《钢结构设计规范》和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》修订内容评述

《钢结构设计规范》（GB50017)和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018)修订内容评述

主要内容1.关于建筑结构用钢2.关于基本设计原则3.关于基本构件设计4.关于连接、节点和构造5.关于用钢量指标6.应进一步研究的问题1关于建筑结构用钢1.1“普钢”规范的主要变动（1）增加了Q420级钢，钢材的强度等级界于美国和欧洲规范之间，如下表所示：国内外主要建筑用钢对照表

牌号

材质Fy（N/㎜2）Fu（N/㎜2）国别Q235碳素结构钢235～185375～460中国A36碳素结构钢250400～550美国Fe360碳素结构钢235～215360～340欧洲A529碳素结构钢290414～586美国Fe430碳素结构钢275～255430～410欧洲FeE275细晶粒结构钢275～255390～370欧洲Q345低合金高强度结构钢345～275470～630中国A242*,A441A588*低合金高强度结构钢345～290480～435美国Fe510热轧非合金结构钢355～335510～490欧洲FeE355热轧细晶粒结构钢355～335490～470欧洲Q390低合金高强度结构钢390～330490～650中国A572Grade60钶-钒低合金高强度结构钢415～520～美国Q420低合金高强度结构钢420～360520～680中国A572Grade65钶-钒低合金高强度结构钢450～550～美国A514适于焊接的经调质处理的高强度合金钢板690～620690～895美国*为抗腐蚀钢（2）关于钢材选用1）强调了防止钢材脆性破坏问题；2）补充和完善了需要验算疲劳的焊接结构的选用原则；3）补充了受拉或受弯的焊接构件中，当板厚≥16㎜时，钢材应具有常温冲击韧性的合格保证；4）补充了厚度方向性能钢板的规定。（3）调整Q345的抗力分项系数为1.11，使设计值降低了1.6%左右。1.2“薄钢”规范的主要变动

（1）将冷弯构件的最大壁厚由6㎜扩大到12.5㎜；（2）采用国家标准，统一了钢材名称：Q235、Q345,与欧、美规范相比，钢种偏少，强度等级偏低。国外用于冷弯的钢板屈服强度可达550，具体见下页表：钢种等级fyb(N/㎜2)fu(N/㎜2)prEN1049:Part2S315MC315390S355MC355430S420MC420480S460MC460520S500MC500550S550MC5506001.3国内外规范有关钢材板厚方面的规定比较（板厚对抗脆断设计影响较大）（1）我国“普钢”规范只在3.3.1和8.7.1款有原则的规定，可操作性不强。欧洲薄钢规范建议的适用于冷弯的高强度钢另在3.3.3款中提出板厚≥16㎜的焊接钢构件，在受拉或受弯时应满足常温冲击功要求。（2）美国规范在重型型材一节中，提出翼缘板厚≥44㎜的型材采用全熔透焊缝连接成的构件；或由厚度≥50㎜板材采用全熔透焊缝焊成的组合截面构件，其钢材应满足常温20℃(+70℉)冲击功不小于27J(20ft·lbs)的要求。（3）欧洲规范承受静力荷载或疲劳荷载(非冲击荷载)的房屋结构的钢材不需要进行抗脆断检查的最大厚度如下表所示：

不需验算脆断的最大板厚(㎜）使用条件ⅰ钢材等级和质量0℃-10℃-20℃S1S2S1S2S1S2EN10025ⅱ:Fe360B15041108307422Fe360C2501102507518753Fe360D250250250212250150Fe430B902663194514Fe430C250631504512333Fe430D25015025012725084Fe510B4012299216Fe510C1062973215216Fe510D250731775215038Fe510DDⅲ2501282508525059i使用条件S1非焊接或只承受压力的构件S2焊接或承受拉力的构件ii超过100㎜厚的轧制型钢，其V型缺口冲击功应满足下列要求：厚度在150㎜之内时，在规定的试验温度下最小值为27J;板厚在150㎜到250㎜之间时，最小值为23J。ⅲ对Fe510DD级钢,在-20℃时的最小冲击功为40J。列入此行的钢材假定具有-30℃不小于27J的相当冲击功。（4）举例比较分析以工作温度低于-20℃需验算疲劳的Q345级钢的焊接钢构件为例：中国：不管板厚均选用Q345D美国：t≥44㎜轧制型钢Q345Bt≥50㎜焊接组合截面Q345B板厚小于上述值时,Q345A欧洲：t≤6㎜时，Q345B6㎜＜t≤16㎜时，Q345C16㎜＜t≤38㎜时，Q345D38㎜＜t≤59㎜时，Q345DD2关于基本设计原则2.1“普钢”规范的补充（1）框架梁柱节点的刚接、铰接和半刚性连接问题是如何判断三种连接形式？1）欧洲规范规定：当时，为铰接；当时，为刚接；当时，为半刚接；式中：为连接的转动刚度

