钢结构设计规范概要.docx
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钢结构设计规范概要
钢结构设计规范
GBJ17-88
第1章
总则
第2章
材料
第3章
基本设计规定
3.1
设计原则
3.2
设计指标
3.3
结构变形的规定
第4章
受弯构件的计算
4.1
强度
4.2
整体稳定
4.3
局部稳定
第5章
轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算
5.1
轴心受力构件
5.2
拉弯构件和压弯构件
5.3
构件的计算长度和容许长细比
5.4
受压构件的局部稳定
第6章
疲劳计算
6.1
一般规定
6.2
疲劳计算
第7章
连接计算
7.1
焊缝连接
7.2
螺栓连接和铆钉连接
7.3
组合工字梁翼缘连接
7.4
支座
第8章
构造要求
8.1
一般规定
8.2
焊缝连接
8.3
螺栓连接和铆钉连接
8.4
结构构件
8.5
对吊车梁转吊车桁架(或类似的梁和桁架)的要求
8.6
制作、运输和安装
8.7
防锈和隔热
第9章
塑性设计
9.1
一般规定
9.2
构件的计算
9.3
容许长细比和构造要求
第10章
钢管结构
第11章
圆钢、小角钢的轻型钢结构
第12章
钢与混凝土组合梁
12.1
一般规定
12.2
截面和连接件的计算
12.3
构造要求
附录一
梁的整体稳定系数
附录二
梁腹板局部稳定的计算
附录三
轴心受压构件的稳定系数
附录四
柱的计算长度系数
附录五
疲劳计算的构件和连接分类
附录六
螺栓的有效面积
附录七
非法定计量单位与法定计量单位的换算关系
第1章 总则
第1.0.1条 为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策,做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量,特制定本规范。
第1.0.2条 本规范适用于工业与民用房屋和一般构筑物的钢结构设计。
第1.0.3条 本规范的设计原则是根据《建筑结构设计统一标准》(GBJ68-84)制订的。
第1.0.4条 设计钢结构时,应从工程实际情况出发,合理选用材料、结构方案和构造措施,满足结构在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求,宜优先采用定型的和标准化的结构和构件,减少制作、安装工作量,符合防火要求,注意结构的抗腐蚀性能。
第1.0.5条 在钢结构设计图纸和钢材订货文件中,应注明所采用的钢号(对普通碳素钢尚应包括钢类、炉种、脱氧程度等)、连接材料的型号(或钢号)和对钢材所要求的机械性能和化学成分的附加保证项目。
此外,在钢结构设计图纸中还应注明所要求的焊缝质量级别(焊缝质量级别的检验标准应符合国家现行《钢结构工程施工及验收规范》)。
第1.0.6条 对有特殊设计要求和在特殊情况下的钢结构设计,尚应符合国家现行有关规范的要求。
第2章 材料
第2.0.1条 承重结构的钢材,应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作温度等不同情况选择其钢号和材质。
承重结构的钢材宜采用平炉或氧气转炉3号钢(沸腾钢或镇静钢)、16Mn钢、16Mnq钢、15Mnv钢或15MnVq钢,其质量应分别符合现行标准《普通碳素结构钢技术条件》、《低合金结构钢技术条件》和《桥梁用碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件》的规定。
第2.0.2条 下列情况的承重结构不宜采用3号沸腾钢:
一、焊接结构:
重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构,冬季计算温度等于或低于-20℃时的轻、中级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构,以及冬季计算温度等于或低于-30℃时的其它承重结构。
二、非焊接结构:
冬季计算温度等于或低于-20℃时的重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构。
注:
冬季计算温度应按国家现行《采暖通风和空气调节设计规范》中规定的冬季空气调节室外计算温度确定,对采暖房屋内的结构可按该规定值提高10℃采用。
第2.0.3条 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度(或屈服点)和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。
