钢结构设计规范大全11篇

钢结构设计规范篇（1）

1．R-μ-T关系及其应用

在二十世纪五十年代，当美国的权威人士G.W.Houser导出了第一条地震反应谱和对地震激励下的弹性反应规律的研究很快被学术界接受后，人们很快发现了一个与当时的抗震设计方法相矛盾的问题，那就是例如对一个第一振型周期为0.5s~1.5s,阻尼比为0.05的结构，结构地震反应加速度约为地面运动峰值加速度的1.5~2.5倍，比如赋予上述结构一个不大的地面运动加速度0.15g,则根据反应谱导出的结构反应加速度已达到0.23g~0.375g，而世界各国当时的设计规定中一般用来确定水平地震力大小的加速度只有0.04g~0.15g，但让人不解是，震害表明，虽然设计用的反应加速度很小，但结构在地震中的损伤却不太大。这么大的差距是不能用安全性或设计误差来解释的，于是，各国的学术界加紧了对这一问题的研究，大家通过对单自由度体系的屈服水准、自振周期（弹性）以及最大非弹性动力反应之间的关系；同时还研究了当地面运动特征（包含场地土特征）不同时，给这种关系带来的变化，我们把这方面的研究工作关系其中R是指在一个地面运动下最大弹性反应力与非弹性反应屈服力之间的比值，称为弹塑性反应地震力降低系数，简称地震力降低系数或者反应调节系数；µ为最大非弹性反应位移与屈服位移的比值，称为位移延性系数；T则为按弹性刚度求得的结构自振周期。研究表明，对于长周期（指弹性周期且T>1.0s）的结构可以适用“等位移法则”，即弹性体系与弹塑性体系的最大位移反应总是基本相同的；而对于中周期（指弹性周期且0.12s<T<0.5s）的结构，则适用于“等能量法则”，即非弹性反应下的弹塑性变形能等于同一地震地面运动输入下的弹性变形能。

之所以存在上诉规律，我们应该注意到钢筋混凝土结构的一些相关特性。首先，通过人为措施可以使结构具有一定的延性，即结构在外部作用下，可以发生足够的非线性变形，而又维持承载力不会下降的属性。这样就可以保证结构在进入较大非线性变形时，不会出现因强度急剧下降而导致的严重破坏和倒塌，从而使结构在非线性变形状态下耗能成为可能。其次，作为非线弹性材料的钢筋混凝土结构，在一定的外力作用下，结构将从弹性进入非弹性状态。在非弹性变形过程中，外力做功全部变为热能，并传入空气中耗散掉。我们可以进一步以单质点体系的无阻尼振动来分析，在弹性范围振动时，惯性力与弹性恢复力总处于动态平衡状态，体系能量在动能、势能间不停转换，但总量保持不变。如果某次振动过大，体系进入屈服后状态，则体系在平衡位置的动能将在最大位移处转化为弹性势能和塑性变形能两部分，其中，塑性变性能将耗散掉，从而减小了体系总的能量。由此我们可以想到，在地震往复作用下，结构在振动过程中，如果进入屈服后状态，将通过塑性变性能耗散掉部分地震输给结构的累积能量，从而减小地震反应。同时，实际结构存在的阻尼也会进一步耗散能量，减小地震反应。此外，结构进入非弹性状态后，其侧向刚度将明显小于弹性刚度，这将导致结构瞬时刚度的下降，自振周期加长，从而减小地震作用。

2 我国现行抗震设计规范中的不足之处

抗震规范规定，我国的抗震设防目标必须坚持“小震不坏，中震可修，大震不倒”的原则，而建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑，地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，抗震措施，一般情况下，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。丙类建筑应属于甲、乙、丁类以外的一般建筑，地震作用和抗震措施应符合本地区抗震设防烈度的要求。我们知道，一栋建筑在大震下能否不倒，已经不是看其承载力的大了了，而是看它的延性是否能够到达设计要求。由上面的建筑物抗震类别划分可以看出，我们对甲、乙、丙、丁建筑物延性的要求是依次从高到低的，此时，结构的延性实际上是由其抗震措施来决定的，现以一栋乙类建筑和丙类建筑为例：

表 1

设防烈度

抗震措施烈度

实际延性

6

7（6）

低

7

8（7）

中等

8

9（8）

稍高

9

比9度高（9）

高

说明：在抗震措施烈度中，括号外为乙类建筑，括号内的为丙类建筑。

由表1可以看出，如果按规范设计，就可能会出现9度（设防烈度）下的丙类建筑的延性比7度（设防烈度）下的乙类建筑延性还要高的情况出现，而根据上面所述的R-μ-T理论关系的研究可以知道，当R取值不变时，对结构的延性要求也应该是不变的，与处在什么烈度区没有关系，如果R-μ-T理论关系的研究结果是正确的，那么我国规范对甲、乙、丙三类建筑的要求就存在概念性矛盾。

我国取R＝3.33，与国外规范相比较，我们对乙类和丙类建筑的是比较合理，而对于甲类建筑则过于偏松，对丁类建筑过于严格了。

目前，国际上逐步形成了一套“多层次，多水准性态控制目标”的抗震理念。这一理念主要含义为：工程师应该选择合适的形态水准和地震荷载进行结构设计。建筑物的性态是由结构的性态，非结构构件和体系的性态以及建筑物内容物性态的组合。目前性态水准一般分为：损伤出现（damage onset）、正常运作（operational）、能继续居住（countinued occupancy）、可修复的（repairable）、生命安全（life safe）、倒塌（collapse）。性态目标指建筑物在一定程度的地震作用下对所期望的性态水准的表述。对建筑抗震设计应采用多重性态目标，比如美国的“面向2000基于性态工程的框架方案”曾对一般结构、必要结构、对安全起控制作用的结构分别建议了相应的性态目标?基本目标（常遇地震下完全正常运作，少遇地震下正常运作，罕遇地震下保证生命安全，极罕遇地震下接近倒塌，相当与中国的丙类建筑）、必要目标（少于地震下完全正常运作，罕遇地震下正常运作，极罕遇地震下保证生命安全，相当与中国的乙类建筑）、对安全其控制作用的目标（罕遇地震下完全正常运作，极罕遇地震下正常运作，相当与中国的甲类建筑），目前中国正在进行用地震动参数区划分图代替基本烈度区画图的工作。对重要性不同的建筑，如协助进行灾害恢复行动的医院等建筑，应该按较高的性态目标设计。此外，也可以针对业主对建筑提出的不同抗震要求

2． 钢筋混凝土结构的核心抗震措施

我国抗震设计对钢筋混凝土结构提出的基本上是“高延性要求”，也就是要求结构在较大的屈服后塑性变形状态下仍保持其竖向荷载和抗水平力的能力，对于有较高延性要求的钢筋混凝土结构必须使用能力设计法进行有关设计。“能力设计法”的要求是在设计地震力取值偏低的情况下，结构具有足够的延性能力，具体做法是通过合理设计使柱端抗弯能力大于梁端从而使结构在地震作用下形成“梁铰机构”，即塑性变形或塑性铰出现在比较容易保证具有较大延性能力的梁端；通过相应提高构件端部和节点的抗剪能力以避免构件发生非延性的剪切破坏。其核心是：

（1）“强柱弱梁”措施：主要是通过人为增大相对于梁的抗弯能力，使塑性铰更多的出现在柱端而不是梁端，让结构在地震引起的动力反应中形成“梁铰机构”或“梁柱铰机构”，通过框架梁的塑性变形来耗散地震能量。

“强柱弱梁”措施是“能力设计法”的最主要的内容。

根据对构件在强震下非线线动力分析可知，强震下，由于构件产生塑性变形，因此可以耗散部分地震能量，同时根据杆系结构塑性力学的分析知道，在保证结构不形成机构的要求下，“梁铰机构”或“梁柱铰机构”相对与“柱铰机构”而言，能够形成更多的塑性铰，从而能耗散更多的地震能量，因此我们需要加强柱的抗弯能力，引导结构在强震下形成更优、更合理的“梁铰机构”或“梁柱铰机构”。

这一套抗震措施理念已被世界各国所接受，但是对于耗能机构却出现了以新西兰和美国为代表的两种不完全相同的思路。这两种思路都承认应该优先引导梁端出塑性铰，但是双方对柱端塑性铰出现的位置和数量有分歧。

新西兰追求理想的梁铰机构，规范中底层柱的弯距增大系数比其它柱的弯距增大系数要小一些，这么做的目的是希望在强震下，梁端塑性铰形成较为普遍，底层柱塑性铰的出现比梁端塑性铰迟，而其余所有的柱截面在大震下不出现塑性铰的“梁铰机构”。但是新西兰人也不认为他们的理想梁铰方案是唯一可用的方法，因此他们在规范中规定可以选用两种方法，一种是上述的理想梁铰机构法，另一种就是类似与美国的方法。

美国规范的做法则希望在强震下塑性铰出现较早，柱端塑性铰形成较迟，梁端塑性铰形成得较普遍，柱端塑性铰可能要形成得要少一些的“梁－柱塑性铰机构”（柱端塑性铰可以在任何位置形成，这一点是与新西兰规范的做法是不同的）。中国规范和欧洲EC8规范也是采用与美国类似的方法。

（2）“强剪弱弯”措施：用剪力增大系数增大梁端，柱端，剪力墙端，剪力墙洞口连梁端以及梁柱节点中的组合剪力值，并用增大后的剪力设计值进行受剪截面控制条件验算和受剪承载力设计，以避免在结构出现脆性的剪切破坏。

我们在上学期学过，钢筋混凝土的抗剪能力由混凝土自身的抗剪能力、裂缝界面的骨料咬合力、纵筋销栓力和箍筋的拉力4部分构成，而通过对框架梁在强震下的抗剪分析可知，混凝土的梁端抗剪能力在形成塑性铰后会比非抗震时有所下降，主要原因有几下几个：

1 由结构力学和材料力学的分析可知，梁端总是正剪力大于负剪力，如果发生剪切破坏时，剪压区一般都在梁的下部，而此时混凝土保护层已经剥落，且梁下端又没有现浇板，所以混凝土剪压区的抗剪能力会比非抗震时偏低

2 由于在强震下剪切破坏要发生在塑性铰充分转动的情况下，而非抗震时的剪切破坏往往发生在纵筋屈服之前，因此在抗震条件下混凝土的交叉裂缝宽度会比非抗震情况偏大，从而使斜裂缝界面中的骨料咬合效应慢慢退化，加之斜裂缝反复开闭，混凝土体破坏更严重，这使得混凝土的抗剪能力进一步被削弱。

