钢结构设计专业计算书详解.docx

1、钢结构设计专业计算书详解第一章 总 则 第1.0.1条为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，特制定本规范。 第1.0.2条本规范适用于工业与民用房屋和一般构筑物的钢结构设计。 第1.0.3条本规范的设计原则是根据建筑结构设计统 一标准(CBJ68-84)）制订的。 第1.0.4条设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，宜优先采用定型的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量，符合防火要求，注意结构的抗腐蚀性能。 第1.0.5条在钢结构设计图纸和钢材订货文件

2、中，应注明所采用的钢号（对普通碳素钢尚应包括钢类、炉种、脱氧程度等）、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的机械性能和化学成分的附加保证项目。此外，在钢结构设计图纸中还应注明所要求的焊缝质量级别（焊缝质量级别的检验标准应符合国家现行钢结构工程施工及验收规范）。 第1.0.6条对有特殊设计要求和在特殊情况下的钢结构设计，尚应符合国家现行有关规范的要求。第二章 材 料 第2.0.1条承重结构的钢材，应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作温度等不同情况选择其钢号和材质。承重结构的钢材宜采用平炉或氧气转炉3号钢（沸腾钢或镇 静钢）、16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢，其质量

3、应分别符合现行标准普通碳素结构钢技术条件、低合金结构钢技术条件和桥梁用碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件的规定。 第2.0.2条下列情况的承重结构不宜采用3号沸腾钢:一、焊接结构：重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，冬季计算温度等于或低于20时的轻、中级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，以及冬季计算温度等于或低于30时的其它承重结构。 二、非焊接结构：冬季计算温度等于或低于20时的重级 工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构。 注：冬季计算温度应按国家现行采暖通风和空气调节设计规范中规定的冬季空气调节室外计算温度确定，对采暖房屋内的结构可按该规定值提高10采用。 第2.0.3条承重结构的钢材应具有抗

4、拉强度、伸长率、屈服强度（或屈服点）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。承重结构的钢材，必要时尚应具有冷弯试验的合格保证。对于重级工作制和吊车起重量等于或大于50的中级工作制 焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。但当冬季计算温度等于或低于20时，对于3号钢尚应具有20冲击韧性的合格保证；对于16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢尚应具有40冲击韧性的合格保证。对于重级工作制的非焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材,必要时亦应具有冲击韧性的合格保证。 第2.0.4条钢铸件应采用现行标准一般工程用铸造碳钢中规定的ZG200-4

5、00、ZG230-450、ZG270-500或ZG310-570号钢。第2.0.5条钢结构的连接材料应符合下列要求:一、手工焊接采用的焊条，应符合现行标准碳钢焊条或低合金钢焊条的规定。选择的焊条型号应与主体金属强度相适应。对重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，宜采用低氢型焊条。二、自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和焊剂，应与主体金属强度相适应。焊丝应符合现行标准焊接用钢丝的规定。三、普通螺栓可采用现行标准普通碳素结构钢技术条件中规定的3号钢制成。四、高强度螺栓应符合现行标准钢结构用高强度大六角头 螺栓、大六角螺母、垫圈型式尺寸与技术条件或钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副型式尺寸与技术条件的规定。

6、五、铆钉应采用现行标准普通碳素钢铆螺用热轧圆钢技术条件中规定的ML2或ML3号钢制成。六、锚栓可采用现行标准普通碳素结构钢技术条件中规定的3号钢或低合金结构钢技术条件中规定的16Mn钢制成。第三章基本设计规定 第一节设计原则 第3.1.1条本规范除疲劳计算外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。第3.1.2条结构的极限状态系指结构或构件能满足设计规定的某一功能要求的临界状态，超过这一状态结构或构件便不再能满足设计要求。承重结构应按下列承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计： 一、承载能力极限状态为结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形时的极

7、限状态；二、正常使用极限状态为结构或构件达到正常使用的某项规定限值时的极限状态。第3.1.3条设计钢结构时，应根据结构破坏可能产生的后果，采用不同的安全等级。一般工业与民用建筑钢结构的安全等级可取为二级，特殊建筑钢结构的安全等级可根据具体情况另行确定。第3.1.4条按承载能力极限状态设计钢结构时，应考虑荷载效应的基本组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。按正常使用极限状态设计钢结构时，除钢与混凝土组合梁外，应只考虑荷载短期效应组合。 第3.1.5条计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载设计值（荷载标准值乘以荷载分项系数）；计算疲劳和正常使用极限状态的变形时，应采用荷载标准值

