《钢结构设计规范》理解与应用重庆大学土木工程学院崔佳第1章概述1.1《钢结构设计规范》的历史●解放初期：НИТУ 1-46●1955年：НИТУ 121-55●1974年：TJ 17-74●1988年：GBJ 17-88●2003年: GB500171.2设计文件中对材料质量的要求规范规定：设计文件中应注明“采用的钢材牌号，连接材料的型号(或钢号)和对钢材所要求的力学性能、化学成分及其它的附加保证项目。

此外，还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位及对施工的其它要求。

”钢结构设计文件中应注明的这些内容与保证工程质量密切相关，因此将本条确定为强制性条文。

第2章材料2.1 钢结构对材料的要求1.较高的抗拉强度及屈服点；2.较高的塑性和韧性；3.良好的工艺性能（冷加工、热加工、可焊性）。

2.2 钢材的种类和牌号1. 规范推荐的钢材牌号普通碳素钢：Q235 (相当于旧标准的3号钢)普通低合金钢：Q345(相当于旧标准的16Mn、12MnV、14MnNb16MnRE、18Nb)Q390(相当于旧标准的15MnV、15MnTi、16MnNb)Q420(旧标准的15MnVN、14MnVTiRE)钢材的质量等级分A、B、C、D、E级（E级仅用于Q345、Q390、Q420等低合金钢）。

钢材的基本保证项目：（1）抗拉强度、屈服点、伸长率；（2）化学成分：硫、磷、锰、碳（Q235-A不作交货条件）；（3）冷弯试验、冲击韧性（+20︒、0︒、-20︒）。

第（3）项A级钢不保证，必要时可附加冷弯试验的要求。

规范对用于承重结构的钢材应具有的强度、塑性、韧性等力学性能和化学成分等合格保证项目作出了规定。

“承重结构采用的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碳含量的合格保证。

焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。

”2.其他可选用或代用的钢材（1）“高层建筑结构用钢板”YB4104特点：a.降低硫、磷含量和焊接碳当量；b.提高屈服点、缩小其波动范围；c.提高冲击功、增加弯曲试验；d.保证厚度方向性能到Z35（数字为厚度方向截面收缩率%）。

（2）“Z向钢”GB/T5313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。

特点：a.降低含硫量（仅为一般钢材的1/5或以下）；b.提高截面收缩率（Z15、Z25、Z35）我国建筑抗震设计规范和建筑钢结构焊接技术规程中均规定厚度大于40mm时应采用厚度方向性能钢材。

（3）“优质碳素结构钢”GB699（4）“桥梁用结构钢”GB/T714（5）“锅炉用碳素钢和低合金钢”GB713（6）”船体用结构钢”GB712（7）“压力容器用钢板”GB6654（8）“耐侯钢”—〈高耐侯性结构钢〉GB/T4171〈焊接结构用耐侯钢〉GB/T4171（9）“钢铸件用钢”GB11352符号：ZG-200-400、ZG-270-570屈服点抗拉强度2.4 钢结构的连接材料1.手工焊焊条E43××——适用于Q235；E50××——适用于Q345；E55××——适用于Q390、Q420。

××表示焊接电源种类及药皮类型，见表2.11、2.12。

2. 自动（半自动）埋弧焊的焊丝与焊剂焊丝：H08AQ235H08MnAH08MnAQ345焊剂：431型H10MnSiH10MnSiQ390、Q420H08Mn2Si选用原则：焊缝金属的力学性能不低于母材。

3. 普通螺栓精制螺栓——A、B级普通螺栓的A、B级，根据现行国家标准GB5782-86，其材料不是3号钢，而是5.6级、8.8级和10.9级等。

A、B级螺栓都是以前的“精制螺栓”，质量标准要求相同。

A级螺栓用于d≤24mm和L（螺栓公称长度）≤10d或L≤150mm（按较小值）；d或L较大者为B级螺栓。

粗制螺栓——C级分4.6级和4.8级。

4. 高强度螺栓高强度螺栓的性能等级：8.8级、10.9级。

大六角头螺栓扭剪型高强度螺栓（10.9级）第3章基本设计规定3.1 设计原则1. 设计方法承载能力极限状态和正常使用极限状态是结构或构件设计及计算的依据，钢结构设计一般采用概率极限状态设计方法。

但由于现阶段对疲劳计算的可靠度理论问题尚未解决，所以钢结构的疲劳强度计算只能沿用传统的按弹性状态计算的“容许应力幅”的设计方法，容许应力幅 是根据试验结果得到，故应采用荷载标准值进行计算。

另外，疲劳计算中采用的计算数据大部分是根据实测应力或疲劳试验所得，已包含了荷载的动力影响，亦不再乘动力系数。

钢结构设计规范对结构或构件承载能力的计算一般采用应力表达式。

根据《建筑结构荷载规范》，当按承载能力极限状态设计钢结构时，对于基本组合，内力设计值应从由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的组合中取最不利值考虑。

钢结构自重较小，一般是由可变荷载效应控制设计，只有当采用钢筋混凝土楼面（或屋面）板或有积灰的屋盖结构以及特殊情况才有可能由永久荷载控制设计。

对荷载效应的偶然组合，本规范参照统一标准只作出了原则性的规定，具体的设计表达式及各项系数应符合专门规范的规定。

2. 钢结构的安全等级按照现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》的规定，对破坏后果很严重的重要的房屋，安全等级为一级；对破坏后果严重的一般的房屋，安全等级为二级。

