DIN 188001 钢架结构第一部分设计与构造汇总.docx

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DIN188001钢架结构第一部分设计与构造汇总

UDC693.814.014.2德国标准1990年11月

钢架结构

设计与构造

DIN

18800

第一部分

ICS

本条件中采用逗号作为十进位制标记，以与国际标准化组织（ISO）公布的标准准则相一致。

术语“负载”在本标准中指外部施加在系统上的压力；这同样适用于包括元件‘负载’（见DIN1080第1部分）在内的复合词。

1前言

有关钢结构设计与构造的欧洲标准尚未出版之前，本标准1981年3月版将仍保持有效，直至当前更新版本为止。

本标准由Normenausschuβ（建筑和土木工程标准委员会）第8部门和DeuscherAusschuβfürStahlba（德国钢结构工程委员会）联合制定。

DIN18800的系列更新版本均基于Normenausschuβ于1981年颁布的安全结构要求规范原则中所说明的设计理念来提出工程师的实用规则，同时把正在进行的统一欧洲规范的工作考虑进来。

DIN18800第2部分和第3部分的引用标准为1990年11月版。

目录

1概述…………………………………………………….

2文件资料……………………………………………….

3概念和标志…………………………………………….

3.1基本概念……………………………………………..

3.2其他概念……………………………………………..

3.3一般标志……………………………………………..

4材料…………………………………………………….

4.1轧钢和铸钢…………………………………………..

4.2固定件………………………………………………..

4.2.1螺栓、铆钉、受切接合部件和地脚螺栓………...

4.2.2焊材………………………………………………..

4.3高强度抗拉构件……………………………………..

4.3.1钢索用钢丝………………………………………...

4.3.2锚固………………………………………………..

4.3.3钢绳………………………………………………..

4.3.4验收（质量控制）………………………………...

4.3.5高强度抗拉构件机械性能的特征值……………...

5结构细部设计……………………………………….…

5.1概述…………………………………………………..

5.2连接…………………………………………………..

5.2.1概述………………………………………………..

5.2.2螺栓连接和铆钉连接……………………………..

5.2.3焊接缝……………………………………………...

5.3高强度抗拉构件……………………………………..

5.3.1类型…………………………………………………

5.3.2锚固……………………………………..…..…….

5.3.3绞绳导杆和索扣…………………………………...

5.3.4钢绳导杆和绳夹…………………………………...

6负载假设………………………………….……………

7设计分析………………………………….……………

7.1规定分析………………………………….………….

7.2各种作用力所产生的应力分析……………………..

7.2.1作用力……………………….……………………..

7.2.2极限状态分析的假设………………………………

7.2.3使用效率极限状态分析的假设…………………...

7.3基于阻力参数得到的阻力计算……………………..

7.3.1阻力参数…………………………………………...

7.3.2阻力………………………………………….……..

2

2

2

2

3

3

4

4

5

5

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6

6

6

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8

8

8

8

8

10

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12

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13

13

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14

14

15

15

15

16

7.4分析方法……………………..……………………..

7.5极限状态分析……………………..………………..

7.5.1标准和详细设计………………………………….

7.5.2弹性-弹性法………………………………………

7.5.3弹塑性法…………………….……………………

7.5.4塑性-塑性法………………………………………

7.6静态平衡的验证……………………………………

7.7持久性的验证………………………………………

8连接上的应力和阻力………………………………...

8.1概述…………………………………………………

8.2拴接和铆接…………………….……………………

8.2.1极限状态分析…………………………………….

8.2.2使用效率极限状态分析………………………….

8.2.3变形…………………….………………………...

8.3销接…………………………………………………

8.4焊接连接…………………….……………………...

8.4.1弧焊……………………………………………….

8.4.2其他焊接工艺…………………………………….

8.5固定件的组合………………………………………

8.6通过接触进行的压力传输………………………….

9极限状态分析中高强度抗拉构件的阻力……………

9.1概述…………………………………………………

9.2高强度抗拉构件及其锚固…………………………

9.2.1极限状态分析…………………………………….

9.2.2高强度抗拉构件的阻力………………………….

9.2.3承座阻力………………………………………….

