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1、 铝合金结构设计规范铝合金结构设计规范 Code for design of aluminium structures (征求意见稿)(征求意见稿) 铝合金结构设计规范编制组铝合金结构设计规范编制组 2006 年年 3 月月 24 日日 1 前 言 前 言 根据建设部建标2003102 号文关于印发20022003 年度工程建设国家标准制定、修 订计划的通知要求,由同济大学、现代建筑设计集团上海建筑设计研究院有限公司会同有 关设计、 施工、 材料和科研单位的技术人员组成编制组, 编制了这本 铝合金结构设计规范 。 在编制过程中, 进行了系列的试验研究和理论分析, 调查总结了近年来国内外在铝合金
2、 结构设计和施工方面的实践经验,参考了欧洲、美国和日本的有关设计规范和设计手册,考 虑了我国的现有的技术水平和经济条件,在力争做到技术先进、经济合理、便于实践、与其 他标准协调的基础上,经过反复讨论、修改充实和试设计,编制了本规范(征求意见稿) 。 本规范共有 11 章 3 个附录,主要内容是:材料,基本设计规定,构件的有效截面,受 弯构件的计算,轴心受力构件的计算,拉弯构件和压弯构件的计算,连接计算,构造要求, 铝合金面板。 本规范以黑体字标识的条文为强制性条文,必须严格执行。 本规范由建设部负责管理和对强制性条文的解释, 同济大学和现代建筑设计集团上海建 筑设计研究院有限公司负责具体内容的
3、解释。 在执行本规范过程中, 请各单位结合工程实践 总结经验。对本规范的意见和建议,请寄至同济大学土木工程学院国家标准铝合金结构设 计规范管理组(上海市四平路 1239 号;邮编:200092;传真:021-65980644) 。 本规范主编单位、参编单位和主要起草人: 主编单位:同济大学、现代建筑设计集团上海建筑设计研究院有限公司 参编单位:同济大学建筑设计研究院 上海远大铝业工程有限公司 长江精工钢结构(集团)股份有限公司 上海精锐国际建筑系统有限公司 广东金刚幕墙工程有限公司 上海高新铝质工程股份有限公司 上海亚泽金属屋面装饰工程有限公司 中南建筑集团有限公司装饰幕墙公司 主要起草人:
4、1 目 次 1 总则 .(1) 2 术语和符号.(2) 2.1 术语 (2) 2.2 符号 (3) 3 材料 .(6) 3.1 结构铝 (6) 3.2 连接(6) 3.3 热影响区(6) 4 基本设计规定 .(8) 4.1 设计原则(8) 4.2 荷载和荷载效应计算 (8) 4.3 设计指标 .(9) 4.4 结构或构件变形的规定 (11) 4.5 构件的计算长度和长细比.(11) 5 构件的有效截面.(14) 5.1 一般规定 .(14) 5.2 受压板件的有效厚度 .(14) 5.3 焊接板件的有效厚度 .(17) 5.4 有效截面参数的计算 .(18) 6 受弯构件的计算 .(20) 6
5、.1 强度 .(20) 6.2 整体稳定.(21) 7 轴心受力构件的计算 .(24) 7.1 强度 .(24) 7.2 整体稳定.(24) 8 拉弯构件和压弯构件的计算.(27) 8.1 强度 .(27) 8.2 整体稳定.(27) 9 连接计算.(29) 9.1 紧固件(螺栓、铆钉等)连接(29) 9.2 焊缝连接.(31) 10 构造要求 .(34) 10.1 一般规定 .(34) 10.2 螺栓、铆钉连接构造要求.(34) 10.3 焊缝连接构造要求 .(35) 10.4 防火、隔热.(35) 2 10.5 防腐.(36) 11 铝合金面板 .(37) 11.1 一般规定.(37) 1
6、1.2 强度 .(38) 11.3 稳定.(39) 11.4 组合作用.(41) 11.5 构造要求.(41) 附录 A 结构用铝合金板、带材力学性能表 (43) 附录 B 螺栓、铆钉力学性能表 .(46) 附录 C 轴心受压构件的稳定系数 .(47) 本规范用词说明.(48) 附:条文说明.(49) 1 1 总 则 1.0.1 为在铝合金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。 1.0.2 本规范适用于一般工业与民用建筑和构筑物的铝合金结构。 1.0.3 本规范遵照现行国家标准 建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068 编制, 并符
