钢材运用建筑设计规范

我国的钢构造设计规范是随着建筑钢构造的运用逐步发展和完善的，经历了74钢规（TJ 17-74《钢构造设计规范》）88钢规（GBJ 17-88《钢构造设计规范》）03钢规（GB 50017-2003 钢构造设计规范》）最新修订并于2018年7月1日履行的新版钢规GB 50017-2017《钢构造设计标准》（简称“17 钢标”）17 钢标的修订，除对03钢规的条文进行必要的修订、弥补之外，紧张完成了下面两项事情：

1、形成设计规范。
03钢规及以前的钢规，基本上属于母规性子，即紧张用于规定钢材强度和构件验算，缺少对构造体系层面的设方案定和构造抗震设计内容，不能直接成为用于设计的构造规范。

钢材运用建筑设计规范设计原则

本次修订加入构造体系和抗震设计内容，使17钢标能够直接用于常用钢构造体系的设计。

2、引入用于钢构造稳定设计的直接剖析法，并与欧标、美标、中国喷鼻香港钢规的直接剖析法保持同步，使钢构造的稳定设计更安全、更经济。

一、各章紧张内容

第 1 章：总则

17 钢标适用于工业与民用建筑和一样平常构筑物的钢构造设计。
经由历届体例人的努力，钢规已成为钢构造业内专业最威信、运用最广泛的规范。
因此本次钢标的修订也力求在房屋之外的其他领域，如铁路、公路、港口、水利等方面办理技能层面的共性问题，以促进钢构造行业的发展。

第 2 章：术语和符号

明确了无支撑框架、强支撑框架的定义，规范了支撑构造、框架-支撑构造体系，增加了用于抗震设计的构件塑性耗能区的定义。

第 3 章：基本设方案定

给出了钢构造两种地震工况的验算方法，即GB 50010-2010《建筑抗震设计规范》（简称“抗规”）的多遇地震设计法和17 钢标的设防烈度地震设计法，后者详细验算方法见第17章。
这就指明了钢构造的抗震设计既可以按抗规的方法，也可以按第17章的抗震性能化设计方法。

截面板件宽厚比是为第17章抗震设计准备的基本资料，可以说这是中国规范第一次系统地梳理了板件宽厚比。

对付欧规的S1~S4截面，17 钢标将压弯和受弯构件的截面分成S1~S5五类截面。
17 钢标S1、S2为塑性截面，S4为弹性截面，S3为中国规范特有的考虑一定塑性发展的弹塑性截面，S5为薄柔截面。

第 4 章：材料

17 钢标将材料独立成章，为今后新材料的运用做准备。
本次虽仅增加了Q460 和Q345GJ两种钢材，但做了大量事情。
以可靠性指标为根本，通过大量构件的几何不定性、材料不定性和打算模式不定性的试验剖析和现场构件数据统计事情，并结合以往钢规的打算模式不定性成果，得到了本次用于修订的抗力分项系数。

应该看到，经由十几年钢构造家当的发展，我国的建筑用钢质量水平有了很大提高。
但从抗力分项系数的角度讲，并不尽如人意。
由于材料不定性中屈从强度的变异系数的增大，使得本次修订得到的抗力分项系数有所增大：Q235由1.087增大到1.090，Q345~Q420由1.111增大到1.125~1.180（不同板厚），新增Q460钢的抗力分项系数为1.125~1.180（不同板厚）。

对付目前的抗力分项系数打算方法，有两点值得把稳。
一是求解麻烦，须要做大量的试验和检测事情，这也限定了作为规范引进新钢种的速率。
二是抗力分项系数的统计方法使其极大依赖钢材屈从强度的离散程度，每次统计值都不稳定。
考虑到抗力分项系数在1.1旁边，因此可以参照欧美的做法，比如规定抗力分项系数为1.1，然后反推对钢材强度的离散性哀求。
如采取这种方法可大大简化抗力分项系数的确定过程，方便引入新钢种。

