新版《钢结构设计标准》7.1起实施|钢结构设计的八大要点

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楼主 2019-02-04 11:23:35
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导读


       我国的钢结构设计规范经历了74规范(TJl7—74)、88规范 (GBJl7—88)、03规范(GB50017—2003).2017.12.12,住建部第1771号公告批准《钢结构设计标准》(GB50017-2017)为国家标准,自2018.7.1起实施.新版钢标增加了相关强制性条文,是第一部由规范改为标准的国标,新版钢标的推出,标志着规范时代的结束,强规+标准时代的开始.


参考文章1



原文:http://www.risn.org.cn/News/ShowInfo.aspx?Guid=f2f20c08-4faa-4efe-a88e-0d8e826dca54

参考文章2


浅析《钢结构设计标准》


住房和城乡建设部公告2017年第1771


现批准《钢结构设计标准》为国家标准,编号为GB50017-2017,自201871日起实施。其中,第4.3.2、4.4.1、4.4.3、4.4.4、4.4.5、4.4.6、18.3.3条为强制性条文,必须严格执行。原《钢结构设计规范》GB50017-2003同时废止。


很多人会有疑问,为什么从规范变为标准了?引用王立军主编的原话解释为:新版钢标是第一部由规范改为标准的国标。新版钢标的推出,标志着规范时代的结束,强规+标准时代的开始

  二、钢结构设计规范演变历程


我国的钢结构设计规范是随着建筑钢结构的应用逐步发展和完善的,经历了74规范TJl7—7488规范 GBJl7—8803规范GB50017—2003。现在又出来了17标准GB50017—2017


2.1 初代目74《钢规》:


 

74规范前,我们没有自己编制的钢结构设计规范,所以说,74规范是我国第一本正规的钢结构设计规范。


70年代初,国家下决心编制自己的规范,解决设计规范的空白。由于历史原因,原负责编制的单位解散,资料散失,一切从头开始。


这次调集了包括设计、科研和高校的各方人员,拨发了充足的试验经费和必要的钢材指标,集中力量从事规范的课题研究。由当时的冶金部北京钢铁设计院负责牵头主编,期间完成了大量理论分析和试验研究工作,仅轴压构件就做了107根试件的试验。


早期的74版钢结构规范采用容许应力法,是一种半概率、半经验的极限状态法。


74规范不仅解决了设计规范的有无问题,还为我国钢结构基本力学性能的研究打下了良好的基础,培养了人才。

 

2.2 次代目88《钢规》:


88规范采用《建筑结构设计统一标准》规定的以概率理论为基础的用分项系数表达的极限状态设计方法。疲劳计算仍采用容许应力法,但以压力幅准则代替了以前的应力比准则,增加了塑性设计、钢管结构和混凝土组合梁三章内容。


88规范对74规范作了较全面的修订,反应出当时国内钢结构领域的发展水平,体现了向国际接轨,吸收了新技术成果。轴压柱子曲线由一根改为三根,压弯构件的稳定计算由单项式改为多项式,增加了多层框架柱计算长度系数,钢材方面增加了390级的 15MnV钢,高强螺栓方面增加了承压型高强螺栓连接。


2.3 三代目03《钢规》:


03规范引进了如二阶分析、屈曲后强度等先进技术,进一步适应钢结构的应用和扩展。

在钢材方面增加了Q420钢,柱子曲线上增加了厚壁压杆的d类φ曲线,给出了单轴对称弯扭屈曲的计算公式。增加了大跨度屋盖结构设计和构造要求、寒冷地区抗脆断的构造要求,增加了方管桁架。


2.4 四代目17《钢标》:


纵观上述规范修订的变迁过程,可以看到,我们的钢结构设计规范,在老一辈钢结构人的努力下,从 74规范、88规范到03规范,逐步形成了具有中国特色的钢结构设计标准,为我国的工程建设事业作出了重大贡献。


但是,74规范虽经两次修订,但总体来说都是局部性的,经过30多年的改革开放,我国的钢结构应用状况发生了很大变化。随着钢产量由不足到过剩,钢结构的应用从以前仅用于重工业变为目前的广泛应用于工业和民用建筑的各个领域。因此,迫切需要一本适用于当前形势的囊括工业和民用建筑领域的钢结构设计规范与市场接轨。

 

同时,经过多年的改革开放,我们已从过去单纯的学习苏联转变为向欧美日等发达国家学习先进的钢结构技术。因此,这方面也急需与国际接轨。

17规范增加了直接分析法和钢结构抗震性能化设计内容。


在保留计算长度系数法的前提下,增加了考虑P一△和P一δ效应并考虑结构和构件初始缺陷的钢结构直接分析法。


该计算方法在2005年左右已纳入欧、美及香港规范。与03规范考虑P一△效应的近似二阶分析法相比,直接分析法在钢结构稳定计算方法方面前进了一大步, 使钢结构的稳定计算与强度计算统一起来


新增的钢结构抗震性能化设计一章,以中震设计为出发点,以钢结构构件截面分类为基础,体现高延性、低强度和高强度、低延性的设计方法,使钢结构的设计趋于更合理、经济和安全。


