鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范GB50017是新中國(guó)的第三本普通鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范,從1988年到2003年，歷經(jīng)15年修訂，基本上全面的反映了目前國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)的理論研究水平，內(nèi)容十分豐富。要想全面透徹的了解規(guī)范中每條規(guī)定的來(lái)龍去脈，超出了對(duì)設(shè)計(jì)工程師的要求，不必條條知其所以然。因?yàn)橛幸恍┮?guī)范中計(jì)算公式的推導(dǎo)涉及到很多專(zhuān)題研究課題，就是編制規(guī)范的人員也不可能面面俱到。

但個(gè)人認(rèn)為：對(duì)于規(guī)范中的公式，應(yīng)該知道基本的概念，即應(yīng)該知道該公式講什么東西，這些東西用在哪兒，怎樣用。

本講座的對(duì)象是那些或多或少做過(guò)或者接觸過(guò)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員，因此本次講座還是結(jié)合設(shè)計(jì)的需求，圍繞我們目前設(shè)計(jì)所經(jīng)常遇到的問(wèn)題來(lái)進(jìn)行，不對(duì)新規(guī)范逐條的進(jìn)行解釋。希望通過(guò)本次學(xué)習(xí)，各位能在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有所提高，能對(duì)新規(guī)范的要點(diǎn)和涉及到的一些基本概念(這也是鋼結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)和基本概念)有所基本了解和掌握。一些細(xì)節(jié)和具體的計(jì)算，根據(jù)規(guī)范逐步逐條按部就班仔細(xì)計(jì)算就行了。

歸根結(jié)底，學(xué)習(xí)規(guī)范的目的是要提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，而不是死記硬背一些條文。

和其它的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)一樣，概念設(shè)計(jì)是非常重要的。

因此本講座將十分注重概念的介紹而不是公式的介紹?；靖拍钍欠裼兴玖私夂驼莆沼幸粋€(gè)很簡(jiǎn)單而又十分有用的檢測(cè)方法，目前業(yè)已頒布的比較重要的規(guī)范的開(kāi)始部分，一般都有術(shù)語(yǔ)和符號(hào)，如果對(duì)這些術(shù)語(yǔ)和符號(hào)都能心中有數(shù)，那么就說(shuō)明你對(duì)該規(guī)范所涉及的基本概念基本掌握。有意想進(jìn)一步鉆研的同志，可以認(rèn)真閱讀本次規(guī)范的條文說(shuō)明。

和混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)自身重量輕，工廠制作精度高,現(xiàn)場(chǎng)安裝方便。加固改造方便，且拆卸后可回爐冶煉，基本沒(méi)有難以處理的垃圾，因此目前運(yùn)用越來(lái)越廣。但和任何事物都具有兩面性一樣，重量輕，則截面單薄，穩(wěn)定的問(wèn)題就勢(shì)必很突出;安裝方便，則對(duì)連接節(jié)點(diǎn)和工廠制作提出了較高的要求。同樣的矛盾反映到設(shè)計(jì)也是如此，要做好鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的材料，制作，安裝有較全面的了解。

一般的工業(yè)和民用混凝土結(jié)構(gòu),目前除廠房柱子外，預(yù)制的鋼筋混凝土構(gòu)件已經(jīng)為數(shù)不多,一般現(xiàn)澆為主,因此制作和節(jié)點(diǎn)相對(duì)簡(jiǎn)單。而鋼結(jié)構(gòu)就相對(duì)復(fù)雜一些,它是在工廠里把零件拼接成構(gòu)件,構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)再連接成結(jié)構(gòu)。因此除了對(duì)構(gòu)件的力學(xué)分析清楚以外,對(duì)零件的構(gòu)成,構(gòu)件的拼接也要有清楚的了解,這樣才能做出好的設(shè)計(jì)。

尤其是目前一些大跨度的空間結(jié)構(gòu)，有時(shí)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和施工，會(huì)牽涉到整個(gè)工程的成敗。這就要求設(shè)計(jì)者對(duì)鋼材的性能,對(duì)連接件(主要是焊條和螺栓)的性能及連接的節(jié)點(diǎn)等都要全面的掌握才行。

做任何設(shè)計(jì)都要“胸有成竹”，既要清楚設(shè)計(jì)的對(duì)象是什么，又要知道對(duì)象是怎樣做出來(lái)的，這樣才能真正做好設(shè)計(jì)?？梢赃@樣說(shuō)

材料,節(jié)點(diǎn),穩(wěn)定是鋼結(jié)構(gòu)的三大要素,三個(gè)代表。

必須掌握。前面兩點(diǎn)很多設(shè)計(jì)者都不太注意,許多鋼結(jié)構(gòu)教材和設(shè)計(jì)手冊(cè)也論述地不是太好。從表面看起來(lái)這兩點(diǎn)似乎沒(méi)有什么高深的理論,但要真正掌握，而且在設(shè)計(jì)中能融會(huì)貫通,絕非短時(shí)間一蹴而就之事。

