1、鋼結構設計規(guī)范（GB50017)與冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范（GB50018)修訂的內容評述主要內容 1. 關于建筑結構用鋼 2. 關于基本設計原則 3. 關于基本構件設計 4. 關于連接、節(jié)點和構造 5. 關于用鋼量指標 6. 應進一步研究的問題1 關于建筑結構用鋼1.1 “普鋼”規(guī)范的主要變動（1）增加了Q420級鋼，鋼材的強度等級界于美國和歐 洲規(guī)范之間，如下表所示： 國內外主要建筑用鋼對照表 牌 號 材 質 Fy（N/2） Fu（N/2）國別 Q235 碳素結構鋼 235 185 375 460 中國 A36 碳素結構鋼 250 400 550 美國 Fe360 碳素結構鋼 235 21

2、5 360 340 歐洲 A529 碳素結構鋼 290 414 586 美國 Fe430 碳素結構鋼 275 255 430 410 歐洲FeE275 細晶粒結構鋼 275 255 390 370 歐洲 Q345低合金高強度結構鋼345 275470 630中國A242*,A441 A588* 低合金 高強度結構鋼 345 290 480 435 美 國 Fe510熱軋非合金結構鋼355 335510 490歐洲 FeE355熱軋細晶粒結構鋼355 335490 470歐洲 Q390低合金高強度結構鋼390 330490 650中國 A572 Grade 60 鈳-釩低合金 高強度結構鋼 41

3、5 520 美 國 Q420低合金高強度結構鋼420 360520 680中國 A572 Grade 65 鈳-釩低合金 高強度結構鋼 450 550 美 國 A514適于焊接的經調質處理的高強度合金鋼板 690 620 690 895 美 國* 為抗腐蝕鋼（2） 關于鋼材選用 1）強調了防止鋼材脆性破壞問題； 2）補充和完善了需要驗算疲勞的焊接結構的選用原則； 3）補充了受拉或受彎的焊接構件中，當板厚16時， 鋼材應具有常溫沖擊韌性的合格保證； 4）補充了厚度方向性能鋼板的規(guī)定。（3）調整Q345的抗力分項系數為，使設計值降低了1.6%左右。1.2 “薄鋼”規(guī)范的主要變動 （1）將冷彎構件的

4、最大壁厚由6擴大到12.5； （2）采用國家標準，統一了鋼材名稱：Q235、Q345,與歐、美規(guī)范相比，鋼種偏少，強度等級偏低。國外用于冷彎的鋼板屈服強度可達 550 ，具體見下頁表： 鋼 種 等 級 fyb (N/2) fu (N/2) prEN1049: Part 2 S315MC 315 390 S355MC 355 430 S420MC 420 480 S460MC 460 520 S500MC 500 550 S550MC 550 6001.3 國內外規(guī)范有關鋼材板厚方面的規(guī)定比較（板厚對抗脆斷設計影響較大）（1）我國“普鋼”規(guī)范 只在和款有原則的規(guī)定，可操作性不強。 歐洲薄鋼規(guī)范建

5、議的適用于冷彎的高強度鋼 另在款中提出板厚16的焊接鋼構件，在受拉 或受彎時應滿足常溫沖擊功要求。 （2）美國規(guī)范 在重型型材一節(jié)中，提出翼緣板厚44的型材采用全熔透焊縫連接成的構件；或由厚度50板材采用全熔透焊縫焊成的組合截面構件，其鋼材應滿足常溫20(+70)沖 擊功不小于27J(20ftlbs)的要求。（3）歐洲規(guī)范 承受靜力荷載或疲勞荷載(非沖擊荷載)的房屋結構的鋼材 不需要進行抗脆斷檢查的最大厚度如下表所示： 不需驗算脆斷的最大板厚 (） 使用條件 鋼材 等級和質量 0 -10 -20 S1 S2 S1 S2 S1 S2EN10025:Fe360B 150 41 108 30 74

6、22 Fe 360 C 250 110 250 75 187 53 Fe 360 D 250 250 250 212 250 150 Fe 430 B 90 26 63 19 45 14 Fe 430 C 250 63 150 45 123 33 Fe 430 D 250 150 250 127 250 84 Fe 510 B 40 12 29 9 21 6 Fe 510 C 106 29 73 21 52 16 Fe 510 D 250 73 177 52 150 38 Fe 510 DD 250 128 250 85 250 59 i 使用條件 S1 非焊接或只承受壓力的構件 S2 焊接或

