钢结构规范讲座2.ppt
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1、第章 轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算,5.1 轴心受力构件,5.1.1条 轴心受拉构件和轴心受压构件的强度,未变,5.1.2条 实腹式轴心受压构件的稳定性应按下式计算(不变):,式中 轴心受压构件的稳定系数,应根据表5.1.2的截面分类并按附录三采用。,式中 轴心受压构件的稳定系数,应根据表5.1.2的截面分类并按附录三采用。,式中 轴心受压构件的稳定系数,应根据表5.1.2的截面分类并按附录三采用。,式中 轴心受压构件的稳定系数,应根据构件长细比l、钢材屈服强度fy和表5.1.2-1,2的截面分类并按附录C采用。a,b,c,d四个表,按换算长细比 查值,(1)原规范将t40mm的轴压构件
2、稳定归入c曲线,不确切。新规范作了专门规定,参见规范表5.1.2-2。,(2)增加了d类截面(d曲线)。 t40mm的轴压构件,视截面形式和屈曲方向,有b、c、d三类。,(3)截面为双轴对称或极对称的构件(弯曲失稳或扭转失稳),长细比取 双轴对称十字形截面x或y取值不得小于5.07b/t,避免扭转失稳,(4)单轴对称截面(T,L,C等)绕对称轴的失稳是弯扭失稳。原规范视为弯曲失稳归入b曲线,或降低为c曲线。新规范截面类别的划分只考虑截面形式和残余应力的影响,将弯扭屈曲按弹性方法用换算长细比(代替ly)等效为弯曲屈曲: 式中 z扭转屈曲换算长细比,eo剪心至形心距离,io对剪心的极回转半径,Iw
3、毛截面扇性惯性矩 It毛截面抗扭惯性矩 lw扭转屈曲计算长度,一般取lw=loy,开口截面,扇性坐标,扇性几何特性 B扇性极点,Mo 扇性零点,扇性静矩,扇性惯性积,扇性惯性矩,s1 截面中线总长,主扇性零点和主扇性极点使得扇性静矩Sw,扇性惯性积Iwx, Iwy为零,剪力中心S截面剪力流的合力作用点,也是主扇性极点和扭转中心 横向荷载通过截面剪力中心,杆件只弯曲,不扭转,C形截面,I形截面,1)等边单角钢 b/t0.54loy/b时 b/t0.54loy/b时,对单角钢和双角钢形截面新规范建议了yz的近似计算式,T形和十字形截面Iw0,2)等边双角钢 b/t0.58loy/b时 b/t0.5
4、8loy/b时,3)不等边双角钢,长边相并 b2/t0.48loy/b2时 b2/t0.48loy/b2时,4)不等边双角钢,短边相并 b1/t0.56loy/b1时 b1/t0.56loy/b1时,单轴对称压杆绕非对称主轴以外的任一轴失稳时,应按弯扭屈曲计算。 单角钢构件绕平行轴(u轴)失稳时, 按b类截面查j值,换算长细比,b/t0.69lou/b时 b/t0.69lou/b时,5.1.3条 格构柱换算长细比计算,未变 5.1.4条 格构柱分肢稳定计算,未变 5.1.5条 双角钢构件填板间距计算,未变 5.1.6条 轴心受压构件剪力计算,未变,5.1.7条 用作减小受压构件自由长度的支撑杆
5、,支撑力为: (1)单根柱 柱高中点有一道支撑 Fb1=N/60 支撑不在柱中央(距柱端al) 有m道间距基本相等支撑,每根撑杆轴力,(2)支撑多根柱时 在柱中央附近设置一道支撑,支撑力 各柱压力相同时 式中,n为被撑柱根数。,(3)以前对支撑一般按容许长细比控制截面,不计算承载力。现在,对支持多根柱的支撑应注意计算其承载力。 (4)当支撑同时承受结构上的其它作用时(如纵向刹车力),轴力不与支撑力叠加。,5.2 拉弯构件和压弯构件,本节作了一些局部修改: 5.2.1条将取塑性发展系数x=y=1.0的条件由“直接承受动力荷载”缩小范围为“需要计算疲劳”的拉弯、压弯构件。 受压翼缘自由外伸宽厚比