8、。 第3.1.6条对于直接承受动力荷载的结构：在计算强度和稳定性时，动力荷载设计值应乘动力系数；在计算疲劳和变形时，动力荷载标准值不应乘动力系数。计算吊车梁或吊车桁架及其制动结构的疲劳时，吊车荷载应按作用在跨间内起重量最大的一台吊车确定。第3.1.7条设计钢结构时，荷载的标准值、荷载分项系数、荷载组合系数、动力荷载的动力系数以及按结构安全等级确定的重要性系数，应按建筑结构荷载规范(GBJ9-87)的规定采用。第3.1.8条计算重级工作制吊车梁（或吊车桁架）及其制动结构的强度和稳定性以及连接的强度时，吊车的横向水平荷载应乘以表3.1.8的增大系数。第3.1.9条计算平炉、电炉、转炉车间或其它类似

9、车间的工作平台结构时，由检修材料所产生的荷载，可乘以下列折减系数： 主 梁 0.85柱(包括基础）0.75第二节设计指标 第3.2.1条钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数），应根据钢材厚度或直径（对3号钢按表3.2.1-1的分组）按表3.2.1-2采用。钢铸件的强度设计值应按表3.2.1-3第3.2.2条计算下列情况的结构构件或连接时，第3.2.1条规定的强度设计值应乘以相应的折减系数：一、单面连接的单角钢 按轴心受力计算强度和连接0.85； 按轴心受压计算稳定性 二、施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接0.90； 三、沉头和半沉头铆钉连接0.80。注：当几种情况同时存在时，其

10、折减系数应连乘。第3.2.3条钢材和钢铸件的物理性能指标应按表3.2.3 采用。第三节结构变形的规定 第3.3.1条计算钢结构变形时,可不考虑螺栓（或铆钉）孔引起的截面削弱。第3.3.2条受弯构件的挠度不应超过表3.3.2中所列的容许值。第3.3.3条多层框架结构在风荷载作用下的顶点水平位移与总高度之比值不宜大于1/500，层间相对位移与层高之比值不宜大于1/400。注：对室内装修要求较高的民用建筑多层框架结构，层间相对位移与层高之比值宜适当减小。无隔墙的多层框架结构，层间相对位移可不受限制。第3.3.4条在设有重级工作制吊车的厂房中，跨间每侧吊车梁或吊车桁架的制动结构，由一台最大吊车横向水平

11、荷载所产生的挠度不宜超过制动结构跨度的1/2200。第3.3.5条设有重级工作制吊车的厂房柱和设有中、重级工作制吊车的露天栈桥柱，在吊车梁或吊车桁架的顶面标高处,由一台最大吊车水平荷载所产生的计算变形值，不应超过表3.3.5中所列的容许值。第四章 受弯构件的计算 第一节 强 度 第4.1.1条在主平面内受弯的实腹构件，其抗弯强度应按下列规定计算：一、承受静力荷载或间接承受动力荷载时， 第4.1.3条当梁上翼缘受有沿腹板平面作用的集中荷载、且该荷载处又未设置支承加劲肋时，腹板计算高度上边缘的局部承压强度应按下式计算:第4.1.4条在组合梁的腹板计算高度边缘处，若同时受有较大的正应力、剪应力和局部

12、压应力，或同时受有较大的正应力和剪应力（如连续梁支座处或梁的翼缘截面改变处等），其折算应力应按下式计算：式中、腹板计算高度边缘同一点上同时产生的正应力、剪应力和局部压应力，r和 c应按公式(4.1.2)和公式(4.1.3-1|)计算，应按下式计算：第二节 整体稳定 第4.2.1条符合下列情况之一时，可不计算梁的整体稳定性：一、有铺板（各种钢筋混凝土板和钢板）密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连、能阻止梁受压翼缘的侧向位移时。二、工字形截面筒支梁受压翼缘的自由长度L1与其宽度B1之比不超过表4.2.1所规定的数值时。梁的支座处，应采取构造措施以防止梁端截面的扭转。对跨中无侧向支承点的梁，L1 为其

13、跨度；对跨中有侧向支承点的梁，L1为受压翼缘侧向支承点间的距离（梁的支座处视为有侧向支承）。 第4.2.2条除第4.2.1条所指情况外，在最大刚度主平面内受弯的构件，其整体稳定性应按下式计算：注：见第条注。 第4.2.3条除第4.2.1条所指情况外，在两个主平面受弯的工字形截面构件，其整体稳定性应按下式计算：注：见第条注。 第4.2.4条不符合第4.2.1条第一项情况的箱形截面简支梁，其截面尺寸（图4.2.4）应满足/bo 6，且L1/bo 不应超过下列数值：符合上述规定的箱形截面简支梁，可不计算整体稳定性。 注：其它钢号的梁，其L1/bo 值不应大于95(235/fy)。第4.2.5条用作减