7、合 建 筑结构荷载规范GB50009、 建筑抗震设计规范GB50011、 中国地震动参数区划图 GB18306 和构筑物抗震设计规范GB50191 的规定。 1.0.4 设计铝合金结构时,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, 满足结构构件在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求,并符合防火、防腐蚀 要求。 1.0.5 铝合金结构的设计,除应符合本规范外,尚应符合现行有关国家标准的规定。 2 2 术语和符号 2.1 术 语 2.1.1 强度 strength 构件截面材料或连接抵抗破坏的能力。强度计算是防止结构构件或连接因材料强度被超 过而破坏的计算。 2.1.2 强
8、度标准值 characteristic value of strength 国家标准规定的铝材屈服点(屈服强度)或抗拉强度。 2.1.3 强度设计值 design value of strength 铝材或连接的强度标准值除以相应抗力分项系数后的数值。 2.1.4 屈曲 buckling 杆件或板件在轴心压力、弯矩、剪力单独或共同作用下突然发生与原受力状态不符的较 大变形而失去稳定。 2.1.5 承载能力 load-carrying capacity 结构或构件不会因强度、稳定等因素破坏所能承受的最大内力,或达到不适应于继续承 载的变形时的内力。 2.1.6 一阶弹性分析 the first
9、order elastic analysis 不考虑结构二阶变形对内力产生的影响,根据未变形的结构建立平衡条件,按弹性阶段 分析结构内力及位移。 2.1.7 二阶弹性分析 the second order elastic analysis 考虑结构二阶变形对内力产生的影响,根据位移后的结构建立平衡条件,按弹性阶段分 析结构内力及位移。 2.1.8 弱硬化 weak hardening 铝合金材料的强屈比 2 . 1 2 . 0 ffu 时为弱硬化合金。 2.1.9 强硬化 strong hardening 铝合金材料的强屈比 2 . 1 2 . 0 ffu 时为强硬化合金。 2.1.10 有效
10、厚度 effective thickness 考虑受压板件屈曲后强度以及焊接热影响区效应对构件承载力进行计算时,板件的折减 计算厚度。 2.1.11 加劲板件 stiffened elements 两纵边均与其他板件相连的板件。 2.1.12 非加劲板件 unstiffened elements 一纵边与其他板件相连,另一纵边为自由的板件 2.1.13 边缘加劲板件 edge stiffened elements 一纵边与其他板件相连,另一纵边由符合要求的边缘卷边加劲的板件。 2.1.14 中间加劲板件 intermediate stiffened elements 中间加劲板件是指带中间加劲
11、肋的加劲板件。 2.1.15 子板件 sub-elements 3 子板件是指一纵边与其他板件相连,另一纵边与中间加劲肋相连或两纵边均与中间加劲 肋相连的板件。 2.1.16 腹板屈曲后强度 post-buckling strength of web plates 腹板屈曲后尚能继续保持承受荷载的能力。 2.1.17 整体稳定 overall stability 在外荷载作用下,对整个结构或构件能否发生屈曲或失稳的评估。 2.1.18 计算长度 effective length 构件在其有效约束点间的几何长度乘以考虑杆端变形情况和所受荷载情况的系数而得 的等效长度,用以计算构件的长细比。计算焊
12、缝连接强度时采用的焊缝长度。 2.1.19 长细比 slenderness ratio 构件计算长度与构件截面回转半径的比值。 2.1.20 换算长细比 equivalent slenderness ratio 在轴心受压构件的整体稳定计算中, 按临界力相等的原则, 将弯扭或扭转失稳换算为弯 曲失稳时采用的长细比。 2.1.21 钨极氩弧焊 gas tungsten arc welding 使用钨极的氩弧焊,又称非熔化极氩弧焊、TIG焊。 2.1.22 熔化极氩弧焊 gas metal arc welding 使用熔化电极的氩弧焊,又称MIG焊。 2.1.23 焊接热影响区 heat affe