三、2017最新版《钢结构设计标准》主要修订内容如下:

(1)“术语和符号(第2章)”删除了原规范中关于强度的术语,增加了本次规范新增内容的术语。


(2)“基本设计规定(第3章)”增加了“结构体系”和“截面板件宽厚比等级”,“材料选用”及“设计指标”内容移入新章节“材料(第4章)”,关于结构计算内容移入新章节“结构分析及稳定性设计(第5章)”,“构造要求(原第8章)”中制作、运输及安装的原则性规定并入本章。


(3)“受弯构件的计算(原第4章)”改为“受弯构件(第6章)”,增加了腹板开孔的内容,“构造要求”中与梁设计相关的内容移入本章。


(4)“轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算(原第5章)”改为“轴心受力构件(第7章)”及“拉弯、压弯构件(第8章)”两章,“构造要求(原第8章)”中与柱设计相关的内容移入第7章。


(5)“疲劳计算(原第6章)”改为“疲劳计算及防脆断设计(第16章)”增加了简便快速验算疲劳强度的方法,“构造要求(原第8章)”中“提高寒冷地区结构抗脆断能力的要求”移入本章,并增加了抗脆断设计的补充规定。


(6)“连接计算(原第7章)”改为“连接(第11章)”及“节点(第12章)”两章,“构造要求(原第8章)”中有关焊接及螺栓连接的内容并入11章、柱脚内容并入12章。


(7)“构造要求(原第8章)”中的条文根据其内容,分别并入相关各章。


(8)“塑性设计(原第9章)”改为“塑性及弯矩调幅设计(第10章)”,改变了塑性设计思路,采用内力重分配的思路进行设计。


(9)“钢管结构(原第10章)”改为“钢管连接节点(第13章)”,丰富了计算的节点连接型式,另外,增加了节点刚度判定的内容。


(10)“钢与混凝土组合梁(原第11章现第14章)”,补充了纵向抗剪设计内容,删除了与弯筋连接件有关的内容。


(11)增加的章节有:第4 章材料、第5 章结构分析与稳定性设计、第9章加劲钢板剪力墙、第15 章钢管混凝土柱及节点、第17章钢结构抗震性能化设计、第18章钢结构防护。


四、补充延伸:


新版钢规对2003版钢规做了全面修订,特别是首次引入的“直接分析法”和“基于性能的钢结构抗震设计方法”,体现了与国际标准的接轨和以钢结构实际设计需求为中心的原则。

大跨度空间结构广泛应用于体育场馆、商场、展览馆、美术馆等,此类结构普遍存在造型复杂、竖向刚度小、稳定性问题突出、施工困难等问题,因而吸引了众多研究人员和工程师的注意。

直接分析法的优势:


1、直接分析法为大跨度空间结构的设计提供了很好的分析和设计手段,是一种全新的解决方案,已在欧美和香港得到大力的推广,也纳入了最新的GB50017。

2、采用直接分析法时,结构在构件和整体层面上的稳定性都可以在分析过程中得到反映,而不是像传统线性方法那样需要在设计阶段进行矫正。


3、更为严重的是,基于计算长度法的矫正并不总能得到正确的结果,从而造成安全隐患或导致事故发生。大跨度空间结构失稳模态普遍具有整体性,甚至可能发生跳跃或者跳回屈曲,基于构件稳定性的传统设计方法难以解决此类结构的稳定性问题


现行《钢结构设计规范》GB50017-2003中Q235、Q345钢材性能的基础数据还是30年以前的, Q390、Q420的设计指标是估算值,缺乏足够的数据支持,工程中已经实际应用的Q460、GJ钢急需补充。因此必须对国产钢材性能进行全面的调研。

 

原文:http://blog.sina.com.cn/s/blog_7466c6a80102xm3o.html


参考文章3


钢结构设计的八大要点

2018-01-05 千万间 诚信钢构联盟




钢结构设计简单步骤和设计思路


(一)判断结构是否适合用钢结构


  钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说:大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。


(二)结构选型与结构布置


此处仅简单介绍。 详请参考相关专业书籍。由于结构选型涉及广泛,做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。


  在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”,它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题,可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想,从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确,并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时,它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。(无论结构软件如何强大,扎实的结构概念和力学分析,及可靠的手算能力,才是过硬的素质。)

钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架(壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。


  其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计方法,比如网壳的稳定等。


  结构选型时,应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中,当有较大悬挂荷载或移动荷载,就可考虑放弃门式刚架而采用网架。屋面上雪压大的地区,屋面曲线应有利于积雪滑落(切线50度内需考虑雪载),如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时,在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中,可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中,常采用钢混凝土组合结构,在地震烈度高或很不规则的高层中,不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型src柱,核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震不利。(把受力单元尽可能的向结构外围布置,是充分利用材料性能的关键,就像中空的竹子一样,所以外强内弱很重要。)


  结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围,使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线。 否则应考虑结构的扭转。 结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承受1/4的总水平力。


  框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁,但是这会使主梁截面加大,减少了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消,此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。


