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鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算公式
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       為保證承重結(jié)構(gòu)的承載能力和防止在一定條件下出現(xiàn)脆性破壞，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)力狀態(tài)、連接方法、鋼材厚度和工作環(huán)境等因素綜合考慮，選用合適的鋼材牌號(hào)和材性。

 

 

       承重結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼，其質(zhì)量應(yīng)分別符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T 700和《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T 1591的規(guī)定。當(dāng)采用其他牌號(hào)的鋼材時(shí)，尚應(yīng)符合相應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求。對(duì)Q235鋼宜選用鎮(zhèn)靜鋼或半鎮(zhèn)靜鋼。

       承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。

       焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證。

       對(duì)于需要驗(yàn)算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材，應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證。當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于0℃但高于-20℃時(shí)，Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0℃C沖擊韌性的合格保證；對(duì)Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有-20℃沖擊韌性的合格保證。當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于-20℃時(shí)，對(duì)Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有-20℃沖擊韌性的合格保證；對(duì)Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有-40℃沖擊韌性的合格保證。

       對(duì)于需要驗(yàn)算疲勞的非焊接結(jié)構(gòu)的鋼材亦應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證，當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于-20℃時(shí)，對(duì)Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0℃沖擊韌性的合格保證；對(duì)Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有-20℃沖擊韌性的合格保證。

       當(dāng)焊接承重結(jié)構(gòu)為防止鋼材的層狀撕裂而采用Z向鋼時(shí)，其材質(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《厚度方向性能鋼板》GB/T 5313的規(guī)定。

       鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值除以抗力分項(xiàng)系數(shù)），應(yīng)根據(jù)鋼材厚度或直徑按表2-77采用。鋼鑄件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)按表2-78采用。連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)按表2-79至表2-81采用。

       鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）  表2-77

鋼材

抗拉、抗壓和抗彎f

抗剪

fv

端面承壓（刨平頂緊）

fce

牌號(hào)

厚度或直徑（mm）

Q235鋼

≤16

215

125

325

＞16~40

205

120

＞40~60

200

115

＞60~100

190

110

Q345鋼

≤16

310

180

400

＞16~35

295

170

＞35~50

265

155

＞50~100

250

145

Q390鋼

≤16

350

205

415

＞16~35

335

190

＞35~50

315

180

＞50~100

295

170

Q420鋼

≤16

380

220

440

＞16~35

360

210

＞35~50

340

195

＞50~100

325

185


注：表中厚度系指計(jì)算點(diǎn)的鋼材厚度，對(duì)軸心受力構(gòu)件系指截面中較厚板件的厚度。

鋼鑄件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）  表2-78

鋼號(hào)

抗拉、抗壓和抗彎

f

抗剪

fv

端面承壓（刨平頂緊）

fce

ZG200-400

155

90

260

ZG230-450

180

105

290

ZG270-500

210

120

325

ZG310-570

240

140

370

焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）  表2-79

焊接方法和焊條型號(hào)

構(gòu)件鋼材

對(duì)接焊縫

角焊縫

牌號(hào)

厚度或直徑

（mm）

抗壓

fcw

焊縫質(zhì)量為下列等級(jí)時(shí)，抗拉ftw

抗剪

抗拉、抗壓和抗剪

一級(jí)、二級(jí)

三級(jí)

fvw

ffw

自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊和E43型焊條的手工焊

Q235鋼

≤16

215

215

185

125

160

＞16~40

205

205

175

120

＞40~60

200

200

170

115

＞60~100

190

190

160

110

自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊和E50型焊條的手工焊

Q345鋼

≤16

310

310

265

180

200

＞16~35

295

295

250

170

＞35~50

265

265

225

155

＞50~100

250

250

210

145

自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊和E55型焊條的手工焊

Q390鋼

≤16

350

350

300

205

220

＞16~35

335

335

285

190

＞35~50

315

315

270

180

＞50~100

295

295

250

180

自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊和E55型焊條的手工焊

Q420鋼

≤16

380

380

320

220

220

＞16~35

360

360

305

210

＞35~50

340

340

290

195

＞50~100

325

325

275

185

注：1．自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊所采用的焊絲和焊劑，應(yīng)保證其熔敷金屬的力學(xué)性能不低于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳素鋼埋弧焊用焊劑》GB/T 5293和《低合金鋼埋弧焊用焊劑》GB/T 12470中相關(guān)的規(guī)定；