3 混凝土保护层的剥落和裂缝的加宽又会使纵筋的抗剪销栓作用有所退化。

我们一般在计算钢筋混凝土的抗剪能力时，只计算了混凝土自身的抗剪能力和箍筋的抗剪能力（V＝Vc+Vsv），而把斜裂缝界面中的骨料咬合能力及纵筋的销栓作用作为它多余的强度储备。在抗震下梁端的塑性铰的形成，使得骨料咬合力及纵筋的销栓作用有所下降，钢筋混凝土的抗剪强度储备也会下降，同时由于混凝土的抗剪能力(Vc)的下降，V也会比非抗震时小，如果咬使V不变，那么就只有使Vsv变大，即增加箍筋用量，所以我们可以得出这样的结论，在抗震情况下箍筋用量比非抗震时要大一些，这不是因为地震使梁的剪力变大了而增加箍筋用量，而是由于混凝土项的抗剪能力下降，相应的必须加大箍筋用量。其他构件的原理也相似。

（3）抗震构造措施：通过相应构造措施保证可能出现塑性铰的部位具有所需足够的延性，具体来说就是塑性转动能力和塑性耗能能力。

对于梁柱等构件，延性的影响因素最终可归纳为最根本的两点：混凝土极限压应变，破坏时的受压区高度。影响延性的其他因素实质都是这两个根本因素的延伸。

对于梁而言，无论是对不允许柱出现塑性铰（底层柱除外）的新西兰方案，还是允许柱出现塑性铰但控制其出现时间和程度的方案，梁端始终都是引导出现塑性铰的主要部位，所以都希望梁端的塑性变形有良好的延性（即不丧失基本抗弯能力前提下的塑性变形转动能力）和良好的塑性耗能能力。因此除计算上满足一定的要求外，还要通过的一系列严格的构造措施来满足梁的这种延性，如：

1 控制受拉钢筋的配筋率。配筋率包括最大配筋率和最小配筋率，前者是为了使受拉钢筋屈服时的混凝土受压区压应变与梁最终破坏时的极限压应变还有一定的差距（梁的最终破坏一般都以受压区混凝土达到极限压应变，混凝土被压碎为标志的）；后者是保证梁不会在混凝土受拉区刚开裂时钢筋就屈服甚至被拉断。

2 保证梁有一定的受压钢筋。受压钢筋可以分担部分剪力，减小受压区高度，另外在大震下，梁端可能出现正弯距，下部钢筋有可能受拉，。

3 保证箍筋用量，用法。箍筋的作用有三个，一是抗剪，这在前文已经说过，这里不再充分；二是规定箍筋的最小直径，保证纵筋在受压下不会过早的局部失稳；三是通过箍筋约束受压混凝土，提高其极限压应变和抗压强度。

4 对截面尺寸有一定的要求。规范规定框架梁截面尺寸宜符合下列要求：1>截面宽度不宜小于200mm；2>截面高度与宽度的比值不宜大于4；3>净跨与截面高度的比值不宜大于4。在施工中，如梁宽度太小，而梁上部钢筋一般都比较多，会使混凝土的浇注比较困难，容易造成混凝土缺陷；在震害和试验中多次发生过腹板较薄的梁侧向失稳的事例，因此提出要求了2；一般我们把跨高比小于5的梁称为深梁，深梁的抗弯和抗剪机理与一般的梁（跨高比大于5的梁）有所不同，所以我们在设计中最好能避免设计成深梁，如果实在不能避免，就要去看专门的设计方法和规造措施。

柱的构造措施也和梁差不多，但是柱除了受弯距和剪力以外，还要承受轴力（梁的轴力一般都很小，在设计中都不予以考虑），尤其是高层建筑，轴力就更大了，所以柱还有对轴压比的限制，其中对不同烈度下有着不同延性要求的结构有着不同的轴压比限值；另外，柱端箍筋用量的控制条件不是简单的用体积配箍率，而是用配箍特征值，它同时考虑了箍筋强度等级和混凝土强度等级对配箍量的影响。

高强度混凝土（C60以上）的极限压应变都比一般混凝土（C60及其以下）要小一些，而且强度越高，小的越多；另外，强度越高，混凝土破坏时脆性特征越明显，这些对于抗震来说是不利的。

3．常用的抗震分析方法

结构抗震设计的首要任务就是是对结构最大地震反应的分析，以下是一些常用的抗震分析方法：

1． 底部剪力法

底部剪力法实际上时振型分解反应谱法的一种简化方法。它适用于高度不超过40m，结构以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，此时假设结构的地震反应将以第一振型为主且结构的第一振型为线性倒三角形，通 过这两个假设，我们可近似的算出每个平面框架各层的地震水平力之和，即“底部剪力”，此方法简单，可以采用手算的方式进行，但精确度不高。

2． 振型分解反应谱法

振型分解反应谱法的理论基础是地震反应分析的振型分解法及地震反应谱概念，它的思路是根据振型叠加原理，将多自由度体系化为一系列单自由度体系的叠加，将各种振型对应的地震作用、作用效应以一定方式叠加起来得到结构总的地震作用、作用效应。此法计算精度高，但计算量大，必须通过计算机来计算。

3． 弹性时程分析

弹性时程分析法，也称为弹性动力反应分析。所谓时程分析法就是将建筑物作为弹性或弹塑性振动系统，直接输入地面地震加速度记录，对运动方程直接积分，从而获得计算系统各质点的位移，速度，加速度和结构构件地震剪力的时程变化曲线。而弹性时程分析法就是把建筑物看成是弹性振动系统。

4． 非线（弹）性时程分析

钢结构设计规范篇（2）

中图分类号： TU391文献标识码： A

1问题的提出

构件长细比和板件宽厚比是钢结构设计的两个基本指标,既涉及结构的稳定安全,也与用钢量紧密相关。关于钢结构抗侧力支撑的长细比限值在《钢结构设计规范( GB 50017 - 2003)》和有关钢结构抗震设计的规范、规程中都有明确规定。然而,后者规定的构件长细比限值与设计规范在表现形式上却不尽相同,其长细比限值皆以Q235 钢的屈服强度为基准,对其他牌号钢材乘以（为钢材屈服强度) 予以修正。此外,支撑构件抗震承载力计算时也采用了同样的修正。这些修正，会在计算和分析时产生矛盾，比如以下这个算例的计算：设有长细比为150 的两个中心支撑构件,其端部支承、几何条件完全相同。其中,一个采用Q235 钢,另一个采用Q345 钢。在静力设计时,两者的承载力基本相同;而抗震设计时,需要考虑支撑承载力退化修正后Q345 钢支撑的承载力设计值将小于Q235 钢的设计值。而若抗震设计规范规定,此两中心支撑的长细比上限值为150,则在此两支撑构件中,由Q235钢制作的构件,满足抗震设计要求;而用Q345 钢制作的构件,则不满足抗震要求,不可应用,需加大其截面直至长细比小于123。由此，我们可以提出问题：抗震钢结构的中心支撑长细比,究竟是否需要钢号修正? 何种情况下需要修正以及如何修正?

2轴心受压构件的长细比和承载力

根据已有的力学知识，所谓的长细比是构件的计算长度与构件的截面回转半径i的比值，是用来衡量结构轴心压杆的柔度的，一般的计算长细比的公式如下=，而计算长度和几何长度的关系根据其约束的不同，采取对u取值的不同进行计算，具体算法的可以参考相关的力学资料。

2.1 轴心压杆的屈曲临界荷载

根据相关的力学资料，我们可以得到轴心压杆弹塑性屈曲临界荷载和临界应力的计算公式为：== 在计算式中E为弹性模量，I为截面惯性矩，为是弹塑性范围的切线抗弯刚度，当=1时，即发生弹性屈曲时，显然（2-2）为欧拉临界应力公式。

对于压杆是否发生弹性屈曲，与长细比和弹性界限是有关的，如Q235，如果取其弹性界限，而弹模为E=，则把可以通过公式 计算出，显然当>时为弹性屈曲，其临界力由欧拉公式可以确定，而当

图1临界应力与长细比的关系

显然，在图1中，当时，Q235和Q345的曲线几乎和轴平行，而近似于材料的屈服强度；当 时，随的变化而变化剧烈；当时，Q235和Q345的临界应力相同，即可认为此时细长杆的临界应力与钢号无关。

2.2 缺陷对稳定极限承载力的影响

对轴心压杆的失稳的临界力公式，均是针对完全弹性材料和完善无缺陷的杆所得出，但实际的钢压杆是采用弹塑性材料制成，其有几何和力学的缺陷。几何缺陷主要是指：由于材料、制作、安装、运输和构造等各方面的原因,轴心压杆或多或少都存在初弯曲、初偏心。而力学的缺陷主要是指;屈服点在整个截面上并非均匀以及存在残余应力。这两种缺陷对压杆稳定影响最大的是初始弯矩和残余应力。但一般而言，随钢材屈服强度提高,初弯曲对稳定极限承载力的影响降低，因此，对于常用的结构钢，规范对初弯曲的缺陷的考虑值相同。残余应力对稳定承载力的影响,高强钢比低碳钢要小。残余应力的分布与钢种无关,而对屈曲曲线图形的影响只取决于最大残余应力与屈服应力之间的比。因此,随屈服应力增加,残余应力的影响减少。

3 规范中钢结构稳定承载力分析

规范中用于轴心受压构件的设计用的柱曲线,是基于试验数据和数值分析结果所确定的,并考虑了残余应力等力学缺陷和初弯曲等几何缺陷的影响，故稳定系数（）曲线较图1中的值低。

3.1 我国规范对稳定承载力的规定

我国规范中，轴心受压构件的稳定系数在形式上采用了按照正则化长细比来定义设计公式，即指构件的长细比与欧拉临界力等于钢材屈服点时的长细比值，即

我国规范中规定，当>0.215时，有：

其中、为系数，具体数值根据截面类型的不同查相关的表格。

在我国规范中，是通过对修正长细比（查表来确认轴心受压构件的稳定系数。修正长细比的概念，是遵循钢材屈服强度提高，而轴心压杆的弹性屈曲临界应力并不增大的原则。另外引入修正长细比后，可以利用Q235的关系表，通过修正长细比来查出其他钢的稳定系数，查出的值能使不同的钢构件的保持不变。下列几表表给出了Q235和Q345钢的轴压构件在相同条件下，长细比在120~200范围内，根据规范计算的稳定承载力的比较：

根据表中的数据，可以看出，在弹性屈曲范围内（，在长细比相同时，Q235和Q345的承载力相同。

3．2 美国AISC-LRFD规范的稳定承载力

欧洲的EC 3规范和我国的规范类似的采用了正则化长细比来构建相关设计公式，而美国的AISC-LRFD 规范则采用了欧拉公式形式，轴心压杆的稳定承载力按照下列公式进行计算:

当

当1.5时，

其中是根据前文中正则长细比计算公式所计算所得正则长细比。根据其具体的计算指标，Q235和Q345其值均在弹性屈曲范围内，稳定承载力与钢材的屈服强度无关。

4 抗震设计对支撑长细比的要求

4.1 抗震规范对支撑长细比的规定

《建筑抗震设计规范》(GB50011 - 2010)根据结构的受力情况，对钢结构中心支撑构件的长细比加以限制，其具体的长细比限值见下表，表中数据适用Q235，当为其他型号时，应乘以

钢结构中心支撑长细比限值

4.2 美国ANSI/ AISC 341 规范对长细比限值

美国钢结构协会的钢结构抗震规范ANSI/ AISC 341对（1）特殊中心支撑框架的支撑长细比限值规定为：

在此式的长细比限值范围内，构件可以发生弹性屈曲和非弹性屈曲。

而对于（2）普通中心支撑框架的V形支撑中，其长细比限值为：

在此长细比限值范围内，构件发生非弹性屈曲。

在新版的ANSI/ AISC 341 规范对中心支撑杆的长细比的计算做了修正，采用的以下的公式：

另外，如果柱的设计强度不小于连接于柱的支撑传至该柱的最大内力，那么支撑长细比可以处采用下式：

从两种规范的比较中可以看到，我国的规范和美国规范对支撑构件的长细比限值都采用了修正，这种修正是与钢材的区分强度相关的，而美国的规范在修正时还区分了弹性屈曲和非弹性屈曲。

4. 3 支撑的抗震承载力比较

在钢结构抗震设计的相关规范中，对对支撑构件在地震反复荷载作用下的承载力降低问题，都采用一个与长细比有关的，受循环荷载作用的强度降底系数来予以折减，即通过以下的公式来进行演算相应的支撑斜杆的承载力：

其中

为支撑斜杆的轴向设计值，为支撑斜杆的截面面积，为抗震调整系数；为正则长细比，具体计算方法见前文。

在规范的规定下，支撑斜杆的受压承载力按前式计算。如果其他条件完全相同，长细比为120~150，但分别采用Q235和Q345，支撑构件的抗震承载力的差值比率可以通过计算反应出来，其具体表现如下：

当长细比相同时，随材料强度的提高，支撑的抗震承载力设计值反而降低。当120~130时，抗震承载力设计值基本相当，当>130时，采用高强钢的构件其抗震承载力设计值比采用低碳钢的构件反而要低，而且，随着长细比的增大，高强钢比低碳钢的抗震承载设计值要降低的更多。

以上的结论并不能说明长细比较大的支撑构件不应采用高强钢，是计算模型造成的该结果，必须考虑该计算结果的逻辑性，毕竟发展高强度抗震钢材是我国未来发展的一种趋势。

5 抗震设计中支撑杆件长细比的讨论

在弹性屈曲范围内长细比相同的条件下, 在现有试验资料和相关的文献中还未出现高强结构钢承载力退化现象比低碳钢的要严重的。从抗震设计的角度来看,长细比限值的钢号修正，是主要的目的为了防止采用高强钢时,出现过小的截面从而使构件承载力退化严重,或构件失稳而丧失承载力，或位移过大等不良后果。另外防止承载力退化，是在在弹塑性屈曲的部分范围内情况发生,而非弹性屈曲范围。

轴心压杆的承载力虽不一定随着钢材强度级别提高而提高,而是与构件长细比和钢材的弹性限界紧密相关。但在弹性屈曲范围内,约束条件和截面几何尺寸等条件完全相同的轴心受压支撑构件,高强结构钢的承载力必然是强于低碳钢的。因此,在弹性屈曲范围内 的轴心受压支撑构件,其抗震设计的长细比限值不需考虑钢号修正项。同时在此范围内,提高钢材强度级别，并不会降低轴心压杆的承载力。毋容置疑,在弹性屈曲范围内,当采用高强结构钢考虑支撑抗震承载力退化的修正验算时,至少可采用不低于Q235 钢的抗震承载力。即用Q345 等高强度等级的钢材代替Q235 钢,是偏于安全的。

6 结论

针对钢结构相关规范中有关轴压支撑构件长细比条文，在实际抗震设计中引起的矛盾问题，本文进行了相关的讨论。对于钢结构中心支撑构件等轴心压杆的抗震设计,可以得出如下几点结论:

1) 在弹性屈曲范围内,如压杆长细比大于等于120，抗震要求的长细比限值可不考虑修正项（）；

2) 长细比在弹性屈曲范围内的构件,在进行抗震承载力验算时,如采用钢材强度降低系数ψ修正后,高强结构钢的抗震承载力低于Q235 钢时,可采用Q235 的承载力作为下限值进行设计;

3) 按拉杆设计的支撑,其长细比不必作钢号修正;

4) 抗震钢结构设计时,应注意长细比在弹塑性屈曲范围(如Q235钢,60 < < 120) 的构件,其承载力退化严重。

显然,用长细比来考虑结构稳定问题是一种实用方法,对于抗震结构采用多大的长细比限值，也是需进一步研究的课题。本文并非建立在完善的理论推导和详尽的试验研究基础上,只是对钢结构支撑抗震设计中长细比问题的一点理解和建议,希望这一问题能引起相关的研究和讨论。

参考文献：

[1] GB 50017 2003 钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.

[2] 建筑抗震设计规范 [S]. GB 50011 2010. 北京：中国建筑工业出版社，2001.

[3] 高层民用建筑钢结构技术规范 [S]. JGJ99 98. 北京：中国建筑工业出版社，1998.

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[7] 陈绍藩 钢结构设计原理. [M] 北京：科学出版社，2005

钢结构设计规范篇（3）

Abstract: In view of the present stage" steel structure and wood structure design code", with other highway code is not supporting the status quo, discussed the steel bridge design should be used when the load, load combination and steel allowable stress value are discussed, and put forward solutions.

Key words: steel bridge; allowable stress method; load combination; allowable stress

中图分类号：TU99文献标识码A 文章编号：

引言

在国民经济建设中，伴随着钢产量的大幅提高，我国对钢材的使用逐步放宽。过去，在公路及城市桥梁建设中鲜有使用的钢桥，也以其适合工厂化制造，便于运输，便于无支架或少支架施工，安装迅速等优点渐入人们的视野。钢桥在公路及城市桥梁总里程中所占的比重逐步加大。

设计施工周期长，技术难度大，工程投资高的大桥、特大桥在设计施工乃至运营过程中都会引起人们的足够重视，进而对此类桥梁进行全过程管理。工程的建设者对此类桥梁精心设计，精心施工，并对某些问题专门立项，在专家的指导下进行科学研究。因此，大桥、特大桥出现问题的概率反而比中小跨径的钢板梁桥、钢桁梁桥出现问题的概率低。究其原因，不外乎工程的建设者未能对中小跨径钢桥的设计施工引起足够的重视，少有人过问此类钢桥的技术问题。这就要求设计者要对钢结构桥梁有足够的认识，熟知并领会规范的编制要领，在设计过程中活学活用，减少出错的可能，降低事故发生的概率。

1 问题的提出

截止2010年底，公路桥涵的设计规范已有多本经过修订，如《公路桥涵设计通用规范》（以下简称《通规》）、《公路桥涵地基与基础设计规范》、《公路圬工桥涵设计规范》、《公路钢筋及预应力混凝土桥涵设计规范》等均已经过修订出版并实施。但，《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）（以下简称《钢木规范》）尚在修订之中。在钢桥的设计工作中，由于设计规范不配套，给设计者带来的困惑，主要有以下三点。

①《钢木规范》采用的是容许应力法，而现行《通规》使用的是极限状态设计法，二者的设计思想不同，也就是说进行钢桥设计时，不能用现行《通规》中的荷载组合。

②《钢木规范》中提到的钢材牌号已被新的钢材牌号取代，新的钢材牌号容许应力的确定值得商榷。

③《钢木规范》中使用的汽车荷载，温度作用等是原《通规》的，而原《通规》又被新《通规》所取代，汽车荷载，温度作用等怎样确定也是需要解决的。

本文将从以上三个问题入手，阐述一下对钢桥设计的认识，继而，提出解决方法。

2．钢桥设计中关于荷载及荷载组合的问题

目前，国内外钢桥设计主要采用容许应力法和半概率极限状态法两种方法。

容许应力法是将材料作为弹性体，用材料力学或弹性力学方法，算出构件或结构在标准荷载（使用荷载）作用下的应力，要求任一点的计算应力σ，不超过材料的容许应力[σ]，即：

材料的容许应力，系由材料的极限强度（如混凝土）或者流限（如钢材），除以安全系数K所得。

容许应力法具有以下特点：

A容许应力法采用平截面假设，构件受力变形后，截面仍保持为平面，即纤维的应变与其到中和轴的距离成正比；另，容许应力法采用虎克定律，应力与应变成正比，这样就使得计算公式简单实用。

B容许应力法公式中的安全系数K值是一个经验值，它在不同的规范，不同的历史时期均不相同，人的主观因素对于K值的确定具有很大影响。

C容许应力法采用单一的安全系数K，对不同材料，不同荷载，以及其它影响结构安全的因素，不能区别对待，因而可能使结构在某些情况下过分安全，而在另一些情况下却不够安全。

D对于具有塑性性质的材料，容许应力法无法考虑其塑性阶段继续承载的能力，设计偏于保守。

极限状态设计法的设计准则是：对于规定的极限状态，荷载引起的荷载效应（结构内力）大于抗力（结构承载力）的概率（失效概率）不应超过规定的限值。所谓半概率就是指对影响结构安全的某些参数，用数理统计进行分析，并与经验相结合，引入某些经验系数。

由于钢桥破坏状态的复杂性，钢桥结构失效不能采用单一极限状态表达，一般应该包括承载能力极限状态，正常使用极限状态，疲劳破坏极限状态三个极限状态。现以基本组合作用下的承载能力极限状态为例，对其公式表达作以简略说明。

式中：

―结构重要性系数，依结构安全等级的不同而取不同的数值；

―永久荷载分项系数；

，―第一个和其它第i个可变荷载分项系数；

―永久荷载的标准值；

―第一个可变荷载的标准值，该可变荷载标准值的效应大于其它任意第i个可变荷载标准值的效应；

―其它第i个可变荷载标准值；

，，―永久荷载、第一个可变荷载和其它第i个可变荷载的荷载效应系数；

―第i个可变荷载组合系数；

―结构构件的抗力函数；

―结构构件抗力分项系数，其值应符合各类材料的结构设计规范的规定；

―材料屈服强度的标准值；

―几何参数的标准值。

由上述极限状态设计表达式可以看出：

A极限状态设计法对不同荷载，不同材料及其它影响结构使用的因素，分别给以分项系数及组合系数，能够对上述各方面对结构的影响区别对待，有利于结构设计可靠度的提高。

B极限状态设计法与非弹性设计法相结合，可以挖掘结构潜力，使设计出来的结构更为经济合理。

综上所述，容许应力法的主要缺点是由于单一安全系数是一个笼统的经验系数，因之给定的容许应力不能保证各种结构具有比较一致的安全水平，也未考虑荷载增大的不同比率或具有异号荷载效应情况对结构安全的影响。容许应力设计法以线性弹性理论为基础，以构件危险截面的某一点或某一局部的计算应力小于或等于材料的容许应力为准则。在应力分布不均匀的情况下，如受弯构件、受扭构件或静不定结构，用这种设计方法比较保守。但，容许应力设计应用简便，是工程结构中的一种传统设计方法，目前公路、铁路工程设计中仍在应用。