13、cted zone 母材受焊接热影响效应作用的范围,简称 HAZ。 2.2 符 号 2.2.1 作用及作用效应 F集中荷载; H水平力; M弯矩; N轴心力; P一个高强度螺栓的预拉力; Q重力荷载; V剪力。 2.2.2 计算指标 E铝合金材料的弹性模量; G铝合金材料的剪变模量; b t N , b v N , b c N 一个螺栓的抗拉、抗剪和承压承载力设计值; r v N , r c N 一个铆钉的抗剪和承压承载力设计值; b tp N螺栓头及螺母下构件抗冲切承载力设计值; w R面板中腹板的局部受压承载力设计值; f铝合金材料的抗拉、抗压和抗弯强度设计值; v f铝合金材料的抗剪强度
14、设计值; 0.2 f铝合金材料的规定非比例伸长应力,也称名义屈服强度; u f铝合金材料的抗拉极限强度; ce f铝合金材料的局部承压强度设计值; 4 hazu, f铝合金材料焊接热影响区的抗拉、抗压和抗弯强度设计值; hazv, f铝合金材料焊接热影响区的抗剪强度设计值; b t f, b v f, b c f螺栓的抗拉、抗剪和承压强度设计值; r v f, r c f铆钉的抗剪和承压强度设计值; w t f, w v f, w c f对接焊缝的抗拉、抗剪和抗压强度设计值; w f f角焊缝的抗拉、抗剪和抗压强度设计值; 铝合金材料的线膨胀系数; v铝合金材料的泊松比; 铝合金材料的质量密度
15、; 正应力; cr 、 cr 受压板件的弹性临界应力、板件的剪切屈曲临界应力; f 按焊缝有效截面计算,垂直于焊缝长度方向的应力; haz 作用在临界失效面,垂直于焊缝长度方向的正应力; f 按焊缝有效截面计算,沿焊缝长度方向的剪应力; haz 作用在临界失效面,平行于焊缝长度方向的剪应力。 2.2.3 几何参数 A毛截面面积; e A有效截面面积; en A有效净截面面积; B铝合金面板的波距; I毛截面惯性矩; I毛截面扇性惯性矩; t I毛截面抗扭惯性矩; e W有效截面模量; en W有效净截面模量; S计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩; b截面或板件的宽度; haz b板件的焊
16、接热影响区宽度; c加劲肋等效高度; d螺栓杆直径; e d螺栓在螺纹处的有效直径; 0 d铆钉孔直径; m d为下列两者中较小值:(a)螺栓头或螺母外接圆直径与内切圆直径的平均值; (b)当采用垫圈时为垫圈的外径; a e荷载作用点至弯心的距离; h截面或板件的高度;框架结构每层的高度; e h角焊缝计算厚度; f h角焊缝的焊脚尺寸; i回转半径; 0 i截面对剪心的极回转半径 k受压板件的局部稳定系数; l长度或跨度; 0 l计算长度; 5 l扭转屈曲的计算长度; y l梁的侧向计算长度; w l焊缝计算长度; t板件厚度;对接焊缝计算厚度; e t板件有效厚度; w t腹板厚度; p
17、t螺栓头或螺母下构件的厚度; 1 t铝合金面板 T 形支托腹板的最小厚度; 2 t铝合金面板 T 形支托腹板的最大厚度; t 在不同受力方向中一个受力方向承压构件总厚度的较小值; 0 y剪心至形心的距离; 夹角; 长细比; 板件的换算柔度系数;构件的正则化长细比; 扭转屈曲换算长细比。 2.2.4 计算系数及其他 1 k截面非对称系数; 2 k焊接缺陷影响系数; v n受剪面数目; f n传力摩擦面数目; c n框架结构每层内柱的数目; s n框架结构的层数; n在节点或拼接处,构件一端连接的高强度螺栓数目; 1 n所计算截面(最外列螺栓处)上高强度螺栓数目; u框架结构的层间位移; 1 ,
18、2 Winter 折算系数; 2i 考虑二阶效应时第i层杆件的侧移弯矩增大系数; 1 临界弯矩修正系数; 2 荷载作用点位置影响系数; 3 荷载形式不同时对单轴对称截面的修正系数; f 正面角焊缝的强度设计值增大系数; m 等效弯矩系数; R 铝合金材料的抗力分项系数; 截面塑性发展系数; 修正系数; 摩擦面的抗滑移系数;柱的计算长度系数; haz 焊接热影响区范围内材料的强度折减系数; 轴心受压构件的稳定系数; b 受弯构件的整体稳定系数; 应力分布不均匀系数。 6 3 材 料 3.1 结构铝 3.1.1 用于承重结构的铝合金应采用锻造铝合金,主要包括各类轧制板、冷轧带、拉制管、 挤压管、挤
