(yīng)采用間斷焊縫或栓釘焊于鋼梁翼緣。,（2）

39、設(shè)置梁的側(cè)向支撐 側(cè)向支撐作用是為梁提供側(cè)向支點，減小梁受壓翼緣的自由長度l1，減小側(cè)向計算長度，故要求側(cè)向支撐應(yīng)可靠，能有效地承受梁側(cè)彎產(chǎn)生的側(cè)向力（實際為彎曲剪力）。 （3）夾支支座 梁為側(cè)向彎曲扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)，所以支座處應(yīng)采取措施限制梁的扭轉(zhuǎn)。,4.3 梁的局部穩(wěn)定,同軸壓構(gòu)件一樣，為提高梁的剛度與強度及整體穩(wěn)定承載力，應(yīng)遵循“肢寬壁薄”的設(shè)計原則，從而引發(fā)板件的局部穩(wěn)定承載力問題。,1. 受壓翼緣板

40、的局部穩(wěn)定 可視為單向均勻受壓板,根據(jù)彈性穩(wěn)定理論，矩形彈性薄板在周邊應(yīng)力作用下的臨界條件可用下式表達： 式中 ?——嵌固系數(shù)，其值取決于梁翼緣對腹板的 嵌固程度。當(dāng)梁翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束時，翼緣對腹板的嵌固程度較強，可取?=1.66；當(dāng)梁翼緣扭轉(zhuǎn)未受約束時，翼緣對腹板的嵌固程度較弱，可取?=1.23。 k——板的

41、屈曲系數(shù)，與板邊的支承條件及板的受力情況（受壓、受彎或受剪）有關(guān)。,,采用限制寬厚比的方法（等強原則） （1）受壓翼緣板的懸伸部分：,按彈性設(shè)計時可放寬，此時γx=1.0,（2）箱形梁翼緣板在兩腹板之間的部分：,2. 梁腹板局部穩(wěn)定的設(shè)計計算 新規(guī)范規(guī)定，對承受靜力荷載和間接承受動力荷載的組合梁宜考慮腹板屈曲后強度，計算腹板的抗彎和抗剪承載力。對直接承受動力荷載的吊車梁及類似構(gòu)件或其它不考慮屈曲后強度的組合梁

42、腹板的局部穩(wěn)定，則通常采用設(shè)置加勁肋的辦法來保證。 88規(guī)范以薄板彈性穩(wěn)定臨界力為基礎(chǔ)，推出了梁加勁肋間距的近似計算 公式。,梁腹板在各種應(yīng)力單獨作用下發(fā)生局部失穩(wěn)時的臨界應(yīng)力統(tǒng)一用下式表達：,彎曲應(yīng)力,剪應(yīng)力,局部承壓應(yīng)力,（1）上式為完全彈性的計算式，各種應(yīng)力單獨作用下的單項臨界應(yīng)力?cr、?cr、?c,cr 原88規(guī)范只有一個值，由以上彈性公式推出，為完全彈性的臨界條件，實際應(yīng)用時須進行彈塑性修正。新規(guī)范將臨

43、界應(yīng)力用三段式表示，其中c式為完全彈性的臨界應(yīng)力，與88規(guī)范的規(guī)定相當(dāng)；a式的臨界應(yīng)力等于強度設(shè)計值f，即塑性階段；b式則為彈性到屈服之間的過渡，即彈塑性階段的臨界應(yīng)力計算式。,例如計算腹板抗剪臨界應(yīng)力?cr為4.3.3-3a、b、c三個公式，公式采用了國際通行的表達方式，采用通用高厚比 作為參數(shù)，即當(dāng) (a)當(dāng)

44、 (b)當(dāng) 彈性范圍 ， 為鋼材抗剪屈服強度，等于 ，用設(shè)計值表達： (c),根據(jù)彈性穩(wěn)定求得的臨界應(yīng)力 ，可求得 :當(dāng)a/ho?1.0時,當(dāng)a/ho>1.0時, 彎曲正應(yīng)力作用下的臨界應(yīng)力?cr和局部壓應(yīng)力作用下

45、的臨界應(yīng)力?c,cr與?cr類似。,（2）各種應(yīng)力共同作用下的計算式，新舊規(guī)范有較大區(qū)別，例如僅設(shè)有橫向加勁肋時： 舊規(guī)范,新規(guī)范 舊規(guī)范計算式中，分母?cr、?c,cr、?cr均可超過屈服強度，假定鋼材是無限彈性，加勁肋的間距由構(gòu)造要求控制，不適用于彈塑性修正后的臨界應(yīng)力。,4.4 組合梁腹板考慮屈曲后強度的設(shè)計,腹板在彈性屈曲后，尚有較大潛力，稱為“屈曲后強度”。近數(shù)十年來國內(nèi)外對腹板屈曲后強度進行了大量研究，

