鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范GB50017是新中國的第三本普通鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范,從1988年到2003年，歷經(jīng)15年修訂，基本上全面的反映了目前國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)的理論研究水平，內(nèi)容十分豐富。要想全面透徹的了解規(guī)范中每條規(guī)定的來龍去脈，超出了對設計工程師的要求，不必條條知其所以然。因為有一些規(guī)范中計算公式的推導涉及到很多專題研究課題，就是編制規(guī)范的人員也不可能面面俱到。

但個人認為：對于規(guī)范中的公式，應該知道基本的概念，即應該知道該公式講什么東西，這些東西用在哪兒，怎樣用。

本講座的對象是那些或多或少做過或者接觸過鋼結(jié)構(gòu)的設計人員，因此本次講座還是結(jié)合設計的需求，圍繞我們目前設計所經(jīng)常遇到的問題來進行，不對新規(guī)范逐條的進行解釋。希望通過本次學習，各位能在鋼結(jié)構(gòu)設計方面有所提高，能對新規(guī)范的要點和涉及到的一些基本概念(這也是鋼結(jié)構(gòu)的要點和基本概念)有所基本了解和掌握。一些細節(jié)和具體的計算，根據(jù)規(guī)范逐步逐條按部就班仔細計算就行了。

歸根結(jié)底，學習規(guī)范的目的是要提高鋼結(jié)構(gòu)設計水平，而不是死記硬背一些條文。

和其它的專業(yè)設計一樣，概念設計是非常重要的。

因此本講座將十分注重概念的介紹而不是公式的介紹。基本概念是否有所基本了解和掌握有一個很簡單而又十分有用的檢測方法，目前業(yè)已頒布的比較重要的規(guī)范的開始部分，一般都有術(shù)語和符號，如果對這些術(shù)語和符號都能心中有數(shù)，那么就說明你對該規(guī)范所涉及的基本概念基本掌握。有意想進一步鉆研的同志，可以認真閱讀本次規(guī)范的條文說明。

和混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)自身重量輕，工廠制作精度高,現(xiàn)場安裝方便。加固改造方便，且拆卸后可回爐冶煉，基本沒有難以處理的垃圾，因此目前運用越來越廣。但和任何事物都具有兩面性一樣，重量輕，則截面單薄，穩(wěn)定的問題就勢必很突出;安裝方便，則對連接節(jié)點和工廠制作提出了較高的要求。同樣的矛盾反映到設計也是如此，要做好鋼結(jié)構(gòu)設計，必須對鋼結(jié)構(gòu)的材料，制作，安裝有較全面的了解。

一般的工業(yè)和民用混凝土結(jié)構(gòu),目前除廠房柱子外，預制的鋼筋混凝土構(gòu)件已經(jīng)為數(shù)不多,一般現(xiàn)澆為主,因此制作和節(jié)點相對簡單。而鋼結(jié)構(gòu)就相對復雜一些,它是在工廠里把零件拼接成構(gòu)件,構(gòu)件運到現(xiàn)場再連接成結(jié)構(gòu)。因此除了對構(gòu)件的力學分析清楚以外,對零件的構(gòu)成,構(gòu)件的拼接也要有清楚的了解,這樣才能做出好的設計。

尤其是目前一些大跨度的空間結(jié)構(gòu)，有時節(jié)點的設計和施工，會牽涉到整個工程的成敗。這就要求設計者對鋼材的性能,對連接件(主要是焊條和螺栓)的性能及連接的節(jié)點等都要全面的掌握才行。

做任何設計都要“胸有成竹”，既要清楚設計的對象是什么，又要知道對象是怎樣做出來的，這樣才能真正做好設計?？梢赃@樣說

材料,節(jié)點,穩(wěn)定是鋼結(jié)構(gòu)的三大要素,三個代表。

必須掌握。前面兩點很多設計者都不太注意,許多鋼結(jié)構(gòu)教材和設計手冊也論述地不是太好。從表面看起來這兩點似乎沒有什么高深的理論,但要真正掌握，而且在設計中能融會貫通,絕非短時間一蹴而就之事。