19、压型材、棒材等。 3.1.2 为保证铝合金结构的承载能力和防止一定条件下出现脆性破坏,应根据结构的重要 性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方式、材料厚度等因素综合考虑,选用合适的铝 合金牌号、规格及其相应状态并参考现行国家标准的规定和要求。 铝合金结构的材料宜采用 5XXX 系列和 6XXX 系列铝合金。其中板材力学性能应符合 现行国家标准铝及铝合金轧制板材室温力学性能GB/T 3880 和铝及铝合金冷轧带材室 温拉伸性能GB/T 8544 的规定;型材及棒材应符合现行国家标准铝及铝合金挤压棒室温 纵向力学性能GB/T 3191、 铝及铝合金拉(轧)制无缝管材力学性能GB/T 6893、
20、铝及 铝合金热挤压无缝管的室温纵向力学性能GB/T 4437、 铝合金建筑型材GB/T 5237、 工 业用铝及铝合金热挤压型材的室温纵向力学性能GB/T 6892 的规定。 3.1.3 铝合金结构的正常使用温度应低于C100o。 3.2 连 接 3.2.1 铝合金结构的螺栓连接应符合下列要求: 1 普通螺栓应符合现行国家标准 六角头螺栓 C级GB/T 5780和 六角头螺栓GB/T 5782的规定。 2 普通螺栓材料宜采用铝合金、不锈钢,也可采用经热浸镀锌、电镀锌或镀铝等可靠 表面处理后的钢材。 3 铝合金结构的螺栓连接不宜采用有预拉力的高强度螺栓。 3.2.2 铝合金结构的铆钉材料应采用铝
21、合金,并应符合现行国家标准半圆头铆钉 粗制 GB/T 863.1和半圆头铆钉GB/T 867的规定。 3.2.3 铝合金结构焊接用焊丝应符合现行国家标准铝及铝合金焊丝GB 10858的规定, 宜优先选用SAlMG-3焊丝(Eur 5356)及SAlSi-1焊丝(Eur 4043) 。焊接工艺可采用熔化 极惰性气体保护电弧焊(MIG焊)和钨极惰性气体保护电弧焊(TIG焊) ,其中TIG焊适用 于厚度小于或等于6mm构件的焊接。 3.3 热影响区 3.3.1 采用焊接铝合金结构时,必须考虑热影响区材料强度降低带来的不利影响。 3.3.2 热影响区范围: 1 焊接热影响区的范围如图3.3.2所示的阴
22、影部分。 haz b为板件的焊接热影响区宽度。 7 haz 板件尽端 则热影响区扩展至 如该距离小于 haz haz (f)十字形角焊缝(e)T形角焊缝T形角焊缝(d) 搭接角焊缝(c) (b)对接焊缝 热影响区范围示意 haz haz haz haz haz (a) haz haz haz haz 3 图 3.3.2 焊接热影响区范围 2 采用熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG焊)和钨极惰性气体保护电弧焊(TIG焊)焊 接连接的6XXX系列热处理合金或5XXX系列冷加工硬化合金, 热影响区宽度 haz b应符合表 3.3.2的规定。 表 3.3.2 热影响区宽度 haz b 退火温度 对于焊接
23、件厚度 haz b(mm) 8tmm 30 816mmtmm 应根据硬度试验结果确定 8tmm 30 816mmtmm 应根据硬度试验结果确定 注:1 为参数; 1 1(60)/120T= +。 2 表中t为焊接件的平均厚度。 当焊接件厚度相差超过一倍时, haz b值应根据硬度试验结果确定。 3.3.3 热影响区强度: 1 热影响区范围内应考虑材料强度的降低。在连接计算中应对焊件强度进行折减;在 构件承载力计算中应对截面进行折减。 2 热影响区范围内强度的折减系数 haz 按表3.3.3采用。 表 3.3.3 热影响区范围内强度的折减系数 haz 合金牌号 状态 haz T4 1.00 60
24、61、6063、6063A T5/T6 0.50 O/F 1.00 5083 H112 0.80 3003 H24 0.20 3004 H34/H36 0.20 注:表中数值适用于材料焊接后存放的环境温度大于C10,存放时间大于 3 天的情况。 8 4 基本设计规定 4.1 设计原则 4.1.1 本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,用分项系数设计表达式进行计 算。 4.1.2 在铝合金结构设计文件中,应注明建筑结构的安全等级、设计使用年限、铝材牌号及 供货状态、连接材料的型号和对铝材所要求的力学性能、化学成分及其他的附加保证项目。 4.1.3 铝合金结构应按下列承载能力极限状态和正常
