《钢结构设计规范》讲稿1

《钢结构设计规范》GB50017-2003修订简介及应用自1988年国家标准《钢结构设计规范》GBJ17-88发布之后，我国建筑钢结构经历了历史上最快速发展时期，88规范的许多条文急需进一步完善和补充。

在规范修订和管理单位北京钢铁设计研究总院的主持下，《钢结构设计规范》1997年开始进行全面修订。

规范修订组总结了原GBJ17-88规范存在的问题与不足，针对近年来建筑钢结构快速发展的市场背景，吸收了国内外最新研究成果，数易其稿，完成了新的《钢结构设计规范》GB50017-2003。

新规范2003年12月1日正式实施，88规范同时作废。

新规范在基本设计规定、材料、构件及连接的计算及构造上均作了较大的改进，其中第1.0.5、3.1.2～3.1.5、3.2.1、3.4.1、3.4.2、8.1.4、8.3.6、8.9.5、9.1.3共14条为强制性条文，主要修订的内容包括以下几个方面：第一部分：强制性条文部分的修改由88规范的12条增加、修改后调整为14条。

1、新规范对88规范1.0.5强制性条文进行补充，更完整。

除了要求在设计图纸中除注明钢材牌号，连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的力学性能、化学成份的附加保证项目和焊缝质量级别要求外，新增加了对建筑结构的设计使用年限，焊缝形式、端面刨平顶紧部位及对施工的要求，焊缝质量等级应根据构件的重要性和受力情况按本规范第7.1.1条的规定选用。

2、将88规范第3.1.2～3.1.4条列入强制性条文，将承重结构承载力极限状态和正常使用极限状态设计、结构安全等级以及荷载作用，荷载组合列为强制性条文。

3、将88规范第2.0.3条列入03规范3.3.3条，作为强制性条文必须严格遵守。

对冷弯试验的合格保证，增加了焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材应具有合格保证的条款。

4、第3.4.1条钢材强度设计值为fy/r R。

r R为抗力分项系数，对Q235钢，r R=1.087；对Q345、Q390和Q420钢，r R=1.11。

这样对Q345钢来说比88规范的16Mn（r R=1.087）强度设计值有所降低。

（见附表1对比）表1 新旧规范钢材（Q345强度设计值比较）Table 1 Comparison of the design values of strength between the new and the old edtion of code注：括号内数据用于新规范。

88规范推荐建筑钢结构可采用3号钢、16Mn、15MnV钢，03规范对原钢材牌号作了修订，如Q235相当于3号钢，Q345相当于16Mn，Q390相当于15MnV，并增加了新钢材Q420。

增加了采用Z向钢及耐候钢的原则规定，03规范将钢材厚度增加到100mm。

在焊缝强度设计值中，要求厚度小于8mm钢材的对接焊缝，不应采用超声波探伤确定焊缝质量等级，应采用X射线探伤，否则应按三级焊缝设计。

5、第3.4.2条，无垫板的单面施焊对接焊缝强度设计值乘以系数0.85，是新增强制性条文。

一般对接焊缝都要求两面施焊。

若受条件限制只能单面施焊，则应将坡口留足间隙并加垫板才能保证焊满焊件的全厚度。

当单面施焊不加垫板时，焊缝将不能保证焊满，其强度设计值应乘以折减系数。

6、增加了“对直接承受动力荷载的普通螺栓受拉连接应采用双螺帽或其他能防止螺帽松动的有效措施”，如设弹簧垫圈，或将螺帽式螺杆焊死等方法，列入第8.3.6条，是新增加的强制性条文。

7、第8.9.3条规定钢柱埋入土中部份的混凝土保护层要≥50mm或柱脚底应高出地面100mm，主要是针对在埋入土中部分的混凝土未伸出地面或柱脚底面与地面的标高相同时，该部位腐蚀严重而确定的。