46、很多國家在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范條文中也都建議可利用腹板屈曲后強度，即使在梁腹板的高厚比達到300左右時，也僅僅設(shè)置橫向加勁肋。 （1）條款不適用于吊車梁，因有關(guān)資料不充分。如果腹板反復(fù)屈曲，可能會促使疲勞裂紋的開展，縮短梁的疲勞壽命，而且動力作用會使薄腹板產(chǎn)生振動，所以不宜考慮腹板的屈曲后強度。,（2）梁腹板受剪屈曲后的強度計算利用了張力場概念，其基本假定是： ① 腹板剪切屈曲后將因薄膜應(yīng)力而形成拉力場，腹板中的剪力，一部分由小撓

47、度理論算出的抗剪力承擔(dān)，另一部分由斜張力場作用(薄膜效應(yīng))承擔(dān)； ② 翼緣的彎曲剛度小，假定不能承擔(dān)腹板斜張力場產(chǎn)生的垂直分力的作用。,（3）利用腹板屈曲后強度，即使h0/tw很大，一般也不再考慮設(shè)置縱向加勁肋。而且只要腹板的抗剪承載力不低于梁的實際最大剪力，可只設(shè)支承加勁肋，而不設(shè)置中間橫向加勁肋。 （4）利用腹板屈曲后強度后，梁的抗彎承載力有所降低，但降低不多，對Q235鋼的梁來說，當(dāng)h0/tw=200（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束

48、）或h0/tw=175（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束），抗彎承載力只下降5%以內(nèi)。,（5）規(guī)范提出的計算公式與歐洲規(guī)范EC3相同，即基本計算式： (a)當(dāng)M/Mf ?1.0時, V?Vu (b)當(dāng)V/Vu?0.5時, M?Meu

49、 (c)式中 M、V—所計算區(qū)格內(nèi)同一截面處梁的彎矩 和剪力設(shè)計值。由于是強度計算，不 能像計算腹板穩(wěn)定那樣，取為區(qū)格內(nèi) 的平均值；,Mf —梁兩翼緣所承擔(dān)的彎矩設(shè)計值，對雙軸對稱 截面梁Mf=Af·h1·f（Af為一個翼緣截面積；h1為 兩翼緣軸線間距

50、離），規(guī)范的Mf計算式是考 慮兩翼緣截面不等的情況；Vu、Meu—梁腹板屈曲后的抗剪和抗彎承載力設(shè)計值。 ① 腹板屈曲后的抗剪承載力Vu，應(yīng)為屈曲剪力與張力場剪力之和，用下列公式計算：,當(dāng)λs?0.8時 Vu=hotwfv (a)當(dāng)0.81.2時： Vu=hotwfv/λs1.2 (c)式中 λs——用于抗剪計算

51、的腹板通用高厚比。,② 腹板屈曲后的抗彎承載力Meu 腹板屈曲后考慮張力場的作用，抗剪承載力有所提高。但彎矩作用下腹板受壓區(qū)屈曲后，梁的抗彎承載力有所下降，我國規(guī)范采用有效截面的概念來計算梁的抗彎承載力。,梁截面慣性矩為（忽略孔洞繞自身軸的慣性矩）：梁截面模量折減系數(shù)為： 上式按雙軸對稱截面塑性發(fā)展系數(shù)?x=1.0得出，是偏安全的近似公式，可用于?x=1.05和單軸對稱截面。 因而，梁的抗彎承載力設(shè)計值為：,有效高度系數(shù)

52、?，與計算局部穩(wěn)定中臨界應(yīng)力一樣以通用高厚比 作為參數(shù)，也分為三個階段，分界點也與計算 相同，即當(dāng) 時， (a)當(dāng) (b)當(dāng)

53、 (c),考慮腹板屈曲后強度的加勁肋設(shè)計 梁腹板利用屈曲后強度，當(dāng)有跨間集中荷載作用時，其中間加勁肋除承受集中荷載外，還承受張力場產(chǎn)生的壓力。其加勁肋設(shè)計應(yīng)注意： （1）只設(shè)橫向加勁肋（支承加勁肋和剪力較大區(qū)的中間橫向加勁肋），但不允許在腹板單側(cè)設(shè)置。,張力場對橫向加勁肋的作用有豎向和水平兩個分力，對中間橫向加

54、勁肋所受軸心壓力規(guī)定為：Ｎs=Vu-hotw?cr+F 式中，Vu為腹板屈曲后的抗剪承載力；?cr為臨界剪應(yīng)力；F為承受的集中荷載。上式比理論值偏大，以考慮張力場張力的水平分力的不利影響。 （2）梁的支座加勁肋除承受支座反力外，還承受張力場斜拉力中的水平分力Ht，梁端構(gòu)造有兩個方案可供選擇：,方案一：增加抗彎能力，在梁外端加設(shè)封頭板。采用下列方法之一進行計算：① 將封頭板與支座加勁肋之間視為豎向壓彎構(gòu)件，簡支于梁上下翼緣，