14、少梁受压翼缘自由长度的侧向支撑，其轴心力应根据侧向力F确定，梁的侧向力应按下式计算： 第三节 局部稳定 第4.3.1条为保证组合梁腹板的局部稳定性，应按下列规定在腹板上配置加劲肋（图4.3.1）： 一、当ho /tw 80235/fy时，对有局部压应力（c）的梁， 宜按构造配置横向加劲肋；但对无局部压应力（c）的梁，可不配置加劲肋。二、当80235/fy ho /tw 170235/fy时，应配置横向加劲肋，并应按第4.3.2条的规定进行计算（对无局部压应力的梁，当ho /tw 100235/fy 时，可不计算）。三、当ho /tw 170235/fy 时，应配置横向加劲肋和在受压区配置纵向加

15、劲肋，必要时尚应在受压区配置短加劲肋，并均应按第4.3.2条的规定进行计算。此处ho为腹板的计算高度，tw为腹板的厚度。 四、梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处,宜设置支承加劲肋，并应按第4.3.8条的规定进行计算。第4.3.2条无局部压应力（c0）的梁和简支吊车梁，当其腹板用横向加劲肋加强或用横向和纵向加劲肋加强时，应按第 4.3.3条至第4.3.6条计算加劲肋间距。其它情况的梁，应按附录二计算腹板的局部稳定性。 第4.3.3条无局部压应力（0）的梁，其腹板仅用横向加劲肋加强时，横向加劲肋间距应符合下列要求： 与同一截面的腹板计算高度边缘的弯曲压应力（N/mm2），应按My/计算，为梁

16、毛截面惯性矩，y1为腹板计算高度受压边缘至中和轴的距离。公式（4.3.3.1）右端算得的值若大于第4.3.7条规定的最大间距时，应取不超过最大间距。第4.3.4条无局部压应力（0）的梁，其腹板同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强时（图4.3.1b、c），纵向加劲肋至腹板计算高度受压边缘的距离h1应在ho/5/ho/4范围内，并应符合下式的要求： 式中所考虑区段内最大弯矩处腹板计算高度边缘的弯曲压应力（N燉mm2），应按MmaxY1/I计算。横向加劲肋间距仍应按第4.3.3条和第4.3.7条确定，但应以h2代替h0，并取1.0。第4.3.5条简支吊车梁的腹板仅用横向加劲肋加强时，加劲肋的间距应同时符

17、合下列公式的要求： 公式（4.3.5-1）和公式（4.3.5-2）右端算得的值若大于2ho或分母为负值时，应取2ho。对变截面吊车梁，当端部变截面区段长度不超过梁跨度的1/6时，值应按下列情况确定： 一、腹板高度变化的吊车梁：端部变截面区段的值应符合公式（4.3.5-1）的要求，式中的ho取该区段的腹板平均计算高度，取梁端部腹板的最大平均剪应力；不变截面区段内的值，应同时符合公式（4.3.5-1）和公式（4.3.5-2）的要求，式中取两区段交界处的腹板平均剪应力。二、翼缘截面变化的吊车梁：由端部至变截面处区段的值，应同时符合公式（4.3.5-1）和公式（4.3.5-2）的要求，但取变截面处腹板

18、计算高度边缘的弯曲压应力，同时由表4.3.5-2查得的k3、k4值应乘以0.75；中部不变截面区段的值，应同时符合公式（4.3.5-1）和公式（4.3.5-2）的要求，但取变截面处的腹板平均剪应力。 第4.3.6条简支吊车梁的腹板同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强时（图4.3.1b、c），纵向加劲肋至腹板计算高度受压边缘的距离h1应在h0/h0/4范围内，并应符合下列公式的要求： 当公式（4.3.6-1）或公式（4.3.6-2）右端算得的值小于ho/5时，尚应在腹板受压区配置短加劲肋（图4.3.1d），并应按附录二进行计算。横向加劲肋间距应按公式（4.3.5-1）确定，但应以h2代替式中的ho，

19、以0.3代替表4.3.5-1中的。若公式（4.3.5-1）右端算得的值大于2h2或分母为负值时，应取2h2。对腹板高度变化的吊车梁：在确定梁端部变截面区段内（有纵向加劲肋）的值时，h2取该区段腹板下区格的平均高度，取该区段梁端部处的腹板平均剪应力；在确定不变截面区段内的值时，取两区段交界处的腹板平均剪应力。对翼缘截面变化的吊车梁，确定值时，取梁端部腹板平均剪应力。第4.3.7条加劲肋宜在腹板两侧成对配置，也可单侧配置，但支承加劲肋和重级工作制吊车梁的加劲肋不应单侧配置。横向加劲肋的最小间距为0.5ho，最大间距为2ho（对无局部压应力的梁，当/100时，可采用2.5ho）。在腹板两侧成对配置的

