2011-学习资料大全：钢结构设计规范GB50017

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钢结构设计规范GB50017

修订内容介绍

同 济 大 学

沈 祖 炎

2002年11月

一、章节目录

1 总则 2 术语和符号

术语 2.2 符号 3 基本设计规定

3.1 设计原则

3.2 荷载和荷载效应计算 材料选用 3.4 设计指标

3.5 结构或构件变形的规定 4 受弯构件的计算

4.1 强度 4.2 整体稳定 局部稳定

4.4 组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算 5 轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算

轴心受力构件 5.2 拉弯构件和压弯构件

构件的计算长度和容许长细比 5.4 受压构件的局部稳定 6 疲劳计算

6.1 一般规定 6.2 疲劳计算 7 连接计算

焊缝连接

7.2 紧固件（螺栓、铆钉等）连接 7.3 组合工字梁翼缘连接 梁与柱的刚性连接 连接节点处板件的计算 7.6 支座

8 构造要求

8.1 一般规定 8.2 焊缝连接

8.3 螺栓连接和铆钉连接 8.4 结构构件

8.5 对吊车梁和吊车桁架（或类似结构）的要求 大跨度屋盖结构

8.7 提高寒冷地区结构抗脆断能力的要求 8.8 制作、运输和安装 8.9 防护和隔热 9 塑性设计

9.1 一般规定 9.2 构件的计算

9.3 容许长细比和构造要求 10 钢管结构

10.1 一般规定 10.2 构造要求

10.3 杆件和节点承载力 11 钢与混凝土组合梁

11.1 一般规定 11.2 组合梁设计 11.3 抗剪连接件的计算 11.4 挠度计算 11.5 构造要求

附录A 结构或构件的变形容许值 附录B 梁的整体稳定系数 附录C 轴心受压构件的稳定系数 附录D 柱的计算长度系数 附录E 疲劳计算的构件和连接分类

附录F 桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定计算 附：本规范用词说明 附：修改条文说明

其中下面打—的节为新增，下面打~~的节为有较多修改。

二、增加的一些新概念

2.1. 一阶分析与二阶分析

（1）一阶分析为不考虑结构变形对内力产生的影响，根据未变形的结构平衡条件分析结构内力及位移。

（2）二阶分析为考虑结构变形对内力产生的影响，根据变形的结构平衡条件分析结构内力及位移，也称考虑P—Δ效应的分析。

一阶分析 二阶分析

2.2. 屈曲与屈曲后强度 （1）屈曲

整个结构或构件在外荷载作用下由原有平衡状态时的变形突然变为另一平衡状态的另

M=Hl

M=Hl+P

l

P

H

H

一性质的变形，出现这种状态称为整个结构或构件出现屈曲。

（2）屈曲强度与屈曲后强度

结构或构件出现屈曲后其承载能力根据结构或构件的具体情况有两种可能。一种为出现

屈曲时结构或构件已达到最大承载力，屈曲出现即标志结构或构件破坏。另一种为出现屈曲时，结构或构件并未达到最大承载力，仍有后继承载能力，即屈曲后强度。