55、計算其強度和穩(wěn)定； ② 支座加勁肋按承受支座反力R 的軸心壓桿計算，封頭板截面積則不小于Ac=3h0Ht/(16ef )。,方案二：縮小支座加勁肋和第一道中間加勁肋的距離a1，使a1范圍內(nèi)的 ，此種情況的支座加勁肋就不會受到Ht的作用。這種對端節(jié)間不利用腹板屈曲后強度的辦法，為世界少數(shù)國家（如美國）所采用。規(guī)范條文中只有方案一。,第５章 軸心受力構(gòu)件和拉彎、壓彎構(gòu)件的計算,,5.1 軸

56、心受拉和軸心受壓構(gòu)件,1. 軸心受力構(gòu)件的強度 以截面的平均應(yīng)力達到鋼材的屈服應(yīng)力為極限,,2. 軸心壓桿的整體穩(wěn)定 實腹式軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性應(yīng)按下式計算: ≤f 式中 ?為整體穩(wěn)定系數(shù)，實質(zhì)是臨界應(yīng)力與屈服點的比值。柱的臨界應(yīng)力與截面形狀、力作用方向等有關(guān)，原規(guī)范分為3條曲線，即a、b、c，將t ?40mm的軸壓構(gòu)

57、件穩(wěn)定歸入c曲線，沒有考慮厚度方向殘余應(yīng)力的影響。,,,（1）新規(guī)范現(xiàn)對t ?40mm的軸壓構(gòu)件作了專門規(guī)定。同時補充了d 類截面曲線的值（d曲線）。實際上t? 40mm的軸壓構(gòu)件，視截面形式和屈曲方向，分別應(yīng)歸入b、c、d 三條曲線。 （2）軸心受壓構(gòu)件的失穩(wěn)有三種形式：彎曲失穩(wěn)、彎扭失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。,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。新規(guī)范對截面類別的劃分只考慮截面形式

58、和殘余應(yīng)力的影響，按彈性方法將彎扭屈曲用換算長細(xì)比換算為彎曲屈曲。根據(jù)彈性穩(wěn)定理論，換算長細(xì)比為：式中 ?z——扭轉(zhuǎn)屈曲的長細(xì)比；,——對剪心的極回轉(zhuǎn)半徑； eo——剪心至形心距離。 為簡化計算，對鋼桁架結(jié)構(gòu)中常用的單角鋼和雙角鋼Ｔ形截面，規(guī)范建議了?yz的近似計算式。,,例: 等邊雙角鋼截面 當(dāng)b/t≤0.58loy/b時，彎曲屈曲控制 ?yz=?y ( 1+ 當(dāng)b/t?0.58loy

59、/b時，扭轉(zhuǎn)屈曲控制 ?yz= 3.9 (1+,3. 格構(gòu)式軸心壓桿繞虛軸的整體穩(wěn)定 由于剪力引起的附加變形較大，不能忽略。為簡化計，繞虛軸的穩(wěn)定計算采用換算長細(xì)比，以考慮剪切變形的影響。,,綴條柱,綴板柱,綴條柱的剪切變形,綴板柱的剪切變形,換算長細(xì)比的推導(dǎo)按綴條柱與綴板柱的剪切變形分別考慮。,4. 格構(gòu)式軸心壓桿的綴材設(shè)計 格構(gòu)式軸心壓桿的綴材承受截面的剪力，此剪

60、力近似取為沿桿長均勻分布： 5. 用填板相連的組合壓桿 桁架腹桿常用雙角鋼或雙槽 鋼，兩肢間用填板連接，若按實 腹式計算，填板間距離須滿足一定的要求。,,,6.減小受壓構(gòu)件自由長度的支撐力,用作減小軸心受壓構(gòu)件自由長度的支撐承受柱屈曲時產(chǎn)生的支撐力。,,減小受壓構(gòu)件自由長度的支撐力原88規(guī)范取用壓桿的偶然剪力，現(xiàn)改為：（1）單根柱柱高中點有一道支撐 F

61、b1=N/60支撐不在柱中央（距柱端 l） 有m道支撐,（2）支撐多根柱時支撐力 式中，n為被撐柱根數(shù)。一般不宜多于8根。 以上公式來源于軸心受力桿件的理論推導(dǎo)，當(dāng)支撐同時承擔(dān)其他作用時，其軸力不與支撐力疊加。同時以前對支撐一般按容許長細(xì)比控制截面，不計算承載力?，F(xiàn)在對支承多根柱的支撐應(yīng)注意計算其承載力。,5.2 拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件,1. 拉彎、壓彎構(gòu)件的強度計算

