膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50017-2017  

我國的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范是隨著建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用逐步發(fā)展和完善的，經(jīng)歷了74鋼規(guī)（TJ 17-74《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》）88鋼規(guī)（GBJ 17-88《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》）03鋼規(guī)（GB 50017-2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》）最新修訂并于2018年7月1日實(shí)施的新版鋼規(guī)GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（簡稱“17 鋼標(biāo)”）17 鋼標(biāo)的修訂，除對(duì)03鋼規(guī)的條文進(jìn)行必要的修訂、增補(bǔ)之外，主要完成了下面兩項(xiàng)工作：

1、形成設(shè)計(jì)規(guī)范。 03鋼規(guī)及以前的鋼規(guī)，基本上屬于母規(guī)性質(zhì)，即主要用于規(guī)定鋼材強(qiáng)度和構(gòu)件驗(yàn)算，缺乏對(duì)結(jié)構(gòu)體系層面的設(shè)計(jì)規(guī)定和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容，不能直接成為用于設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)規(guī)范。

本次修訂加入結(jié)構(gòu)體系和抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容，使17鋼標(biāo)能夠直接用于常用鋼結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)。

2、引入用于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的直接分析法，并與歐標(biāo)、美標(biāo)、中國香港鋼規(guī)的直接分析法保持同步，使鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)更安全、更經(jīng)濟(jì)。

一、各章主要內(nèi)容

第 1 章：總則

17 鋼標(biāo)適用于工業(yè)與民用建筑和一般構(gòu)筑物的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。經(jīng)過歷屆編制人的努力，鋼規(guī)已成為鋼結(jié)構(gòu)業(yè)內(nèi)專業(yè)最權(quán)威、應(yīng)用最廣泛的規(guī)范。因此本次鋼標(biāo)的修訂也力求在房屋之外的其他領(lǐng)域，如鐵路、公路、港口、水利等方面解決技術(shù)層面的共性問題，以促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展。

第 2 章：術(shù)語和符號(hào)

明確了無支撐框架、強(qiáng)支撐框架的定義，規(guī)范了支撐結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)體系，增加了用于抗震設(shè)計(jì)的構(gòu)件塑性耗能區(qū)的定義。

第 3 章：基本設(shè)計(jì)規(guī)定

給出了鋼結(jié)構(gòu)兩種地震工況的驗(yàn)算方法，即GB 50010-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（簡稱“抗規(guī)”）的多遇地震設(shè)計(jì)法和17 鋼標(biāo)的設(shè)防烈度地震設(shè)計(jì)法，后者具體驗(yàn)算方法見第17章。這就指明了鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)既可以按抗規(guī)的方法，也可以按第17章的抗震性能化設(shè)計(jì)方法。

截面板件寬厚比是為第17章抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)備的基本資料，可以說這是中國規(guī)范第一次系統(tǒng)地梳理了板件寬厚比。

對(duì)于歐規(guī)的S1~S4截面，17 鋼標(biāo)將壓彎和受彎構(gòu)件的截面分成S1~S5五類截面。17 鋼標(biāo)S1、S2為塑性截面，S4為彈性截面，S3為中國規(guī)范特有的考慮一定塑性發(fā)展的彈塑性截面，S5為薄柔截面。

第 4 章：材料

17 鋼標(biāo)將材料獨(dú)立成章，為今后新材料的應(yīng)用做準(zhǔn)備。本次雖僅增加了Q460 和Q345GJ兩種鋼材，但做了大量工作。以可靠性指標(biāo)為基礎(chǔ)，通過大量構(gòu)件的幾何不定性、材料不定性和計(jì)算模式不定性的試驗(yàn)分析和現(xiàn)場構(gòu)件數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作，并結(jié)合以往鋼規(guī)的計(jì)算模式不定性成果，得到了本次用于修訂的抗力分項(xiàng)系數(shù)。

應(yīng)當(dāng)看到，經(jīng)過十幾年鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國的建筑用鋼質(zhì)量水平有了很大提高。但從抗力分項(xiàng)系數(shù)的角度講，并不盡如人意。由于材料不定性中屈服強(qiáng)度的變異系數(shù)的增大，使得本次修訂得到的抗力分項(xiàng)系數(shù)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鋼的抗力分項(xiàng)系數(shù)為1.125~1.180（不同板厚）。