尤其是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),更反映了設(shè)計(jì)的水平。

穩(wěn)定對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的重要是不言而喻的,許多教材也是一開(kāi)始就列舉了很多工程事故,說(shuō)明穩(wěn)定的重要性。作為設(shè)計(jì)者,考慮穩(wěn)定,不僅在設(shè)計(jì)柱子的時(shí)候要想到穩(wěn)定,這一點(diǎn)多數(shù)人都比較了解,因?yàn)樵诓牧狭W(xué)中就提到歐拉臨界力的問(wèn)題。但對(duì)于一些間接受壓構(gòu)件的穩(wěn)定和構(gòu)件的局部穩(wěn)定,許多設(shè)計(jì)者就比較生疏了。前者比如一根受彎的梁,它的上翼緣受壓而又沒(méi)有側(cè)向支撐,其上翼緣就會(huì)象柱子一樣發(fā)生側(cè)向屈曲,而處于穩(wěn)定狀態(tài)的其余部分又起阻止作用,最后梁就會(huì)發(fā)生既有側(cè)向移動(dòng)又有轉(zhuǎn)動(dòng)的,這就是梁的側(cè)向屈曲,這也就是為什么梁也要考慮穩(wěn)定的原因　。因此我們遇到吊車(chē)梁及沒(méi)有鋪板的大梁就要必須考慮穩(wěn)定問(wèn)題,而不是僅僅計(jì)算強(qiáng)度和撓度就完事了。局部穩(wěn)定通常是與板密切關(guān)聯(lián)的,梁的腹板,柱子的腹板,都有局部穩(wěn)定的問(wèn)題。但也不是凡是有腹板都會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn),曾經(jīng)看到不少人的圖紙,凡是梁或是柱,不管三七二十一,一律1.5倍h0加勁肋全部加上,這樣做不但不合情理,浪費(fèi)材料,而且還會(huì)給結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)以及施工帶來(lái)不必要的麻煩,關(guān)于這一點(diǎn)我們?cè)谙旅娴恼鹿?jié)會(huì)舉例加以說(shuō)明。還要指出的是有時(shí)要考慮多種失穩(wěn)狀態(tài),比如壓桿,除了有彎曲屈曲以外,還可能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲,老的規(guī)范GBJ17-88沒(méi)有關(guān)于壓桿彎扭屈曲的章節(jié),新規(guī)范則增加了與此有關(guān)的條款。凡是截面為單軸對(duì)稱(chēng)的壓桿,都應(yīng)該考慮彎扭屈曲的可能性。因此作為一種低級(jí)的解決辦法是柱子盡量用雙軸對(duì)稱(chēng)的截面。但在桁架和塔架中則是不可能避免的?？傊?在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,只要有受壓的地方,就要產(chǎn)生剛度的減弱，就應(yīng)該考慮穩(wěn)定問(wèn)題。還有一個(gè)值得注意的概念是：剛度大的構(gòu)件給剛度小的構(gòu)件提供加強(qiáng)剛度作用時(shí)，自身的剛度必然減弱。

穩(wěn)定和強(qiáng)度是兩個(gè)截然不同的概念。強(qiáng)度是構(gòu)件截面的應(yīng)力達(dá)到某種極限狀態(tài);而穩(wěn)定是整個(gè)構(gòu)件(或結(jié)構(gòu))的承載力達(dá)到某種極限狀態(tài)，是整個(gè)構(gòu)件(或結(jié)構(gòu))的剛度達(dá)到某種極限狀態(tài)。下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明和加深對(duì)這個(gè)問(wèn)題的理解。

如圖所示，兩個(gè)軸心受壓桿，除了邊界條件不同，一個(gè)是兩端簡(jiǎn)支，一個(gè)是一端固定，一端自由外，其它全部一樣。顯然，兩個(gè)桿的截面上的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)該完全一樣，強(qiáng)度應(yīng)該一樣。現(xiàn)在把P力逐漸加大，兩個(gè)桿的截面上的應(yīng)力將同步增加。但是，當(dāng)P力增大到某一數(shù)值時(shí)，B桿就會(huì)首先發(fā)生側(cè)曲，而且隨著P力的進(jìn)一步增加，B桿的側(cè)曲會(huì)越來(lái)越大，直到破壞。注意到在發(fā)生側(cè)曲的瞬間，兩個(gè)桿的截面上的應(yīng)力狀態(tài)仍然完全一樣，但兩個(gè)桿的變形卻截然不一樣，這就是穩(wěn)定問(wèn)題和強(qiáng)度問(wèn)題的區(qū)別，從物理意義上說(shuō)，是因?yàn)閮烧叩募s束不同，因此兩者的抗側(cè)移剛度不一樣;從計(jì)算的角度說(shuō)，B桿的計(jì)算長(zhǎng)度是A桿的兩倍，因此長(zhǎng)細(xì)比相差兩倍，穩(wěn)定系數(shù)也差別很大。臨界應(yīng)力當(dāng)然不一樣。

在我國(guó)第一本鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范TJ17-74中，關(guān)于軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定性計(jì)算公式為：

，而在GBJ17-88和現(xiàn)在的GB50017中，關(guān)于軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定性計(jì)算公式改正為：TJ17-74的計(jì)算公式反映了當(dāng)時(shí)在穩(wěn)定問(wèn)題上的概念混淆，如果將該式改寫(xiě)為;