20、钢板横向加劲肋，其截面尺寸应符合下列公式要求： 在腹板一侧配置的钢板横向加劲肋，其外伸宽度应大于按公式（4.3.7-1）算得的1.2倍，厚度不应小于其外伸宽度的1/15。在同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板中，横向加劲肋的截面尺寸除应符合上述规定外，其截面惯性矩Iz尚应符合下式要求： 短加劲肋的最小间距为0.75h1。短加劲肋外伸宽度应取为横向加劲肋外伸宽度的0.71.0倍，厚度不应小于短加劲肋外伸宽度的1/15。 注：用型钢（工字钢、槽钢、肢尖焊于腹板的角钢）作成的加劲肋，其截面惯性矩不得小于相应钢板加劲肋的惯性矩。 在腹板两侧成对配置的加劲肋，其截面惯性矩应按梁腹板中心线为轴线进行计算

21、。 在腹板一侧配置的加劲肋，其截面惯性矩应按与加劲肋相连的腹板边缘为轴线进行计算。第4.3.8条梁的支承加劲肋，应按承受梁支座反力或固定集中荷载的轴心受压构件计算其在腹板平面外的稳定性。此受压构件的截面应包括加劲肋和加劲肋每侧15tw235/fy范围内的腹板面积，其计算长度取ho。梁支承加劲肋的端部应按其所承受的支座反力或固定集中荷载进行计算：当端部为刨平顶紧时，计算其端面承压应力（对突缘支座尚应符合第8.4.13条的要求）；当端部为焊接时，计算其焊缝应力。 第4.3.9条梁受压翼缘自由外伸宽度与其厚度之比，应符合下式要求： 箱形截面梁受压翼缘板在两腹板之间的宽度bo与其厚度t之比，应符合下式

22、要求： 当箱形截面梁受压翼缘板设有纵向加劲肋时，则公式（4.3.9-2）中的bo取为腹板与纵向加劲肋之间的翼缘板宽度。 注：翼缘板自由外伸宽度的取值为：对焊接构件，取腹板边至翼缘板（肢）边缘的距离；对轧制构件，取内圆弧起点至翼缘板（肢）边缘的距离。 第五章 轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算第一节 轴心受力构件第5.1.1条轴心受拉构件和轴心受压构件的强度，除摩擦型高强度螺栓连接处外，应按下式计算：式中N轴心拉力或轴心压力；An净截面面积。摩擦型高强度螺栓连接处的强度应按下列公式计算：式中在节点或拼接处，构件一端连接的高强度螺栓数目；n1所计算截面（最外列螺栓处）上高强度螺栓数目；A构件的毛截

23、面面积。第5.1.2条实腹式轴心受压构件的稳定性应按下式计算：式中轴心受压构件的稳定系数，应根据表5.1.2的截面分类并按附录三采用。第5.1.3条格构式轴心受压构件的稳定性仍应按公式（5.1.2）计算，但对虚轴（图5.1.3的轴和图5.1.3、的轴和轴）的长细比应取换算长细比。换算长细比应按下列公式计算：一、双肢组合构件（图5.1.3）：式中x整个构件对x轴的长细比；l分歧对最小刚度轴11的长细比，其计算长度取为：焊接时，为相邻两缀板的净距离；螺栓连接时，为相邻两缀板边缘螺栓的距离；Alx构件截面中垂直于x轴的各斜缀条毛截面面积之和。二、四肢组合构件（图5.1.3b）；式中y整个构件对轴的长

24、细比；Aly构件截面中垂直于y轴的各叙缀条毛截面面积之和。三、缀件为缀条的三肢组合构件（图5.1.3c）：式中A1构件截面中各斜缀条毛截面面积之和；注：缀板的线刚度应符合第条的规定。斜缀条与构件轴线间的夹角应在范围内。第5.1.4条对格构式轴心受压构件：当缀件为缀条时，其分肢的长细比1不应大于构件两方向长细比（对虚轴取换算长细比）的较大值max的0.7倍，当缀件为缀板时，1不应大于40，并不应大于max的0.5倍（当max50时，取max50）。第5.1.5条用填板连接而成的双角钢或双槽钢构件，可按实腹式构件进行计算，但填板间的距离不应超过下列数值：受压构件 40i受拉构件 80ii为截面回转