7、承受拉力的構件 ii 超過100厚的軋制型鋼，其V型缺口沖擊功應滿足下列要求： 厚度在150之內時，在規(guī)定的試驗溫度下最小值為27J;板厚 在150到250之間時，最小值為23J。 對Fe510DD級鋼,在-20時的最小沖擊功為40J。列入此行的 鋼材假定具有-30不小于27J的相當沖擊功。 （4）舉例比較分析 以工作溫度低于-20需驗算疲勞的Q345級鋼的焊接鋼構件為例： 中國： 不管板厚均選用 Q345D 美國： t44軋制型鋼 Q345B t50焊接組合截面 Q345B 板厚小于上述值時, Q345A 歐洲： t6 時， Q345B 6t16 時， Q345C 16t38 時， Q345

8、D 38t59 時， Q345DD2 關于基本設計原則2.1 “普鋼”規(guī)范的補充（1）框架梁柱節(jié)點的剛接、鉸接和半剛性連接 問題是如何判斷三種連接形式？ 1）歐洲規(guī)范規(guī)定： 當 時，為鉸接； 當 時，為剛接； 當 時，為半剛接； 式中： 為連接的轉動剛度 Ib 被連接梁的慣性矩 Lb 被連接梁的長度2）美國有關資料建議：采用梁線公式(Beam-Line equation)區(qū)分節(jié)點的類型 梁端最終的彎矩和轉角兩端嵌固的梁端彎矩 假定端部有一定約束作用的梁在承受分布荷載作用下最終的變形和端彎矩如上頁圖，則可寫出梁的轉角位移方程如下：由以上兩式可求出 (*) 考慮梁上為對稱橫向荷載作用時， ， ，(

9、*)式變?yōu)椋?,該式稱為梁線方程。 當 時， ,相當于嵌固情況； 當 時， ,相當于鉸接情況。 當 90% 時，為剛接； 當 20% 時，為鉸接； 當 20% 90% 時，為半剛接。 但美國規(guī)范尚沒列入此建議。3）我國尚無具體規(guī)定。彎矩轉角曲線的三種類型（2）關于純框架的近似二階彈性分析 1）“普鋼”規(guī)范的方法 新規(guī)范采用附加水平荷載Hni的方法來考慮結構和構件中的各種缺陷的影響，如下圖：研究表明，框架層數越多，構件缺陷分布的隨機性越大，在同一個方向缺陷疊加的幾率就越小，我國規(guī)范采用下式計算附加水平荷載： （） 式中 Qi 第i 樓層的總重力荷載； ns 框架總層數； y 鋼材強度影響系數，鋼

10、材強度 等級越高，y 越大。 在考慮二階彈性分析時，采用了近似的方法 層間放大法。假定某層的受力特性與其它各層無關；由P 效應引起的柱內附加彎矩，等效于側向力 引起的效應。層的側移剛度可定義為：由上式可解得： 上式表明，某層的最終側移可由一階側移1 乘以一個放大系數求得。由假定可知，該樓層的側移彎矩與該層側向撓度成正比，即上式中 P -彎矩放大系數 M1s 由該層側移引起的最大一階彎矩 對于多層純框架，可采用層間放大法進行二階近似彈性分析如下：上圖為一階彈性分析，框架桿件端彎矩M1為：當采用二階近似彈性分析時，框架桿件端彎矩M2為： （） （） 式中： M1b 假定框架無側移時，按一階彈性分析

11、求得的 桿件端彎矩； M1s 框架各節(jié)點側移時，按一階彈性分析求得的 桿件端彎矩； 考慮二階效應第 i 層桿件的側移彎矩增大系數； 所計算樓層各柱軸壓力設計值之和； 產生層間側移u 的所計算樓層及以上各層水平力 之和，包括考慮缺陷的附加水平荷載在內； 按一階彈性分析求得的所計算樓層的層間側移； h 所計算樓層的高度。 2）歐洲和美國規(guī)范的方法 歐洲規(guī)范5.2.6.2 款中有關側移框架的彈性分析，與我國規(guī)范相似，不同之處是在附加水平荷載中還考慮了同一層中柱子數量的影響。 美國規(guī)范采用下式考慮二階彈性分析： 式中 Mu 考慮二階效應的框架桿件彎矩； Mnt 無側移框架中桿件的一階彎矩； Mlt 側