通过对容许应力法与半概率极限状态法的比较分析，我们可以看到《钢木规范》中所提到的容许应力法所采用的荷载组合是标准值组合，而现行《通规》所提到的极限状态设计法所阐述的组合是基本组合，作用短期效应组合，作用长期效应组合等。显然，在对桥梁钢结构采用容许应力法进行计算时，是不能直接套用现行《通规》的作用组合的。反而，设计者要在旧《通规》中寻找答案。

旧《通规》将作用在桥梁结构上的荷载划分为21种，为下文叙述方便，笔者将这21种荷载划分为六类，分别以荷载分类代号表示，见表一。

由旧《通规》第2.1.4条可知桥涵采用容许应力法设计时，应对不同的荷载标准值组合给出相应的材料容许应力值，并以此作为设计的依据。《钢木规范》针对这一点也做出了相应的规定。《钢木规范》第1.2.10条：验算结构在各种荷载作用下的强度和稳定性时，基本钢材和各种连接件的容许应力应乘以表二的提高系数k。

表二

由表可知，随着标准值组合的不同，基本钢材和各种连接件的容许应力亦是有所变化的。如对于永久性结构，在组合I作用下，容许应力为［σ］，在组合II作用下，容许应力为1.25［σ］。

2004年实施的新《通规》对于旧《通规》中的荷载作了修订，尤其是汽车荷载和温度作用在《通规》中的改变较大。我们在进行钢桥设计时，尤要注意采用新《通规》中荷载标准值的确定方法并结合旧《通规》的荷载组合方法对钢桥实施加载计算。

3．关于材料容许应力的问题

《钢木规范》中述及的钢材牌号目前国内钢厂已不再生产，相应牌号钢材的容许应力值自然不再存有意义。因此，在进行钢桥设计时，确定国内钢厂生产钢材的容许应力值就显得格外重要了。

根据《钢木规范》对于材料容许应力的条文说明：“材料的容许轴向（拉、压）应力的选定，均以屈服强度为依据，即以屈服强度除以某一安全系数k。安全系数k系由材料的匀质系数、超载系数和工作条件系数三者综合而成。低合金钢的匀质条件系数为270/340=0.8;超载系数，对结构重力为1.1~1.5，对汽车荷载为1.4，综合约为1.35；工作条件系数一般取1，则k=1/0.8x1.35X1≈1.7,所以取用1.7为计算基础。以16Mn钢为例，当屈服强度时，则轴向应力。对于铸件，由于未经热轧，均匀性较差，因此取较高的安全系数1.85。例如铸钢（ZG25），屈服强度，则轴向应力。钢材的容许剪应力，系根据试验以及最大能量的强度理论决定的，直接受剪强度为轴向受拉强度的0.557倍，故近似取用”，“钢料端部在互相顶紧的接触面处，由于局部塑性变形，扩大了接触面积，相当于提高了钢材的承压应力，因此取轴向容许应力的1.5倍，即用”，“当钢材承受弯曲作用时，边缘纤维应力最大，它比其他任何部位的纤维早达到屈服强度，并出现局部塑性变形，而中间纤维仍为弹性变形阶段。若再继续增加荷载，截面将全部达到屈服强度而进入塑性变形阶段，即所谓极限状态。由于钢材的塑性变形，使破损荷载增大，也就是受弯时的弯曲应力可以提高”。该规范以工字梁为例，阐述了弯曲容许应力的取值方法，并规定弯曲容许应力按容许轴向应力的1.05倍计。 另，《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）（以下简称《铁钢规》）对于材料容许应力的条文说明：“钢材基本容许应力对屈服强度的安全系数，各钢号基本上都采用1.7左右”，容许剪应力以基本容许应力的0.6倍为准，端部承压容许应力以基本容许应力的1.5倍为准，弯曲容许应力根据习惯仍定为基本容许应力的1.05倍，对于铸钢取安全系数1.85。

可见，《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）与《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）在材料容许应力的取值方法及安全系数的取值上是一致的。因此，我们可以取用《铁钢规》钢材牌号的材料基本容许应力值进行公路钢桥设计。

目前，国内钢材牌号是以钢材的屈服强度命名的，如Q235与Q235q，同为表示屈服强度为235MPa的钢材，不同的只是前者为普通碳素结构钢，后者为桥梁结构钢，通过前文的论述可知，二者的容许应力是相同的，不同的只是后者与前者相比，其有害元素含量更低，冲击韧性更强，具有更好的抗低温冲击的能力。我们在进行钢桥选材时，要慎重选择钢材，但这与钢材的容许应力值是无关的。

4．结论

现阶段,要采用容许应力法进行公路钢桥设计，荷载组合要执行《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-89），并要采用标准值组合；各类荷载的取值要执行《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）；钢材牌号的容许应力值要以《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）中规定的钢材容许应力值为准，根据荷载组合的不同，其钢材的容许应力值各有不同（详见表二）。

参考文献

建筑结构设计统一标准(GBJ 68―84).中国建筑工业出版社, 1984年

公路桥涵设计通用规范（JTJ021-89）.人民交通出版社,1989年

公路桥涵设计通用规范（JTG D60―2004）.人民交通出版社, 2004年

公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86).人民交通出版社, 1986年

钢结构设计规范篇（4）

中图分类号：TU318文献标识码： A

1. 预应力混凝土筒仓发展概况

筒仓结构作为贮存散料的构筑物，具有运行方式简单、保护环境、节约用地、损耗少等优点，因而它在煤炭、电力、港口、储运等行业中得到了广泛应用，随着工程中要求配置的筒仓容积也随之增大。当采用普通混凝土筒仓时，随着仓壁直径的增加，仓壁水平配筋量也越来越大，往往需要配置三排甚至四排钢筋才能满足设计要求，这大大增加了用钢量。采用预应力技术建造大型或特大型圆形筒仓，能解决普通混凝土结构钢筋用量较多的问题，而且较容易实现筒仓结构的承载力和抗裂要求，具有很好的经济效果。预应力技术运用在大直径圆形筒仓结构中，还可以减小贮料在仓壁内引起的拉应力，消除混凝土的开裂或者控制裂缝开展大小，避免因裂缝过大而引起钢筋锈蚀，降低筒仓结构的安全性及耐久性等缺陷。因此采用预应力混凝土筒仓必将是未来筒仓结构的发展趋势。

2. 预应力混凝土筒仓设计计算原则及步骤

2.1 主要采用的规范

《钢筋混凝土筒仓设计规范GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》及《火力发电厂土建结构设计技术规程 DL 5022-2012》。

2.2 设计步骤

1). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中3.3.2条估算混凝土筒仓的壁厚；

2). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中1.0.3条及4.2.3条条判断筒仓类型（深仓或浅仓）；

3). 依据判别的筒仓类型及《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.2.2条~4.2.8条计算筒仓仓壁压力；

4). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》进行非预应力钢筋和预应力钢筋配筋计算（主要由仓壁的裂缝来控制预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋量），并验算是否满足《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》的构造要求。

3. 工程实例

3.1 工程概况

本工程某电厂两座直径为30m、单仓储量为20000t的大直径预应力筒仓，高为45.65m的钢筋混凝土筒仓，仓壁壁厚为0.50m、混凝土仓壁储料高度为30.650、漏斗中心锥高度7.00m，原煤质量密度为10.0kN/m3，内摩擦角取。仓壁厚度为500mm，采用C40混凝土。预应力筋采用1x7的钢绞线，钢绞线强度标准值fptk=1860N/mm2，钢绞线强度设计值fpy=1320N/mm2，其性能应符合行业标准《无粘结预应力钢绞线》(JG161-2004)的规定。锚具采用OVM15-n群锚体系对应的锚具，采用无粘结预应力技术。普通钢筋采用三级钢（HRB400）。据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中3.3.2条对仓壁的壁厚进行初步估算值为：,本工程的筒仓仓壁厚度暂取为。

3.2 筒仓设计原则

在预应力混凝土筒仓结构中，仅对环向施加预应力，贮料产生的环向拉力由普通钢筋和预应力钢绞线共同承担。无粘结预应力混凝土筒仓按正常使用极限状态的验算。根据《钢筋混凝土筒仓设计规范GB50077-2003》5.1.5条第3款，本筒仓最大裂缝宽度的允许值为0.2mm。根据《火力发电厂土建结构设计技术规程DL5022-2012》条文7.4.12条第一款规定：仓壁可采用后张法无粘结预应力或有粘结预应力，预应力强度比宜取0.7，不宜超过0.75，且非预应力钢筋的配筋率不应小于全截面的0.4％。

3.3 筒仓内力计算

3.3.1 仓壁内力计算

由知该筒仓为浅仓。据据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.2.6条知筒仓贮料顶面或者贮料重心以下距离处，作用于仓壁单位面积上的水平压力：

，其中、，故，则仓壁环向拉力。

考虑环境温度作用时，据据据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.1.1条，直径30m的筒仓可按其最大环向拉力的6%计算。因此考虑温度应力时，取。

3.3.2 估算非预应力钢筋及预应力钢筋截面面积

取筒仓仓壁根部1m宽仓壁内力作为计算单元，进行无粘结预应力钢筋的截面面积估算，计算公式可以按下式：

根据算得的1m宽筒仓侧壁内预应力钢绞线的截面面积为1218.2mm2，筒仓侧壁底部取预应力钢绞线为1x7，预应力钢绞线截面面积为。据《后张法预应力混凝土设计手册》中3.6节，预应力总损失近似估算值，则。

根据《火力发电厂土建结构设计技术规程DL 5022-2012》条文7.4.12条第一款规定：仓壁可采用后张法无粘结预应力或有粘结预应力，预应力强度比宜取0.7，不宜超过0.75，且非预应力钢筋的配筋率不应小于全截面的0.4％。非预应力钢筋的截面面积最小值为，取非预应力钢筋配筋为22@150（）。

3.3.3 预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算

根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》进行预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算。

预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算公式为： ，其中各参数取值如下：

；；

；，；

；

，取；

计算所得筒仓仓壁最大裂缝为0.022mm＜，满足《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》5.1.5条第3款要求。预应力钢绞线及非预应力钢筋余量很大，可以通过减小预应力钢绞线的截面面积及非预应力钢筋的截面面筋进行优化设计。

经优化后的预应力钢绞线及非预应力钢筋的截面面筋取值为: 预应力钢绞线为1x7@500，；非预应力钢筋为18@150，，计算所得筒仓仓壁最大裂缝为。

4. 结论

通过对圆形预应力混凝土筒仓结构设计思路及计算方法的论述及分析，并结合工程实例，简单的介绍了圆形预应力混凝土筒仓结构设计所需要遵循的设计规范，通过工程实例的优化分析，圆形预应力混凝土筒仓结构的预应力钢绞线及非预应力钢筋的配筋面积主要是有筒仓的裂缝控制等级来决定。而且通过在混凝土筒仓结构中采用无粘结预应力技术，可以减小贮料在仓壁内引起的拉应力，消除混凝土的开裂或者控制裂缝开展大小，避免因裂缝过大而引起钢筋锈蚀，降低筒仓结构的安全性及耐久性等缺陷。

参考文献：

[1]. GB50077-2003.钢筋混凝土筒仓设计规范[S].