25、半径，应按下列规定采用：一、当为图5.1.5、b所示的双角钢或双槽钢截面时，取一个角钢或一个槽钢与填板平行的形心轴的回转半径；二、当为图5.1.5c所示的十字形截面时，取一个角钢的最小回转半径。受压构件的两个侧向支承点之间的填板数不得少于两个。第5.1.6条轴心受压构件应按下式计算剪力： 剪力v值可认为沿构件全长不变。对格构式轴心受压构件，剪力v应由承受该剪力的缀材面（包括用整体板连接的面）分担。第5.1.7条用作减小轴心受压构件自由长度的支撑，其轴心力应根据被支承构件的剪力v（作为侧向力）确定。v可按公式（5.1.6）计算。第二节 拉弯构件和压弯构件第5.2.1条弯矩作用在主平面内的拉弯构件

26、和压弯构件，其强度应按下列规定计算：一、承受静力荷载或间接承受动力荷载时，式中Yx、Yy截面塑性发展系数，应按表5.2.1采用。二、直接承受动力荷载时，仍应按公式（5.2.1）计算，但取YxYy1.0第5.2.2条弯矩作用在对称轴平面内（绕x轴）的实腹式压弯构件，其稳定性应按下列规定计算：一、弯矩作用平面内的稳定性： （）无横向荷载作用时：mx0.650.35M2M1，但不得小于0.4，M1和M2为端弯矩，使构件产生同向曲率（无反弯点）时取同号，使构件产生反向曲率（有反弯点）时取异号，M1M2；（）有端弯矩和横向荷载同时作用时：使构件产生同向曲率时，mx1.0；使构件产生反向曲率时，mx0.8

27、5；（）无端弯矩但有横向荷载作用时；当跨度中点有一个横向集中荷载作用时，mx10.2N/NEx；其它荷载情况时，mx1.0对于表5.2.1第3、4项中的单轴对称截面压弯构件，当弯矩作用在对称轴平面内且使较大翼缘受压时，除应按公式（5.2.2-1）计算外，尚应按下式计算：式中W2x对较小翼缘的毛截面抵抗矩。二、弯矩作用平面外的稳定性：式中y弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数；b均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，对工字形和形截面可按附录一第（五）项确定，对箱形截面可取b1.4；Mx所计算构件段范围内的最大弯矩；tx等效弯矩系数，应按下列规定采用：在弯矩作用平面外有支承的构件，应根据两相邻支承点间构

28、件段内的荷载和内力情况确定：（）所考虑构件段无横向荷载作用时：tx0.65+0.35M2M1，但不得小于0.4，M1和M2是在弯矩作用平面内的端弯矩，使构件段产生同向曲率时取同号，产生反向曲率时取异号，M1M2；（）所考虑构件段内有端弯矩和横向荷载同时作用时；使构件段产生同向曲率时，tx1.0；使构件段产生反向曲率时，tx0.85；（）所考虑构件段内无端弯矩但有横向荷载作用时：tx1.0。悬臂构件，tx1.0。注：无侧移框架系指框架中设有支撑架、剪力墙、电梯并等支撑结构，且共抗侧移刚度等于或大于框架本身抗侧移刚度的倍者。有侧移框架系指框架中未设上述支撑结构，或支撑结构的抗侧移刚度小于框架本身抗

29、侧移刚度的倍者。第5.2.3条弯矩绕虚轴（x轴）作用的格构式压弯构件，其弯矩作用平面内的整体稳定性应按下式计算：式中WlxIx/Yo，Ix为x轴的毛截面惯性矩，Yo为由轴到压力较大分肢的轴线距离或者到压力较大分肢腹板边缘的距离，二者取较大者；x、NEx由换算长细比确定。弯矩作用平面外的整体稳定性可不计算，但应计算分肢的稳定性，分肢的轴心力应按桁架的弦杆计算。对缀板柱的分肢尚应考虑由剪力引起的局部弯矩。第5.2.4条弯矩绕实轴作用的格构式压弯构件，其弯矩作用平面内和平面外的稳定性计算均与实腹式构件相同。但在计算弯矩作用平面外的整体稳定性时，长细比应取换算长细比，b应取1.0。第5.2.5条弯矩作用在两个主平面内的双轴对称实腹式工字形和箱形截面的压弯构件，其稳定性应按下列公式计算：第5.2.6条弯矩作用在两个主平面内的双肢格构式压弯构件，其稳定性应按下列规定计算：第5.2.7条计算格构式压弯构件的缀件时，应取构件的实际剪力和按公式（5.1.6）计算的剪力两者中的较大值进行计算。第5.2.8条用作减小压弯构件弯矩作用平面外计算长度的支撑，其轴心力应按公