12、移框架中桿件的一階彎矩； B1 不考慮側移時桿中彎矩增大系數； 或 稱為層間側移彎矩放大系數。 其中 計算樓層所有柱的軸力之和； 計算層的層間側移； 引起 的各樓層水平力之和； L 樓層高度； 計算樓層所有柱的側移失穩(wěn)臨界力之和。 3）當采用二階彈性分析計算的框架內力驗算構件的承載力 時，計算長度系數均應取1。2.2 “薄鋼”規(guī)范的補充 增列了受力蒙皮作用的有關條文。 受力蒙皮作用：因圍護面層在自身平面內的抗剪能力而 加強了結構的整體工作性能的效應。 受力蒙皮作用的條件：圍護面層、可靠的緊固連接件、 周邊構件 受力蒙皮作用的機理如下面兩頁圖所示。3 關于基本構件設計3.1 “普鋼”規(guī)范的主要修

13、訂內容（1）焊接組合鋼梁腹板的局部穩(wěn)定和屈曲后強度 1）承受靜力荷載的組合梁宜考慮腹板屈曲后強度2）腹板局部穩(wěn)定計算公式的調整（2）強調了開口薄壁構件彎扭屈曲的概念 1）增補了單軸對稱截面繞對稱軸發(fā)生彎扭屈曲時的換算長細比yz 的計算方法。 2）給出了由角鋼組成的單軸對稱截面繞對稱軸發(fā)生彎扭屈曲時yz的簡化計算方法。（3）增補了由厚板焊接組成的實腹截面軸壓柱的截面分類及d 曲線。（4）參照歐洲規(guī)范增補了用于減小柱計算長度的支撐受力的 計算方法。（5）完善了框架柱計算長度的計算方法（創(chuàng)新條文） 1）定義了無支撐純框架、強支撐框架和弱支撐框架 對有支撐框架，以側移剛度劃線： 當 （） 時為強支撐（

14、無側移）框架； 當 Sb 不滿足上式時為弱支撐（有側移）框架。 式中 、 分別為層間所有框架用無側移框架和有 側移框架柱計算長度系數算得的軸壓桿穩(wěn)定承載力之和。 2）弱支撐框架柱的軸壓桿的穩(wěn)定系數考慮如下例題： 令 ，有微分方程 解得穩(wěn)定特征方程 可畫出穩(wěn)定特性曲線為可見當 時，相當于懸臂柱 ；當 時，相當于一端嵌固一端鉸支柱 ； 當 時， 。 規(guī)范給出當 Sb 不滿足（）式的要求時，弱支撐框架柱的軸壓桿穩(wěn)定系數近似采用插值法求之： （）式中， 和 分別是框架柱用無側移框架柱和有側移框架柱計算長度系數算得的軸壓桿穩(wěn)定系數。（6）補充了鋼-砼組合梁負彎矩部分的計算。3.2 “薄鋼”規(guī)范的主要修訂

15、內容（1）考慮板組屈曲后性能的有效寬厚比計算方法（創(chuàng)新條文） 1）美國和歐洲規(guī)范的方法 歐美等國的規(guī)范均采用單個板件的折減系數法求板件的有效寬度，不考慮相鄰板件的影響。即 be =b 當 時，=1.0 ； 當 時，=（1.0 - ）/ 。 式中， 為板的相對寬厚比 b 板寬 be 有效寬度 板寬折減系數 K 相應于不同應力分布和側邊支承條件的 單個板的屈曲系數 f 鋼材的強度設計值 E 彈性模量 t 板厚2）我國規(guī)范的方法 舊規(guī)范： 不考慮板組的相互影響； 非加勁板件 和非均勻受力的部分加勁板件 應全截面有效； 只給出加勁板件 和均勻受力的部分加勁 板件的有效寬厚比表格； 將有效寬度平均分布于板件的兩側。 新規(guī)范： 采用計算系數 考慮板組的相互影響， 其中 , K 為單個板受壓穩(wěn)定系數； K1 為板組約束系數，若不考慮相鄰板件的 約束作用時，可取K1=1 ； 為受壓板件邊緣的最大控制應力 。 對加勁板件、部分加勁板件和非加勁板件給出了統一的 有效寬厚比計算公式，由