承重结构的钢材,必要时尚应具有冷弯试验的合格保证。
对于重级工作制和吊车起重量等于或大于50t的中级工作制焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材,应具有常温冲击韧性的合格保证。
但当冬季计算温度等于或低于-20℃时,对于3号钢尚应具有-20℃冲击韧性的合格保证;对于16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢尚应具有-40℃冲击韧性的合格保证。
对于重级工作制的非焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材,必要时亦应具有冲击韧性的合格保证。
第2.0.4条 钢铸件应采用现行标准《一般工程用铸造碳钢》中规定的ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500或ZG310-570号钢。
第2.0.5条 钢结构的连接材料应符合下列要求:
一、手工焊接采用的焊条,应符合现行标准《碳钢焊条》或《低合金钢焊条》的规定。
选择的焊条型号应与主体金属强度相适应。
对重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构,宜采用低氢型焊条。
二、自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和焊剂,应与主体金属强度相适应。
焊丝应符合现行标准《焊接用钢丝》的规定。
三、普通螺栓可采用现行标准《普通碳素结构钢技术条件》中规定的3号钢制成。
四、高强度螺栓应符合现行标准《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈型式尺寸与技术条件》或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副型式尺寸与技术条件》的规定。
五、铆钉应采用现行标准《普通碳素钢铆螺用热轧圆钢技术条件》中规定的ML2或ML3号钢制成。
六、锚栓可采用现行标准《普通碳素结构钢技术条件》中规定的3号钢或《低合金结构钢技术条件》中规定的16Mn钢制成。
3.1 设计原则
第3.1.1条 本规范除疲劳计算外,采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,用分项系数的设计表达式进行计算。
第3.1.2条 结构的极限状态系指结构或构件能满足设计规定的某一功能要求的临界状态,超过这一状态结构或构件便不再能满足设计要求。
承重结构应按下列承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计:
一、承载能力极限状态为结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形时的极限状态;
二、正常使用极限状态为结构或构件达到正常使用的某项规定限值时的极限状态。
第3.1.3条 设计钢结构时,应根据结构破坏可能产生的后果,采用不同的安全等级。
一般工业与民用建筑钢结构的安全等级可取为二级,特殊建筑钢结构的安全等级可根据具体情况另行确定。
第3.1.4条 按承载能力极限状态设计钢结构时,应考虑荷载效应的基本组合,必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。
按正常使用极限状态设计钢结构时,除钢与混凝土组合梁外,应只考虑荷载短期效应组合。
第3.1.5条 计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时,应采用荷载设计值(荷载标准值乘以荷载分项系数);计算疲劳和正常使用极限状态的变形时,应采用荷载标准值。
第3.1.6条 对于直接承受动力荷载的结构:
在计算强度和稳定性时,动力荷载设计值应乘动力系数;在计算疲劳和变形时,动力荷载标准值不应乘动力系数。
计算吊车梁或吊车桁架及其制动结构的疲劳时,吊车荷载应按作用在跨间内起重量最大的一台吊车确定。
第3.1.7条 设计钢结构时,荷载的标准值、荷载分项系数、荷载组合系数、动力荷载的动力系数以及按结构安全等级确定的重要性系数,应按《建筑结构荷载规范》(GBJ9-87)的规定采用。
第3.1.8条 计算重级工作制吊车梁(或吊车桁架)及其制动结构的强度和稳定性以及连接的强度时,吊车的横向水平荷载应乘以表3.1.8的增大系数。
吊车横向水平荷载的增大系数
表3.1.8
吊车类别
吊车起重量
(t)
计算吊车梁(或吊车