對(duì)于目前的抗力分項(xiàng)系數(shù)計(jì)算方法，有兩點(diǎn)值得注意。一是求解麻煩，需要做大量的試驗(yàn)和檢測(cè)工作，這也限制了作為規(guī)范引進(jìn)新鋼種的速度。二是抗力分項(xiàng)系數(shù)的統(tǒng)計(jì)方法使其極大依賴鋼材屈服強(qiáng)度的離散程度，每次統(tǒng)計(jì)值都不穩(wěn)定?？紤]到抗力分項(xiàng)系數(shù)在1.1左右，因此可以參照歐美的做法，比如規(guī)定抗力分項(xiàng)系數(shù)為1.1，然后反推對(duì)鋼材強(qiáng)度的離散性要求。如采用這種方法可大大簡化抗力分項(xiàng)系數(shù)的確定過程，方便引入新鋼種。

第 5 章：結(jié)構(gòu)分析與穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

本章為直接分析法。作為一階彈性分析與計(jì)算長度法的一個(gè)替代方法，直接分析法已納入歐美、中國香港規(guī)范，并有取代前者成為鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算方法的趨勢(shì)。

一階分析方法依賴于計(jì)算長度，03 鋼規(guī)的計(jì)算長度系數(shù)是在特定條件下推導(dǎo)出來的。實(shí)際上，構(gòu)件的計(jì)算長度與結(jié)構(gòu)體系、荷載情況、約束條件均有關(guān)系，并不是一個(gè)定值。直接分析法準(zhǔn)確考慮結(jié)構(gòu)計(jì)算的諸多因素，并引入結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的初始缺陷和殘余應(yīng)力，將穩(wěn)定計(jì)算統(tǒng)一到原本的強(qiáng)度計(jì)算上來。

從試設(shè)計(jì)及歐美相關(guān)的研究來看，P-Δ-Δ０二階分析從工程角度看效果會(huì)更好一些。在此基礎(chǔ)上，以計(jì)算長度系數(shù)為1.0進(jìn)行構(gòu)件的穩(wěn)定性計(jì)算，避免了計(jì)算長度系數(shù)確定的諸多難題，可以得到滿意的結(jié)果。P-Δ-δ（含Δ０、δ０）直接分析法由于具體操作時(shí)δ０的取法不便，使得此方法在實(shí)際應(yīng)用上會(huì)遇到一定的困難。

應(yīng)當(dāng)看到，二階效應(yīng)法和直接分析法因?yàn)橐苯涌紤]二階效應(yīng)，因而不能用傳統(tǒng)的線性分析方法進(jìn)行，需采用迭代方法進(jìn)行幾何非線性求解。而對(duì)于直接分析法，如何編制一個(gè)高效的非線性計(jì)算軟件直接決定了這種方法的應(yīng)用前景。目前，香港地區(qū)的Nida軟件在這方面居領(lǐng)先地位，很好地解決了這個(gè)問題。

直接分析法還可以應(yīng)用于地震工況的計(jì)算，這時(shí)應(yīng)采用時(shí)程法進(jìn)行考慮幾何非線性的結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈性或彈塑性分析。

第 6~8 章：構(gòu)件的受彎、軸心受力和壓彎拉彎

構(gòu)件的受彎、軸心受力和壓彎拉彎是傳統(tǒng)章節(jié)。03 鋼規(guī)已很好完成了這三類構(gòu)件的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法，本次修訂沒有做大的調(diào)整。

將有支撐框架分為強(qiáng)支撐結(jié)構(gòu)和弱支撐結(jié)構(gòu)，是03鋼規(guī)的一個(gè)創(chuàng)新?？紤]到實(shí)際應(yīng)用情況很少設(shè)計(jì)成弱支撐框架，因此這次取消了該類框架。另外，強(qiáng)支撐框架的判別式過于理論化，爭議較多，這次做了系數(shù)的調(diào)整但仍加以保留。隨著二階分析計(jì)算方法的普及，建議今后采用二階分析法或直接分析法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)，這時(shí)計(jì)算長度系數(shù)取1.0。

第 9 章：加勁鋼板剪力墻

純鋼板剪力墻作為一種性能良好的水平受力構(gòu)件，與支撐相比有其獨(dú)特的適用性?？紤]到鋼板的穩(wěn)定問題，這次僅引入帶加勁肋的鋼板墻。目前國內(nèi)應(yīng)用鋼板墻的典型工程是320m高的天津津塔，但其對(duì)施工安裝要求較高，目前鋼板墻并未得到大量應(yīng)用。