[2]. GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].

钢结构设计规范篇（5）

中图分类号： TV331 文献标识码： A

型钢混凝土结构（简称SRC结构）是以型钢为钢骨并在型钢周围配置钢筋和浇筑混凝土的埋入式组合结构体系。具有强度高、刚度大、抗震性能强等优点,故而被广泛应用于高层与高耸结构、大跨结构和转换层结构等。

1 我国SRC结构设计规范

我国对应用型钢混凝土结构研究起步较晚， 20世80年代才开始对型钢混凝土结构进行较系统的研究。西安建筑科技大学与原冶金部建筑研究总院最早开始研究。为了指引我国型钢混凝土结构的发展，1998年原冶金部参考了日本钢骨混凝土规范主持制定和颁布了我国第一部《钢骨混凝土结构设计规程》（YB9082-97）。2002年，由建设部在总结了我国近年来的研究成果的基础上又颁布了《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138-2001）。

2 我国两部型钢混凝土规程的设计区别

2.1SRC梁承载能力研究

SRC梁承载能力研究有两部规程，都主要针对比较规则、常见的截面形式，但一般不影响实际的工程应用。对于对称性差、较特殊的截面，规程中相应内容不多。

2.1.1JGJ规程

采用钢筋混凝土计算理论，考虑到构件受力后期粘结失效的客观存在，将混凝土的极限压应变取为0.003，并将《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）中的fcm改为fc，以降低构建承受能力，而新的《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）为提高可靠度，统一将fcm改为fc，所以JGJ规程的结果会导致其可靠度较《规范》（GB50010-2002）低。

2.2.2YB规程

采用强度叠加理论，将SRC分为钢结构部分和混凝土部分并分别计算，计算结果为实际承载能力下限值，偏于保守，而且对不对称截面计算精度不高。但计算方便简单，适合于截面试设计

2.2 偏心受压构件正截面承载能力

两部规程关于偏压构件的正截面承载能力计算区别较大。 “YB规程”采用两种叠加模式简单叠加方法和改进叠加方法。计算比较方便，但计算结果相对保守，计算用钢量偏大。“JGJ规程”采用与钢筋混凝土构件正截面承载力计算相同的基本假定，以钢筋混凝土偏心受压柱正截面承载能力计算理论为基本模式，将型钢腹板的应化简化为拉压矩形应力图，采用极限平衡法推导出简化计算方法，并对大、小偏心受压情况分别给出了不同腹板的守弯承载力和受压承载力的计算公式，在一定程度上保持了与钢筋混凝土结构设计的连贯性。“JGJ规程”的计算方法理论依据比较充分，但一般需要进行复杂的数学计算[1]。

2.3梁柱节点抗剪承载能力

两部规程逗分别对由型钢混凝土柱与框架梁、型钢混凝土梁、钢筋混凝土梁和钢筋组成的节点的设计剪力Vj和节点Vju抗剪承载能力建立了计算公式，并考虑承载力的抗震调整系数。两部规程对于节点核心区剪力设计值的计算，主要差别体现在对节点区柱轴压力有利作用考虑（V）。两部规程虽然逗考虑柱轴压力对节点核心区混凝土约束的有力作用，但“YB规程”在计算公式中直接考虑轴压力的有利作用，而“JGJ规程”则考虑轴压比对混凝土的约束作用、“JGJ规程”更为详细地考虑到在不同抗震等级、不同节点类型情况下轴压力影响的区别，分别建立了不同抗震等级、不同节点类型、不同位置节点（一般层中节点、边节点和顶层节点）的抗剪承载力计算公式[2]。

2.4构造要求

构造要求对型钢混凝土构件的受力性能，尤其是抗震性能的影响很大、两部规程对型钢混凝土构件均提出了详细的构造要求，包括构件的纵筋配置、箍筋加密、保护层厚度、型钢的宽厚比要求和型钢含钢率，以及体积配箍率的要求。相对来说，“JGJ规程”对构造要求的规定更为详细和全面，与“规范”（GBJ10=89）更为接近和相似。

3 结束语

“YB规程”以日本规程为基准，主要根据强度叠加原理建立构件承载力计算理论，计算简单方便，但计算结果偏于保守。“JGJ规程”以我国试验研究为依据，基本上以钢筋混凝土模式建立计算方法，计算过程和计算公式比较复杂，但计算结果比较准确。SRC偏压构件正截面承载能力采用“JGJ规程”计算较为准确，但是计算比较繁琐。SRC梁柱节点的设计计算，采用两部规程的计算结果相差不大。“JGJ规程”采用“规范”（GBJ10-89）的模式，将节点的计算更加细化，准确度有所提高。 “JGJ规程”相对“YB规程”的构造要求更加严格和细化，与“规范”（GBJ10-89）计较相近。两部规程在很多内容上以“规范”（GBJ10-89）为基准，随着新的《混凝土结构设计规范.》（GB50010-2002）的施行，两部规程应该进行相应的修订和统一。

钢结构设计规范篇（6）

中途分类号：TB482.2 文献标识码：A文章编号：

1含钢量控制概述

有些结构工程师往往过于迁就建筑专业，不对某些无必要的不规则情况提出意见，造成结构平面或竖向严重不规则，将一个本来可以不超限的高层做成超限高层，大大增加了结构含钢量，造成了浪费。这就要求结构工程师提前介入建筑方案的讨论，使最终的建筑方案尽可能简单、规则。影响结构含钢量的因素首先是建筑物的体型，包括建筑物的开间、进深、层高，平面形状的凹凸、竖向立面的缩进、悬挑等等。建筑布置的任何平面不规则或竖向不规则都将导致含钢量的增加。

2.建筑结构设计含钢量控制措施

2.1钢材的选择

市场上钢筋种类很多，选择不同的钢筋对含钢量影响很大。新版GB50010-2010混凝土结构设计规范对钢筋种类做出了较大调整，增加了HRB335，HRB500等高强度钢筋，剔除了原HPB235钢筋。总的来说是提高了钢筋的强度等级，并提倡采用高强度钢筋，以达到增加结构构件的安全储备和节省资源的目的。比如HRB400级钢筋强度设计值为HRB335级钢筋的1．2倍，而市场价格HRB400级钢筋是HRB335级钢筋的1．05倍，采用HRB400级钢筋比采用HRB335级钢筋理论上可以节约造价的10%左右。采用高强度钢筋，可以充分利用钢筋的高强度，大大降低用钢量，对钢筋加工、绑扎、施工周期都有很大的益处。

2.2 结构布置

在确定建筑物的体型后，就要进行结构选型和结构布置。我们主要根据建筑物的高度及建筑的空间使用功能确定结构形式。结构布置应均匀、对称，力求刚心和质心重合，尽量避免出现GB50011-2010建筑抗震设计规范(以下简称《新抗规》)第3．4．3条及JGJ3-2002高层建筑混凝土结构技术规程(以下简称《高规》)第4．3．3条等相关不规则情况。这样就给下阶段设计工作中合理控制结构含钢量打下良好的基础。

2.3结构计算模型荷载取值

荷载取值的大小直接影响结构含钢量是否合理，过小的荷载会导致结构的不安全，过大的荷载则造成浪费。设计工作中应尽量选用轻质墙体材料，根据建筑墙身做法详细计算荷载，门窗荷载应折去。活载应根据具体建筑功能严格按GB50009-2012建筑结构荷载规范(以下简称《荷载规范》)取值。非固定隔墙的荷载应折入楼面活载。对于《荷载规范》4．1．2条可以折减的项目，应予以折减。结构工程师应该对各种结构形式的单位面积质量有一定了解。

2.4结构计算参数的选择

目前结构设计计算软件有很多，每个计算软件都有大量参数需要结构工程师设置，这些参数都会影响结构含钢量，必须了解其意义及对计算结果的影响。

2.4.1计算振型个数。该值若取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量，使计算结果失真;取值太大，不仅浪费时间，还能使计算结果畸变。振型个数一般取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数即可。

2.4.2结构基本周期。结构基本周期是计算风荷载的重要指标。该参数对于以风荷载起控制作用的高层建筑的含钢量有一定的影响。设计人员可以先保留软件的默认值，待计算后从周期计算结果中提取该值，填入“结构基本周期”选项中，再次计算得出各结果。

2.4.3中梁刚度放大系数。一般结构计算中，中梁刚度放大系数取1．5～2之间的某一数值，为的是考虑楼板对结构的刚度贡献，此时计算出来的梁的内力和配筋都会有所提高。故该数值应该按实际情况取值，人为的增加刚度而引起含钢量增加是不必要的。

2.5结构计算指标的控制

2.5.1周期比。周期比是控制结构扭转效应的重要指标。它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致出现过大的扭转已减少配筋。

2.5.2位移比。位移比是控制结构平面不规则性的重要指标。《高规》第4．3．5条给出了相应的规定。该值如果超过了1．2，说明结构竖向构件布置的不均匀，刚心和质心不重合，结构扭转产生内力，导致竖向构件和框架梁的配筋都增大。此时，需调整竖向构件布置使其刚心和质心相重合，以减小结构平面的扭转。此外，根据《新抗规》第3．4．1～3．4．3条及其条文说明的内容，位移比1．2～1．4时，为一般不规则情况;位移比大于1．4时，为特别不规则情况。位移比是判别该建筑是否为超限高层的重要指标，对含钢量影响很大。

2.5.3刚度比。刚度比是控制竖向不规则的重要指标，同时也是判别该建筑是否为超限高层的重要指标。结构工程师应根据实际情况，对上下层结构构件的刚度进行调整，以达到减少内力、控制含钢量的目的。

2.5.4层间受剪承载力之比。层间受剪承载力之比也是控制结构竖向不规则的重要指标。

2.5.5配筋率。配筋率影响结构含钢量的大小。结构计算结果不超筋，并不表示结构构件现的截面合理，结构工程师应根据配筋率进行构件优化设计。梁纵向受拉钢筋的经济、合理的配筋率宜在0．6%～1．5%范围内，若超过这一范围，宜加大或减小梁截面。