，那才是正確的表達(dá)式。因此考慮穩(wěn)定問(wèn)題，必須從構(gòu)件的整體乃至整個(gè)結(jié)構(gòu)加以全面的考慮才行。

平心而論,穩(wěn)定是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題,也是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題,時(shí)至今日,依然是一個(gè)活躍的理論領(lǐng)域,有些觀點(diǎn)和理論，仍然在不斷的更新和提高。但是，要做鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就得面對(duì)這一難題。沒(méi)有任何捷徑可走,只有不斷的學(xué)習(xí),才能逐步的掌握它。

前面已經(jīng)提及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作,安裝密切相關(guān),因此有三本與此相應(yīng)的規(guī)范必須比較全面的掌握:它們是《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 GB50205-2001》，《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程 JGJ81-2002》和《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接的設(shè)計(jì)，施工及驗(yàn)收規(guī)程JGJ82-91》。后兩本的內(nèi)容有一部分已包括在第一本中。此外還應(yīng)該對(duì)一些材料標(biāo)準(zhǔn)，型材標(biāo)準(zhǔn)，連接件標(biāo)準(zhǔn)等都應(yīng)該熟悉，在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50017-2003》第3.3節(jié)“材料選用”中大部分已經(jīng)提及。另外還有兩本與鋼結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，它們是《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 GB50018-2002》，《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 CECS102：2002》，也是常常要用到的。

另外還要說(shuō)兩句題外話。

一是要想做好設(shè)計(jì)，僅僅注重從書(shū)本上學(xué)是絕對(duì)不夠的,一定要多下現(xiàn)場(chǎng)，多觀察，多實(shí)踐，多總結(jié)才行?！凹埳系脕?lái)終覺(jué)淺，絕盡此事須躬行”。這是宋朝陸游《示兒》詩(shī)中的句字，強(qiáng)調(diào)了實(shí)踐的重要性。事事都自己做，當(dāng)然不可能。但可以多觀察，觀察是很重要的,現(xiàn)在外面的構(gòu)筑物很多,仔細(xì)的看看別人是怎樣做的,也是一種很好的學(xué)習(xí),有些東西從圖紙上看很復(fù)雜，到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物一看，很簡(jiǎn)單。所謂”留心處處皆學(xué)問(wèn)”,這一道理同樣適合于鋼結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)。

二是不要迷信，不要迷信權(quán)威，不要迷信書(shū)本，要批判的學(xué)習(xí)，現(xiàn)在市面上各種資料、手冊(cè)鋪天蓋地，動(dòng)輒幾十萬(wàn)字，數(shù)卷精裝本，其實(shí)大都是你抄過(guò)來(lái)，他抄過(guò)去，甚至以訛傳訛，不可全信。就是國(guó)家規(guī)范，那也是僅僅反映了某一時(shí)期一部分人對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)，因此不可避免的具有局限性。事物總要發(fā)展，認(rèn)識(shí)總要深入，世上絕沒(méi)有一成不變的東西。尤其是年輕人，應(yīng)該有這種信念。

基本設(shè)計(jì)規(guī)定和材料選用

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，都有強(qiáng)制性條文，用黑體字寫(xiě)出來(lái)。這種強(qiáng)制性條文一般都要無(wú)條件遵守。在P.1頁(yè)1.0.5條中“在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件中，應(yīng)注明建筑結(jié)構(gòu)的使用年限，鋼材牌號(hào)，連接材料的型號(hào)(或鋼號(hào))和對(duì)鋼材所要求的力學(xué)性能，化學(xué)成分及其他的附加保證項(xiàng)目。此外，還應(yīng)注明所要求的焊縫形式，焊縫質(zhì)量等級(jí)，端面刨平頂緊部位及對(duì)施工的要求。”

這幾條是設(shè)計(jì)說(shuō)明中必須要說(shuō)明的條款，也是實(shí)際施工過(guò)程中首先要解決的問(wèn)題。這幾條看起來(lái)簡(jiǎn)單，實(shí)際上有豐富的內(nèi)涵，它涉及了材料，節(jié)點(diǎn)這兩個(gè)基本要素中大部分要點(diǎn)。只有對(duì)這幾條的內(nèi)容有全面的、實(shí)質(zhì)性的了解，且能正確的加以運(yùn)用，才能做出較好的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此下面將比較細(xì)致地將這幾條與新規(guī)范的相應(yīng)的規(guī)定結(jié)合起來(lái)進(jìn)行講解。

關(guān)于使用年限在《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) GB 50068-2001》中明規(guī)定了四類(lèi)：1.5年(臨時(shí)性建筑)，2.25年(易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件)，3.50年(普通房屋和構(gòu)筑物)，4.100年(紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu))。很明顯，一般的民用和工業(yè)建筑的使用年限為50年。安全等級(jí)為二級(jí)

鋼材牌號(hào)，我們目前承重結(jié)構(gòu)通常用到兩種，即碳素結(jié)構(gòu)鋼(Q235)和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼(Q345)，它們相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是(GB/T700 )和(GB/T1591)。由于國(guó)標(biāo)編號(hào)已經(jīng)定死，以后若有變更，僅后面的年號(hào)變更，不寫(xiě)年號(hào)反而不容易出現(xiàn)失誤，它表明采用的是目前的標(biāo)準(zhǔn)。