62、 我國規(guī)范考慮構(gòu)件截面部分進入塑性（塑性發(fā)展深度為截面高度的1/8）得到上式。新規(guī)范將塑性發(fā)展系數(shù)取?x=?y=1.0的條件由“直接承受動力荷載”改為“需要計算疲勞”的拉彎、壓彎構(gòu)件。,,,2.壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定計算 我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》采用CDC法計算出壓彎構(gòu)件在等端彎矩作用下的極限荷載（壓潰荷載），此極限荷載曲線是P、M以及?的函數(shù)，為簡化計算，借用了彈性壓彎構(gòu)件相關(guān)公式的形式，擬合出設(shè)計計

63、算式。其余荷載作用情況用等效彎矩系數(shù)?m進行修正。,,,,（1）NEx為歐拉臨界力，NEx應(yīng)除以抗力分項系數(shù)?R，注明N?Ex為參數(shù)，其值為NEx/?R＝NEx/1.1。 （2） ?mx(或?tx)為等效彎矩系數(shù)，實質(zhì)為其他荷載作用時的臨界彎矩與均勻彎矩作用臨界彎矩的比值。,計算式：,3. 彎矩作用平面外的穩(wěn)定計算 （1） 為調(diào)整系數(shù)，箱形截面 =0.7，其它截面 =1.0，以避免取箱形截面

64、 的概念不清現(xiàn)象。 （4）規(guī)范規(guī)定上式中的 “按5.1.2條確定”，即表示彎矩作用于對稱軸平面的單軸對稱截面， 應(yīng)按考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的換算長細(xì)比 確定。,,計算長度的概念來源于兩端鉸接柱的歐拉臨界力公式： 的實質(zhì)為桿件失穩(wěn)時彎矩為零點（即曲率為零的反彎點）之間的距離。實際上相當(dāng)于相鄰兩反彎點處切出的脫離體（相當(dāng)于歐拉柱）的長度，即一個正弦曲線的半波。,,,,5.3

65、構(gòu)件的計算長度和容許長細(xì)比,1. 桁架桿件的計算長度 一般中間腹桿： 桁架平面外 lo=l； 桁架平面內(nèi) lo= 0.8l（考慮上下弦桿的約束）上下弦桿 桁架平面內(nèi) lo=l 桁架平面外 支承點間距離 端斜桿、端豎桿 桁架平面內(nèi) lo=l 桁架平面外

66、 lo=l,,2. 框架柱的計算長度 實際工程中的壓彎桿件都是框架或排架結(jié)構(gòu)中的一個單元，失穩(wěn)時不可避免地會受到與其兩端相連的其他構(gòu)件的約束，同時還受到相鄰構(gòu)件剛度即受力的影響，計算其整體穩(wěn)定承載力，必須對框架結(jié)構(gòu)進行整體分析。 88規(guī)范在確定框架柱在框架平面內(nèi)的計算長度時將框架結(jié)構(gòu)分為兩種情況： （1）無側(cè)移失穩(wěn) —對稱失穩(wěn)； （2）有側(cè)移失穩(wěn)

67、 —反對稱失穩(wěn)。,,新規(guī)范分為兩大類：（1）無支撐純框架；（2）有支撐框架。其中有支撐框架根據(jù)支撐結(jié)構(gòu)（支撐桁架、剪力墻等）的側(cè)移剛度又分為強支撐框架和弱支撐框架。（1）無支撐純框架① 當(dāng)按一階彈性分析計算內(nèi)力時，計算長度系數(shù) ，用有側(cè)移框架柱的表查得；② 因為框架有側(cè)移失穩(wěn)是二階效應(yīng)中的豎向荷載 效應(yīng)造成的，采用二階彈性分析時，此效應(yīng)已在內(nèi)力分析中計入，故框架柱的計算長度系

68、數(shù)取μ=1.0。,（2）有支撐框架① 強支撐框架——支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度滿足式中 Sb——產(chǎn)生單位側(cè)傾角的水平力； ——層間所有柱用無側(cè)移框架柱 和有側(cè)移框架柱計算長度算 得的軸壓桿穩(wěn)定承載力之和。,② 弱支撐框架（當(dāng)Sb不滿足上

69、式時），此時柱的穩(wěn)定系數(shù)為式中 、 ——按無側(cè)移和有側(cè)移框架柱算得的 穩(wěn)定系數(shù)。,3.附有搖擺柱的框架 考慮有搖擺柱時，框架柱 值應(yīng)乘以增大系數(shù)。 ? =式中 ——各框架柱軸心壓力設(shè)計值與