(三)预估截面


  结构布置结束后,需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。


  钢梁可选择槽钢、轧制或焊接h型钢截面等。根据荷载与支座情况,其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时,可回避钢梁的整体稳定的复杂计算,这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后,其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。


  柱截面按长细比预估。 通常50<λ<150,简单选择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同,可选择钢管或h型钢截面等。


  初学者需注意,对应不同的结构,规范中对截面的构造要求有很大的不同。如钢结构所特有的组成构件的板件的局部稳定问题。在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区别。


  除此之外,构件截面形式的选择没有固定的要求,结构工程师应该根据构件的受力情况,合理的选择安全经济美观的截面。


(四)结构分析


  目前钢结构实际设计中,结构分析通常为线弹性分析,条件允许时考虑p-Δ,p-δ。

  新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能。这为更精确的分析结构提供了条件。并不是所有的结构都需要使用软件:

  典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形。

  简单结构通过手算进行分析。

  复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析。


(五)工程判定


  要正确使用结构软件,还应对其输出结果的做“工程判定”。比如,评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据“工程判定”选择修改模型重新分析,还是修正计算结果。


  不同的软件会有不同的适用条件。初学者应充分明了。此外,工程设计中的计算和精确的力学计算本身常有一定距离, 为了获得实用的设计方法,有时会用误差较大的假定, 但对这种误差, 会通过"适用条件、概念及构造"的方式来保证结构的安全。钢结构设计中,“适用条件、概念及构造”是比定量计算更重要的内容。


  工程师们不应该过分信任与依赖结构软件。美国一位学者曾警告说:“误用计算机造成结构破坏而引起灾难只是一个时间的问题。”

  注重概念设计和工程判定是避免这种工程灾难的方法。


(六)构件设计


构件的设计首先是材料的选择。 比较常用的是q235(类似a3)和q345(类似16mn)。 通常主结构使用单一钢种以便于工程管理。经济考虑,也可以选择不同强度钢材的组合截面。 当强度起控制作用时,可选择q345; 稳定控制时,宜使用q235。


  构件设计中,现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面。这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。


  当前的结构软件,都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步,一些软件可以将验算时不通过的构件,从给定的截面库里选择加大一级。并自动重新分析验算,直至通过,如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了结构师的很多工作量。但是,初学者至少应注意两点:

  1、软件在做构件(主要是柱)的截面验算时,计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定。目前所有的程序都不能完全解决这个问题。所以,尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件,结构师应该逐个检查。

  2、当上面第(三)条中预估的截面不满足时,加大截面应该分两种情况区别对待。

  (1) 强度不满足,通常加大组成截面的板件厚度,其中,抗弯不满足加大翼缘厚度,抗剪不满足加大腹板厚度。

  (2) 变形超限,通常不应加大板件厚度,而应考虑加大截面的高度,否则,会很不经济。

使用软件的前述自动加大截面的优化设计功能,很难考虑上述强度与刚度的区分,实际上,常常并不合适。


(七)节点设计


  连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前,就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是,最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致,这必须避免。按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。常用的参考书[2]有丰富的推荐的节点做法及计算公式。


  连接的不同对结构影响甚大。比如,有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题,但会产生较大转动, 不符合结构分析中的假定。会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。


  连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法, 初学者可偏安全选用前者。设计手册中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用,比较方便。也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成。


  具体设计主要包括以下内容:

  1、焊接: 对焊接焊缝的尺寸及形式等,规范有强制规定,应严格遵守。 焊条的选用应和被连接 金属材质适应。e43对应q235,e50对应q345。 q235与q345连接时,应该选择低强度的e43,而不是e50。

  焊接设计中不得任意加大焊缝。 焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定。

  2、栓接:

  铆接形式,在建筑工程中,现已很少采用。

  普通螺栓抗剪性能差, 可在次要结构部位使用。

  高强螺栓,使用日益广泛。常用8.8s和10.9s两个强度等级。根据受力特点分承压型和摩擦型。两者计算方法不同。高强螺栓最小规格m12。常用m16~m30。 超大规格的螺栓性能不稳定,设计中应慎重使用。

  自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接。 国外在低层墙板式住宅中,也常用于主结构的连接。

  3、连接板: 可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm。 然后验算净截面抗剪等。

  4、梁腹板: 应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。

  5、节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外,还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。

  6、节点设计还应考虑制造厂的工艺水平。 比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成。


(八)图纸编制


  钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段,设计图为设计单位提供,施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制,有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾,有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。


  1、设计图: 是提供制造厂编制施工详图的依据。深度及内容应完整但不冗余。在设计图中,对于设计依据、荷载资料(包括地震作用)、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求(包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等)、结构布置、构件截面选用以及结构的主要节点构造等均应表示清楚,以利于施工详图的顺利编制,并能正确体现设计的意图。主要材料应列表表示。

  2、施工详图:又称加工图或放样图等。深度须能满足车间直接制造加工。不完全相同的另构件单元须单独绘制表达,并应附有详尽的材料表。

  设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制,目前比较混乱,各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。初学者可参考他人的优秀设计并参考相关的工具书,并依据规范规定编制。


原文:https://mp.weixin.qq.com/s/-ymTTeSM3jNHywsBKaxh0w



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