規(guī)范還推薦了Q390和Q420,這兩種和Q345一樣，屬于低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。Q235又分為A，B，C，D四個(gè)質(zhì)量等級(jí)，即Q235—A~D。A級(jí)鋼不做沖擊實(shí)驗(yàn)，而B(niǎo)，C，D級(jí)則分別保證在20 0C，0 0 C，-20 0C時(shí)V型沖擊功不小于27 J(焦耳)。Q345則分為A，B，C，D，E五個(gè)質(zhì)量等級(jí)，即Q345—A~E。A級(jí)鋼不做沖擊實(shí)驗(yàn)，而B(niǎo)，C，D級(jí)分別保證在20 0C，0 0 C，-20 0C時(shí)V型沖擊功不小于34 J(焦耳)。E級(jí)則保證-40 0C時(shí)V型沖擊功不小于27 J(焦耳)。顯然，Q345-B的抗沖擊韌性要大于Q235-B，要注意Q235-B不要寫(xiě)成Q235B，忘了中間的一橫。因?yàn)檫@些鋼材都是GB上的材料,當(dāng)指明牌號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)上已有的性能和指標(biāo)等等在設(shè)計(jì)說(shuō)明中就不必重復(fù)了。

按現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，Q235-A是不能用于承重焊接結(jié)構(gòu)的。其理由是在(GB/T700—88)中第5.1.1.5條注明：“在保證鋼材力學(xué)性能符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定情況下，各牌號(hào)A級(jí)鋼的碳，錳，硅含量和各牌號(hào)其它等級(jí)鋼碳，錳含量下限可以不作為交貨條件，但其含量(熔煉分析)應(yīng)在質(zhì)量證明書(shū)中注明。”這就表明A級(jí)鋼的碳，錳，硅含量是不保證的。在(GB/T700—88)中第5.4.1.3條注明：“各牌號(hào)A級(jí)鋼的冷彎實(shí)驗(yàn)，在需方有要求時(shí)才進(jìn)行。當(dāng)冷彎實(shí)驗(yàn)合格時(shí)，抗拉強(qiáng)度上限可以不作為交貨條件?！庇捎谔己繉?duì)鋼材的可焊性影響很大，所以從表面上看，既然A級(jí)鋼的碳，錳，硅含量不保證，那么Q235—A是不能用于焊接結(jié)構(gòu)的。目前流行于市的教科書(shū)以及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)大都持此觀點(diǎn)。

但目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，很多板材和型材都是Q235-A，而且也大量的用于承重焊接結(jié)構(gòu)上，還沒(méi)有聽(tīng)到因母材采用Q235-A而發(fā)生事故的，這表明Q235-A的質(zhì)量還是能滿足一般的承重焊接結(jié)構(gòu)的，事實(shí)上，根據(jù)GB/T700，Q235-A的基本力學(xué)性能和化學(xué)成分是可以滿足一般的承重焊接結(jié)構(gòu)的要求的。

武漢理工大學(xué)劉聲揚(yáng)教授在曾經(jīng)出版的《鋼結(jié)構(gòu)疑難釋義第三版》中也強(qiáng)烈支持Q235-A可以用于一般的承重焊接結(jié)構(gòu)上這一觀點(diǎn)[5]。原重慶建工學(xué)院的三次大規(guī)模關(guān)于鋼材質(zhì)量的專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查已經(jīng)證實(shí)了近年來(lái)國(guó)產(chǎn)鋼材的質(zhì)量有很大的提高[2]，但如果按照新規(guī)范，Q235-A幾乎就是廢品，這無(wú)論從理論上或是從實(shí)際上來(lái)說(shuō)，都是很不合適的。Q235-A是可以用在一般的承重焊接結(jié)構(gòu)中的。但為了保險(xiǎn)和合法起見(jiàn)，建議在材料說(shuō)明中，補(bǔ)充要求冷彎合格和碳含量≤0.22的附加條件，這樣就可以滿足規(guī)范 3.3.3條的要求(事實(shí)上，只要是合格的Q235-A，這兩條總是可以滿足的)。用Q235-A替代Q235-B也是在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常碰到的問(wèn)題，可以按上面的要求處理。

要指出的是，焊接難易程度比較科學(xué)的說(shuō)法是取決于鋼材的碳當(dāng)量而不是碳含量。在《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程 JGJ81-2002》有明確的說(shuō)明，碳當(dāng)量Ceq﹤0.38時(shí)是一般焊接難度。

Ceq =C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15        (1)

式中   C,Mn,Cr,Mo,V,Ni,Cu分別為碳，錳，鉻，鉬，釩，鈮，銅的含量(%)。該式也是國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推薦的公式。實(shí)際上對(duì)于一個(gè)合格的焊工，焊接Q235是很容易的事。

為了滿足國(guó)內(nèi)高層和超高層建筑對(duì)鋼材材質(zhì)的更高要求,目前有些鋼廠已生產(chǎn)出質(zhì)量更高的Q235和Q345鋼材,并且有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板 YB4104-2000》，其牌號(hào)為Q235GJ，Q345GJ，Q235GJZ，Q345GJZ，每種有C、D、E三個(gè)質(zhì)量等級(jí)，有Z的牌號(hào)對(duì)厚度方向性能有保證。這些鋼材的性能比Q235，Q345有很大的提高。