桁架)、制动结构的
强度和稳定性
计算吊车梁(或吊车桁
架)、制动结构、柱相互
间的连接强度
软钩吊车
5~20
2.0
4.0
30~275
1.5
3.0
≥300
1.3
2.6
硬
钩
吊
车
夹钳或刚性
料耙吊车
-
3.0
6.0
其它硬钩吊车
1.5
3.0
第3.1.9条 计算平炉、电炉、转炉车间或其它类似车间的工作平台结构时,由检修材料所产生的荷载,可乘以下列折减系数:
主梁0.85柱(包括基础)0.75
3.2 设计指标
第3.2.1条 钢材的强度设计值(材料强度的标准值除以抗力分项系数),应根据钢材厚度或直径(对3号钢按表3.2.1-1的分组)按表3.2.1-2采用。
钢铸件的强度设计值应按表3.2.1-3采用。
连接的强度设计值应按表3.2.1-4至表3.2.1-6采用。
3号钢钢材分组尺寸(mm)
表3.2.1-1
组别
圆钢、方钢和
扁钢的直径或厚度
角钢、工字钢和
槽钢的厚度
钢板的厚度
第1组
≤40
≤15
≤20
第2组
>40~100
>15~20
>20~40
第3组
>20
>40~50
注:
注:
工字钢和槽钢的厚度系指腹板的厚度。
钢材的强度设计值(N/mm2)
表3.2.1-2
钢材
抗拉、抗
压和抗弯
f
抗剪
fv
端面承压
(刨平顶紧)
fce
钢号
组别
厚度或直
径(mm)
3号钢
第1组
-
215
125
320
第2组
-
200
115
320
第3组
-
190
110
320
16Mn钢、
16Mnq钢
-
≤16
315
185
445
-
17~25
300
175
425
-
26~36
290
170
410
15MnV钢、
15MnVq钢
-
≤16
350
205
450
-
17~25
335
195
435
-
26~36
320
185
415
注:
注:
3号镇静钢钢材的抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度设计值,可按表中的数值增加5%。
钢铸件的强度设计值(N/mm2)
表3.2.1-3
钢号
抗拉、抗压和抗变
f
抗剪
fv
端面承压(刨平顶紧)
fce
ZG200-400
155
90
260
ZG230-450
180
105
290
ZG270-500
210
120
325
ZG310-570
240
140
370
焊缝的强度设计值(N/mm2)
表3.2.1-4
焊接方法
和焊条型号
构件钢材
对接焊缝
角焊缝
钢号
组别
厚度
或直径
(mm)
抗压
fwc
焊缝质量为下
列级别时,抗
拉和抗弯fwt
抗剪
fwv
抗拉、
抗压和
抗剪
fwt
一级、
二级
三级
自动焊、半自动
焊和43××型焊条
的手工焊
3号钢
第1组
-
215
215
185
125
160
第2组
-
200
200
170
115
160
第3组
-
190
190
160
110
160
自动焊、半自动
焊和E50××型焊
条的手工焊
16Mn钢、
16Mnq钢
-
≤16
315
315
270
185
200
-
17~25
300
300
255
175
200
-
26~36
290
290
245
170
200
自动焊、半自动
焊和E55××型焊
条的手工焊
15MnV钢、
15MnVq钢
-
≤16
350
350
300
205
220
-
17~25
335
335
285
195
220
26~36
320
320
270
185
220
注:
注:
自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂,应保证其熔敷金属抗拉强度不低于相应手工焊焊条的数值。
铆钉连接的强度设计值(N/mm2)
表3.2.1-5
铆钉和构件的钢号
构件钢材
抗拉(铆
钉头
拉脱)
frt
抗剪
frv
承压fte
组别
厚度
(mm)
I类孔
Ⅱ类孔
I类孔
Ⅱ类孔
铆钉
ML2或ML3
-
120
135
155
-
构件
3号钢
第1~3组
-
-
-
445
360
16Mn钢、
16Mnq钢
-
≤16
-
-
610
500
-
17~25
-
-
590
480
-
26~36
-
-
565
460
注:
注:
①孔壁质量属于下列情况者为I类孔;
1)在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔;
2)在单个零件和构件上按设计孔径分别用钻模钻成的孔;
3)在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径,然后在装配好的构件上再扩钻
至设计孔径的孔。