屈曲破坏

屈曲后强度

屈曲临界力Pcr 极限承载力Pu

2.3. 无支撑框架、强支撑框架、弱支撑框架 （1）无支撑框架

无支撑框架在框架平面内无支撑，当框架整体失稳在框架平面内发生位移时，其侧移不受约束。

（2）强支撑框架

强支撑框架在框架平面内有刚度很强的支撑，当框架整体失稳时，在框架平面内的侧移将受到刚度很强的支撑的约束，不能发生或侧移很小可以略去侧移对结构受力的影响。

（3）弱支撑框架

弱支撑框架在框架平面内虽有支撑但其刚度较弱，当框架整体失稳时，在框架平面内的侧移虽会受到约束，但仍能发生一定的侧移，并对结构的受力有影响。

无支撑框架 强支撑框架 弱支撑框架 2.4. 刚性连接、铰接、半刚性连接 （1）梁与柱刚性连接

受力过程梁柱间交角不变，同时连接应具有充分的强度。 （2）梁与柱铰接

连接应有充分的转动能力，且能有效地传递横向剪力与轴心力。 （3）梁与柱的半刚性连接

只具有有限的转动刚度，承受弯矩时会产生交角变化；内力分析时，必须预先确定连接的弯矩－转角特性曲线。

理想刚接

梁柱连接性能

2.5. 弯曲失稳、扭转失稳、弯扭失稳 （1）弯曲失稳

构件整体失稳时只发生弯曲变形，双轴对称截面轴心受压构件的失稳属于这种情况。 （2）扭转失稳

构件整体失稳时只发生扭转变形，十字形截面轴心受压构件的失稳属于这种情况。 （3）弯扭失稳

构件整体失稳时既发生弯曲变形又发生扭转变形，单轴对称截面轴心受压构件绕对称轴失稳以及无对称轴截面轴心受压构件的失稳属于这种情况。

弯曲失稳 扭转失稳 弯扭失稳

构件失稳时截面位移投影图

三、关于基本设计规定

3.1 设计原则 3.1.1 设计方法

设计方法与旧规范相同，但可靠度指标 有变化。

旧规范的设计目标安全度量是按可靠性指标校准值的平均值上下浮动0.25进行总体控制。

现规范的设计目标安全度是按可靠性指标不得低于校准值的平均值进行总体控制。 3.1.2 安全等级

按《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068的规定见下表

对一般工业与民用建筑钢结构，按我国已建成的房屋用概率设计方法分析的结果，安全等级应为二级。

对跨度等于或大于60m的大跨度结构如大会堂、体育馆、飞机库等的安全等级宜取一级。

3.1.3 吊车梁等的疲劳和挠度计算

按作用在跨间内荷载效应最大的一台吊车的荷载标准值不乘动力系数确定。

3.2 荷载和荷载效应计算 3.2.1 设计工作寿命

规范规定的设计工作寿命为50年。

对设计使用年限为25年的结构构件，γo不应小于0.95。γo为结构重要性系数。 3.2.2 吊车摆动水平力

计算重级工作制吊车梁（桁架）及其制动结构的强度、稳定性及连接的强度时，应考虑由吊车摆动引起的横向水平力。

《起重机设计规范》GB/T 3811规定的吊车工作级别为A1－A8级。《建筑结构荷载规范》中的吊车荷载状态一般为轻级工作制相当于A1－A3级，中级工作制相当于A4、A5，重级工作制相当于A6~A8,其中A8为特重级。但设计人员必要时可根据吊车的具体操作情况作适当调整。如检修吊车可按轻级工作制设计等等。