Ib

—被连接梁的惯性矩

Lb

—被连接梁的长度2）美国有关资料建议：采用梁线公式(Beam-Lineequation)区分节点的类型

梁端最终的弯矩和转角两端嵌固的梁端弯矩假定端部有一定约束作用的梁在承受分布荷载作用下最终的变形和端弯矩如上页图，则可写出梁的转角位移方程如下：由以上两式可求出(*)

考虑梁上为对称横向荷载作用时，，，(*)式变为：,该式称为梁线方程。

当时，

,相当于嵌固情况；当时，,相当于铰接情况。当

≥90%时，为刚接；当≤20%时，为铰接；当20%＜＜90%时，为半刚接。但美国规范尚没列入此建议。3）我国尚无具体规定。弯矩转角曲线的三种类型（2）关于纯框架的近似二阶弹性分析1）“普钢”规范的方法新规范采用附加水平荷载Hni的方法来考虑结构和构件中的各种缺陷的影响，如下图：研究表明，框架层数越多，构件缺陷分布的随机性越大，在同一个方向缺陷叠加的几率就越小，我国规范采用下式计算附加水平荷载：

（3.2.8-1）

式中

Qi

—第i楼层的总重力荷载；

ns—框架总层数；

αy—钢材强度影响系数，钢材强度等级越高，αy越大。在考虑二阶弹性分析时，采用了近似的方法—层间放大法。假定某层的受力特性与其它各层无关；由P–Δ效应引起的柱内附加弯矩，等效于侧向力引起的效应。层的侧移刚度可定义为：由上式可解得：上式表明，某层的最终侧移Δ可由一阶侧移Δ1乘以一个放大系数求得。由假定可知，该楼层的侧移弯矩与该层侧向挠度成正比，即上式中—P-Δ弯矩放大系数

M1s—由该层侧移引起的最大一阶弯矩对于多层纯框架，可采用层间放大法进行二阶近似弹性分析如下：上图为一阶弹性分析，框架杆件端弯矩M1为：当采用二阶近似弹性分析时，框架杆件端弯矩M2为：（3.2.8-2）（3.2.8-3）式中：M1b—假定框架无侧移时，按一阶弹性分析求得的杆件端弯矩；

M1s—框架各节点侧移时，按一阶弹性分析求得的杆件端弯矩；—考虑二阶效应第i层杆件的侧移弯矩增大系数；—所计算楼层各柱轴压力设计值之和；—产生层间侧移Δu的所计算楼层及以上各层水平力之和，包括考虑缺陷的附加水平荷载在内；—按一阶弹性分析求得的所计算楼层的层间侧移；

h

—所计算楼层的高度。2）欧洲和美国规范的方法欧洲规范5.2.6.2款中有关侧移框架的弹性分析，与我国规范相似，不同之处是在附加水平荷载中还考虑了同一层中柱子数量的影响。美国规范采用下式考虑二阶弹性分析：式中Mu—考虑二阶效应的框架杆件弯矩；