尤其是節(jié)點設計,更反映了設計的水平。

穩(wěn)定對于鋼結(jié)構(gòu)的重要是不言而喻的,許多教材也是一開始就列舉了很多工程事故,說明穩(wěn)定的重要性。作為設計者,考慮穩(wěn)定,不僅在設計柱子的時候要想到穩(wěn)定,這一點多數(shù)人都比較了解,因為在材料力學中就提到歐拉臨界力的問題。但對于一些間接受壓構(gòu)件的穩(wěn)定和構(gòu)件的局部穩(wěn)定,許多設計者就比較生疏了。前者比如一根受彎的梁,它的上翼緣受壓而又沒有側(cè)向支撐,其上翼緣就會象柱子一樣發(fā)生側(cè)向屈曲,而處于穩(wěn)定狀態(tài)的其余部分又起阻止作用,最后梁就會發(fā)生既有側(cè)向移動又有轉(zhuǎn)動的,這就是梁的側(cè)向屈曲,這也就是為什么梁也要考慮穩(wěn)定的原因　。因此我們遇到吊車梁及沒有鋪板的大梁就要必須考慮穩(wěn)定問題,而不是僅僅計算強度和撓度就完事了。局部穩(wěn)定通常是與板密切關(guān)聯(lián)的,梁的腹板,柱子的腹板,都有局部穩(wěn)定的問題。但也不是凡是有腹板都會產(chǎn)生失穩(wěn),曾經(jīng)看到不少人的圖紙,凡是梁或是柱,不管三七二十一,一律1.5倍h0加勁肋全部加上,這樣做不但不合情理,浪費材料,而且還會給結(jié)構(gòu)的節(jié)點以及施工帶來不必要的麻煩,關(guān)于這一點我們在下面的章節(jié)會舉例加以說明。還要指出的是有時要考慮多種失穩(wěn)狀態(tài),比如壓桿,除了有彎曲屈曲以外,還可能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲,老的規(guī)范GBJ17-88沒有關(guān)于壓桿彎扭屈曲的章節(jié),新規(guī)范則增加了與此有關(guān)的條款。凡是截面為單軸對稱的壓桿,都應該考慮彎扭屈曲的可能性。因此作為一種低級的解決辦法是柱子盡量用雙軸對稱的截面。但在桁架和塔架中則是不可能避免的?？傊?在鋼結(jié)構(gòu)設計中,只要有受壓的地方,就要產(chǎn)生剛度的減弱，就應該考慮穩(wěn)定問題。還有一個值得注意的概念是：剛度大的構(gòu)件給剛度小的構(gòu)件提供加強剛度作用時，自身的剛度必然減弱。

穩(wěn)定和強度是兩個截然不同的概念。強度是構(gòu)件截面的應力達到某種極限狀態(tài);而穩(wěn)定是整個構(gòu)件(或結(jié)構(gòu))的承載力達到某種極限狀態(tài)，是整個構(gòu)件(或結(jié)構(gòu))的剛度達到某種極限狀態(tài)。下面以一個簡單的例子來說明和加深對這個問題的理解。

如圖所示，兩個軸心受壓桿，除了邊界條件不同，一個是兩端簡支，一個是一端固定，一端自由外，其它全部一樣。顯然，兩個桿的截面上的應力狀態(tài)應該完全一樣，強度應該一樣?，F(xiàn)在把P力逐漸加大，兩個桿的截面上的應力將同步增加。但是，當P力增大到某一數(shù)值時，B桿就會首先發(fā)生側(cè)曲，而且隨著P力的進一步增加，B桿的側(cè)曲會越來越大，直到破壞。注意到在發(fā)生側(cè)曲的瞬間，兩個桿的截面上的應力狀態(tài)仍然完全一樣，但兩個桿的變形卻截然不一樣，這就是穩(wěn)定問題和強度問題的區(qū)別，從物理意義上說，是因為兩者的約束不同，因此兩者的抗側(cè)移剛度不一樣;從計算的角度說，B桿的計算長度是A桿的兩倍，因此長細比相差兩倍，穩(wěn)定系數(shù)也差別很大。臨界應力當然不一樣。