在每个轮压处的横向水平力标准值为

Hk PK,max

式中 PK,ma──吊车最大轮压标准值； x

──系数，一般软钩吊车 0.1

5斗式磁盘吊车 0.1

硬钩吊车 0.2

摆动横向水平力可以双向作用，且不与荷载规范规定的制动水平力同时作用。 3.2.3 悬挂吊车的计算

同一跨间每条运行线上的台数：梁式吊车 不宜多于2台

电动葫芦 不宜多于1台

3.2.4 框架分析的规定

1. 框架结构可采用一阶弹性分析

N[ u] 0.1时，宜采用二阶弹性分析 2. 多层框架结构当

H h

[ u]为层间侧移容许值

N为所计算楼层各柱轴压力设计值之和

H

为所计算楼层以上各层的水平力之和

h为所计算楼层的高度 3. 二阶弹性分析的近似计算方法如下

（1）每层柱顶附加一假想水平力Hni

Hni

0.2

1 yQins

250

Qi为第i楼层的总重力荷载设计值 ns为框架总层数

y为钢材强度影响系数，对Q235，

y

1.0

Q345， y 1.1 Q390， y 1.2 Q420， y 1.25

（2）各杆件杆端的弯矩为

M M1b 2iM1s

2i

1

1

Hh

N u

M1b为框架无侧移时按一阶弹性分析的杆端弯矩 M1s为框架有侧移时按一阶弹性分析的杆端弯矩

2i为考虑二阶效应第i层杆端侧移弯矩增大系数

u

为按一阶弹性分析求得的第i层的层间侧移

（3）当 2i 1.33时，宜增大框架结构的刚度

1

M M1b 1s

4. 山形门式刚架的分析不能采用上述规定 3.3 材料选用

3.3.1 承重结构宜采用的钢材

宜采用Q235、Q345、Q390和Q420钢。 1. 钢材牌号的表示方法

Q

脱氧方法：F─沸腾钢

b─半镇静钢

Tz 特殊镇静钢 z 镇静钢

可以省略

质量等级：Q235分A、B、C、D

Q345分A、B、C、D、E

屈服点数值

2. 钢材性能 （1）Q235：

化学成分与质量等级有关

A级 含碳 0.14～0.22 B级 0.12～0.20 C级 0.18 D级 0.17

A级的C、Si、Mn含量不作为交货条件。

力学性能

屈服点、抗拉强度、伸长率、冷弯与质量等级无关，但与钢材厚度有关。 冲击韧性与质量等级有关。

A 不提供 B 20ºC时 27J C 0ºC时 27J D -20ºC时 27J

A级钢冷弯试验为附加交货条件 B级沸腾钢轧制钢材厚度一般 25mm。

（2）Q345、Q390、Q420

化学成分与质量等级有关 力学性能

屈服点、抗拉强度、冷弯与质量等级无关，但与钢材厚度有关。

伸长率、冲击韧性与质量等级有关。

Q345 A、B级 伸长率（ 5%）21

C、D、E级 22

Q390 A、B级 19

C、D、E级 20

Q420 A、B级 18

C、D、E级 19

冲击韧性

Q345 A 不提供

Q390 B 20ºC时 34J

Q420 C 0ºC时 34J

D -20ºC时 34J E -40ºC时 27J

A级钢 冷弯试验为附加交货条件

3.2.2 材料选用

（1）应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度、

工作环境等因素综合考虑。 （2）选用要求

承重结构钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对

焊接结构尚应具有含碳量的合格保证。

主要焊接结构不能使用Q235－A级钢，因为Q235－A级钢的碳含量不作为交货

条件，即不作为保证，即使生产厂提供碳含量，也只能视为参考，不能排除离散性大，质量不稳定等，因此如发生事故，生产厂在法律上不负任何责任。

焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构，还应具有冷弯试验的合格保证。 需要验算疲劳的结构，钢材应具有冲击韧性的合格保证。

吊车起重量≥50t的中级工作制吊车梁，对冲击韧性的要求与需验算疲劳构件相同 重要的受拉或受弯的焊接结构，厚度较大的钢材应有冲击韧性合格保证 当焊接承重结构采用Z向钢时应符合《厚度方向性能钢板》GB/T5313的规定 有人认为将硫、磷含量控制在不大于0.01就可以防止层状撕裂问题，也有人提出

在上述要求下，再辅以对厚钢板作全面超声波探伤，排除内部缺陷，就可以代替Z向钢的要求，这是不正确的。

以下情况不应采用Q235沸腾钢

焊接结构：1）需要验算疲劳

2）工作温度<-20 oC的直接受动力荷载 3）工作温度<-20 C的受弯及受拉 4）工作温度≤-30C

非焊接结构：工作温度≤-20C的需要验算疲劳

3.4 设计指标

查规范有关表格

3.5 结构或构件变形的规定 1. 变形的限值 查规范附录A

当有实践经验或有特殊要求时，可进行适当调整。 2. 起拱规定

当有实践经验或有特殊要求时，可根据不影响正常使用和观感的原则对变形容许值进行适当调整。

可对横向受力构件进行起拱

起拱大小：一般为恒载标准值加活载标准值产生的挠度

2

ooo

起拱后挠度计算应为恒载和活载标准值产生的挠度减去起拱值。

四、受弯构件的计算

4.1 强度

与原规范相同 4.2 整体稳定

与原规范相同 4.3 局部稳定

4.3.1 局部稳定分析规定

1. 承受静力荷载和间接承受动力荷载的组合梁

宜考虑腹板屈曲后强度

2. 直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件及不考虑屈曲后强度的组合梁

应按规定配置加劲肋并计算腹板的局部稳定性。 4.3.2 梁腹板的局部稳定计算 1. 配置横向加劲肋的腹板

cr

2

2

cr

c c,cr

1

MhcIVhwtw

Ftwlz

c

lz a 5hy 2hR

（1） cr计算

b 0.85 cr f

0.85 b 1.25

cr [1 0.75( b 0.85)]f

f

2

b 1.25 cr 1.1

2hc177tw2hc153tw

fy235

b

b

受压翼缘扭转受约束

b

fy235

受压翼缘扭转未受约束

（2） cr计算

s 0.8 cr fv 0.8 s 1.2

cr [1 0.59( s 0.8)]fv

fv

s 1.2 cr 1.1

s

2

s

ho/tw

414 5.34(ho/a)

2

fy235

ahoaho

1.0

s

ho/tw

415.34 4(ho/a)