第 10 章：塑性及彎矩調(diào)幅設(shè)計(jì)

塑性設(shè)計(jì)屬求結(jié)構(gòu)極限承載力問題，具有理論依據(jù)，但作為設(shè)計(jì)方法缺少可靠度方面的論證。17 鋼標(biāo)采用彎矩調(diào)幅設(shè)計(jì)方法，具有塑性設(shè)計(jì)含義，且從概念上易為設(shè)計(jì)者所接受。

對(duì)超靜定梁可以進(jìn)行調(diào)幅，包括框架梁和連續(xù)梁。對(duì)于地震工況，只允許對(duì)重力荷載進(jìn)行調(diào)幅。

第 11 章：連接

將連接獨(dú)立成章，對(duì)各種鋼結(jié)構(gòu)連接進(jìn)行梳理，并為今后該章內(nèi)容的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

17 鋼標(biāo)連接的計(jì)算式沿用03鋼規(guī)，沒有做大的調(diào)整。近年來在海外項(xiàng)目的工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，我國有些強(qiáng)度指標(biāo)如高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊力、抗剪承載力等較國外標(biāo)準(zhǔn)低不少。這方面屬于基本性能的研究?？紤]到03鋼規(guī)的指標(biāo)很多是來源于88鋼規(guī)乃至74鋼規(guī)的數(shù)據(jù)，而當(dāng)時(shí)情況下鋼材的強(qiáng)度、施工水平等與現(xiàn)在不能同日而語。因此今后有必要在吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)這些公式進(jìn)行梳理和修訂。

第 12 章：節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)獨(dú)立成章，也是為以后對(duì)節(jié)點(diǎn)的全面、系統(tǒng)、深入的研究打基礎(chǔ)。在柱腳一節(jié)，將外露式、外包式、埋入式和插入式柱腳進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，便于設(shè)計(jì)人員選用。特別是著重介紹了已廣泛用于冶金廠房的鋼結(jié)構(gòu)插入式柱腳，可以為其他行業(yè)的應(yīng)用所借鑒。

第 13 章：鋼管連接節(jié)點(diǎn)

鋼管結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用使得需要對(duì)其相貫節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面研究，包括圓鋼管和矩形鋼管。

相貫節(jié)點(diǎn)因其受力機(jī)理的特殊性，難于像鋼結(jié)構(gòu)的其他強(qiáng)度驗(yàn)算一樣，由一個(gè)理論公式考慮各種因素推出實(shí)用公式，而是基本基于試驗(yàn)得到。

在全面進(jìn)行相貫節(jié)點(diǎn)理論分析和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，17 鋼標(biāo)提出了一整套非加勁的節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算式。承載力公式綜合考慮了節(jié)點(diǎn)屈曲、屈服、支桿強(qiáng)度等因素，是以試驗(yàn)為依據(jù)的，為管桁架強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件的設(shè)計(jì)提供了保證。

對(duì)于交錯(cuò)搭接節(jié)點(diǎn)中被搭接支桿不易施焊的情況，17 鋼標(biāo)也做了詳盡分析，給出了諸如低烈度抗震區(qū)可不施焊的建議。

對(duì)于不滿足節(jié)點(diǎn)承載力要求的非加勁相貫節(jié)點(diǎn)，可以采用設(shè)置加勁肋的方法處理。

第 14 章：鋼與混凝土組合梁

考慮混凝土與鋼梁的組合作用能節(jié)省用鋼量。本章的組合梁強(qiáng)度計(jì)算按塑性理論，撓度和連續(xù)梁端部裂縫計(jì)算按彈性理論。前者考慮混凝土開裂的剛度折減，后者考慮彎矩調(diào)幅作用。

組合梁按栓釘?shù)目辜裟芰Ψ譃橥耆辜艚M合和部分抗剪組合。前者的栓釘數(shù)量能完全承擔(dān)混凝土與鋼梁界面的剪力傳遞?；诖?，推導(dǎo)出完全組合梁和部分組合梁的正彎矩區(qū)和負(fù)彎矩區(qū)的承載力計(jì)算式。從正彎矩區(qū)的位置可以看出，這套塑性計(jì)算式適用于非地震區(qū)，因此更加適用于次梁（包括簡支梁和連續(xù)梁）。另外，第6節(jié)給出了按完全抗剪連接得到的混凝土梁縱向傳遞栓釘抗剪力的計(jì)算式。