第 5 章：构造剖析与稳定性设计

本章为直接剖析法。
作为一阶弹性剖析与打算长度法的一个替代方法，直接剖析法已纳入欧美、中国喷鼻香港规范，并有取代前者成为钢构造稳定打算方法的趋势。

一阶剖析方法依赖于打算长度，03 钢规的打算长度系数是在特定条件下推导出来的。
实际上，构件的打算长度与构造体系、荷载情形、约束条件均有关系，并不是一个定值。
直接剖析法准确考虑构造打算的诸多成分，并引入构造和构件的初始毛病和残余应力，将稳定打算统一到原来的强度打算上来。

从试设计及欧美干系的研究来看，P-Δ-Δ０二阶剖析从工程角度看效果会更好一些。
在此根本上，以打算长度系数为1.0进行构件的稳定性打算，避免了打算长度系数确定的诸多难题，可以得到满意的结果。
P-Δ-δ（含Δ０、δ０）直接剖析法由于详细操作时δ０的取法不便，使得此方法在实际运用上会碰着一定的困难。

应该看到，二阶效应法和直接剖析法由于要直接考虑二阶效应，因而不能用传统的线性剖析方法进行，需采取迭代方法进行几何非线性求解。
而对付直接剖析法，如何体例一个高效的非线性打算软件直接决定了这种方法的运用前景。
目前，喷鼻香港地区的Nida软件在这方面居领先地位，很好地办理了这个问题。

直接剖析法还可以运用于地震工况的打算，这时应采取时程法进行考虑几何非线性的构造动力弹性或弹塑性剖析。

第 6~8 章：构件的受弯、轴心受力和压弯拉弯

构件的受弯、轴心受力和压弯拉弯是传统章节。
03 钢规已很好完成了这三类构件的设计和打算方法，本次修订没有做大的调度。

将有支撑框架分为强支撑构造和弱支撑构造，是03钢规的一个创新。
考虑到实际运用情形很少设计成弱支撑框架，因此这次取消了该类框架。
其余，强支撑框架的判别式过于理论化，争议较多，这次做了系数的调度但仍加以保留。
随着二阶剖析打算方法的遍及，建议今后采取二阶剖析法或直接剖析法进行钢构造稳定设计，这时打算长度系数取1.0。

第 9 章：加劲钢板剪力墙

纯钢板剪力墙作为一种性能良好的水平受力构件，与支撑比较有其独特的适用性。
考虑到钢板的稳定问题，这次仅引入带加劲肋的钢板墙。
目前海内运用钢板墙的范例工程是320m高的天津津塔，但其对施工安装哀求较高，目前钢板墙并未得到大量运用。

第 10 章：塑性及弯矩调幅设计

塑性设计属求构造极限承载力问题，具有理论依据，但作为设计方法短缺可靠度方面的论证。
17 钢标采取弯矩调幅设计方法，具有塑性设计含义，且从观点上易为设计者所接管。

对超静定梁可以进行调幅，包括框架梁和连续梁。
对付地震工况，只许可对重力荷载进行调幅。

第 11 章：连接

将连接独立成章，对各种钢构造连接进行梳理，并为今后该章内容的发展打下根本。

17 钢标连接的打算式沿用03钢规，没有做大的调度。
近年来在外洋项目的工程实践中创造，我国有些强度指标如高强螺栓的预紧力、抗剪承载力等较国外标准低不少。
这方面属于基本性能的研究。
考虑到03钢规的指标很多是来源于88钢规乃至74钢规的数据，而当时情形下钢材的强度、施工水平等与现在不能同日而语。
因此今后有必要在接管国外前辈技能的根本上，对这些公式进行梳理和修订。

第 12 章：节点

节点独立成章，也是为往后对节点的全面、系统、深入的研究打根本。
在柱脚一节，将外露式、外包式、埋入式和插入式柱脚进行了系统梳理，便于设计职员选用。
特殊是着重先容了已广泛用于冶金厂房的钢构造插入式柱脚，可以为其他行业的运用所借鉴。