2．焊縫質(zhì)量等級(jí)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50205的規(guī)定。其中厚度小于8mm鋼材的對(duì)接焊縫，不宜用超聲波探傷確定焊縫質(zhì)量等級(jí)；

3．對(duì)接焊縫抗彎受壓區(qū)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取fcw，抗彎受拉區(qū)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取ftw。

螺栓連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）  表2-80

承壓型連接高強(qiáng)度螺栓

普通螺栓

錨栓

承壓型連接

高強(qiáng)度螺栓

C級(jí)螺栓

A級(jí)、B級(jí)螺栓

抗拉

抗剪

承壓

抗拉

抗剪

承壓

抗拉

抗拉

抗剪

承壓

ftb

fvb

fcb

ftb

fvb

fcb

fta

ftb

fvb

fcb

普通螺栓

4.6級(jí)、4.8級(jí)

170

140

-

-

-

-

-

-

-

-

5.6級(jí)

-

-

-

210

190

-

-

-

-

-

8.8級(jí)

-

-

-

400

320

-

-

-

-

-

錨栓

Q235鋼

-

-

-

-

-

-

140

-

-

-

Q345鋼

-

-

-

-

-

-

180

-

-

-

承壓型連接高強(qiáng)度螺栓

8.8級(jí)

 

-

-

-

-

-

-

400

250

-

10.9級(jí)

-

-

-

-

-

-

-

500

310

-

構(gòu)件

QZ35鋼

-

-

305

-

-

405

-

-

-

470

Q345鋼

-

-

385

-

-

510

-

-

-

590

Q390鋼

-

-

400

-

-

530

-

-

-

615

Q420鋼

-

-

425

-

-

560

-

-

-

655

注：1．A級(jí)螺栓用于d≤24mm和l≤10d或l≤150mm（按較小值）的螺栓；B級(jí)螺栓用于d＞24mm或l＞10d或l＞150mm（按較小值）的螺栓。d為公稱直徑，l為螺桿公稱長(zhǎng)度；

2．A、B級(jí)螺栓孔的精度和孔壁表面粗糙度，C級(jí)螺栓孔的允許偏差和孔壁表面粗糙度，均應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50205的要求。

鉚釘連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）  表2-81

鉚釘鋼號(hào)和構(gòu)件

鋼材牌號(hào)

抗拉（釘頭拉脫）

抗剪fvT

承壓fcT

ftT

I類孔

II類孔

I類孔

II類孔

鉚釘

BL2或BL3

120

185

155

-

-

構(gòu)件

Q235鋼

-

-

-

450

365

Q345鋼

-

-

-

565

460

Q390鋼

-

-

-

590

480

注：1．屬于下列情況者為I類孔：

1）在裝配好的構(gòu)件上按設(shè)計(jì)孔徑鉆成的孔；

2）在單個(gè)零件和構(gòu)件上按設(shè)計(jì)孔徑分別用鉆模鉆成的孔；

3）在單個(gè)零件上先鉆成或沖成較小的孔徑，然后在裝配好的構(gòu)件上再擴(kuò)鉆至設(shè)計(jì)孔徑的孔。

2．在單個(gè)零件上一次沖成或不用鉆模鉆成設(shè)計(jì)孔徑的孔屬于II類孔。

計(jì)算下列情況的結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接時(shí)，上述強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以相應(yīng)的折減系數(shù)：