8、增加了第8.9.5条规定“结构表面长期受热辐射达150℃以上时应采取防护措施，熔化金属的喷溅在结构表面，将影响结构的正常使用，也应予保护”，主要适用于炼钢、高炉等热电间结构的保护。

9、将88规范第8.4.14条，“柱脚锚栓不得用以承受脚底部的水平反力，此水平反力应由底板与混凝土基础间的摩擦力或设置抗剪键承受”强制性条文取消，改为一般条文。

03规范的8.4.13条，提出柱脚锚栓不宜用以承受水平反力，将不应改为不宜，摩擦系数按国内外普遍采用的系数0.4。

10、将88规范、第8.4.8条规定“跨度大于36m的两端铰支桁架，应考虑在竖向荷载作用下，下弦弹性伸长所产生水平推力对支承结构构件的影响。

”强制性条文取消，作为规范条文要求执行。

第二部分新规范修订内容1、基本设计规定(1)新规范增加了荷载和荷载效应计算(第3.2节)，部分指标较《钢结构设计规范》（GBJ17-88）作了调整。

对不上人屋面的均布活荷载，较早的荷载规范取0.3kN/m2，后发现相对重屋面（如钢筋混凝土屋面）取值偏低，在《工业与民用建筑结构荷载规范》（TJ9-74）中遂改为0.5kN/m2。

采用概率极限状设计法用分项系数设计表达式以后，发现对以恒载为主的结构，可靠度有所降低，故在88规范中，将不上人重屋面的均布活荷载标准值提高到0.7kN/m2，而轻屋面仍取0.3 kN/m2。

由于修订后的《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）新增加了以永久荷载效应控制的不利组合式，新修订的《建筑结构荷载规范》（GB50009-2002），统一将屋面的均布活荷载规定为0.5kN/m2，不再区分重屋面或轻屋面。

但《建筑结构荷载规范》（GB50009-2002）同时又注明“对不同结构可按有关设计规范的规定，将标准值作0.2kN/m2的增减”，因而《钢结构荷载规范》（GB50017-2003）参考美国荷载规范（AISC7-93）的规定，对支承轻屋面的构件或结构，当受荷水平投影面积超过60m2时，屋面均布活荷载标准值取为0.3 kN/m2。

这样，对有檩结构体系中的檩条设计，一般受荷水平投影面积不超过60m2时，应取屋面均布活荷载标准值为0.5kN/m2。

而对主要的承重结构（框架、排架、网架、桁架等），则应取屋面均布活荷载标准值为0.3kN/m2。

(2)对重级工作制吊车梁，新规范将原规范规定的横向水平荷载乘以增大系数以考虑吊车的摇摆力改为按下式计算：H k=αP kmax式中P kmax为吊车轮压标准值：系数α=0.1（一般软钩），0.15（抓斗、磁盘）和0.2（硬钩）。

另外，根据《起重机设计规范》（GB/T3811），按吊车利用等级（即循环次数，分为U0-U9等10级）和载荷状态（载荷谱系数K p有轻、中、重、特重等4级）综合划分吊车工作级别为A1～A8级。

规范所指轻级工作制即A1～A3级；中级为A4～A5级；重级为A6～A8级（其中A8为特重级）。

(3) 对∑N.△U>0.1的框架结构（一般指无支撑纯框架）规定宜∑H.h采用二阶弹性分析。

此处∑N为所计算楼层各柱轴压力之和；∑H为所计算楼层及以上各层水平力之和；h为所计算楼层的高度；△u为所计算楼层按一阶分析的层间侧移。

同时，规范提出了采用二阶弹性分析时，杆端弯矩的近似计算方法。

MⅡ=MⅠb+αzi M IS式中：αzi——侧移弯矩增大系数MⅠb——框架无侧移按一阶弹性分析求得各杆件端弯矩M IS——框架各节点侧移时按一阶弹性分析求得得的各杆件端弯矩2、材料(1)按照新的国家标准，对原钢材牌号作了修订，改为Q235、Q345、Q390，增加了Q420。