第 13 章：钢管连接节点

钢管构造的广泛运用使得须要对其相贯节点的设计进行全面研究，包括圆钢管和矩形钢管。

相贯节点因其受力机理的分外性，难于像钢构造的其他强度验算一样，由一个理论公式考虑各种成分推出实用公式，而是基本基于试验得到。

在全面进行相贯节点理论剖析和试验研究的根本上，17 钢标提出了一整套非加劲的节点承载力打算式。
承载力公式综合考虑了节点屈曲、屈从、支杆强度等成分，因此试验为依据的，为管桁架强节点弱杆件的设计供应了担保。

对付交错搭接节点中被搭接支杆不易施焊的情形，17 钢标也做了详尽剖析，给出了诸如低烈度抗震区可不施焊的建议。

对付不知足节点承载力哀求的非加劲相贯节点，可以采取设置加劲肋的方法处理。

第 14 章：钢与混凝土组合梁

考虑混凝土与钢梁的组合浸染能节省用钢量。
本章的组合梁强度打算按塑性理论，挠度和连续梁端部裂痕打算按弹性理论。
前者考虑混凝土开裂的刚度折减，后者考虑弯矩调幅浸染。

组合梁按栓钉的抗剪能力分为完备抗剪组合和部分抗剪组合。
前者的栓钉数量能完备承担混凝土与钢梁界面的剪力通报。
基于此，推导出完备组合梁和部分组合梁的正弯矩区和负弯矩区的承载力打算式。
从正弯矩区的位置可以看出，这套塑性打算式适用于非地震区，因此更加适用于次梁（包括简支梁和连续梁）。
其余，第6节给出了按完备抗剪连接得到的混凝土梁纵向通报栓钉抗剪力的打算式。

可以看到，组合梁的打算基于塑性理论，是一个完全体系。
在运用时要特殊把稳适用条件，合理运用。

第 15 章：钢管混凝土柱及节点

考虑造价等缘故原由，用钢管混凝土柱代替钢柱已成为一种常规做法。
因此17 钢标将钢管混凝土柱作为一种常规构件列入。
这种构件的承载力打算及干系布局哀求见其他有关规范、规程、标准。

第 16 章：疲倦打算及防脆断设计

疲倦打算适用于应力循环次数超过5万次的情形。
17 钢标采取 S-N曲线以应力幅考虑疲倦问题，分两个步骤判断构件的疲倦。
第一步进行初步判断，以 1亿次的疲倦截止限值进行验算。
如果不知足，对常幅疲倦，按应力循环次数分段验算；对变幅疲倦，按折算幅进行200万次容许应力幅验算。

低温冷脆是钢材的特色之一。
在中国寒冷地区近年来也曾发生了多起因钢材低温脆断的构造事件。
17 钢标哀求低温情形下（一样平常为 -20℃以下）应进行防脆断设计，并从布局上给出了详细哀求。
对付详细的防脆断打算方法，如断裂力学和损伤力学方法，须要不才一步的事情中加以引入和完善。

第 17 章：钢构造抗震性能化设计

钢构造抗震性能好，不仅仅表现在材料延性好，还在于它的地震浸染小。
因此，如何将钢材的强度和延性合理地进行组合搭配，即采取高延性、低承载力或低延性、高承载力的构造，是钢构造抗震设计的关键。

17 钢标采取以抗震设防烈度为根本的钢构造抗震设计方法，采取性能系数考虑构造的承载力与延性关系，以截面板件宽厚比等级考虑构件的延性。
对钢框架构造、支撑构造、框架-支撑构造的抗震设计做出了全面系统的规定，使以性能系数和构件延性为根本的设防烈度抗震设计方法走向运用。

采取基于性能的钢构造设防烈度抗震设计方法进行抗震设计，对付高烈度区的高层构造，采取低承载力高延性的设计方法，以构造和构件的延性耗能抵抗强震浸染，使构造设计更安全。
对付低烈度区的低层构造，采取高承载力低延性的设计方法，利用地震浸染小、不为掌握设计工况的特点，降落构件的延性哀求，使构造设计更合理。

第 18 章：钢构造防护

钢构造防护含抗火设计、防腐、隔热。