25、使用极限状态进行设计: 1 承载能力极限状态包括: 构件和连接的强度破坏和因过度变形而不适于继续承载, 结 构和构件丧失稳定,结构转变为机动体系和结构倾覆。 2 正常使用极限状态包括:影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形,影响 正常使用的振动,影响正常使用或耐久性能的局部损坏。 4.1.4 按承载能力极限状态设计铝合金结构时, 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铝合金结构时, 应考虑荷载效应的标准组 合。 4.1.5 铝合金结构的计算模型和基本假定应尽量与构件连接的实际性能相符合。 4.2 荷载和荷载效应计算 4.2.1 设计铝合
26、金结构时应考虑永久荷载、可变荷载、支承结构的变形或沉降、施工荷载、 检修荷载等及地震作用、温度变化作用。 4.2.2 设计铝合金结构时,荷载的标准值、荷载分项系数、荷载组合值系数等,应按现行国 家标准建筑结构荷载规范GB50009 的规定采用。 4.2.3 框架结构中, 梁与柱的刚性连接应符合受力过程中梁柱间交角不变的假定, 同时连接 应具有充分的强度承受交汇构件端部传递的所有最不利内力。 梁和柱铰接时, 应使连接具有 充分的转动能力, 且能有效地传递横向剪力与轴向力。 梁与柱的半刚性连接只具有有限的转 动刚度,在承受弯矩的同时会产生相应的交角变化,在内力分析时,必须预先确定连接的弯 矩转角特
27、性曲线,以便考虑连接变形的影响。 4.2.4 框架结构内力分析宜符合下列规定: 1 1 框架结构内力分析可采用一阶弹性分析。 2 对1 . 0 hH uN 的框架结构宜采用二阶弹性分析,此时应在每层柱顶附加考虑由公 式(4.2.4-1)计算的假想水平力 ni H。 iscni 200 1 QkkH= (4.2.4-1) 式中 u 按一阶弹性分析求得的所计算楼层的层间侧移; 9 h 所计算楼层的高度; N 所计算楼层各柱轴心压力设计值之和; H 产生层间侧移u的所计算楼层及以上各层的水平力之和; i Q 第i层的总重力荷载设计值。 ss /15 . 0nk+=,1 s k; s n框架总层数;
28、cc /15 . 0nk+=,1 c k; c n第i层内柱的数目; 对无支撑的框架结构,当采用二阶弹性分析时,各杆件杆端的弯矩 II M可用下列近似公 式进行计算: Is2iIbII MMM+= (4.2.4-2) hH uN = 1 1 2i (4.2.4-3) 式中 Ib M 假定框架无侧移时按一阶弹性分析求得的各杆杆端弯矩; Is M 框架各节点侧移时按一阶弹性分析求得的各杆杆端弯矩; 2i 考虑二阶效应第i层杆件的侧移弯矩增大系数。 注: 当按公式(4.2.4-3)计算的33. 1 2i 时,宜增加框架结构的刚度。 4.3 设计指标 4.3.1 铝合金材料的强度设计值等于强度标准值除
29、以抗力分项系数。 4.3.2 铝合金材料的抗力分项系数 R 在抗拉、抗压和抗弯情况下取1.2,在计算局部强度时 取1.3。 4.3.3 铝合金材料的强度标准值按现行国家标准 铝及铝合金轧制板材室温力学性能GB/T 3880、 铝及铝合金冷轧带材室温拉伸性能GB/T 8544、 铝及铝合金挤压棒室温纵向力学 性能GB/T 3191、 铝及铝合金拉(轧)制无缝管材力学性能GB/T 6893、 铝及铝合金热 挤压无缝管的室温纵向力学性能GB/T 4437、 铝合金建筑型材GB/T 5237、 工业用铝及 铝合金热挤压型材的室温纵向力学性能GB/T 6892采用。 4.3.4 铝合金材料的强度设计值按