6、时x=1.0,(1)原规范中N/NEx,N为设计值,NEx为欧拉临界荷载,按理应将NEx除以抗力分项系数R,新规范将N/NEx改为N/NEx,注明NEx为参数,其值为NEX p2EA/(1.1l2x ) 。,5.2.2条 压弯构件平面内稳定计算,(1)等效弯矩系数mx或tx,无横向荷载时mx(或tx) =0.65+ 0.35M2/M1,取消“不得小于0.4”的规定。 (2)分析内力未考虑二阶效应的无支撑纯框架和弱支撑框架柱mx=1.0,(2)弯矩作用平面外稳定计算式改为 h为调整系数,箱形截面h=0.7,其它截面h=1.0,以避免原规范取箱形截面jb=1.4的概念不清现象。现规范闭口截面jb=
7、1.0 规范规定 jy“按5.1.2条确定”,即表示弯矩作用于对称轴平面的单轴对称截面, jy应按考虑扭转效应的换算长细比 lyz 确定,这必然增加不少计算工作量。,5.2.3条 格构柱绕虚轴稳定计算 5.2.4条 格构柱绕虚实轴稳定计算,未变 5.2.5条 实腹柱双向受弯稳定计算, N/NEx改为N/NEx 5.2.6条 格构柱双向受弯稳定计算, N/NEx改为N/NEx 5.2.7条 缀材计算,未变,5.2.8条 新增 用作减小压弯构件平面外计算长度的支撑,应将压弯构件受压翼缘或受压分肢视为轴心受压构件按5.1.7条计算支撑,5.3 构件的计算长度和容许长细比,5.3.1条 桁架平面内的计
8、算长度lo计算,不变,5.3.2条 有关交叉腹杆在桁架平面外的计算长度lo(所计算杆内力为N,另一杆内力为No,均为绝对值),l为节间距(交叉点不是节点)。,(1)压杆 1)相交另一杆受压,两杆截面相同,并在交点处均不中断 原规范l 2)相交另一杆受压,且另一杆在交点处中断,以节点板搭接 原规范l,3)相交另一杆受拉,两杆截面相同,并在交点处均不中断 原规范0.5l 4)相交另一杆受拉,且拉杆在交点处中断,以节点板搭接 原规范0.7l 5)相交另一杆受拉,且在交点处拉杆连续,压杆中断,以节点板搭接,若NoN或拉杆在平面外刚度 取lo=0.5l,(2)拉杆 lo=l 5.3.3条 确定框架柱在框
9、架平面内的计算长度时,原规范分为有侧移框架(m1)和无侧移框架( m1 ),新规范确定框架柱在框架平面内的计算长度时分为 (1)无支撑纯框架 按一阶弹性分析计算内力时,计算长度系数 m1.0,按有侧移框架柱的表查得 采用二阶弹性分析方法计算内力时,取m=1.0(每层柱顶附加假想水平力Hni)。,(2)有支撑框架 强支撑框架支撑结构(支撑桁架、剪力墙等)的侧移刚度满足 式中 Sb产生单位侧倾角的水平力; 第i层间所有柱分别用无侧移框架柱和有侧移 框架柱计算长度系数算得的轴压杆稳定承载力之和。,按无侧移框架柱的表查得, 弱支撑框架Sb不满足上式时,柱的稳定系数为 式中 、 分别按无侧移和有侧移框架
10、柱计算长度算得的稳定系数。,5.3.4条 单层厂房柱计算长度,不变 5.3.5条 格构柱和桁架梁惯性矩计算,应考虑缀材和腹杆变形影响,5.3.6条 新增摇摆柱计算长度 (1)附有摇摆柱的无支撑和弱支撑框架柱的计算长度系数应乘以增大系数h:,各框架柱轴心压力设计值与柱子高度比值之和,各摇摆柱轴心压力设计值与柱子高度比值之和,摇摆柱的计算长度系数m=1.0,(2)当与计算柱同层的其它柱或与计算柱连续的上下层柱的稳定承载力有潜力时,可利用这些柱的支持作用,对计算柱的计算长度系数m进行折减,提供支持作用的柱的计算长度系数m应相应增大。,(3)梁与柱半刚性连接,确定柱的计算长度时,应考虑节点特性。,5.