2.6设计方法

因为不同结构工程师的经验、习惯、对规范的理解和计算程序结果的理解程度不同，导致同样的计算结果，最后绘制出来的施工图的钢筋含量差异很大。

2.6.1每个设计人员在绘制梁图中都会采取同类归并，用较大的配筋构件去包络较小的配筋同截面构件，但有时候因为受力不同，两根跨度、截面相同的梁，配筋差异会很大，这时候归并为同一种配筋就显得很不经济了。再如，部分设计人员习惯将非框架梁的上部钢筋设置为Φ22或Φ25的通长筋，这种做法对非框架梁和三级或四级框架梁来说没有必要。按《新抗规》第6．3．4条，可以将梁的上部钢筋在跨度中间1/3区段采用较小直径钢筋搭接，这种方法也可降低含钢量。

2.6.2设计人员在绘制施工图中或多或少都会增大结构计算配筋的结果。有的设计人员加大梁上部支座钢筋，认为钢筋加大，结构就更安全。其实这样增加钢筋，反而起到了相反的作用，增加了梁端的刚度，而没有增加柱端刚度，是结构在遭遇地震作用时，柱端先于梁端出现破坏，违背了“强柱弱梁”的设计原则。

2.6.3关于框架柱、剪力墙边缘构件的最小配箍率计算，规范没有明确对于复合箍是否要扣除重叠部分的箍筋。一般设计人员就按最保守的考虑，即按扣除重叠部分箍筋计算配箍率，这样箍筋用量就会增加，还会造成因箍筋太密而影响混凝土的施工质量。有经验的设计人员会适当考虑一些重叠部分的箍筋，这样既节省了工程造价，又方便了施工。

3.结语

含钢量并不是越小越好，节省含钢量也绝不能以牺牲工程质量为代价。结构工程师应在理解规范及条文的基础上对设计工作不断优化，力争作出安全、适用、经济的结构。

参考文献:

1.GB50010-2010，混凝土结构设计规范［S］．

钢结构设计规范篇（7）

现行的国家规范“砼结构设计规范”(gb50010-2002) 中把hrb400钢筋确定为钢筋砼结构的主导用筋。其后冶金企业研制开发的符合国情标准“钢筋砼用热轧带肋钢筋”(gb1499-1998) 的新型号筋。hrb500钢筋具有强度高、延性好、耐高低温、耐疲劳和可加工性能好的优点，符合砼结构对建筑用筋性能指标的主要内容要求。hrb500钢筋在建筑行业中己得到广泛使用，会促进其它相关建筑材料的发展提高，因此而带来可观的社会及经济效益，促进建筑业健康有序的发展具有重要意义。

钢筋砼梁的主筋纵向筋配筋率是保证安全使用影响承载力的主要因素，配筋率的变化不仅使梁的受弯承载力产生变化，而且会使梁的受力性能和破坏特征发生质的变化。当纵向主筋配筋率少到一定值后，梁的受力性能会产生大的变化，同无筋素砼梁没有什么差别。当这种梁一旦在受拉区的砼出现开裂，裂缝截面的拉力会很快超过屈服强度而进入强化阶段，造成整根梁发生撕裂，甚至使整个钢筋被拉断，这种破坏现象没有明显的预兆，属于脆性破坏。为了防止这种脆断的产生，钢筋砼结构设计规范明确规定：钢筋砼受弯构件的纵向受力主筋的配筋率不能低于某一限定值，该值即为受控钢筋的最小配筋率。hrb500钢筋作为一种新型的高强钢筋，已经在工程实践应用范围较广,必须合理确定其作为受拉钢筋的最小配筋率。在实践应用中探讨对hrb500钢筋作为受弯构件纵向主受拉的最小配筋率作浅要分析。

1最小配筋率确定的一般原则

钢筋砼受弯构件的最小配筋率是一个比较复杂的技术问题。试验和理论分析均表明,构件的最小配筋不仅与受力形态、表面尺寸及形式、材料强度有关,而且与受荷时间的长短、温度变化的大小、收缩及徐变的程度有关。目前世界一些国家对钢筋砼受弯构件的受拉钢筋最小配筋率的取值方法基本上有两种：即模型法和经验法。模型法是以截面受拉区砼开裂后，受拉钢筋由于配置过少而立即屈服进入强化阶段，此时的受拉钢筋配筋的最小配筋率。经验法是指直接给出最小配筋率的的取值，而没有受完整的受力模型作为取值准则，但其中也从不同角度考虑了一些因素对最小钢筋率取值的影响，所考虑的这些因素的影响规律与模型方案的趋势有一定的近似性。

而国内现行的《混凝土结构设计规范》对钢筋砼受弯构件的最小配筋率的确定原则是：截面开裂后，构件不会立即失效（裂而不断），即在最小配筋率的条件下，构件的抗弯承载力不低于同截面素混凝土构件的开裂弯矩，即：

mey≤mu ①

现以单筋矩形截面承受纯弯矩作用为例探讨钢筋砼受弯构件的纵向主受拉钢筋的最小配筋率问题。首先要计算钢筋砼梁的开裂弯矩。由于钢筋砼梁开裂时，钢筋的应力很低，因此计算钢筋砼梁开裂弯矩时，可以忽略钢筋的作用，即钢筋砼梁的开裂弯矩等于素砼的开裂弯矩。根据文献对素砼梁的开裂弯矩的推导计算，无筋素砼梁的开裂弯矩为：

mey =0.256fftbh2 ②

试中： ft-为混凝土轴心抗拉强度设计值。

根据钢筋砼梁的受力进行过程, 按照现行砼设计规范关于正截面承载力计算的基本假定“不考虑砼的抗拉强度”,假定钢筋砼梁达到极限承载力状态时的截面力臂为yho，其中y为内力臂长度系数,则钢筋砼梁的极限弯矩为:

mu = yhoòyas

此时òy= fyas =pmin bho y=1

mu = ho fypmin bho③

将式②、式③ 带入式① 以后，求出：

pmin=0.256ft / fy[h/ho]2 ④

2国内不同时期砼结构设计规范对最小配筋率的规定

根据介绍对世界各有关国家砼结构设计规范，对钢筋砼受弯构件规定的最小配筋率进行了简单比较，见表1。为转化为国内材料强度后各有关国家砼结构设计规范，对钢筋砼受弯构件规定的最小配筋率表达式。

表1不同国家对钢筋砼构件最小配筋率计算要求

我国的设计规范对于钢筋砼受弯构件，确定的最小配筋率的规定基本上是沿用前苏联20世纪五、六十年代的规定,数值明显偏低。随着我国国力的增强,结构设计的安全度增大以及结构耐久性设计概念的应用,钢材供应状况及水平的偏高,每次规范修订均适当提高了受力钢筋的最小配筋率,而且使其更为合理。a.在原《钢筋混凝土结构设计规范》tj10-74中规定受弯构件最小配筋百分率:当砼强度标号为200号及以下时为0.1;当砼强度标号为250-400号时为0.15。b.在进行了修改后的《混凝土结构设计规范》gbj10-1989中规定受弯构件最小配筋百分率:当砼强度等级为c35时为0.15；当砼强度等级为c40-c60时为0.2。c.在现行的《混凝土结构设计规范》gb50010-2002中规定受弯构件最小配筋百分率为0.2和45 ft / fy中的较大值。

从国各内各个阶段设计规范对最小配筋率规定的变化可以看出:随着我国改革开放的进一步推进,国民经济收入稳步的提高,对结构安全度的要求逐渐提高,综合考虑各种因素,构件的最小配筋率均有提高,而且考虑了材料强度的影响,有利于促进高强材料在工程中的大量应用。

3hrb500钢筋砼受弯构件的最小配筋率的应用

根据我国现行的《钢筋砼用热扎带肋钢筋》gb1499-1998中规定:hrb 335的屈服强度为335 mpa，hrb 400的屈服强度为400 mpa,hrb 500的屈服强度为500 mpa。我国现行的《混凝土结构设计规范》规定：hrb 335的屈服强度设计值为300 mpa，hrb 400的屈服强度设计值为360 mpa，不同种类钢筋材料分项系数ys均为1.10，因此hrb500钢筋的屈服强度设计值应取为450mpa。根据资料介绍的试验结果并考虑到裂缝宽度的影响，对hrb500钢筋的屈服强度设计值建议为420mpa，材料分项系数ys为1.19。根据我国现行的《混凝土结构设计规范》gb50010-2002中规定受弯构件最小配筋率百分率公式45 ft / fy，分别计算出各种钢筋的最小配筋率。详见表2。

表2钢筋混凝土受弯构件配筋率要求

根据表2可以看出，钢筋砼构件的最小配筋率的确定，不完全是技术问题，还反映了某一地区当时的经济建设发展水平，具有一定的社会性和政策性。因此，考虑将hrb 500钢筋砼受弯构件的最小配筋率百分率（%）为：当混凝土强度等级不大于c30时为0.15，当砼强度等级为c30以上时为0.2和45ft / fy 中的较大值为宜。根据上述浅要分析，国家推广应用hrb500钢筋不仅可以满足建筑行业科技飞速发展的需用，还具有明显的经济效益和社会效益。为了在工程实践中大力推广hrb500钢筋，考虑到我国实际国情，要采用hrb 500钢筋砼受弯构件的最小百分率（%）为：当砼强度等级不大于c30时为0.15，当砼强度等级为c30以上时为0.2和45ft / fy，中的较大值安全。

参考文献

钢结构设计规范篇（8）

现行的国家规范“砼结构设计规范”(gb50010-2002) 中把hrb400钢筋确定为钢筋砼结构的主导用筋。其后冶金企业研制开发的符合国情标准“钢筋砼用热轧带肋钢筋”(gb1499-1998) 的新型号筋。hrb500钢筋具有强度高、延性好、耐高低温、耐疲劳和可加工性能好的优点，符合砼结构对建筑用筋性能指标的主要内容要求。hrb500钢筋在建筑行业中己得到广泛使用，会促进其它相关建筑材料的发展提高，因此而带来可观的社会及经济效益，促进建筑业健康有序的发展具有重要意义。

钢筋砼梁的主筋纵向筋配筋率是保证安全使用影响承载力的主要因素，配筋率的变化不仅使梁的受弯承载力产生变化，而且会使梁的受力性能和破坏特征发生质的变化。当纵向主筋配筋率少到一定值后，梁的受力性能会产生大的变化，同无筋素砼梁没有什么差别。当这种梁一旦在受拉区的砼出现开裂，裂缝截面的拉力会很快超过屈服强度而进入强化阶段，造成整根梁发生撕裂，甚至使整个钢筋被拉断，这种破坏现象没有明显的预兆，属于脆性破坏。为了防止这种脆断的产生，钢筋砼结构设计规范明确规定：钢筋砼受弯构件的纵向受力主筋的配筋率不能低于某一限定值，该值即为受控钢筋的最小配筋率。hrb500钢筋作为一种新型的高强钢筋，已经在工程实践应用范围较广,必须合理确定其作为受拉钢筋的最小配筋率。在实践应用中探讨对hrb500钢筋作为受弯构件纵向主受拉的最小配筋率作浅要分析。