規(guī)范3.3.4條：“對(duì)于需要驗(yàn)算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)鋼材，應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證。當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度不高于00C但高于-200C時(shí)，Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有00C沖擊韌性的合格保證;…?！笔裁磿r(shí)候需要驗(yàn)算疲勞?請(qǐng)看規(guī)范6.1.1條：“直接乘受動(dòng)力荷載作用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接，當(dāng)應(yīng)力變化的循環(huán)次數(shù)n等于或大于5×104時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算?！?.1.3條：“… 在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位可不計(jì)算疲勞?！边@里沒(méi)有明確n的時(shí)間范圍，在一些資料中也沒(méi)有明確的提及，如果是50年，那么5×104/50/360=2.8次/天。因此如果一個(gè)構(gòu)件在一天中，受到三次動(dòng)力荷載作用，且出現(xiàn)拉應(yīng)力，就要進(jìn)行疲勞計(jì)算。從實(shí)際運(yùn)用講，中級(jí)工作制的吊車(chē)梁就應(yīng)該考慮疲勞問(wèn)題(當(dāng)?shù)踯?chē)的工作制A1~A3為輕級(jí)，A4、A5為中級(jí)，A6~A8為重級(jí))。

所謂的結(jié)構(gòu)工作溫度在規(guī)范的3.3.2條的說(shuō)明中(P.168)說(shuō)道:“…建議采用《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ19-87(2001版)中所列的“最低日平均溫度”?！辈橐幌略撘?guī)范，韶關(guān)以北包括韶關(guān)最低日平均溫度均不高于0C(南京是-0C)，這樣，目前我們國(guó)內(nèi)絕大部分地區(qū)的中級(jí)，重級(jí)工作制吊車(chē)梁都要選用Q235-C，顯然這一建議是不合適的。而且不分室內(nèi)外，也太籠統(tǒng)。有人建議取最低日平均溫度加10度，看來(lái)是合適的。

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，這么多年長(zhǎng)江沿岸吊車(chē)梁一直用Q235-B，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題嘛!我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范《鋼制球型儲(chǔ)罐 GB12337-1998》使用環(huán)境溫度這一溫度來(lái)作為工作溫度，取值為月平均最低溫度(見(jiàn)該規(guī)范附錄A1.3條)。要求要寬松一些。

連接材料主要是螺栓和焊條(絲)。建筑鋼結(jié)構(gòu)所用的螺栓有兩大類(lèi)，即普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓。普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓的主要區(qū)別在于其機(jī)械性能不同，也即性能等級(jí)不同;在螺孔的精度上也有區(qū)別。在設(shè)計(jì)中經(jīng)常注明的“高強(qiáng)度螺栓8.8級(jí)”，8.8即為性能等級(jí)，小數(shù)點(diǎn)前一個(gè)數(shù)字8表示該螺栓材料熱處理后的抗拉強(qiáng)度≥800N/mm2,小數(shù)點(diǎn)后一個(gè)數(shù)字8則表示該材料的屈強(qiáng)比(屈服點(diǎn)與抗拉強(qiáng)度比值)為0.8,10.9級(jí)則表示該材料的抗拉強(qiáng)度≥1000N/mm2, 屈強(qiáng)比為0.9。屈強(qiáng)比大則材料的韌性差，不宜重復(fù)使用。尤其是10.9級(jí)的只能用一次。目前我國(guó)使用的高強(qiáng)度螺栓只有8.8和10.9級(jí)，可以寫(xiě)為8.8s和10.9s。普通螺栓分A，B，C三級(jí)。C級(jí)為粗制螺栓，用Q235(通常用Q235-B以保證有良好的韌性)制作，性能等級(jí)為4.6或4.8級(jí)，A，B級(jí)為精制螺栓，如果用Q345制作則性能等級(jí)為5.6，若用其它低合金鋼也有8.8級(jí)。普通螺栓一般在設(shè)計(jì)時(shí)不注明性能等級(jí)，但要注明鋼號(hào)。事實(shí)上目前建筑鋼結(jié)構(gòu)已基本不用精制螺栓，因?yàn)樗鼘?duì)螺栓和螺孔的要求都很高。在建筑鋼結(jié)構(gòu)需要用到精制螺栓的場(chǎng)合，都可以用高強(qiáng)度螺栓來(lái)取代它，而高強(qiáng)度螺栓對(duì)螺孔的要求與C級(jí)螺栓一樣。加工和安裝都比較方便。