1．單面連接的單角鋼

1）按軸心受力計(jì)算強(qiáng)度和連接0.85；

2）按軸心受壓計(jì)算穩(wěn)定性

等邊角鋼0.6＋0.0015δ，但不大于1.0：

短邊相連的不等邊角鋼0.5＋0.0025δ，但不大于1.0；

長(zhǎng)邊相連的不等邊角鋼0.70；

幾為長(zhǎng)細(xì)比，對(duì)中間無(wú)連接的單角鋼壓桿，應(yīng)按最小回轉(zhuǎn)半徑計(jì)算，當(dāng)δ＜20時(shí)，取δ＝20；

2．無(wú)墊板的單面施焊對(duì)接焊縫0.85；

3．施工條件較差的高空安裝焊縫和鉚釘連接0.90；

4．沉頭和半沉頭鉚釘連接0.80。

注：當(dāng)幾種情況同時(shí)存在時(shí)，其折減系數(shù)應(yīng)連乘。

鋼材和鋼鑄件的物理性能指標(biāo)見表2-82。

鋼材和鋼鑄件的物理性能指標(biāo)  表2-82

彈性模量E

（N/mm2）

剪變模量G

（N/mm2）

線膨脹系數(shù)α

（以每℃計(jì)）

質(zhì)量密度ρ

（kg/m3）

206×103

79×103

12×10-6

7850

吊車梁、樓蓋梁、屋蓋梁、工作平臺(tái)梁以及墻架構(gòu)件的撓度不宜超過(guò)表2-83所列的容許值。

受彎構(gòu)件撓度允許值  表2-83

項(xiàng)次

構(gòu)件類別

撓度允許值

[νT]

[νQ]

1

吊車梁和吊車桁架（按自重和起重量最大的一臺(tái)吊車計(jì)算撓度）

（1）手動(dòng)吊車和單梁吊車（含懸掛吊車）

（2）輕級(jí)工作制橋式吊車

（3）中級(jí)工作制橋式吊車

（4）重級(jí)工作制橋式吊車

l/500

l/800

l/1000

l/1200

 

2

手動(dòng)或電動(dòng)葫蘆的軌道梁

l/400

 

3

有重軌（重量等于或大于38kg/m）軌道的工作平臺(tái)梁

有輕軌（重量等于或大于24kg/m）軌道的工作平臺(tái)梁

l/600

l/400

 

4

樓（屋）蓋梁或桁架，工作平臺(tái)梁（第3項(xiàng)除外）和平臺(tái)板

（1）主梁或銜架（包括設(shè)有懸掛起重設(shè)備的梁和桁架）

（2）抹灰頂棚的次梁

（3）除（1）、（2）款外的其他梁（包括樓梯梁）

（4）屋蓋檁條

支承無(wú)積灰的瓦楞鐵和石棉瓦屋面者

支承壓型金屬板  有積灰的瓦楞鐵和石棉瓦等屋面者

支承其他屋面材料者

（5）平臺(tái)板

l/400

l/250

l/250

l/150

l/200

l/200

l/150

l/500

l/350

l/300

5

墻架構(gòu)件（風(fēng)荷載不考慮陣風(fēng)系數(shù)）

（1）支柱

（2）抗風(fēng)桁架（作為連續(xù)支柱的支承時(shí)）

（3）砌體墻的橫梁（水平方向）

（4）支承壓型金屬板、瓦楞鐵和石棉瓦墻面的橫梁（水平方向）

（5）帶有玻璃窗的橫梁（豎直和水平方向）

l/200

l/400

l/1000

l/300

l/200

l/200

注：1．l為受彎構(gòu)件的跨度（對(duì)懸臂梁和伸臂梁為懸伸長(zhǎng)度的2倍）。

2．[νT]為全部荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的撓度（如有起拱應(yīng)減去拱度）允許值；