30、表 4.3.4 采用: 表 4.3.4 铝合金材料强度设计值( 2 N/mm) 铝合金材料 牌号 状态 厚度 (mm) 抗拉、抗压 和抗弯 f 抗剪 v f 局部承压 ce f 焊件热影响 区抗拉、抗 压和抗弯 hazu, f 焊件热影响 区抗剪 hazv, f T4 所有 90 55 140 140 80 6061 T6 所有 200 115 205 100 60 T5 所有 90 55 125 60 35 6063 T6 所有 150 85 160 80 45 10 135 75 150 75 45 T5 10 125 70 145 70 40 10 160 90 175 90 50 60
31、63A T6 10 150 85 170 85 50 O/F 所有 90 55 210 210 120 5083 H112 所有 90 55 210 170 95 10 3003 H24 4 100 60 105 20 10 H34 4 145 85 175 35 20 3004 H36 3 160 95 190 40 20 4.3.5 铝合金结构普通螺栓和铆钉连接的强度设计值按表 4.3.5-1 和表 4.3.5-2 采用: 表 4.3.5-1 普通螺栓连接的强度设计值( 2 N/mm) 普通螺栓 铝合金 不锈钢 钢 螺栓的材料、性能等级 和构件铝合金牌号 抗拉 b t f 抗剪 b v f
32、 承压 b c f 抗拉 b t f 抗剪 b v f 承压 b c f 抗拉 b t f 抗剪 b v f 承压 b c f 2B11 170 160 铝合 金 2A90 150 145 A2-50、A4-50 200 190 不锈 钢 A2-70、A4-70 280 265 普 通 螺 栓 钢 4.6、4.8 级级 140 170 6061-T4 210 210 210 6061-T6 305 305 305 6063-T5 185 185 185 6063-T6 240 240 240 6063A-T5 220 220 220 6063A-T6 255 255 255 构 件 5083-
33、O/F/H112 315 315 315 表 4.3.5-2 铆钉连接的强度设计值( 2 N/mm) 铝合金铆钉 铝合金铆钉牌号 及构件铝合金牌号 抗剪 r v f 承压 r c f 5B05-HX8 90 2A01-T4 110 铆钉 2A10-T4 135 6061-T4 210 6061-T6 305 6063-T5 185 6063-T6 240 6063A-T5 220 6063A-T6 255 构件 5083-O/F/H112 315 4.3.6 铝合金结构焊缝的强度设计值按表 4.3.6 采用: 表 4.3.6 焊缝的强度设计值( 2 N/mm) 对接焊缝 角焊缝 铝合金母材 牌
34、号及状态 焊丝型号 抗拉 w t f抗压 w c f抗剪 w v f 抗拉、抗 压和抗剪 w f f 6061-T4 SAlMG-3(Eur 5356)145 145 85 85 11 6061-T6 SAlSi-1(Eur 4043) 135 135 80 80 SAlMG-3(Eur 5356)115 115 65 65 6063-T5 6063-T6 6063A-T5 6063A-T6 SAlSi-1(Eur 4043) 115 115 65 65 5083-O/F/H112 SAlMG-3(Eur 5356)185 185 105 105 注:对于两种不同种类合金的焊接,焊缝的强度设计
35、值应采用较小值。 4.3.7 铝合金材料的物理性能指标按表4.3.7采用: 表 4.3.7 铝合金的物理性能指标 弹性模量 E ( 2 N/mm) 泊松比 剪变模量 G ( 2 N/mm) 线膨胀系数 (以每C o 计) 质量密度 ( 3 kg/m) 70000 0.3 27000 2310-6 2700 4.4 结构或构件变形的规定 4.4.1 为了不影响结构和构件的正常使用和观感,设计时应对结构或构件的变形进行控制。 1 受弯构件挠度的容许值不宜超过表4.4.1的规定。 表 4.4.1 受弯构件挠度的容许值 序号 构件类别 容许值 1 主体结构的构件 l/250 2 檩条和横隔板(在恒载作
36、用下) l/200 3 围护结构的构件和面板 l/180 注:l 为跨度或支点间距离,悬臂构件可取挑出长度的 2 倍。 2 在风荷载标准值作用下,框架柱顶水平位移不宜超过H/300。H为自基础顶面至柱顶 的总高度。 4.4.2 计算结构或构件的变形时,可不考虑螺栓(或铆钉)孔引起的截面削弱。 4.4.3 为改善外观和使用条件,可将横向受力构件预先起拱,起拱大小应视实际需要而定。 4.5 构件的计算长度和长细比 4.5.1 确定桁架弦杆和单系腹杆(用节点板与弦杆连接)的长细比时,其计算长度 0 l应按表 4.5.1采用。 表4.5.1 桁架弦杆和单系腹杆的计算长度 0 l 腹 杆 序 号 弯曲方