2

fy235

1.0

（3） c,cr计算

c 0.9 0.9 c 1.2

c,cr

f

c,cr [1 0.79( c 0.9)]f

c,cr

c 1.2

h0/tw

1.1

f

2c

fy

aho

c

a

28.9 13.4 1.83

ho

3

235

0.5 1.5

c

h0/tw

28.9 5

aho

fy235

1.5

aho

2.0

2. 配置横向加劲肋和纵向加劲肋的腹板

I II

区格I

cr1 2 cr2

c c,cr1

2

cr1

cr2

2

2

1.0

区格II

c2 c,cr2

2

1.0

公式中的 cr1等的计算公式从略，可查阅新规范 3. 新、旧规范的差别 （1）相关公式不一样

（2）临界应力计算公式不一样 （3）取消确定加劲肋间距的计算公式

（4）对轻、中级工作制吊车梁，吊车轮压设计值可乘以折减系数0.9

4.4 组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算 1. 适用范围

（1）工字形截面组合梁 （2）ho/tw 250

235fy

（3）承受静力荷载 2. 屈曲后强度的基本原理

（1）具有大宽厚比腹板梁的抗剪强度

（ⅰ）工形截面腹板抗剪屈曲后的张力场理论

张力场理论说明实腹钢梁的腹板失稳后、腹板的受拉方向形成斜向张力场，使钢梁

转化成桁架方式的受力，能继续承担荷载，直到梁的受压翼缘失稳破坏。

由下图可以看出，加劲肋会受到轴心压力。

张力场

（ⅱ）考虑屈曲后强度的梁的抗剪强度 根据张力场理论，规范采用的公式为 当 s 0.8时， Vu hwtwfv

当0.8 s 1.2时，Vu hwtwfv 1 0.5 s 0.8 当 s 1.2时， Vwfv

u

hwt 1.2

s

（2）具有大宽厚比腹板梁的抗弯强度

（ⅰ）I形截面腹板抗弯屈曲后的有效截面理论

hc

为腹板受压区有效高度系数，规范采用的公式为

当 b 0.85时， 1.0

当0.85 b 1.25时， 1 0.82 b 0.85 当 b 1.25时，

1 1 0.2

b b

（ⅱ）考虑屈曲后强度的梁的抗弯强度

Meu x ewxf

x为截面塑性发展系数

1 hc

e为梁截面模量考虑腹板有效高度的折减系数

e 1

1 hc3tw

2Ix

Ix为梁截面全部有效时的惯性矩

hc为梁截面全部有效时算得的腹板受压区高度

（3）具有大宽厚比腹板梁在弯矩和剪力同时作用下的强度 规范采用相关公式

M Mf V

1 1 0.5VM Mueuf

2

3. 计算公式

M Mf V

1 1 0.5V Meu Mf

u

2

h1 Af1 Af2h2

h2

2

M

f

f

M、V为计算区格内梁的平均弯矩和平均剪力设计值，

当V 0.5Vu时，取V 0.5Vu 当M Mf时，取M Mf

Mf为梁翼缘所能承担的弯矩设计值

Af1、h1为较大翼缘的截面积及其形心到梁中和轴的距离 Af2、h2为较小翼缘的截面积及其形心到梁中和轴的距离 Meu、Vu为梁抗弯和抗剪承载力设计值 （1）Meu计算

Meu rx eWxf

3

e 1

(1 )hctw

2Ix

当 b 0.85时 1.0

0.85 b 1.25

时

1 0.82( b 0.85)

b 1.