11、3.7条 框架柱平面外计算长度,不变 5.3.8条、5.3.9条 受压和受拉构件长细比容许值,不变 增加对跨度等于和大于60m桁架杆件的容许长细比的规定,这是根据近年大跨度桁架的实践经验作的补充规定: (1)受压弦杆和端压杆的容许长细比值宜取100,其它受压腹杆可取150(静力或间接动力)或120(直接动力)。 (2)受拉弦杆和腹杆的容许长细比值宜取300(静力或间接动力)或250(直接动力)。,建筑抗震设计规范(GB50011-2001)容许长细比: (1)12层以下框架柱 68度 9度 (2)12层以上框架柱: 6度: 7度: 8,9度:,(3)12层以上支撑 6,7度: 8度: 9度:
12、(4)12层以下支撑 6,7度:压杆 拉杆 8,9度:压杆 拉杆,所有地区均在6度或以上,GB50017规定已被替代,.4 受压构件的局部稳定,5.4.1条 受压构件中翼缘板外伸宽度b与厚度t之比(不变),5.4.2条 工形截面受压构件腹板高厚比(不变) 5.4.3条 箱形截面受压构件翼缘和腹板高厚比(不变),5.4.4条 轴心受压T形截面腹板原规范宽厚比,对剖分T型钢太严,限制改为: 轴心受压构件和弯矩使自由边受拉的压弯构件 热轧T型钢, 焊接T型钢,, 弯矩使腹板自由边受压的压弯构件(不变) 当ao1.0时 当ao1.0时,5.4.5条 (新增)圆管截面受压构件外径b与壁厚t之比 5.4.
13、6条 有效截面受压构件翼缘和腹板高厚比(不变),建筑抗震设计规范(GB50011-2001)容许宽厚比:,所有地区均在6度或以上,GB50017规定已被替代,第6章 疲劳计算,6.1.1条 应力变化循环次数等于或大于5104次时应进行疲劳计算 附录E(原附录五)的疲劳分类表中项次5“梁翼缘焊缝”原规定为二级,但根据“施工验收规范”,角焊缝因内部探伤不准确,不能达到二级。吊车梁受拉翼缘常用角焊缝,这就产生了矛盾。现增加规定了“角焊缝,但外观质量符合二级”的疲劳类别。,第7章 连接计算,7.1 焊缝连接,对接焊缝,角接焊缝,对接与角接组合焊缝,7.1.1条 有关焊缝质量等级的选用,是设计规范的新增
14、条文。焊缝质量等级是原钢结构工程施工及验收规范GBJ205-83首先提到的,不过它只提到一、二、三级焊缝的质量标准,并未提到何种情况需要采用何级焊缝,而GBJ17-88也没有明确规定,导致一些设计人员对焊缝质量等级提出不恰当要求,影响工程质量或者给施工单位造成不必要的困难。 焊缝质量等级的规定,大部份在设计规范有关条文或表格中已有反映,但不全面不集中,现集中为一条较为直观明确。,(1)在需要计算疲劳结构中的对接焊缝(包括T形对接与角接组合焊缝),横向焊缝受拉的应为一级,受压的应为二级,纵向对接焊缝应为二级,新规范附表E-1,项次2、3、4已有反映。 (2)在不需要计算疲劳的构件中,凡要求与母材
15、等强的对接焊缝应焊透,受拉时不应低于二级,受压时宜为二级。因一级或二级对接焊缝的抗拉强度正好与母材的相等,而三级焊缝只有母材强度的85%。,(3) 重级工作制和Q50t的中级工作制吊车梁腹板与上翼缘之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头应予焊透,质量等级不低于二级。本来上述焊缝处于构件的弯曲受压区,主要承受剪应力和轮压产生的局部压应力,没有受到明确的拉应力作用,按理不会产生疲劳破坏,但由于承担轨道偏心等带来的不利影响,国内外均发现连接及附近经常开裂。所以我国74规(TJ17-74)规定此种焊缝“应予焊透”即不允许采用角焊缝;而88年规范(GBJ17-88)又补充规定“不低于二级质量标准”