承壓型高強(qiáng)度螺栓(或摩擦型高強(qiáng)度螺栓)是一個(gè)錯(cuò)誤的術(shù)語(yǔ)，它將螺栓的連接的方式(連接的力學(xué)模式)和螺栓的種類(lèi)(外形和性能)這兩個(gè)風(fēng)馬牛不相及的概念混為一談，本次新規(guī)范已糾正了這一錯(cuò)誤。再?gòu)?qiáng)調(diào)一下：高強(qiáng)度螺栓就螺栓本身而言，目前國(guó)內(nèi)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)的有兩種，即大六角頭型高強(qiáng)度螺栓和扭剪型高強(qiáng)度螺栓，前者有8.8s和10.9s,后者只有10.9s。連接副表示一套螺栓，螺母和墊圈(大六角頭高強(qiáng)度螺栓有兩個(gè)墊圈)，這兩種螺栓都可以用于承壓型或是摩擦型連接。承壓型連接，以連接破壞(即螺栓的破壞或是連接構(gòu)件的破壞)為承載能力的極限狀態(tài)。因此承壓型連接的高強(qiáng)度螺栓的計(jì)算與普通螺栓的計(jì)算一樣，對(duì)連接構(gòu)件的接觸面僅要求清除油污和浮銹。但承壓型連接依然要求對(duì)螺栓施加與承壓型連接同樣的預(yù)拉力(這一點(diǎn)與美國(guó)規(guī)范不一樣)，因此當(dāng)連接發(fā)生破壞時(shí)，節(jié)點(diǎn)處的變形要比普通螺栓連接小得多。摩擦型連接是以連接板層之間出現(xiàn)滑動(dòng)為承載能力的極限狀態(tài)。當(dāng)連接板層之間出現(xiàn)滑動(dòng)時(shí)，螺栓的潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)，因此，在同樣的內(nèi)力情況下，螺栓的數(shù)量要比以破壞為極限狀態(tài)增加很多。所以，在變形要求不是很?chē)?yán)格的地方和荷載作用不會(huì)產(chǎn)生反向內(nèi)力的情況，都應(yīng)該推廣應(yīng)用承壓型連接。比如輕鋼廠房和一些以靜載為主的結(jié)構(gòu)。如果運(yùn)用摩擦型連接，就應(yīng)該盡量提高抗滑移系數(shù)μ，充分發(fā)揮高強(qiáng)度螺栓的作用。采用高強(qiáng)度螺栓時(shí)，除了說(shuō)明強(qiáng)度等級(jí)外，必須說(shuō)明連接形式，如果是摩擦型連接，還要給出抗滑移系數(shù)μ的值。之所以叫抗滑移系數(shù)，是因?yàn)槠渲惦S板間的壓力減小而降低，不同于物理學(xué)中摩擦系數(shù)為定值。

有不少設(shè)計(jì)者喜歡在說(shuō)明焊條時(shí)注明具體的焊條牌號(hào)，如E4301，E4315，E5015等。其實(shí)焊條的具體牌號(hào)是由焊接工藝所決定的，制造商根據(jù)自己的設(shè)備，操作習(xí)慣，焊接環(huán)境及焊接方位(如平焊，仰焊等)可以選擇不同牌號(hào)的焊條。除有特殊要求，設(shè)計(jì)者只需根據(jù)母材的種類(lèi)選擇與其匹配的相同強(qiáng)度等級(jí)的焊條即可。即Q235 選擇E43，Q345 選擇E50，無(wú)須給出具體的焊條牌號(hào)。強(qiáng)度不同的鋼材在連接時(shí)，應(yīng)選擇與低強(qiáng)度鋼材相匹配的焊條。

鑒于現(xiàn)有的焊接技術(shù)尚無(wú)法避免焊接過(guò)程中焊接缺陷的產(chǎn)生，因此必須采取一定措施將焊接缺陷控制在允許的范圍內(nèi)。實(shí)踐證明通過(guò)制定焊接缺陷質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行約束是一種有效的手段。在《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50205》中就將焊縫質(zhì)量等級(jí)分為3級(jí)，即一，二，三級(jí)。如果經(jīng)過(guò)檢查，焊接缺陷不超過(guò)我們所要求的級(jí)別的各項(xiàng)規(guī)定，則焊接過(guò)程中焊接缺陷就得到了控制。

規(guī)范對(duì)于焊縫的質(zhì)量等級(jí)在7.1.1條(P.63)做出了4條規(guī)定。但似乎敘述的不夠清楚，有些術(shù)語(yǔ)也不統(tǒng)一。焊接接頭的基本類(lèi)型實(shí)際上只有5種，如圖2所示：

(a)為對(duì)接接頭，(b)為搭接接頭，(c)為T(mén)形(十字)接頭，(d)為角接頭，(e) 為端接頭。(f)實(shí)際上是 T形接頭，但在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，為了強(qiáng)調(diào)在吊車(chē)梁的上翼緣處這種焊縫必須焊透，就另外起了個(gè)名字;在GB50205中5.2.5條稱(chēng)為對(duì)接和角對(duì)接組合焊縫，在JGJ81-2002中4.3.1條稱(chēng)為對(duì)接與角接組合焊縫，GB50017中7.1.1條的第1小條中稱(chēng)為T(mén)形對(duì)接與角接組合焊縫;在第3小條中稱(chēng)為對(duì)接與角接組合焊縫。有三種稱(chēng)呼，其實(shí)還是稱(chēng)為融透角焊縫比較合適。就我們目前所涉及的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，需要進(jìn)行疲勞驗(yàn)算的構(gòu)件，就是吊車(chē)梁。因此7.1.1條關(guān)于焊縫的質(zhì)量等級(jí)不妨簡(jiǎn)敘如下：“起重量大于50t的中級(jí)工作制和重級(jí)工作制的吊車(chē)梁，所有的對(duì)接焊縫均應(yīng)該焊透，其下翼緣的橫向?qū)雍缚p質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)，其余對(duì)接焊縫為二級(jí)，角焊縫的外觀質(zhì)量等級(jí)為二級(jí);腹板與上翼緣的T型接頭焊縫也應(yīng)焊透，焊腳尺寸詳見(jiàn)圖紙。其它的情況對(duì)接焊縫質(zhì)量等級(jí)為二級(jí)，角焊縫的質(zhì)量等級(jí)為三級(jí)?！庇捎诮呛缚p不能用超聲波探傷，因此最嚴(yán)格也只能要求外觀質(zhì)量等級(jí)為二級(jí)。