增加Z向钢和耐候钢。

厚板容易出现层状撕裂，这对沿厚度方向受拉的接头来说是很不利的，因而需要采用厚度方向性能钢材。

(2)钢材厚度增加到100mm（原规范3号钢50mm、16Mn和15MnV 钢36mm），这是为了与轴压d曲线相呼应，因为d曲线用于t≥40mm的构件。

(3)普通螺栓的A、B级，其材料不是3号钢，而是8.8级，现改正，取抗拉强度设计值f t b=400N/mm2，f v b=320N/mm2。

A、B级螺栓都是以前的“精制螺栓”，质量标准要求相同。

只是A级螺栓用于d≤24mm和L（螺栓公称长度）≤10d或≤150。

3、构件的计算(1)在梁局部承压强度计算中，将集中力在腹板边缘的分布长度改为与梁与柱刚性连接节点一致，即：L2=a+5h y+2h R(4.1.3)式中，a为集中力支承长度；h y为梁外表面至腹板边缘距离；h R为轨道的高度，梁顶无轨道时h R=0。

(2)组合梁腹板局部稳定计算有较大变动，主要有：（详P195）①对原来按无限弹性计算的腹板各项临界应力作了弹塑性修正。

②原各种应力共同作用下的临界条件公式来源于完全弹性条件，新的公式更适合于弹塑性修正后的临界应力。

③无局部压应力且承受静力荷载的焊接工字形截面梁，规定按新增加的4.4节利用屈曲后强度设计。

(3)轴心压杆的整体稳定计算中：①原规范将t≥40mm的轴压构件稳定归入c曲线，不确切。

现作了专门规定，增加d类截面的值(d曲线)。

实上t≥40mm的轴压构件，视截面形式和屈曲方向，有b、c、d三类。

②单轴对称截面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。

新修订的规范将弯扭屈曲按弹性方法用换算长细比换算为弯曲屈曲：λyz = 1(λ2y+λ2z)+ (λ2y+λ2z)2-4(1-e20 /i 20 )λ2yλ2z1/2 2式中λz——扭曲屈曲换算长细比；λ2z =i 20 A I t / 25.7+I 2w / l 2wi0——对剪心的极回转半径；e0——剪心至形心距离。

为简化计算，对单角钢和双角钢T形截面建议了λyz的近似计算式。

(4) 减小受压构件自由长度的支撑力原取用压杆的偶然剪力，现改为：①单根柱柱高中点有一道支撑F b1=N/60支撑不在柱中央(距柱端α1) F b1= N240α（1-α）有m道支撑F bm =N30（m+1）②支撑多根柱时支撑力F bn = ∑N i（0.6+0.4）60n各柱压力相同时F bn = N（0.6n+0.4）60式中，n为被撑柱根数(5) 确定框架柱在框架平面内的计算长度时原规范分为有侧移失稳和无侧移失稳两类，现改为两类三种，即无支撑纯框架和有支撑框架，其中有支撑框架又分为强支撑框架和弱支撑框架，其判定条件是：当支撑结构（支撑桁架、剪力墙等）的侧移刚度满足S b≥3(1.2ΣN bi-ΣN oi)时为强支撑框架（式中s b为产生单位侧倾角的水平力；ΣN bi，ΣN oi为层间所有柱用无侧移框架柱和有侧移框架柱计算长度算得的轴压杆稳定承载力之和），否则，为弱支撑框架，柱的稳定系数应按下式进行修正：ψ=ψ0+（ψ1-ψ0）S b3（1.2ΣN bi-ΣN oi）式中ψ1、ψ0——按无侧移和有侧移框架柱算得的稳定系数。

(6) 第5.3.6条新增了有关摇摆柱、梁与柱半刚性连接以及考虑同层或其它层柱承载力有富裕时对框架柱计算长度取值应进行修正的原则性条文。