37、向 弦 杆 支座斜杆和支座竖杆 其他腹杆 1 在桁架平面内 l l 0.8l 2 在桁架平面外 1 l l l 3 斜平面 l 0.9l 注:1 l为构件的几何长度(节点中心间距离); 1 l为桁架弦杆侧向支承点之间的距离。 2 斜平面系指与桁架平面斜交的平面, 适用于构件截面两主轴均不在桁架平面内的单角铝腹杆和双 角铝十字形截面腹杆。 3 无节点板的腹杆计算长度在任意平面内均取其等于几何长度(铝管结构除外)。 当桁架弦杆侧向支承点之间的距离为节间长度的2倍(图4.5.1)且两节间的弦杆轴心 12 压力不相同时,则该弦杆在桁架平面外的计算长度,应按下式确定(但不应小于0.5 1 l): )25
38、. 075. 0( 1 2 10 N N ll+= (4.5.1) 式中 1 N 较大的压力,计算时取正值; 2 N 较小的或拉力,计算时压力取正值,拉力取负值。 桁架 支撑 1 l 1 N 2 N 图4.5.1 弦杆轴心压力在侧向支承点间有变化的桁架简图 桁架再分式腹杆体系的受压主斜杆及K形腹杆体系的竖杆等,在桁架平面外的计算长 度也应按第4.5.1条确定(受拉主斜杆仍取 1 l);在桁架平面内的计算长度则取节点中心间 距离。 4.5.2 单层或多层框架等截面柱, 在框架平面内的计算长度应等于该层柱的高度乘以计算长 度系数。 框架分为无支撑的纯框架和有支撑框架, 其中有支撑框架根据抗侧移刚度
39、的大小, 分为强支撑框架和弱支撑框架。 1 无支撑纯框架。 1)当采用一阶弹性分析方法计算内力时,框架柱的计算长度系数按国家标准钢结构 设计规范GB50017的有侧移框架柱的计算长度系数确定。 2)当采用二阶弹性分析方法计算内力且在每层柱顶附加考虑公式(4.2.4-1)的假想水平力 ni H时,框架柱的计算长度1.0。 2 有支撑框架。 1)当支撑结构(支撑桁架、剪力墙、电梯井等)的侧移刚度(产生单位侧倾角的水平力) b S满足式(4.5.2)的要求时,为强支撑框架,框架柱的计算长度系数按国家标准钢 结构设计规范GB50017的无侧移框架柱的计算长度系数确定。 )2 . 1 ( 3 0ibib
40、 NNS (4.5.2) 式中 bi N, i N0 第i层层间所有框架柱用无侧移框架和有侧移框架柱计算长度系数算得 的轴压杆稳定承载力之和。 4.5.3 平板网架、曲面网架、单层网壳杆件的计算长度应按表4.5.3-1至表4.5.3-3取值。 表4.5.3-1 平板网架杆件计算长度 0 l 杆 件 计算长度 弦杆及支座腹杆 l 腹 杆 l 注:l为杆件几何长度(节点中心间距离) 。 表4.5.3-2 曲面网架杆件计算长度 0 l 杆 件 计算长度 13 弦杆及支座腹杆 l 腹 杆 l 注:l为杆件几何长度(节点中心间距离) 。 表4.5.3-3 单层网壳杆件计算长度 0 l 计算面 计算长度
41、壳体曲面内 0.9l 壳体曲面外 1.6l 4.5.4 受压构件的长细比不宜超过表4.5.4的容许值。 表4.5.4 受压构件的容许长细比 序号 构件名称 容许长细比 柱、桁架的杆件 1 柱的缀条 150 支撑 2 用以减小受压构件长细比的杆件 200 注:1 桁架(包括空间桁架)的受压腹杆,当其内力等于或小于承载能力的50时,容许长细比 值可取200。 2 计算单角铝受压构件的长细比时,应采用角铝的最小回转半径,但计算在交叉点相互连接 的交叉杆件平面外的长细比时,可采用与角铝肢边平行轴的回转半径。 3 跨度等于或大于60m的桁架,其受压弦杆和端压杆的容许长细比宜取100,其他受压腹杆 可取1
42、50(承受静力荷载) 。 4 由容许长细比控制截面的杆件,在计算其长细比时,可不考虑扭转效应。 4.5.5 受拉构件的长细比不宜超过表4.5.5的容许值。 表4.5.5 受拉构件的容许长细比 序号 构件名称 一般建筑结构(承受静力荷载) 1 桁架的杆件 350 2 其他拉杆、支撑、系杆等400 注:1 承受静力荷载的结构中,可仅计算受压构件在竖向平面内的长细比。 2 受拉构件在永久荷载与风荷载组合下受压时,其长细比不宜超过250。 3 跨度等于或大于60m的桁架,其受拉弦杆和腹杆的长细比不宜超过300(承受静力荷载) 。 4.5.6 网架、网壳杆件的长细比不宜超过表4.5.6-1和表4.5.6