在加引弧板施焊的情況下,一,二級(jí)對(duì)接焊縫均與母材等強(qiáng)，因此其焊縫是不用計(jì)算的，有的設(shè)計(jì)手冊(cè)[6]要求：當(dāng)?shù)踯?chē)梁下翼緣對(duì)接焊縫位于跨中的1/3范圍內(nèi)時(shí)，宜采用450~550斜縫對(duì)接，這一要求顯然是錯(cuò)誤的。

對(duì)于建筑鋼結(jié)構(gòu)，焊縫質(zhì)量要達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是很困難的。特別是在采用手工電弧焊且剖口較深的時(shí)候，一般的焊工很難做到。新規(guī)范中級(jí)工作制的吊車(chē)梁對(duì)接焊縫下翼緣焊縫質(zhì)量有些偏嚴(yán)。

在GB50205中，三個(gè)質(zhì)量等級(jí)對(duì)于焊縫的內(nèi)部缺陷超聲波探傷，外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法都做了明確的規(guī)定。GB50205規(guī)定：“設(shè)計(jì)要求全焊透的一，二級(jí)焊縫應(yīng)采用超聲波探傷進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)，焊縫內(nèi)部缺陷分級(jí)及探傷方法應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鋼焊縫手工超聲波探傷方法及質(zhì)量分級(jí)法》GB11345的規(guī)定，對(duì)于一級(jí)，二級(jí)焊縫的探傷結(jié)果應(yīng)符合表 5.2.4的規(guī)定?！?/p>

一，二級(jí)焊縫質(zhì)量等級(jí)        表  5.2.4

     焊縫質(zhì)量等級(jí)

一級(jí)

二級(jí)

內(nèi)部缺陷超聲波探傷

  評(píng)定等級(jí)

Ⅱ

Ⅲ

  檢驗(yàn)等級(jí)

B級(jí)                        

B級(jí)

探傷比例

100%

20%

在GB11345中檢驗(yàn)等級(jí)分為A，B，C三個(gè)級(jí)別，評(píng)定等級(jí)分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ四個(gè)級(jí)別(注意質(zhì)量等級(jí)一,二是漢字,而評(píng)定等級(jí)是羅馬字)。所謂檢驗(yàn)等級(jí)，說(shuō)通俗一些，就是檢驗(yàn)方法。根據(jù)探測(cè)方向(取決于探頭角度，探傷側(cè)，探傷面及探頭移動(dòng)角度等)的多少，分為A，B，C三個(gè)級(jí)別，它體現(xiàn)了檢驗(yàn)的完善程度，按A,B,C 逐級(jí)提高。其檢驗(yàn)工作的難度系數(shù)也逐級(jí)提高。對(duì)于建筑鋼結(jié)構(gòu)以及壓力容器目前我國(guó)超聲波探傷的檢驗(yàn)等級(jí)都采用B級(jí)。當(dāng)檢驗(yàn)方法(即檢驗(yàn)等級(jí))確定以后，根據(jù)用該種方法檢測(cè)出來(lái)焊縫中缺陷的情況，對(duì)其結(jié)果進(jìn)行等級(jí)分類(lèi)，就是所謂的評(píng)定等級(jí)，這個(gè)評(píng)定等級(jí)是用羅馬字符來(lái)表示的，質(zhì)量等級(jí)和評(píng)定等級(jí)是兩回事，但經(jīng)常會(huì)發(fā)生混淆。還要指出的是對(duì)于高爐爐殼、熱風(fēng)爐爐殼、除塵器外殼及管道外殼的對(duì)接焊縫，根據(jù)前冶金部的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《冶金機(jī)械設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范 煉鐵設(shè)備 YBJ208-85》中規(guī)定和實(shí)際使用情況，此類(lèi)焊縫的質(zhì)量等級(jí)也可以定為二級(jí)。

鋼結(jié)構(gòu)還有一個(gè)防銹的問(wèn)題，正規(guī)的稱(chēng)呼應(yīng)該是涂裝，涂裝包括表面除銹和涂刷涂料兩個(gè)內(nèi)容?！颁摬谋砻骓氄J(rèn)真除銹”這樣的說(shuō)明缺乏具體的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該注明除銹等級(jí)Sa2.5,或除銹等級(jí)St3。Sa1，Sa2,Sa2.5,Sa3是噴射或拋射(通常說(shuō)的噴砂只是其中一種)的等級(jí)要求，共有4級(jí)。手工和動(dòng)力工具除銹等級(jí)只有St2,St3兩種。我國(guó)對(duì)于除銹等級(jí)早已有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí) GB8923-88》。噴射除銹不僅除銹徹底，而且能在鋼材表面形成微小的凸凹面，有利于涂料與鋼材的黏結(jié)，大大提高防腐的年限。值得大力推廣。涂料(油漆)的種類(lèi)很多，可以針對(duì)不同的情況，選用不同的系列油漆，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該給出各層漆膜的厚度和總厚度。一般的室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)用130μm,室外用160μm,如果環(huán)境介質(zhì)的腐蝕性大，厚度要增加。