由于《统一标准》是对各设计规范的统一指导，不可能针对各种结构规范给出具体建议。

本规范根据对我国已建成的建筑物采用概率统计方法分析的结果，一般工业与民用建筑钢结构，按照《统一标准》的分级标准，安全等级多为二级，故规定可取为二级。

对于其它特殊的建筑钢结构，其安全等级应根据具体情况另行确定。

如对于跨度等于或大于60m的大跨度结构则宜取为一级。

由于本规范定位为不抗震设计，故所有条文均是针对不考虑抗震的情况而制定。

当按抗震要求设计时，不再分安全等级，而应按现行国家标准《建筑抗震设防分类标准》GB50223的规定来确定建筑物的抗震设防类别。

3. 结构的重要性系数γ《建筑结构可靠度设计统一标准》7.0.3条注“对设计工作寿命为25年的结构构件，各结构规范可根据各自情况确定γ值”。

钢结构设计规范根据工作寿命50年时取γ＝1.0，工作寿命5年时取γ0＝0.9，故规定工作寿命25年时取γ＝0.95。

4.关于吊车荷载的最不利组合88规范在计算吊车梁挠度时对吊车荷载取由两台吊车产生的最不利组合，新规范改为由一台吊车加自重进行计算（相应挠度容许值有所调整）。

理由是：①符合“正常使用极限状态”的要求；②与多数国外规范相一致。

3.2 荷载和荷载效应计算新修订的钢结构设计规范强调了对设计原则的指导。

突出设计原则是目前各国规范的共同特点，早期的规范条文以试验或实践经验为主，故条文简单具体。

随着结构形式越来越复杂，规范的任务不再仅限于提供计算公式和具体数据，而是应给予设计原则的指导。

因此，规范补充了有关设计原则的有关条文。

1.屋面活荷载新修订的《建筑结构荷载规范》将不上人的屋面均布活荷载标准值统一规定为0.5kN/m2（原规范分0.3、0.5、0.7kN/m2三级）。

对不上人的屋面均布活荷载，较早的荷载规范取0.3kN/m2，后发现对重屋面偏低，74规范改为0.5kN/m2。

采用概率极限状态设计法后发现对以恒载为主的结构（混凝土结构）可靠度下降，故又提高到0.7kN/m2。

新修订的荷载规范增加了以恒载为主的不利组合式，屋面活荷载中主要考虑的仅是施工荷载即偶然因素的不利影响，故又恢复到0.5kN/m2。

但注明“对不同结构可按有关设计规范作0.2kN/m2的增减”。

新修订的《钢结构设计规范》规定“对支承轻屋面的构件或结构，当仅有一个可变荷载且受荷面积超过60m2时，取0.3kN/m2”。

这与原规定有所不同，应注意檩条的计算。

对重屋面由于增加了以永久荷载为主的组合，不再提高屋面活荷载。

2.吊车的卡轨力原规范参考苏联规范，对重级工作制吊车梁，将荷载规范规定的横向水平荷载乘以增大系数以考虑由吊车摆动引起的横向水平力（即卡轨力，荷载规范只规定了小车的制动力），现改为按下式计算：H K = αP kmax式中，P kmax 为吊车轮压标准值；系数α＝0.1（一般软钩吊车），0.15(抓斗、磁盘吊车)和0.2（硬钩吊车）。

卡轨力不与横向水平力同时考虑，此外，与吊车工作制及连接无关。

根据《起重机设计规范》（GB3811-83），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Kp有轻、中、重、特重等4级）综合划分吊车工作级别为A1~A8级。

本规范一般所指轻级工作制即A1~A3级；中级为A4~A5级；重级为A6~A8级（其中A8为特重级）。

但对吊车工作制的界定不能死搬硬套吊车工作制与吊车工作级别的一般对应关系，而应根据吊车的具体操作情况确定。

3.框架结构的内力分析新增有关内力分析的设计原则。

一阶弹性分析（几何线形）：按结构变位前的轴线建立结构变形与荷载之间的平衡关系；二阶弹性分析（几何非线形）：按结构变位后的轴线建立结构变形与荷载之间的平衡关系。

lH M ⋅=∆+=P Hl M规范规定“对>0.1的框架结构（一般指无支撑纯框架结构），宜采用二阶弹性分析”。

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。

判断式中可用层间侧移容许值代替。

hH u N ⋅∑∆⋅∑h u ∆（1）采用二阶分析时，应在每层柱顶附加考虑假想水平力（概念荷载）H ni ：式中，Q i 为第i 楼层的总重力荷载设计值；n s 为框架总层数；αy 为钢材强度影响系数；Q235钢,αy =1.0；Q345钢,αy =1.1；Q390钢,αy =1.2；Q420钢,αy =1.25。

等式右端的根号为折减系数，考虑当柱子较多时初始侧移有正有负，缺陷相互抵消。

siy ni n Q H 12.0250+=α（2）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：M 2＝M 1b +α2i M 1s ；式中M 1b 、M 1s ──分别为框架无侧移或有侧移时按一阶弹性分析求得的杆端弯矩；α2i ──考虑二阶效应第i 层杆件的侧移弯矩增大系数。

hH u N a i ⋅∑∆⋅∑-=112ΔΔ1M 1H H 2H 31Q =Q 2Q 31b M 1H H 21Q H 3Q 2Q 31H"1H"+H"2H"2H"H"33U 1U 2Δ3U M 1s框架结构的一阶弹性分析3.3 设计指标1.钢材的强度设计值（1）钢材抗拉、压、弯时的强度设计值为fy /γR。