25时

1 0.2 1 b b

（2）Vu计算

当 s 0.8时

0.8 s 1.2

Vu hwtwfv

Vu hwtwfv[1 0.5( s 0.8)] Vu hwtwfv/ 1s.2

时

s 1.2时

4. 当利用屈曲后强度时，加劲肋受力增加，应按规范另行计算

当仅配置支承加劲肋不能满足本条文的计算公式时，应在两侧成对配置中间横向加劲肋。（腹板仍需按本条文的公式验算抗弯和抗剪承载力）

中间横向加劲肋的截面尺寸除应满足构造规定外，尚需按轴心受力计算在腹板平面外的稳定性，轴心压力NS为

NS Vu crhwtw F

F

为作用于中间支承加劲肋上端的集中压力。

支座加劲肋应按压弯构件计算强度和腹板平面外的稳定。

ho/4

h

支座加劲肋的受力如图所示

H Vu crhwtw

a为加劲肋间距；不设中间加劲肋时，a取支座到跨内剪力为零处的距离。

五、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 强度

与原规范相同

5.1.2 稳定

计算公式与原规范相同

增加：（1）板厚t 40mm时的截面分类及 的d曲线

（2） 增加和修改单轴对称截面弯矩失稳计算时的长细比计算方法

1. 单轴对称截面轴心受力构件绕对称轴失稳的弯扭失稳问题 （ⅰ）弯扭失稳临界力

根据弹性稳定理论，弯扭失稳临界方程为

N

Ey

Nyz Nz Nyz

e0i

2

2

Nyz 0

2

式中y轴为对称轴

NEy为绕y轴的欧拉临界力

NEy

EA y

2

2

Nyz为绕y轴弯扭失稳临界力

Nz为扭转屈曲临界力

2

EI 1

Nz 2 GIt 2

i0 l

e0为截面剪心在对称轴上的坐标 i0为对于剪心的极回转半径

i0 e0 ix iy

222

ix、iy为绕x轴和y轴的回转半径 It为截面抗扭惯性矩

I 为截面扇性惯性矩

Nyz为绕y轴弯扭失稳临界力 令Nyz

EA yz

2

2

yz为弯扭失稳的长细比

由上式可得

1

yz

22 y z

i0AIt25.7

I l

2

2

2

z

2

l 为扭转屈曲的计算长度

这样即可由 yz查得

2. 单轴对称截面轴心受力构件的弯扭稳定的换算长细比

1

yz

1 22

y z 2

( y z)

222

2222

4(1 eo/io) y z

2

z i0A/

22

ItI

2 25.7l

2

2

io eo ix iy

22

eo为截面形心至剪心的距离 io为截面对剪心的极回转半径 l 为扭转屈曲的计算长度 It为毛截面抗扭惯性矩

I 为毛截面扇性惯性矩，对于T形（包括双角钢）、十形、L形截面可取I ＝0

3. 角钢截面的简化公式

为了简化常用截面计算，作如下假设 （ⅰ）T形、十字形和角形截面取I ＝0，有 25.7A

2z

i0

2

It

（ⅱ）等边单角钢主轴的回转半径ix 0.195b，iy 0.385b 剪心坐标e0 b

3

， It At

2

3

2（ⅲ）双角钢组合T形截面It 0.58At

即可得到简化公式如下 （1）等边单角钢

b/t 0.54loy/b时 yz y(1

0.85b

2loy

4

t

2

)

b/t 0.54loy/b时 yz 4.78

bt

(1

loyt

224

13.5b

)

（2）等边双角钢

b/t 0.58loy/b

时 yz

y(1

0.475bloyt

2

2

4

)

b/t 0.58loy/b

时

yz 3.9

bt

(1

loyt

224

18.6b

)

（3）长肢相并的不等边双角钢

yz y(1

1.09b2loyt

2

24

)

b2/t 0.48loy/b2

时

yz 5.1

b2t

24

b2/t 0.48loy/b

(1

loyt

2

时

17.4b2

)

b2为短肢长度

（4）短肢相并的不等边双角钢

yz 3.7

b1t(1

loyt

2

24

52.7b1

)

b1为长肢长度

（5）等边单角钢绕u轴失稳时

b

0.69

lou

时， uz

4

0.25b u 1 22

ltou

tb

b

t

0.69

lou

b

时， uz 5.4

bt

u

u

5.1.3 用作减少轴心受压构件自由长度的支撑设计

1. 支撑轴线应通过被撑构件截面的剪心

双轴对称截面，剪心与形心重合

单轴对称T形（包括双角钢）、L形截面剪心在两板件的相交点 2. 支承所受的力Fb1

单根柱设置一道支撑时

支撑在柱高度中央 Fb1 支撑位于柱高 l处 Fb1

N60

N

240 1

单根柱设置m道支撑，等距或不等距但不超过平均间距的20％时

Fb1

N30 m 1

n根柱被一道设置在柱高中央的支撑撑住时

Fbn

Ni 0.4

0.6 60 n

Ni

为n根柱轴心压力设计值之和

3. 支撑同时承担结构上其他作用效应时，其轴力可不与上述支撑力叠加 5.2拉弯构件和压弯构件 5.2.1 强度

与原规范相同 5.2.2稳定

与原规范相同

5.3构件计算长度和容许长细比

桁架弦杆、单系腹杆、再分式腹杆、单层厂房阶形柱的计算长度计算与原规范相同 桁架的交叉腹杆以及单层、多层框架等截面柱的计算长度的计算作了补充和修改

5.3.1框架等截面柱的稳定计算 1.无支撑框架

（1）当采用一阶弹性分析时，框架柱计算长度系数μ按有侧移框架计算 （2）当采用二阶弹性分析时，框架柱计算长度系数μ＝1 2.有支撑框架

（1）当支撑结构的侧移刚度(产生单位侧倾角的水平力) Sb大于下式时，为强支撑框架

Sb 3(1.2 Nbi

N

oi

)

N、 N为层间所有框架柱用无侧移框架和有侧移框架柱计算长度

bi

oi

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/y074.html