1最小配筋率确定的一般原则

钢筋砼受弯构件的最小配筋率是一个比较复杂的技术问题。试验和理论分析均表明,构件的最小配筋不仅与受力形态、表面尺寸及形式、材料强度有关,而且与受荷时间的长短、温度变化的大小、收缩及徐变的程度有关。目前世界一些国家对钢筋砼受弯构件的受拉钢筋最小配筋率的取值方法基本上有两种：即模型法和经验法。模型法是以截面受拉区砼开裂后，受拉钢筋由于配置过少而立即屈服进入强化阶段，此时的受拉钢筋配筋的最小配筋率。经验法是指直接给出最小配筋率的的取值，而没有受完整的受力模型作为取值准则，但其中也从不同角度考虑了一些因素对最小钢筋率取值的影响，所考虑的这些因素的影响规律与模型方案的趋势有一定的近似性。

而国内现行的《混凝土结构设计规范》对钢筋砼受弯构件的最小配筋率的确定原则是：截面开裂后，构件不会立即失效（裂而不断），即在最小配筋率的条件下，构件的抗弯承载力不低于同截面素混凝土构件的开裂弯矩，即：

mey≤mu ①

现以单筋矩形截面承受纯弯矩作用为例探讨钢筋砼受弯构件的纵向主受拉钢筋的最小配筋率问题。首先要计算钢筋砼梁的开裂弯矩。由于钢筋砼梁开裂时，钢筋的应力很低，因此计算钢筋砼梁开裂弯矩时，可以忽略钢筋的作用，即钢筋砼梁的开裂弯矩等于素砼的开裂弯矩。根据文献对素砼梁的开裂弯矩的推导计算，无筋素砼梁的开裂弯矩为：

mey =0.256fftbh2 ②

试中： ft-为混凝土轴心抗拉强度设计值。

根据钢筋砼梁的受力进行过程, 按照现行砼设计规范关于正截面承载力计算的基本假定“不考虑砼的抗拉强度”,假定钢筋砼梁达到极限承载力状态时的截面力臂为yho，其中y为内力臂长度系数,则钢筋砼梁的极限弯矩为:

mu = yhoòyas

此时òy= fyas =pmin bho y=1

mu = ho fypmin bho③

将式②、式③ 带入式① 以后，求出：

pmin=0.256ft / fy[h/ho]2 ④

2国内不同时期砼结构设计规范对最小配筋率的规定

根据介绍对世界各有关国家砼结构设计规范，对钢筋砼受弯构件规定的最小配筋率进行了简单比较，见表1。为转化为国内材料强度后各有关国家砼结构设计规范，对钢筋砼受弯构件规定的最小配筋率表达式。

表1不同国家对钢筋砼构件最小配筋率计算要求

我国的设计规范对于钢筋砼受弯构件，确定的最小配筋率的规定基本上是沿用前苏联20世纪五、六十年代的规定,数值明显偏低。随着我国国力的增强,结构设计的安全度增大以及结构耐久性设计概念的应用,钢材供应状况及水平的偏高,每次规范修订均适当提高了受力钢筋的最小配筋率,而且使其更为合理。a.在原《钢筋混凝土结构设计规范》tj10-74中规定受弯构件最小配筋百分率:当砼强度标号为200号及以下时为0.

1;当砼强度标号为250-400号时为0.15。b.在进行了修改后的《混凝土结构设计规范》gbj10-1989中规定受弯构件最小配筋百分率:当砼强度等级为c35时为0.15；当砼强度等级为c40-c60时为0.2。c.在现行的《混凝土结构设计规范》gb50010-2002中规定受弯构件最小配筋百分率为0.2和45 ft / fy中的较大值。

从国各内各个阶段设计规范对最小配筋率规定的变化可以看出:随着我国改革开放的进一步推进,国民经济收入稳步的提高,对结构安全度的要求逐渐提高,综合考虑各种因素,构件的最小配筋率均有提高,而且考虑了材料强度的影响,有利于促进高强材料在工程中的大量应用。

3hrb500钢筋砼受弯构件的最小配筋率的应用

根据我国现行的《钢筋砼用热扎带肋钢筋》gb1499-1998中规定:hrb 335的屈服强度为335 mpa，hrb 400的屈服强度为400 mpa,hrb 500的屈服强度为500 mpa。我国现行的《混凝土结构设计规范》规定：hrb 335的屈服强度设计值为300 mpa，hrb 400的屈服强度设计值为360 mpa，不同种类钢筋材料分项系数ys均为1.10，因此hrb500钢筋的屈服强度设计值应取为450mpa。根据资料介绍的试验结果并考虑到裂缝宽度的影响，对hrb500钢筋的屈服强度设计值建议为420mpa，材料分项系数ys为1.19。根据我国现行的《混凝土结构设计规范》gb50010-2002中规定受弯构件最小配筋率百分率公式45 ft / fy，分别计算出各种钢筋的最小配筋率。详见表2。

表2钢筋混凝土受弯构件配筋率要求

根据表2可以看出，钢筋砼构件的最小配筋率的确定，不完全是技术问题，还反映了某一地区当时的经济建设发展水平，具有一定的社会性和政策性。因此，考虑将hrb 500钢筋砼受弯构件的最小配筋率百分率（%）为：当混凝土强度等级不大于c30时为0.15，当砼强度等级为c30以上时为0.2和45ft / fy 中的较大值为宜。根据上述浅要分析，国家推广应用hrb500钢筋不仅可以满足建筑行业科技飞速发展的需用，还具有明显的经济效益和社会效益。为了在工程实践中大力推广hrb500钢筋，考虑到我国实际国情，要采用hrb 500钢筋砼受弯构件的最小百分率（%）为：当砼强度等级不大于c30时为0.15，当砼强度等级为c30以上时为0.2和45ft / fy，中的较大值安全。

参考文献

1徐有邻等．混凝土结构设计规范理解与应用．中国建筑工业出版社, 2002

钢结构设计规范篇（9）

2我国目前规范对钢筋混凝土排架设计的不足

在钢筋混凝土排架结构的抗震设计方面，GB50191—2012构筑抗震设计规范和GB50011—2010建筑抗震设计规范指导规范不同地域、不同排架结构的抗震设计。本文结合《构筑抗震设计规范》的具体条文，阐述了目前规范中钢筋混凝土排架结构中设计的不足和缺陷。有关排架结构上部屋架结构计算的规定有:

1)《构筑抗震设计规范》6．2．19条规定，针对Ⅲ，Ⅳ类场地和8度、9度时，应该考虑屋架下弦的拉压效应对结构的影响并核算屋架承载力;

2)《构筑抗震设计规范》6．2．22条规定，针对Ⅲ，Ⅳ类场地和8度、9度时，应验算变形产生的附加内力。上述两点叙述，规范使用“应”字，因此应考虑建立合适的屋架和支撑的杆系模型，否则无法得出上述内力值。在钢结构排架设计方面，钢排架结构施工进度快，造价低，但以后要经常维护保养。框架结构施工复杂，造价高，后期维护工作量低。在工程建设中，钢架也就是在排架柱方向通过设置联系梁或桁架的方式使排架柱方向形成可以抵抗纵向力下变形的钢框架(局部开间或连续开间)，具体做法可采用实腹联系梁或格构桁架———根据可设置高度选用，采用门式柱间支撑，可以留出工艺空间，还能对柱平面外予以加强。但我国处于高度使用水泥的情况，环境污染日益严重，从节能减排方面讲，钢排架结构应作为首选，但规范未给具体说明。

钢结构设计规范篇（10）

三代核电核岛次要钢结构，是在主体混凝土结构施工完成后二次施工完成。主要功能是提供人员通道、反应堆试验或停堆期间检修、建造期间设备安装、支撑设备等，主要包括钢平台，另外附属结构有直爬梯、斜钢梯等。

一、结构布置原则

(一)平面结构体系，此类钢平台结构布置应遵循的原则。一是与混凝土相连钢构件采用铰接，设置斜向支撑，钢梁与支撑组成三角受力体系，杆件主要受轴向力;二是不考虑平台铺板对钢梁整体稳定的影响。因结构受三方向地震作用，在平面内设置支撑体系，保证地震作用下钢梁平面外稳定;三是平面内支撑应均匀设置。

(二)框架结构体系，作用于核岛楼板上，四周不与墙连接，此类钢平台结构布置应遵循的原则。一是若钢柱柱脚采用刚接，需要在楼板上预留地脚螺栓安装孔洞，考虑钢结构为二次安装，混凝土楼板已经施工完成，预留的螺栓孔洞不宜定位，造成安装困难，此类结构柱脚一般均设置成铰接柱脚，安装时采用膨胀螺栓固定钢柱柱脚。二是钢柱柱脚不能承担弯矩，为抵抗三方向地震力，立面设置柱间支撑，若工艺使用空间有限制，宜设置八字撑或人字撑。

二、结构计算原理

核岛钢结构应用有限元进行内力计算分析，工况及荷载效应组合根据《压水堆核电厂核安全有关的钢结构设计要求》(NB/T20011－2010)(以下简称《核电钢规》)确定，构件的设计要求满足本规范以及《钢结构设计规范》(GB50017－2003)(以下简称《钢规》)的规定。核岛钢结构抗震类别为I类，根据《核电厂抗震设计规范》(GB50267－1997)(以下简称《核电抗震规范》)3．2．1条规定，I类物项应按两个相互垂直的水平方向和一个竖向的地震作用进行计算。计算方法采用振型分解反应谱法，谱值来自核岛厂房楼层反应谱。抗震构造按照《核电抗震规范》3．5．2条所规定的9度进行校核，符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011－2010)(以下简称《抗震规范》)对9度抗震设防时的有关要求。有限元计算分析时，结构由若干个有限单元组合而成。钢平台作为一种空间结构体系，在软件中用杆系单元模拟，不考虑面单元。面荷载通过导荷载的方式等效到构件上。根据构件受力情况，构件支座处或者构件相交处通过释放约束的方式定义连接方式，固接、铰接或者滑动。每个支座或者杆件起点、杆件终端分别有6个约束，三个方向的轴向力、三个方向的弯矩。节点力和力偶可作用于结构的任何一个自由节点上。这些荷载的方向以结构整体坐标来定义，弯矩的方向遵循右手定则，在整体坐标系中，正方向的作用力总是和坐标轴的正向一致。