Mnt

—无侧移框架中杆件的一阶弯矩；

Mlt—侧移框架中杆件的一阶弯矩；

B1—不考虑侧移时杆中弯矩增大系数；

或称为层间侧移弯矩放大系数。其中司—计算闲楼层所有形柱的轴力呈之和；—计抗算层的貌层间侧瞒移；—引起吹的各楼孔层水平力貌之和；L—楼层荡高度；—计算棵楼层所有术柱的侧移华失稳临界密力之和。3）当采乒用二阶弹株性分析计候算的框架搅内力验算绒构件的承务载力喊时，计崖算长度系另数均应取火1。2.2烘“什薄钢”币规范的容补充增列了卫受力蒙获皮作用冬的有关处条文。受力蒙毒皮作用门：因围贷护面层烈在自身债平面内蹈的抗剪升能力而加强了倘结构的辩整体工番作性能乐的效应堵。受力蒙烈皮作用研的条件肿：围护晴面层、眼可靠的苍紧固连孩接件、周边构培件受力蒙穿皮作用静的机理李如下面州两页图幼所示。3关雪于基本构姓件设计3.1犬“普钢题”规范的弹主要修订猛内容（1）焊屑接组合钢摊梁腹板的刊局部稳定哭和屈曲后咳强度1）承受布静力荷载协的组合梁但宜考虑腹拆板屈曲后鲜强度2）腹板语局部稳定君计算公式您的调整（2）强阅调了开口绳薄壁构件怜弯扭屈曲洲的概念1）增醋补了单育轴对称地截面绕颗对称轴贤发生弯尿扭屈曲吗时的换身算长细教比λyz的计算副方法。2）给出用了由角钢愿组成的单固轴对称截境面绕对称沙轴发生弯主扭屈曲时λyz的简化计蚊算方法。（3）米增补了行由厚板搅焊接组训成的实瘦腹截面源轴压柱扒的截面颤分类及工d曲线。（4）参赠照欧洲规跌范增补了衫用于减小送柱计算长要度的支撑历受力的计算方法邀。（5）完怖善了框架婆柱计算长己度的计算填方法（创垃新条文）1）定邮义了无寄支撑纯矿框架、老强支撑嚷框架和叉弱支撑决框架对有支兼撑框架脖，以侧险移刚度幼划线：当当（5.缓3.3蕉-1）时为强曲支撑（答无侧移械）框架京；当Sb不满足淘上式时挎为弱支玩撑（有铜侧移）货框架。式中劝、遍分别挪为层间圾所有框颤架用无船侧移框考架和有侧移框架玻柱计算长恐度系数算疼得的轴压嫌杆稳定承仙载力之和长。2）弱附支撑框体架柱的抢轴压杆养的稳定往系数考盆虑如下译例题：令鱼，有做微分方程解得稳隶定特征贪方程可画出箭稳定特旨性曲线声为可见当时，相尾当于悬处臂柱古；当肢时侍，相当凡于一端殊嵌固一挨端铰支喷柱虚；当图时，耐。规范给出赤当Sb不满足（串5.3.舱3-1）序式的要求膀时，弱支瓶撑框架柱臣的轴压杆触稳定系数宫近似采用伴插值法求群之：（5.糕3.3柜-2）式中，师和倒分别是选框架柱灯用无侧炮移框架弹柱和有照侧移框俗架柱计衬算长度链系数算库得的轴战压杆稳测定系数续。（6）补降充了钢-氏砼组合梁稀负弯矩部枝分的计算研。3.2垃“薄钢淋”规范的岛主要修订派内容（1）考熊虑板组屈光曲后性能厚的有效宽湾厚比计算替方法（创疼新条文）1）美傲国和欧针洲规范衣的方法欧美等库国的规誉范均采垒用单个宁板件的甲折减系性数法求虑板件的尘有效宽攻度，不倍考虑相善邻板件令的影响编。即be=ρb当λ≤0.6擦73时，ρ=1.揭0；当λ＞0.贯673时，ρ=（1克.0-0.2诉2/λ）/λ臭。式中，姐为残板的相含对宽厚员比b—屈板宽be—倘有效宽度ρ—帆板宽每折减系裕数K—粱相应氏于不同颗应力分宗布和侧妥边支承铃条件的单个板抢的屈曲侍系数f—袄钢材肚的强度表设计值E—守弹性模量t—长板厚2）我我国规范毒的方法旧规范骗：ⅰ不考虑喘板组的捎相互影高响；ⅱ非加劲疤板件