[νQ]為可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的撓度允許值。

框架結(jié)構(gòu)的水平位移允許值：在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下框架柱頂水平位移和層間相對(duì)位移不宜超過(guò)下列數(shù)值。

1．無(wú)橋式吊車的單層框架的柱頂位移H/150

2．有橋式吊車的單層框架的柱頂位移H/400

3．多層框架的柱頂位移H/500

4．多層框架的層間相對(duì)位移h/400

H為自基礎(chǔ)頂面至柱頂?shù)目偢叨�；h為層高。

注：1．對(duì)室內(nèi)裝修要求較高的民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)，層間相對(duì)位移宜適當(dāng)減小。無(wú)墻壁的多層框架結(jié)構(gòu)，層間相對(duì)位移可適當(dāng)放寬。

2．對(duì)輕型框架結(jié)構(gòu)的柱頂水平位移和層間位移均可適當(dāng)放寬。

桁架弦桿和單系腹桿的計(jì)算長(zhǎng)度見表2-84。

桁架弦桿和單系腹桿的計(jì)算長(zhǎng)度l0  表2-84

項(xiàng)次

彎曲方向

弦桿

腹桿

支座斜桿和支座豎桿

其他腹桿

1

在桁架平面內(nèi)

l

l

0.8l

2

在桁架平面外

l1

l

l

3

斜平面

-

l

0.9l

注：1．l為構(gòu)件的幾何長(zhǎng)度（節(jié)點(diǎn)中心間距離）；l1為桁架弦桿側(cè)向支承點(diǎn)之間的距離。

2．斜平面系指與桁架平面斜交的平面，適用于構(gòu)件截面兩主軸均不在桁架平面內(nèi)的單角鋼腹桿和雙角鋼十字形截面腹桿。

3．無(wú)節(jié)點(diǎn)板的腹桿計(jì)算長(zhǎng)度在任意平面內(nèi)均取其等于幾何長(zhǎng)度（鋼管結(jié)構(gòu)除外）。

受拉構(gòu)件的允許長(zhǎng)細(xì)比見表2-85。受壓構(gòu)件的允許長(zhǎng)細(xì)比見表2-86。

受拉構(gòu)件的允許長(zhǎng)細(xì)比  表2-85

項(xiàng)次

構(gòu)件名稱

承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)

直接承受動(dòng)力荷載和結(jié)構(gòu)

一般建筑結(jié)構(gòu)

有重級(jí)工作制吊車的廠房

1

桁架的桿件

350

250

250

2

吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐

300

200

-

3

其他拉桿、支撐、系桿等（張緊的圓鋼除外）

400

350

-

注：1．承受靜力荷載的結(jié)構(gòu)中，可僅計(jì)算受拉構(gòu)件在豎向平面內(nèi)的長(zhǎng)細(xì)比。

2．在直接或間接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，單角鋼受拉構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比的計(jì)算方法與表2-86注2相同。

3．中、重級(jí)工作制吊車桁架下弦桿的長(zhǎng)細(xì)比不宜超過(guò)200。

4．在設(shè)有夾鉗或剛性料耙等硬鉤吊車的廠房中，支撐（表中第2項(xiàng)除外）的長(zhǎng)細(xì)比不宜超過(guò)300。

5．受拉構(gòu)件在永久荷載與風(fēng)荷載組合作用下受壓時(shí)，其長(zhǎng)細(xì)比不宜超過(guò)250。

6．跨度等于或大于60m的桁架，其受拉弦桿和腹桿的長(zhǎng)細(xì)比不宜超過(guò)300（承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載）或250（直接承受動(dòng)力荷載）。