設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)原則這一章沒(méi)有太多的變化，要注意的是疲勞計(jì)算是按承載能力極限狀態(tài)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但計(jì)算時(shí)用荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

計(jì)算吊車(chē)梁的疲勞和撓度時(shí)，取荷載效應(yīng)最大的一臺(tái)吊車(chē)計(jì)算。

荷載和荷載效應(yīng)計(jì)算

這一節(jié)兩條需注意的內(nèi)容。一是橫向水平力，二是對(duì)框架的計(jì)算做出了比較詳細(xì)的規(guī)定，著重指出對(duì)于豎向荷載較大和側(cè)向剛度較小的框架宜按二階彈性分析。

橫向水平力用于計(jì)算重級(jí)工作制吊車(chē)梁及其制動(dòng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及連接的強(qiáng)度。此力與最大輪壓有關(guān)，僅作用在輪壓處。而荷載規(guī)范里的橫向水平荷載用于計(jì)算框排架，這一荷載與吊車(chē)的小車(chē)重量及起重量之和有關(guān)，它是等分作用于橋架的兩端。之所以加這一條是原規(guī)定理由不充分且荷載值偏小。

一階彈性分析和二階彈性分析是結(jié)構(gòu)分析中經(jīng)常用到的兩種方法和兩個(gè)重要的概念。所謂一階是指不考慮結(jié)構(gòu)的變形對(duì)荷載作用的影響，力的平衡是按變形前的桿件軸線建立的，也就是結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法。而用二階分析時(shí)，力的平衡是按變形后的桿件軸線建立的。彈性分析是指假定結(jié)構(gòu)始終處在彈性階段，在計(jì)算中變形模量E始終取常量206×103N/mm2。在彈塑性分析中則變形模量E值是變化的。

以一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明一階彈性分析和二階彈性分析的區(qū)別。在圖.3中(a)為一階分析的簡(jiǎn)圖，(b)為二階分析的簡(jiǎn)圖。

按一階分析，柱底A的彎矩M1=Hh

柱頂位移δⅠ=Hh3/(3EI)，位移與P無(wú)關(guān)。而按二階分析時(shí)，注意力的平衡是建立在變形后的軸線上的。從(b)圖可以得到，柱底A的彎矩M=Pδ+Hh而柱頂位移δⅡ=;式中?？梢钥闯鰪澗睾臀灰贫加兴黾樱@也就是常說(shuō)的所謂應(yīng)。比較兩種方法，可以看出，按二階分析更接近于實(shí)際，但工作量則大大增加且公式中包含了超越函數(shù)。因此規(guī)范中用了“對(duì)

>0.1的框架結(jié)構(gòu)宜采用二階彈性分析方法，如果層間位移

，則有，即計(jì)算層各柱軸心壓力設(shè)計(jì)之和是本層及以上各層水平力40倍以上時(shí)，宜采用二階彈性分析方法。事實(shí)上從圖(b)可以看出P比較大時(shí)，二階效應(yīng)才比較明顯。

當(dāng)采用二階分析時(shí)，考慮到實(shí)際框架必然存在著各種缺陷(如初傾斜，殘余應(yīng)力等)，因此用在柱頂加一個(gè)假想水平力，也稱(chēng)概念力(notional force),來(lái)體現(xiàn)缺陷的影響：

是第i層總重力荷載設(shè)計(jì)值,框架層數(shù),

是鋼材強(qiáng)度影響系數(shù)，對(duì)于Q235為1.0;Q345為1.1;Q390為1.2;Q420為1.25。這里要說(shuō)明一下實(shí)際計(jì)算時(shí)，可以先按一階分析計(jì)算，然后根據(jù)

的大小，決定是否采用二階分析，當(dāng)此值>0.25，宜增加框架剛度重新計(jì)算。由于規(guī)范沒(méi)有明確H是何種類(lèi)型值，因此值只能取設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的位移。如果<0.1，則不必考慮用二階分析，當(dāng)然也就不必加水平力。從實(shí)用的角度，最好是增加框架的側(cè)移剛度，免去二階分析的煩瑣?？紤]到二階分析的復(fù)雜性，規(guī)范給出了無(wú)支撐純框架的近似計(jì)算方法。這一方法只需要進(jìn)行一階計(jì)算，然后引入一個(gè)放大系數(shù)去乘側(cè)移產(chǎn)生的彎矩，就可以得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果。其方法在規(guī)范的條文說(shuō)明(P.166)已經(jīng)清楚地給出。要注意的是用二階分析且加上理想力后，計(jì)算穩(wěn)定時(shí)各柱的計(jì)算長(zhǎng)度就取實(shí)際長(zhǎng)度。另外由于二階分析不是線性分析，其計(jì)算出的內(nèi)力是不能迭加的，要求出最大內(nèi)力，只有事先組合荷載才行。

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