16、。对新规范来说,此内容已放在7.1.1条,故将“构造要求”一章的这部份规定取消。,(4)角焊缝以及不焊透的对接与角接组合焊缝,由于内部探伤困难,不能要求其质量等级为一级或二级。因此对需要验算疲劳结构的此种焊缝只能规定其外观质量标准应符合二级,此内容在设计规范GB50017疲劳计算分类表(表E-1)项次5中已有反映。,7.1.2条和7.1.3条 对接焊缝计算,直角角焊缝计算,不变 原规范规定角焊缝和不加引弧板的对接焊缝,每条焊缝的计算长度均采用实际长度减去10mm。经讨论,此种不分焊缝大小取为定值的办法不合理,新规范改为:对接焊缝减去2t;角焊缝减去2hf。,7.1.4条 斜角角焊缝的计算 两焊
17、脚边夹角不等于900的角焊缝称为斜角角焊缝,这种焊缝一般用于T形接头中。,新规范参考美国钢结构焊接规范(AWS)并与我国建筑钢结构焊接技术规程进行协调,作了下列修改: (1)规定锐角角焊缝两焊脚边夹角600,而钝角角焊缝1350。这表示焊脚边夹角小于600或大于1350的焊缝不推荐用作受力焊缝。,(2)原规范规定的锐角角焊缝计算厚度取he=0.7hf,比实际的喉部尺寸小,这是考虑到当角较小时,焊缝根部不易焊满以及在熔合线的强度较低这两个因素。现规定600已无此问题。因此,不论锐角和钝角的计算厚度均统一取为喉部尺寸he=hfcos/2。但当根部间隙(b、b1或b2)1.5mm,则应考虑间隙影响,
18、取 。,(3)新规范规定任何情况根部间隙(b、b1或b2)不得大于5mm,主要是图a中的b1可能大于5mm。如果是这样,可将板端切成图b的形状并使b5mm。 对于斜T形接头的角焊缝,在设计图中应绘制大样,详细标明两侧斜角角焊缝的焊脚尺寸。,7.1.4条 部分焊透对接焊缝计算,不变,7.2 紧固件(螺栓、铆钉等)连接,7.2.1条 普通螺栓计算,不变 7.2.2条 (1)新规范名称变化:高强度螺栓摩擦型连接、承压型连接。 原规范:摩擦型高强度螺栓、承压型高强度螺栓,(2)表7.2.2-1中的抗滑移系数值作了一些修正,原规范喷砂(丸)和喷砂后生赤锈时Q345、Q390和Q420钢的 =0.55,实
19、际上达不到此要求,降为0.50。,(3)高强度螺栓的预拉力P,原规范取为 式中考虑螺栓材质的不定性系数0.9;施工时的超张拉0.9;拧紧螺帽时螺杆所受扭转剪应力影响系数1.2。由此得出的8.8级螺栓的P,使抗剪承载力有时(当0.4时)比同直径的粗制螺栓还低,不合理,且与薄钢规范的规定不协调,新规范改为 由于高强度螺栓材料无明显的屈服点,用抗拉强度fu代替fy再补充一个系数0.9是适宜的。,10.9级没变,8.8级提高(70,110,135,155,205,250),(4)将同时受剪和拉力的高强度螺栓摩擦型连接的计算新规范改用相关公式表达 形式与原规范未变,由Nvb=0.9nfP和Ntb=0.8
20、P,代入后即得原规范计算式Nv=0.9nf(P-1.25Nt)。物理意义不同,拉剪互相影响,7.2.3条 承压型连接高强度螺栓计算 (1)在杆轴方向受拉的连接中,承压型连接高强度螺栓的承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同。 原规范为0.8P,(2)取消原规范“承压型高强度螺栓连接的抗剪承载力不得大于按摩擦型连接计算的1.3倍”的规定。理由为,原规范的此规定是鉴于当时使用经验不足,控制一下,使承压型在正常情况下(即荷载标准值作用下)不滑移。但国外标准并没有此规定,而承压型不一定施加与摩擦型相同的预拉力,因此矛盾较多,况且现在已有使用经验。,7.2.4条 连接长度折减系数,不变 7.2.5条 连接