9.3导杆、索扣和绳夹…………………………………

9.3.1极限横向压力和偏安全系数…………………….

9.3.2滑脱……………………………………………….

附录A…………………………………………………...

标准和参考文件………………………………………...

旧版本

修正

注释

具体请见本标准的第2页至第44页。

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40

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41

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43

1概述

（101）应用范围

本标准包括钢结构的设计和构造。

（102）其他要遵守的标准

和所有其他相关标准一样，其他构成DIN18800系列的标准也应要遵守。

这其中有些标准包括其他尚未纳入对本标准非常重要的设计理念的规范或者与本标准相背离的规范。

在这种情况下，在进行评估之前最好参考本标准的1981年3月版（参看第1页上的绪论）。

（103）基本要求

钢结构必须要稳定并且适于其用途，这样它应有足够的刚度和机械性能。

注意:

这里术语“稳定”用来说明结构既要保持负荷能力，又要达到静态平衡。

2文件资料

（201）使用条件

文件资料中应清楚说明钢结构的用途以及在其使用期限中的主要条件。

（202）文件资料内容

文件资料应验证钢结构在其施工阶段和使用过程中具有足够的稳定性。

注意：

文件资料中应包括工程规范、结构分析（包括布置图），备份实验分析的试验记录，包含和测试及预期作用有关的详细情况在内的图纸、详细说明安装或焊接程序的图纸以及各种协议。

（203）工程规范

工程规范中应包括检查结构分析和图纸所需信息，特别是作为施工工程基础，但未包括在设计文件和图纸中的信息（如防腐详情）。

（204）结构分析

结构分析应证明所有元件和连接均有所需的负荷能力和使用能力。

分析要全面而又易理解，并且应提供作为工作图纸基础的详细信息。

（205）来源和出处

非常规公式和计算方法的来源应广为人知。

如果这些内容尚未出版，那么应提供其如何生成的信息，从而证明其适合性。

（206）计算机分析

计算机分析的使用应根据RichtliniefürdasAusfstellenundPrüfenEDV-unterstützterStandsicherheitsnachweise（开发和测试计算机辅助结构分析规范）进行。

（207）测试报告

测试报告中应包括测试目标、测试设计、测试性能和测试评估的详细情况，并且要能为另一方进行有效评估和复制。

（208）图纸

图纸应完整明确地说明对技术文件评估、施工工程和有关机构随后对结构的批准来说非常重要的结构构件。

注意:

构件图纸要完整准确的话，则应包括以下内容：

a）材料信息（如一钢号和螺栓属性等级）；

b）结构和横截面的尺寸图；

c）接缝图纸（如说明线性构件质量中心轴线的相对位置）、固定件与连接构件的位置以及容许公差；

d）与制造质量有关的问题（如螺栓的预紧、焊接准备）；

e）在安装工作中要考虑进来的因素；

f）防腐方面的详细情况。

3概念和标志

3.1基本概念

（301）作用力和作用力参数

因为结构作用力参数为用来说明作用力的大小，所以作用力指作用在结构上的受力或者由于受力引起变形的原因。

注：

作用力包括重力、风力、强加负载、温度和柱子的沉降，参见条款706。

（302）阻力和阻力参数

这里的阻力用来说明对结构、其结构构件和连接所受作用力的阻力。

阻力大小是从几何尺寸和材料特性值推导出来的尺寸：

应考虑它们的散射。

在本标准中，硬度和刚度是阻力大小。

注意1:

除非在DIN18800系列标准其他部分另有规定，为了方便起见，应把阻力参数的所有变量都要考虑进来，但不要把几何参数考虑在内。

注意2:

屈服上限ReH和抗拉强度Rm均为材料特有的属性。

特性强度值为与几何参数名义值有关的强度值，其中最重要的强度值为和材料特性屈服上限ReH与抗拉强度Rm相关的屈服强度fy与抗拉强度fU。

抗弯刚度（E·I），即弹性模数和二阶面积矩的乘积（两

者均为变量）为一种刚度。

（303）设计值

设计值是为分析而假设的作用力参数值和阻力参数值。

它们用来模仿作用力对结构发生不利影响，从而使其具有许多不利属性的情况。

实际上很多情况不太可能发生。

设计值一般通过加下标d来表示。

注意1:

本标准所用设计值已选好，这样分析确保不会超过目标故障概率。

注意2:

分析中需要对设计值和特征值（见条款304）加以区别。

这可通过为设计值和特征值分别加上下标d和k来实现这一点。

（304）特征值

作用力参数和阻力参数的特征值用作设计作用力和阻力的基准参数。

注意:

根据作为本标准基础的安全理念，假设要变化的作用力和阻力特征值应被选作这些参数统计分布的p%分位值（如5%分位值），从而可以计算目标故障概率的分部安全系数。

由于实际上首先要确定分部安全系数，p值则根据[1]中的数值变化所得。

如果作用力和阻力方面缺少足够的数据，那么在有些情况下p值只是估计值。

出于此原因，本标准中所用规格是根据对当前数据进行综合评价而得到的。

（305）分部安全系数

分布安全系数γF和γM表示作用力F和阻力参数M的变量。

注意1:

系数γf由以下分量组成

γF=γf·γf·SyS

其中:

γf表示各作用力在空间和时间方面的变化情况；

γf·SyS表示结构模型和随机模型中的不确定性，并且包括系统对外部作用力作出反应的敏感度。

确定γF的信息参见[1]。

注意2:

系数γm由以下分量组成

γM=γm·γm·sys

其中:

γm表示各阻力的变化情况；

γm·sys表示计算阻力的结构模型中的错误以及系统对外部作用力作出反应的敏感度。

确定γM的信息参见[1]。

（306）组合值

组合值表示可变作用力同时发生的概率。

（307）应力

应力Sd为用来说明结构受到设计作用力Fd后状态的参数。

如果应力需要加上标示以避免混淆，那么它们应在S后面加上下标d。

但是这种符号在下面将不再使用。

注意:

应力包括内力和力矩、螺栓剪切力、应变力和致偏力。

（308）极限状态

极限状态指结构不再能保持其负荷能力或使用能力的状态。

这还可适用于构件、横截面、材料和固定件。

（309）阻力

阻力Rd为说明结构与其极限状态有关的一种状态。

它们应通过设计阻力M来计算。

如果阻力需要加上标示以避免混淆，那么它们一般在R后加上下标d。

注意:

阻力包括极限应力、极限内力和力矩、极限螺距剪切力和极限应变力。

3.2其他概念

（310）其他概念在相关环境中进行解释。

3.3一般符号

（311）坐标、位移参数、内力和力矩、应力和缺陷

x沿着构件方向的轴（主轴）

y、z横截面的轴（简单构件的ly不可小于lz）

u、v、wx、y和z轴上的位移

N轴向力

My、Mz弯矩

Mx扭矩

Vy、Vz剪切力

Ơ轴向应力

剪切应力

应力振幅

结构在无荷载状态下的初始摇摆缺陷

图1.坐标、位移参数和内力与力矩

注意:

根据国际惯例，标志V要换成Q（参见ISO3898）。

（312）物理参数

E弹性模数

G剪切模数

αt线性热膨胀系数

fy屈服强度

fu抗拉强度

μ滑脱系数

（313）截面参数

t厚度

b宽度、幅度

A横截面面积

ASteg腹板面积（参见条款752）

S静力矩

I二阶面积矩

W弹性截面模数

Npl完全塑性状态下的轴向力

Mpl完全塑性状态下的弯矩

Mel应力达到横截面主要部位的屈服强度所需弯矩

apl=

塑性形状系数

Vpl完全塑性状态下的剪切力

d直径

dL孔径

dSch杆径

△d公隙

a焊缝设计厚度

注意:

如果塑性能力完全得到应用的话，尽管在特定情况（角钢和槽钢）下仍有弹性囊存在，但术语“完全塑性状态”还是适用（参见[7]）。

（314）结构参数

l构件的系统长度

NKi符合弹性理论，最小分叉负载下的轴向力

（受压时为正值）

SK=

与NKi有关的线性构件有效长度*）

（315）作用力、阻力参数和安全系数

F作用力（一般）

G持久作用力

Q可变作用力

FA偶然作用力

FE土压

M阻力参数（一般）

γF作用力的分部安全系数

γM阻力参数的分部安全系数

w（边缘）应力比：

组合值

Sd应力（一般）

Rd阻力（一般）

（316）下标和前缀

k参数特征值

d参数设计值

R、d阻力

S、d应力

w焊接

b铆钉、螺栓

vers用作实验的数量前缀

grenz极限（即最大容许）值的参数前缀

cal通过计算来确定的参数前缀

注意1:

如果有混淆的可能则采用下标。

注意2:

例如用于制造螺栓的材料抗拉强度为fu.b。

4材料

4.1轧钢和铸钢

（401）常见钢号

这里应使用以下钢号：

1通用结构钢：

符合DIN17100**）的St37-2、USt37-2、RSt37-3和St52-3钢、符合DIN17119的冷加工焊接方钢和矩形钢以及符合DIN17120或DIN17121的焊接或无缝圆形空心型材；

2可焊正火细粒结构钢：

符合DIN17102的StE355、WStE355、TStE355和EStE355、符合DIN17125的方钢和矩形钢以及符合DIN17123或DIN17124的焊接或无缝圆形空心型材；

3铸钢：

符合DIN1681的GS-52钢、符合DIN17182的GS-20Mn5钢以及符合DIN17200的C35N热处理钢，适于钢轴承、铰链和特殊元件。

（402）其他钢号

条款401中所列情况以外的钢号只在以下情况适用时才可使用:

a）其化学成分、机械性能与焊接性在钢产品交货技术条件中有所规定并且与条款401中所列钢号相对应。

b）相关标准中对其有完整的说明，以及其潜在应用范围的定义。

c）其适合性通过其他方法得到证明。

*）译者注意：

设计分析中所用常见术语在Eurocode3中为‘压曲长度’。

**）由DINEN10025所取代。

***）由DINEN10083第1部分和第2部分所取代。

注意1:

只有条款726中所提方法才适用。

注意2:

适合性的证明可通过只包括特殊情况在内的认可证书协议的形式来进行。

（403）钢号的选择

钢号应要选好以与其预期目的及可焊性来相适应。

DASt规范009中有关选择焊接钢结构等级的建议和有关防止焊接钢结构发生层状的建议可为钢号选择提供有用的帮助。

（404）检验文件的提供

所用产品应以DIN50049检验文件的形式来包括在适当的文件资料中。

如果未焊好的St37-2、USt37-2、RSt37-3和St37-3钢结构及其辅助元件的受力是由弹性理论来确定的，那么这无须包括在上述文件中。

如果受力是由塑性理论决定的，那么有关材料属性的

说明至少应有具体的测试报告支持。

用于厚度在30毫米以上的焊接构件，并且焊缝处于拉伸状态的金属片和宽带钢应要进行钢铁检验单1390中所述的焊缝弯曲试验并且要包括在验收证书中。

（405）轧钢和铸钢的特征值

考虑到这种情况，即100oC以上的特征值将随着温度来变化，表1中的特征值应可用来确定轧钢和铸钢的应力和阻力。

4.2固定件

4.2.1螺栓、铆钉、受切接合部件和地脚螺栓

（406）螺栓、螺帽和垫片

螺栓应由符合ISO898第1部分的4.6、5.6、8.8或10.9级钢制成，相关螺帽有符合ISO898第2部分的4、5、8或10级钢制成，而垫片应由和螺栓相同性能等级的钢制成。

（407）镀锌螺栓

螺栓、螺帽和垫片应属于同一产品范围。

如果镀锌工艺是由螺栓制造商或者对螺栓制造商负责的分包商所进行的，那么应只能使用性能等级为8.8和10.9的热镀锌螺栓以及相关的螺帽和垫片。

表1.轧钢和铸钢的特征值

1

2

3

4

5

6

7

钢型和钢号

产品厚度t*）

单位：

毫米

屈服强度fy.k

单位：

N/mm2

抗拉强度fu.k

单位：

N/mm2

弹性模数E

单位：

N/mm2

剪切模数G

单位：

N/mm2

线性热膨胀系数aT

单位：

K-1

1

结构钢

St37-2

USt37-2

RSt37-3

St37-3

t≤40

240

360

210000

810000

12·10-6

2

40

215

3

结构钢

St52-3

t≤40

360

510

4

40

325

5

正火细粒钢

StE355

WStE355

TStE355

EStE355

t≤40

360

510

6

40

325

7

铸钢

GS-52

260

520

8

GS-20Mn5

t≤100

260

500

9

淬火-回火钢

C35N

t≤16

300

480

10

16

270

*）有关异型钢材的标准还使用其他标志来表示产品厚度。

例如，DIN1025标准系列中用s来表示腹板厚度。

注意:

参见条款718。

a）它们和钢之间相兼容；

b）它们不可能产生氢诱导脆度；

c）这里有可行的方法来拧紧螺栓。

注意1:

电镀锌是另一种合适的防腐方法。

注意2:

有关避免产生氢诱导脆度的方法参见DIN267。

（408）螺栓材料的特征值

拴接的阻力应根据表2中的特征值来确定。

表2.用于螺栓材料的特征值

1

2

3

性能等级

屈服强度fy.b..k

单位：

N/mm2

抗拉强度fu.b..k

单位：

N/mm2

1

4.5

240

400

2

5.6

300

500

3

8.8

640

800

4

10.9

900

1000

注意:

参见条款718。

（409）铆钉

铆钉应为符合DIN17111的USt36钢制成。

（410）铆钉材料的特征值

铆接阻力应基于表3中的特征值来确定。

表3.用于铆钉材料的特征值

1

2

3

材料

屈服强度fy.b..k

单位：

N/mm2

抗拉强度fu.b..k

单位：

N/mm2

1

USt36

205

330

2

RSt36

225

370

注意:

参见条款718。

（411）受切接合部件和双端螺栓

受切接合部件和双端螺栓均应由表4中规定的材料制成。

受切接合部件和双端螺栓的阻力应基于表4中的特征值来确定。

（412）螺栓、铆钉和接头的证明

与8级和10级螺帽一起使用的8.8级和10.9级螺栓的生产应一直受到监控，而监控记录应保留下来，作为验证其机械性能、表面条件、尺寸和紧固性能和相关要求一致的证据。

这里应提供DIN50049中规定的测试报告。

表4.用于受切接合部件和双端螺栓材料的特征值

1

2

3

螺栓规范

相应尺寸，单位：

毫米

屈服强度fy.b..k

单位：

N/mm2

抗拉强度fu.b..k

单位：

N/mm2

1

DIN32500第1部分

性能等级4.8

320

400

2

DIN32500第3部分

具有St37-3的化学成分（参见DIN17100）

350

450

3

DIN17100**）（St37-2或St37-3）

d≤40

240

360

40

215

4

DIN17100**）（St52-3）

d≤40

360

510

40

325

注意:

参见条款718。

其他性能等级的螺栓和铆钉应按照ISO898第1部分和第2部分来进行测试，但在这种情况下不一定需要提供证明。

受切接合部件机械性能的证明至少应按照测试报告的标准来以DIN50049检验文件的形式来提供。

（413）其他材料制成的固定件

上面所提材料以外的材料制成的固定件应用类推的方法和条款402与412一致。

4.2.2焊材

（414）焊材只有在根据DS920011）获得批准时才可使用。

注意:

常见焊材为焊条金属、焊剂和保护气。

4.3高强度抗拉构件

4.3.1钢索用钢丝

（415）钢索用钢丝应由符合DIN17140的优质钢或者符合DIN17440的不锈钢制成。

4.3.2锚固

（416）承座材料

承座应由符合DIN1681、DIN17182或者钢铁材料表685的铸钢或者符合DIN17100**）、DIN17103或DIN17200***）制成。

________

**）和***）参见第4页。

1）正式批准机构为位于Minden的德国联邦铁路中央办公室。

文件DS92001（德国联邦铁路批准用于弧焊和气熔焊的焊

条金属、焊材和设备清单）可从德国联邦铁路出版办公室（StuttgarterStraβe61a.D-7500Karlsruhe1）处获得。

（417）浇注锚固

对浇注锚固应使用

—根据DIN3092第1部分的金属浇注或

—