可以看到，組合梁的計(jì)算基于塑性理論，是一個(gè)完整體系。在應(yīng)用時(shí)要特別注意適用條件，合理應(yīng)用。

第 15 章：鋼管混凝土柱及節(jié)點(diǎn)

考慮造價(jià)等原因，用鋼管混凝土柱代替鋼柱已成為一種常規(guī)做法。因此17 鋼標(biāo)將鋼管混凝土柱作為一種常規(guī)構(gòu)件列入。這種構(gòu)件的承載力計(jì)算及相關(guān)構(gòu)造要求見其他有關(guān)規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)。

第 16 章：疲勞計(jì)算及防脆斷設(shè)計(jì)

疲勞計(jì)算適用于應(yīng)力循環(huán)次數(shù)超過5萬次的情況。17 鋼標(biāo)采用 S-N曲線以應(yīng)力幅考慮疲勞問題，分兩個(gè)步驟判斷構(gòu)件的疲勞。第一步進(jìn)行初步判斷，以 1億次的疲勞截止限值進(jìn)行驗(yàn)算。如果不滿足，對(duì)常幅疲勞，按應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分段驗(yàn)算；對(duì)變幅疲勞，按折算幅進(jìn)行200萬次容許應(yīng)力幅驗(yàn)算。

低溫冷脆是鋼材的特征之一。在中國寒冷地區(qū)近年來也曾發(fā)生了多起因鋼材低溫脆斷的結(jié)構(gòu)事故。17 鋼標(biāo)要求低溫情況下（一般為 -20℃以下）應(yīng)進(jìn)行防脆斷設(shè)計(jì)，并從構(gòu)造上給出了具體要求。對(duì)于具體的防脆斷計(jì)算方法，如斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)方法，需要在下一步的工作中加以引入和完善。

第 17 章：鋼結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好，不僅僅表現(xiàn)在材料延性好，還在于它的地震作用小。因此，如何將鋼材的強(qiáng)度和延性合理地進(jìn)行組合搭配，即采用高延性、低承載力或低延性、高承載力的結(jié)構(gòu)，是鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

17 鋼標(biāo)采用以抗震設(shè)防烈度為基礎(chǔ)的鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法，采用性能系數(shù)考慮結(jié)構(gòu)的承載力與延性關(guān)系，以截面板件寬厚比等級(jí)考慮構(gòu)件的延性。對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)做出了全面系統(tǒng)的規(guī)定，使以性能系數(shù)和構(gòu)件延性為基礎(chǔ)的設(shè)防烈度抗震設(shè)計(jì)方法走向應(yīng)用。

采用基于性能的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)防烈度抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，對(duì)于高烈度區(qū)的高層結(jié)構(gòu)，采用低承載力高延性的設(shè)計(jì)方法，以結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的延性耗能抵抗強(qiáng)震作用，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更安全。對(duì)于低烈度區(qū)的低層結(jié)構(gòu)，采用高承載力低延性的設(shè)計(jì)方法，利用地震作用小、不為控制設(shè)計(jì)工況的特點(diǎn)，降低構(gòu)件的延性要求，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理。

第 18 章：鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)

鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)含抗火設(shè)計(jì)、防腐、隔熱。

鋼結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)，與GB 51249-2017《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》相聯(lián)系，后者采用抗火性能化設(shè)計(jì)，使防火設(shè)計(jì)更趨于合理。

鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕設(shè)計(jì)，要根據(jù)使用環(huán)境和維護(hù)條件等因素，采用可行的防腐蝕方法，包括涂料、耐候鋼、陰極保護(hù)、鍍鋅鋁等。

鋼結(jié)構(gòu)的隔熱設(shè)計(jì)，要將高溫環(huán)境作為一種持久工況，對(duì)高溫下鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔熱保護(hù)或考慮高溫下材料性能的降低進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

二、結(jié)語

綜上，17 鋼標(biāo)的推出，使鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加趨于先進(jìn)、實(shí)用、合理，更加國際化，不僅會(huì)繼續(xù)為我國的鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)保駕護(hù)航，還會(huì)在我國一帶一路的走出去戰(zhàn)略中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

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