三、钢平台荷载类型

根据《核电钢规》5．1．1条规定，所有与核安全有关的承重钢结构应按所承受的各项荷载和作用进行设计，核岛内部钢平台需要考虑的荷载分为以下几种类型。

(一)正常荷载。D—永久荷载，包括结构自重、液体静水压力以及固定的设备荷载等。L—活荷载，包括可移动的设备荷载、吊车荷载及其他可变荷载。活荷载分为三种情况下的活荷载:施工活荷载Sc;正常运行活荷载So;安全停堆或试验时活荷载Se。Ro—在正常运行或停堆期间，管道和设备的反力。To—在正常运行或停堆期间，工作环境温度作用。

(二)严重环境荷载。严重环境荷载指核电厂在服役期间，偶然遇到的环境荷载和作用。W—厂址的基本风压荷载。本文探讨的核岛内部钢平台均在核岛厂房内部，计算分析时，不考虑此项荷载作用。E1—由运行安全地震震动(SL－1)产生的地作用，包括由运行安全地震动引起的管道和设备的地震作用。

(三)极端环境荷载。极端环境荷载指极少数可能发生的环境Wt—由规定的设计龙卷风产生的荷载。本文探讨的核岛内部钢平台均在核岛厂房内部，计算分析时，不考虑此项荷载作用。E2—由极限安全地震震动(SL－2)产生的地震作用，包括由极限安全地震动引起的管道和设备的地震作用。

(四)异常荷载。异常荷载是指作为一种设计基准事故，高能管道破裂事故产生的荷载。本文探讨的核岛内部钢平台，计算分析时，均不考虑此项荷载作用。

(五)其他荷载。由内部飞射物或外部人为事件引起的荷载。本文探讨的核岛内部钢平台，计算分析时，均不考虑此项荷载作用。综上所述，核岛钢结构计算分析时需要考虑的荷载有:正常荷载下的永久荷载D(也称恒荷载)、活荷载L、在正常运行或停堆期间，管道和设备的反力Ro、在正常运行或停堆期间，工作环境温度作用To;严重环境荷载下的安全地震作用E1，极端环境荷载下的极限安全地震作用E2。

四、钢平台荷载组合

根据《核电钢规》5．1．2条规定，压水堆核电厂核安全有关的钢结构荷载效应组合。除了反应堆厂房内部结构某些钢平台受力情况复杂外，其他核岛厂房钢平台受力情况均为以上所述荷载以及荷载组合。

五、钢平台抗震计算分析

(一)计算要点。根据《核电抗震规范》规定，应同时采用运行安全地震震动和极限安全地震震动进行抗震设计;应按两个相互垂直的水平方向和一个竖向进行三方向地震作用计算。抗震计算采用反应谱法，同一方向的振型组合采用CQC法，地震作用组合采用平方和平方根进行组合。抗震分析时，达到的目标是“钢结构高阶振型频率达到33HZ以上，同时，振型数量应保证质量参与系数达到90%以上”。

(二)阻尼比。根据《核电抗震规范》3．3．3条规定，物项阻尼比可按表1采用。核岛钢平台，当计算运行安全地震作用时，若以焊接为主，阻尼比取0．02，若以螺栓连接为主，阻尼比取0．04;计算极限安全地震作用时，若以焊接为主，阻尼比取0．04，若以螺栓连接为主，阻尼比取0．07。

(三)反应谱分析。核岛钢平台均作用在厂房内部，钢平台与核岛厂房墙体或楼板相连接，计算时，反应谱值采用相应的核岛厂房楼层反应谱。钢平台顶面有与核岛厂房混凝土结构相连的约束时，反应谱取该层标高处楼层反应谱，或上层：顶面与混凝土无约束时，则取柱底的楼面标高处楼层反应谱。核岛厂房楼层反应谱安全运行地震SL－1地面峰值加速度为0．1g，极限运行安全地震SL－2地面峰值加速度为0．3g。反应谱采用加速度谱，有限元计算分析时采用二次完全平方和(CQC)组合振型得到反应结果。反应谱分析的结果和静力分析结果进行组合。六、结语本文分析研究了三代核电核岛次要钢结构特点及受力情况，结合规范明确了钢平台荷载类型及荷载效应组合，重点介绍了抗震计算分析。本文对类似工程钢平台计算分析具有一定的指导意义，可供相关设计人员借鉴参考。

【参考文献】

［1］建筑抗震设计规范GB50011－2010［S］．北京:中国建筑工业出版社，2010

［2］钢结构设计规范GB50017－2003［S］．北京:中国计划出版社，2003

［3］压水堆核电厂核安全有关的钢结构设计要求NB/T20011－2010［S］．北京:国家能源局，2010

钢结构设计规范篇（11）

Abstract: this paper through the contrast analysis of 2010 edition with 2002 version of the concrete structure design codes are introduced, and the design specification for concrete structures "(GB50010-2010) the main revision content, from the overall design requirements, formula, the structure, main points and structural requirement analysis of the differences and similarities between the new and old standard.

Keywords: concrete; Structure design; Standard; Revision content

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、概述

2010年8月18日住房和城乡建设部公告，国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）自2011年7月1日起实施，原《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）同时废止。新规范基于适当提高结构安全储备、抵御灾害能力、保证结构安全等原则，在旧规范基础上作了一定的补充、完善和提高。本文着重介绍新规范的主要修订内容，并与旧规范进行对比说明。

二、主要修订内容

1、总体性设计要求的调整

（1）关于改变结构用途和使用环境

新规范3.1.7条：设计应明确结构的用途，在设计使用年限内未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境。

旧规范3.1.8条：未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境。

新规范强调了设计使用年限，与《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068相衔接。

（2）关于耐久性设计规定

新旧规范关于混凝土结构的环境类别分类有所改变，新规范中环境类别三细分为三a及三b两类，相应的对结构材料的耐久性基本要求也有变化，总体说来新规范更加严格了，详见新规范3.5.1、3.5.2、3.5.3条及旧规范3.4.1及3.4.2条。

（3）关于维修保养的规定

新规范增加了关于维修保养的条文。

新规范3.5.8条：混凝土结构在设计使用年限内尚应遵守下列规定：建立定期检测、维修制度；设计中可更换的混凝土构件应按规定更换；构件表面的防护层，应按规定维护或更换；结构出现可见的耐久性缺陷时，应及时进行处理。

（4）关于钢筋

新规范根据“节能、节地、节水、节材和环境保护”的要求，提倡应用高强、高性能钢筋，逐步停用HPB235钢筋，并增加了强度为500MPa级的热轧带肋和采用控温轧制工艺生产的HRBF系列细晶粒带肋钢筋。详见新规范4.2.1和4.2.2条。

（5）关于混凝土保护层

新规范调整了混凝土保护层，不再区分分布筋与受力筋，较旧规范严。

新规范8.2.1条条文说明：从混凝土碳化、脱钝和钢筋锈蚀的耐久性角度考虑，不再以纵向受力钢筋的外缘，而以最外层钢筋(包括箍筋、构造筋、分布筋等)的外缘计算混凝土保护层厚度。因此本次修订后的保护层实际厚度比原规范实际厚度有所加大。

（6）关于锚固长度

新规范将锚固长度分为lab及la，其中lab为基本锚固长度，la为经长度修正后的锚固长度（8.3.1条）；旧规范只提及锚固长度la的概念，并规定应对la进行长度修正。

（7）关于钢筋绑扎连接

新规范规定受拉钢筋直径大于25mm不宜绑扎连接，较旧规范严。

新规范8.4.2条：轴心受拉及小偏心受拉杆件的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接；其他构件中的钢筋采用绑扎搭接时，受拉钢筋直径不宜大于25mm，受压钢筋直径不宜大于28mm。

旧规范9.4.2条：轴心受拉及小偏心受拉杆件(如桁架和拱的拉杆)的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头。当受拉钢筋的直径d>28mm及受压钢筋的直径d>32mm时，不宜采用绑扎搭接接头。

2、计算公式调整

（1）结构构件的抗力函数中增加抗力模型不定性系数γRd

新规范3.3.2条中：R=R(fc，fs，ak，…)／γRd

γRd――结构构件的抗力模型不定性系数：静力设计取1.0，对不确定性较大的结构构件根据具体情况取大于1.0的数值；抗震设计应用承载力抗震调整系数γRE代替γRd。

旧规范3.2.3条：R = R (fc,fs,ak,……)

新规范增加的构件抗力调整系数主要为了考虑构件的几何参数变异性对结构性能的不利影响。

（2）调整裂缝宽度计算公式

新规范3.4.4条在三级裂缝宽度计算时，对一般钢筋混凝土构件、预应力混凝土构件和处于二a类环境的预应力混凝土构件分别采用不同的荷载组合和控制标准，比旧规范3.3.3条有所放松。

（3）调整抗剪公式中钢筋部分承担的剪力

新规范取消了箍筋剪力的增大系数，因而执行新规后需要配置的箍筋相应增多了。

新规范6.3.4条： （6.3.4-2）

旧规范7.5.4条：（7.5.4-2）

（4）调整抗冲切截面承载力，抗冲切承载力增加

新规范6.5.3条：

受冲切截面 （6.5.3-1）

配置箍筋、弯起钢筋时的受冲切承载力

（6.5.3-2）

旧规范7.7.3条：

受冲切截面 （7.7.3-1）

配置箍筋时的受冲切承载力

（7.7.3-2）

配置弯起钢筋时的受冲切承载力

（7.7.3-3）

3、增加的计算

新规范增加了楼盖舒适度计算的内容，详见3.4.6条：混凝土楼盖结构应根据使用功能的要求进行竖向自振频率验算，并宜符合下列要求：（1）住宅和公寓不宜低于5Hz；（2）办公楼和旅馆不宜低于4Hz；（3）大跨度公共建筑不宜低于3Hz。

4、构造要点及构造要求改变

（1）新规范补充完善了提高混凝土构件耐久性的技术措施，尤其强调对于悬臂构件，规定处于二、三类环境时宜采用“悬臂梁―板”的结构形式，或在其上表面增设防护层（详见3.5.4条）。旧规范仅规定三类环境中的结构构件，其受力钢筋宜采用环氧树脂涂层带肋钢筋；对预应力钢筋，锚具及连接器，应采取专门防护措施（详见3.4.7条）。

（2）新规范增加了并筋的配筋形式，详见4.2.7条：构件中的钢筋可采用并筋的配置形式。直径28mm及以下的钢筋并筋数量不应超过3根；直径32mm的钢筋并筋数量宜为2根；直径36mm及以上的钢筋不应采用并筋。并筋应按单根等效钢筋进行计算，等效钢筋的等效直径应按截面面积相等的原则换算确定。

（3）梁纵筋在梁柱端节点的弯锚水平段，新规范以lab标注（9.3.4条），旧规范以la标注；且新规范在梁柱端节点处增加了机械锚头的锚固方式。