钢结构设计规范理解与应用重庆大学土木工程学院重庆大学土木工程学院 崔崔 佳佳第1章 概 述1.1钢结构设计规范的历史l l解放初期解放初期： 1- 46 1- 46l l19551955年：年： 121- 55 121- 55l l19741974年：年： TJ 17- 74TJ 17- 74l l19881988年：年： GBJ 17-88GBJ 17-88l l20032003年年: GB50017: GB500171.21.2 设计文件中对材料质量的要求设计文件中对材料质量的要求规范规定：设计文件中应注明规范规定：设计文件中应注明“ “采用的钢材牌号采用的钢材牌号，连接材料的型号，连接材料的型号( (或钢号或钢号) )和对钢材所要求的力学性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。顶紧部位及对施工的其它要求。” ”钢结构设计文件钢结构设计文件中应注明的这些内容与保证工程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。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1.1.较高的抗拉强度及屈服点；较高的抗拉强度及屈服点；2.2.较高的塑性和韧性；较高的塑性和韧性；3.3.良好的工艺性能（冷加工、热加工、可焊性）。良好的工艺性能（冷加工、热加工、可焊性）。2.2 2.2 钢材的种类和牌号钢材的种类和牌号1. 1. 规范推荐的钢材牌号规范推荐的钢材牌号 普通碳素钢：普通碳素钢：Q235 Q235 ( (相当于旧标准的相当于旧标准的3 3号钢号钢) )普通低合金钢：普通低合金钢：Q345 Q345 ( (相当于旧标准的相当于旧标准的16Mn16Mn、12MnV12MnV、14MnNb 16MnRE14MnNb 16MnRE、18Nb18Nb) )Q390 Q390 ( (相当于旧标准的相当于旧标准的15MnV15MnV、15MnTi15MnTi、16MnNb16MnNb) )Q420 Q420 ( (旧标准的旧标准的15MnVN15MnVN、14MnVTiRE14MnVTiRE) ) 钢材的质量等级钢材的质量等级分分A A、B B、C C、DD、E E级（级（E E级仅用于级仅用于Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420等低合金钢）。等低合金钢）。钢材的基本保证项目：钢材的基本保证项目：（1 1）抗拉强度、屈服点、伸长率；抗拉强度、屈服点、伸长率；（2 2）化学成分：硫、磷、化学成分：硫、磷、锰、碳锰、碳（Q235-AQ235-A不作交不作交货条件）；货条件）；（3 3）冷弯试验、冲击韧性（）冷弯试验、冲击韧性（+20+20 、0 0 、-20-20 ）。）。第（第（3 3）项）项A A级钢不保证，必要时可附加冷弯试验级钢不保证，必要时可附加冷弯试验的要求。的要求。规范对用于承重结构的钢材应具有的强度、塑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。出了规定。“ “ 承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长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。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。的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。” ” 2. 2. 其他可选用或代用的钢材其他可选用或代用的钢材（1 1）“高层建筑结构用钢板高层建筑结构用钢板” ” YB4104YB4104特点：特点：a. a. 降低硫、磷含量和焊接碳当量；降低硫、磷含量和焊接碳当量；b. b. 提高屈服点、缩小其波动范围；提高屈服点、缩小其波动范围；c. c. 提高冲击功、增加弯曲试验；提高冲击功、增加弯曲试验；d. d. 保证厚度方向性能到保证厚度方向性能到Z35Z35（数字为厚度方向数字为厚度方向截面收缩率截面收缩率%）。（2 2）“Z Z向钢向钢” ” GB/T 5313GB/T 5313厚板容易出现层状撕裂，这对沿厚度方向受拉的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接头来说是很不利的，因而需要采用厚度方向性能钢材。钢材。特点：特点： a. a. 降低含硫量（仅为一般钢材的降低含硫量（仅为一般钢材的1/51/5或以下）；或以下）；b. b. 提高截面收缩率（提高截面收缩率（Z15Z15、Z25Z25、Z35Z35）我国建筑抗震设计规范和建筑钢结构焊接技术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规程中均规定厚度大于4040mmmm时应采用厚度方向性能时应采用厚度方向性能钢材。钢材。（3 3）“优质碳素结构钢优质碳素结构钢” ” GB699GB699（4 4）“桥梁用结构钢桥梁用结构钢” ” GB/T714GB/T714（5 5）“锅炉用碳素钢和低合金钢锅炉用碳素钢和低合金钢” ” GB713GB713（6 6）”船体用结构钢船体用结构钢” ” GB712GB712（7 7）“压力容器用钢板压力容器用钢板” ” GB6654GB6654（8 8）“耐侯钢耐侯钢” ” 高耐侯性结构钢高耐侯性结构钢GB/T4171GB/T4171焊接结构用耐侯钢焊接结构用耐侯钢GB/T4171GB/T4171（9 9）“钢铸件用钢钢铸件用钢” ” GB11352GB11352符号：符号：ZG-200-400ZG-200-400、ZG-270-570 ZG-270-570 屈服点抗拉强度2.4 钢结构的连接材料1.1.手工焊焊条手工焊焊条E43E43适用于适用于Q235Q235；E50E50适用于适用于Q345Q345；E55E55适用于适用于Q390Q390、Q420Q420。表示焊接电源种类及药皮类型，见表表示焊接电源种类及药皮类型，见表2.112.11、2.122.12。2. 2. 自动（半自动）埋弧焊的焊丝与焊剂自动（半自动）埋弧焊的焊丝与焊剂焊丝：焊丝： H08A H08A Q235 Q235H08MnA H08MnA H08MnA H08MnA Q345 Q345 焊剂：焊剂：431431型型H10MnSi H10MnSi H10MnSi H10MnSi Q390 Q390、Q420Q420H08Mn2Si H08Mn2Si选用原则：焊缝金属的力学性能不低于母材。选用原则：焊缝金属的力学性能不低于母材。 3. 3. 普通螺栓普通螺栓精制螺栓精制螺栓 A A、B B级级普通螺栓的普通螺栓的A A、B B级，根据级，根据现行国家标准现行国家标准GB5782-GB5782-8686，其材料不是其材料不是3 3号钢，而是号钢，而是5.65.6级、级、8.88.8级和级和10.910.9级等级等。A A、B B级螺栓都是以前的级螺栓都是以前的“ “精制螺栓精制螺栓” ”，质量标准，质量标准要求相同。要求相同。A A级螺栓用于级螺栓用于d d 24mm24mm和和L L（螺栓公称长螺栓公称长度）度） 1010d d或或L L 150mm150mm（按较小值）；按较小值）；d d 或或L L较大者为较大者为B B 级螺栓。级螺栓。粗制螺栓粗制螺栓 C C级级 分分4.64.6级和级和4.84.8级。级。4. 4. 高强度螺栓高强度螺栓高强度螺栓的性能等级：高强度螺栓的性能等级：8.88.8级、级、10.910.9级。级。大大六角头螺栓六角头螺栓扭剪型高强度螺栓扭剪型高强度螺栓（10.910.9级）级）第3章 基本设计规 定3.1 设计原则1. 1. 设计方法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的按弹性状态计算的“ “容许应力幅容许应力幅” ”的设计方法，的设计方法，容许应容许应力幅力幅是根据试验结果是根据试验结果得到，故应采用荷载标准值进得到，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，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，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。范的规定。2. 2. 钢结构的安全等级钢结构的安全等级按照现行国家标准按照现行国家标准建筑结构可靠度设计统一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。级；对破坏后果严重的一般的房屋，安全等级为二级。由于由于统一标准统一标准是对各设计规范的统一指导，不可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