受壓構(gòu)件的允許長(zhǎng)細(xì)比  表2-86

項(xiàng)次

構(gòu)件名稱

允許長(zhǎng)細(xì)比

1

柱、桁架和天窗架中的桿件

150

柱的綴條、吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐

2

支撐（吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐除外）

200

用以減少受壓構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比的桿件

注：1．桁架（包括空間桁架）的受壓腹桿，當(dāng)其內(nèi)力等于或小于承載能力的50%時(shí)，允許長(zhǎng)細(xì)比值可取為200。

2．計(jì)算單角鋼受壓構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比時(shí)，應(yīng)采用角鋼的最小回轉(zhuǎn)半徑，但在計(jì)算交叉桿件平面外的長(zhǎng)細(xì)比時(shí)，可采用與角鋼肢邊平行軸的回轉(zhuǎn)半徑。

3．跨度等于或大于60m的桁架，其受壓弦桿和端壓桿的允許長(zhǎng)細(xì)比值宜取為100，其他受壓腹桿可取為150（承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載）或120（直接承受動(dòng)力荷載）。

單層廠房階形柱計(jì)算長(zhǎng)度的折減系數(shù)見表2-87。

單層廠房階形柱計(jì)算長(zhǎng)度的折減系數(shù)  表2-87

廠房類型

折減

系數(shù)

單跨或多跨

縱向溫度區(qū)段內(nèi)一個(gè)柱列的柱子數(shù)

屋面情況

廠房?jī)蓚?cè)是否有通長(zhǎng)的屋蓋縱向水平支撐

單跨

等于或少于6個(gè)

-

-

0.9

多于6個(gè)

非大型混凝土屋面板的屋面

無(wú)縱向水平支撐

有縱向水平支撐

0.8

大型混凝土屋面板的屋面

-

多跨

-

非大型混凝土屋面板的屋面

無(wú)縱向水平支撐

有縱向水平支撐

0.7

大型混凝土屋面板的屋面

-

注：有橫梁的露天結(jié)構(gòu)（如落錘車間等），其折減系數(shù)可采用0.9。

摩擦型高強(qiáng)度螺栓中摩擦面抗滑移系數(shù)見表2-88。一個(gè)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力見表2-89。

摩擦面的抗滑移系數(shù)μ  表2-88

在連接處構(gòu)件接觸面的處理方法

構(gòu)件的鋼號(hào)

Q235鋼

Q345鋼、Q390鋼

Q420鋼

噴砂（丸）

0.45

0.50

0.50

噴砂（丸）后涂無(wú)機(jī)富鋅漆

0.35

0.40

0.40

噴砂（丸）后生赤銹

0.45

0.50

0.50

鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面

0.30

0.35

0.40

 

一個(gè)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P（kN）  表2-89

螺栓的性能等級(jí)

螺栓公稱直徑（mm）

M16

M20

M22

M24

M27

M30

8.8級(jí)

80

125

150

175

230

280

10.9級(jí)

100

155

190

225

290

355

螺栓或鉚釘?shù)脑试S距離見表2-90。

螺栓或鉚釘?shù)淖畲蟆⒆钚≡试S距離  表2-90

名稱

位置和方向

最大允許距離

（取兩者的較小值）

最小允許距離

中心間距

外排（垂直內(nèi)力方向或順內(nèi)力方向）

8d0或12t

3d0

中間排

垂直內(nèi)力方向

16d0或24t

順內(nèi)力方向

構(gòu)件受壓力

12d0或18t

構(gòu)件受拉力

16d0或24t

沿對(duì)角線方向

-

中心至構(gòu)件邊緣距離

順內(nèi)力方向

4d0或8t

2d0

垂直內(nèi)力方向

剪切邊或手工氣割邊

1.5d0

軋制邊、自動(dòng)氣割或鋸割邊

高強(qiáng)度螺栓

其他螺栓或鉚釘

1.2d0

注：1．d0為螺栓或鉚釘?shù)目讖剑?/span>t為外層較薄板件的厚度。

2．鋼板邊緣與剛性構(gòu)件（如角鋼、槽鋼等）相連的螺栓或鉚釘?shù)淖畲箝g距，可按中間排的數(shù)值采用。



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