②在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径的孔属于Ⅱ类孔。
螺栓连接的强度设计值(N/mm2)
表3.2.1-6
螺栓的钢号
(或性能等级)
和构件的钢号
构件钢件
普通螺栓
锚栓
承压型高
强度螺栓
C级螺栓
A级、B级螺栓
组别
厚度
(mm)
抗拉
fbt
抗剪
fbv
承压
fbc
抗拉
fbt
抗剪
(I类
孔)
fbv
承压
(I类
孔)
fbc
抗拉
fbt
抗剪
fbv
承压
fbc
普通
螺栓
3号钢
-
170
130
-
170
170
-
-
-
-
锚栓
3号钢
16Mn钢
-
-
-
-
-
-
-
140
-
-
-
-
-
-
-
-
180
-
-
承压型
高强度
螺栓
8.8级
10.9级
-
-
-
-
-
-
-
-
250
-
-
-
-
-
-
-
-
310
-
构件
3号钢
第1~
3组
-
-
-
305
-
-
400
-
-
465
16Mn钢、
16Mnq钢
-
≤16
-
-
420
-
-
550
-
-
640
-
17~25
-
-
400
-
-
530
-
-
615
-
26~36
-
-
385
-
-
510
-
-
590
15MnV钢
15MnVq钢
-
≤16
-
-
435
-
-
570
-
-
665
-
17~25
-
-
420
-
-
550
-
-
640
-
26~36
-
-
400
-
-
530
-
-
615
注:
孔壁质量属于下列情况者为I类孔:
1)在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔;
2)在单个零件和构件上按设计孔径分别用钻模钻成的孔;
3)在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径,然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径的孔。
第3.2.2条 计算下列情况的结构构件或连接时,第3.2.1条规定的强度设计值应乘以相应的折减系数:
一、单面连接的单角钢
1.按轴心受力计算强度和连接0.85;
2.按轴心受压计算稳定性
等边角钢0.6+0.0015λ,但不大于1.0;
短边相连的不等边角钢0.5+0.0025λ,但不大于1.0;
长边相连的不等边角钢0.70;
λ为长细比,对中间无连系的单角钢压杆,应按最小回转半径计算,当λ<20时,取λ=20;
二、施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接0.90;
三、沉头和半沉头铆钉连接0.80。
注:
当几种情况同时存在时,其折减系数应连乘。
第3.2.3条 钢材和钢铸件的物理性能指标应按表3.2.3采用。
钢材和钢铸件的物理性能指标
表3.2.3
弹性模量E
(N/mm2)
剪变模量G
(N/mm2)
线胀系数α
(以每℃计)
质量密度p
(kg/m3)
206×103
79×103
12×10-6
7850
3.3 结构变形的规定
第3.3.1条 计算钢结构变形时,可不考虑螺栓(或铆钉)孔引起的截面削弱。
第3.3.2条 受弯构件的挠度不应超过表3.3.2中所列的容许值。
受弯构件的容许挠度
表3.3.2
项次
构件类别
容许挠度
1
吊车梁和吊车桁架
(1)手动吊和单梁吊车(包括悬挂吊车)
(2)轻级工作制和起重量Q<50t的中级工作制桥式吊车
(3)重级工作制和起重量Q≥50t的中级工作制桥式吊车
l/500
l/600
l/750
2
设有悬挂电动梁式吊车的屋面梁或屋架(仅用可变荷载计算)
l/400
3
手动或电动葫芦的轨道梁
l/400
4
有重轨(重量等于或大于38kg/m)轨道的工作平台梁
有轻轨(重量等于或小于24kg/m)轨道的工作平台梁
l/600
l/400
5
楼盖和工作平台梁(第4项除外)、平台板
(1)主梁(包括设有悬挂起重设备的梁)
(2)抹灰顶棚的梁(仅用可变荷载计算)
(3)除
(1)、
(2)款外的其它梁(包括楼梯梁)
(4)平台板
l/400
l/350
l/250
l/150
6
屋盖檩条
(1)无积灰的瓦楞铁和石棉瓦屋面
(2)压型钢板、有积灰的瓦楞铁和石棉瓦等屋面
(3)其它屋面
l/150
l/200
l/200
7
墙架构件
(1)支柱
(2)抗风桁架(作为连续支柱的支承时)
(3)砌体墙的横梁(水平方向)
(4)压型钢板、瓦楞铁和石棉瓦墙面的横梁(水平方向)
(5)带有玻璃窗的横梁(竖直和水平方向)
l/400
l/1000
l/300
l/200
l/200
注:
l为受弯构件的跨度(对悬臂梁和伸臂梁为悬伸长度的2倍)。
第3.3.3条 多层框架结构在风荷载作用下的顶点水平位移与总高度之比值不宜大于1/500,层间相对位移与层高之比值不宜大于1/400。
注:
对室内装修要求较高的民用建筑多层框架结构,层间相对位移与层高之比值宜适当减小。
无隔墙的多层框架结构,层间相对位移可不受限制。
第3.3.4条 在设有重级工作制吊车的厂房中,跨间每侧吊车梁或吊车桁架的制动结构,由一台最大吊车横向水平荷载所产生的挠度不宜超过制动结构跨度的1/2200。
第3.3.5条 设有重级工作制吊车的厂房柱和设有中、重级工作制吊车的露天栈桥柱,在吊车梁或吊车桁架的顶面标高处,由一台最大吊车水平荷载所产生的计算变形值,不应超过表3.3.5中所列的容许值。
柱的容许计算变形
表3.3.5
项次
变形的种类
按平面结构
图形计算
按空间结构
图形计算
1
厂房柱的横向变形
HT/1250
HT/2000
2
露天栈桥柱的横向变形
HT/2500
-
3
厂房和露天栈桥柱的纵向变形
HT/4000
-
注:
①HT为柱脚底面至吊车梁或吊车桁架顶面的高度。
②计算厂房或露天栈桥柱的纵向变形时,可假定吊车纵向水平荷载分配在温度区段内所有柱间支撑或纵向框架上。
③在设有夹钳吊车或刚性料耙吊车的厂房中,厂房柱的容许计算变形值应减小10%。
4.1 强度
第4.1.1条 在主平面内受弯的实腹构件,其抗弯强度应按下列规定计算:
一、承受静力荷载或间接承受动力荷载时,
Mx/γxWnx+My/γyWny≤f
(4.1.1)
式中
Mx、My---绕x轴和y轴的弯矩(对工字形截面:
x轴为强轴,y轴为弱轴);
Wnx、Wny---对x轴和y轴的净截面抵抗矩;
γx、γy---截面塑性发展系数:
对工字形截面,γx=1.05,γy=1.20;对箱形截面,γx=γy=1.05;对其它截面,可按表5.2.1采用;
f---钢材的抗弯强度设计值。
当梁受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于13√235/fy而不超过第4.3.9条的规定时,应取γx=1.0ofy为钢材屈服强度(或屈服点):
对3号钢,取fy=235N/mm2;对16Mn钢、16Mnq钢,取fy=345N/mm2;对15MnV钢、15MnVq钢,取fy=390N/mm2。
二、直接承受动力荷载时,仍按公式(4.1.1)计算,但应取γx=γy=1.0。
第4.1.2条 在主平面内受弯的实腹构件,其抗剪强度应按下式计算:
τ=VS/Itw≤fv
(4.1.2)
式中
V---计算截面沿腹板平面作用的剪力;
S---计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩;
I---毛截面惯性矩;
tw---腹板厚度;
fv---钢材的抗剪强度设计值。
第4.1.3条 当梁上翼缘受有沿腹板平面作用的集中荷载、且该荷载处又未设置支承加劲肋时,腹板计算高度上边缘的局部承压强度应按下式计算:
σc=ΨF/twιz≤f
式中
F---集中荷载,对动力荷载应考虑动力系数;
Ψ---集中荷载增大系数:
对重级工作制吊车梁,Ψ=1.35;对其它梁,Ψ=1.0;
ιz---集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度,按下式计算:
ιz=α+2hy
(4.1.3-2)
α---集中荷载沿梁跨度方向的支承长度,对吊车梁可取为50mm;
hy---自吊车梁轨顶或其它梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离。
在梁的支座处,当不设置支承加劲肋时,也应按公式(4.1.3-1)计算腹板计算高度下边缘的局部压应力。
但Ψ取1.0。
支座集中反力的假定分布长度,应根据支座具体尺寸可按公式(4.1.3-2)计算。
注:
腹板的计算高度ho:
对轧制型钢梁,为腹板与上、下翼缘相接处两内弧起点间的距离;对焊接组合梁,为腹板高度;对铆接(或高强度螺栓连接)组合梁,为上、下翼缘与腹板连按的铆钉(或高强度螺栓)线间最近距离(见图4.3.1)。
第4.1.4条 在组合梁的腹板计算高度边缘处,若同时受有较大的正应力、剪应力和局部压应力,或同时受有较大的正应力和剪应力(如连续梁支座处或梁的翼缘截面改变处等),其折算应力应按下式计算:
√σ2+σ2c-σσc+3τ2≤β1f
(4.1.4-1)
式中
σ、τ、σc---腹板计算高度边缘同一点上同时产生的正应力、剪应力和局
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