21、构造要求,不变 7.2.6条 (新增)自攻螺栓,拉铆钉要求,7.3.1条 工字梁翼缘和腹板间焊缝计算,不变 7.3.2条 原规范规定的计算式(7.3.2)在右侧漏掉了在计算截面处紧固件数目n1,新规范已加上。另外,规范条文提出计算“翼缘与腹板连接铆钉或摩擦型连接高强度螺栓”,表示普通粗制螺栓和承压型连接高强度螺栓不得用于此种连接,至于A、B级螺栓,由于制造费工、装配困难,也不推荐采用。 实际上,公式(7.3.2)还应包括翼缘板与翼缘角钢之间的承载力计算,此时取F=0,S1为翼缘板截面对梁中和轴的面积矩。,7.3 组合工字梁翼缘连接,7.4 梁与柱的刚性连接,在框架结构中,梁与柱的刚性连接是很重
22、要的节点。原规范没有本节内容,现参考国外标准和我国实践经验,增加了本节。 7.4.1条 规定了不设置横向加劲肋时,对柱腹板和柱翼缘厚度的要求。 在梁的受压翼缘处,柱腹板受有梁翼缘经过柱翼缘传给柱腹板的压力,柱腹板应满足强度要求和局部稳定要求。,柱腹板的强度应与梁受压翼缘等强,即 式中 be柱腹板计算宽度边缘处压应力的假定分布长度。参照梁的局部压应力计算式,取be=a+5hy,a为集中压力在柱外边缘分布长度,等于梁翼缘板厚度;hy为自柱外边缘至柱腹板计算宽度边缘的距离; tw柱腹板厚度; fc柱腹板钢材抗拉、抗压强度设计值; Afc梁受压翼缘的截面积; fb梁翼缘钢材抗拉、抗压强度设计值。,为保
23、证柱腹板在梁受压翼缘压力作用下的局部稳定,应控制柱腹板的宽厚比,规范参考国外规定,偏安全地规定柱腹板的宽厚比应满足下式规定: 式中 hc柱腹板的计算宽度; fyc柱腹板钢材屈服点。, 在梁的受拉翼缘处,计算柱的翼缘和腹板仍用等强度准则,柱翼缘板所受拉力为: T=Aftfb 式中 Aft梁受拉翼缘截面积; fb梁钢材抗拉强度设计值。,此拉力T由柱翼缘板三个部份共同承担,中间部份(分布长度为m)直接传给柱腹板的力为fctbm(tb为梁翼缘厚度),余下部份由两侧各ABCD的板件承担。根据试验研究,拉力在柱翼缘板的影响长度p12tc,可将此受力部份视为三边固定一边自由的板件,而在固定边将因受弯形成塑性
24、铰。,可用屈服线理论导出两侧翼缘板的承载力设计值分别为 P=c1fctc2 式中c1为系数,与几何尺寸p、h、q等有关。对实际工程中常用的H型钢或宽翼缘工字钢梁和柱,c1=3.55.0,可偏安全地取c1=3.5。这样柱翼缘板受拉时的总承载力为23.5fctc2+fctbm。考虑到柱翼缘板中间和两侧部份刚度不同,难以充分发挥共同工作,可乘以0.8的折减系数后再与拉力T相平衡,即 即,在上式中,括号内第二项 , 按统计分析,此项的最小值为0.15,以此代入,即得 当梁柱刚性连接处不满足上述公式的要求时,应设置柱腹板的横向加劲肋。在高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-98中规定:“框架梁与柱刚性连
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