43、-2的容许值。 表4.5.6-1 网架杆件的容许长细比 杆 件 平板网架 曲面网架 受压杆件 150 150 一般杆件 350 350 受拉杆件 支座附近处杆件 300 300 表4.5.6-2 网壳杆件的容许长细比 网壳类别 压弯杆件 拉弯杆件 单层网壳 150 300 14 5 构件的有效截面 5.1 一般规定 5.1.1 对于可能出现受压局部屈曲的薄壁构件,可利用板件的屈曲后强度,并在确定构件有 效截面的基础上进行强度及整体稳定验算。 5.1.2 设计焊接铝合金构件时, 应考虑焊接热影响效应对截面的折减, 并在确定构件有效截 面的基础上进行强度及整体稳定验算。 5.1.3 有效截面的计算
44、应采用有效厚度法。 5.1.4 构件截面的加劲板件类型如图5.1.4 所示的阴影部分。 子板件 (a) 非加劲板件 (c) 边缘加劲板件和子板件 子板件 (b) 加劲板件 (d) 中间加劲板件和子板件 图 5.1.4 板件类型 5.2 受压板件的有效厚度 5.2.1 当构件截面中受压板件宽厚比小于表5.2.1-1的限值时,板件全截面有效。圆管截面的 外径与壁厚之比不应超过表 5.2.1-2 给出的限值。 表 5.2.1-1 受压板件全部有效的最大宽厚比 加劲板件、中间加劲板件 非加劲板件、边缘加劲板件 硬化程度 非焊接 焊接 非焊接 焊接 弱硬化 k 5 .21 k 17 k 6 k 5 强硬
45、化 k 17 k 15 k 5 k 4 注:1 表中 2 . 0 240f=, 0.2 f按附录 A 确定。 2 为加劲肋修正系数,应按第 5.2.6 条采用,对于不带加劲肋的板件,1=。 3 0 kkk=,其中k为不均匀受压情况下的板件局部稳定系数,应按第 5.2.5 条采用。对于均匀 受压板件,0 . 1=k。对于加劲板件或中间加劲板件,4 0 =k;对于非加劲板件或边缘加劲板 件,425. 0 0 =k。 表 5.2.1-2 受压圆管截面的最大径厚比 硬化程度 非焊接 焊接 弱硬化 () 2 . 0 24050f () 2 . 0 24035f 强硬化 () 2 . 0 24035f (
46、) 2 . 0 24025f 15 5.2.2 计算板件宽厚比时, 板件宽度应采用板件净宽。 板件净宽为扣除了相邻板件厚度后的 剩余宽度,如图5.2.2所示。 b b bbb 图 5.2.2 不同类型截面的板件净宽 b 5.2.3 当构件截面中受压板件宽厚比大于表5.2.1时,加劲板件、非加劲板件、中间加劲板 件及边缘加劲板件的有效厚度应按下式计算: 1 22. 01 2 21 e = t t (5.2.3-1) 对于非双轴对称截面中的非加劲板件或边缘加劲板件, 例如槽形截面或C形截面的翼缘 以及角形截面的外伸肢, e t除按公式(5.2.3-1)计算外,尚应满足: 2 e 1 t t (5.
47、2.3-2) 式中 e t 考虑局部屈曲的板件有效厚度; t 板件厚度; 1 , 2 计算系数,应按表5.2.3取值; 板件的换算柔度系数, cr2 . 0 f=; cr 受压板件的弹性临界屈曲应力,应按第5.2.4条和第5.2.6条采用。 表 5.2.3 计算系数 1 , 2 的取值 加劲板件、中间加劲板件 非加劲板件、边缘加劲板件 系数 硬化程度 非焊接 焊接 非焊接 焊接 弱硬化 1.0 0.9 0.96 0.9 1 强硬化 0.9 0.8 0.9 0.77 弱硬化 1.0 0.9 1.0 0.9 2 强硬化 0.9 0.7 0.9 0.68 5.2.4 受压加劲板件、非加劲板件的弹性临界屈曲应力应按下式计算: 22 2 cr )/()1 (12tbv Ek = (5.2.4) 式中 k 受压板件局部稳定系数,应按第5.2.5条计算; b 板件净宽,应按图5.2.2采用; t 板件厚度。 5.2.5 受压板件局部稳定系数可按下列公式计算: 1 加劲板件: 当01时: 05. 1 2 . 8 +
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