在我國第一本鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范TJ17-74中，關(guān)于軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定性計算公式為：

，而在GBJ17-88和現(xiàn)在的GB50017中，關(guān)于軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定性計算公式改正為：TJ17-74的計算公式反映了當時在穩(wěn)定問題上的概念混淆，如果將該式改寫為;

，那才是正確的表達式。因此考慮穩(wěn)定問題，必須從構(gòu)件的整體乃至整個結(jié)構(gòu)加以全面的考慮才行。

平心而論,穩(wěn)定是一個比較復雜的問題,也是鋼結(jié)構(gòu)設計的核心問題,時至今日,依然是一個活躍的理論領(lǐng)域,有些觀點和理論，仍然在不斷的更新和提高。但是，要做鋼結(jié)構(gòu)設計就得面對這一難題。沒有任何捷徑可走,只有不斷的學習,才能逐步的掌握它。

前面已經(jīng)提及鋼結(jié)構(gòu)設計與制作,安裝密切相關(guān),因此有三本與此相應的規(guī)范必須比較全面的掌握:它們是《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 GB50205-2001》，《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程 JGJ81-2002》和《鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接的設計，施工及驗收規(guī)程JGJ82-91》。后兩本的內(nèi)容有一部分已包括在第一本中。此外還應該對一些材料標準，型材標準，連接件標準等都應該熟悉，在《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范 GB50017-2003》第3.3節(jié)“材料選用”中大部分已經(jīng)提及。另外還有兩本與鋼結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的設計規(guī)范，它們是《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 GB50018-2002》，《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 CECS102：2002》，也是常常要用到的。

另外還要說兩句題外話。

一是要想做好設計，僅僅注重從書本上學是絕對不夠的,一定要多下現(xiàn)場，多觀察，多實踐，多總結(jié)才行?！凹埳系脕斫K覺淺，絕盡此事須躬行”。這是宋朝陸游《示兒》詩中的句字，強調(diào)了實踐的重要性。事事都自己做，當然不可能。但可以多觀察，觀察是很重要的,現(xiàn)在外面的構(gòu)筑物很多,仔細的看看別人是怎樣做的,也是一種很好的學習,有些東西從圖紙上看很復雜，到現(xiàn)場實物一看，很簡單。所謂”留心處處皆學問”,這一道理同樣適合于鋼結(jié)構(gòu)學習。

二是不要迷信，不要迷信權(quán)威，不要迷信書本，要批判的學習，現(xiàn)在市面上各種資料、手冊鋪天蓋地，動輒幾十萬字，數(shù)卷精裝本，其實大都是你抄過來，他抄過去，甚至以訛傳訛，不可全信。就是國家規(guī)范，那也是僅僅反映了某一時期一部分人對客觀事物的認識，因此不可避免的具有局限性。事物總要發(fā)展，認識總要深入，世上絕沒有一成不變的東西。尤其是年輕人，應該有這種信念。

基本設計規(guī)定和材料選用

在鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范中，都有強制性條文，用黑體字寫出來。這種強制性條文一般都要無條件遵守。在P.1頁1.0.5條中“在鋼結(jié)構(gòu)設計文件中，應注明建筑結(jié)構(gòu)的使用年限，鋼材牌號，連接材料的型號(或鋼號)和對鋼材所要求的力學性能，化學成分及其他的附加保證項目。此外，還應注明所要求的焊縫形式，焊縫質(zhì)量等級，端面刨平頂緊部位及對施工的要求。”

這幾條是設計說明中必須要說明的條款，也是實際施工過程中首先要解決的問題。這幾條看起來簡單，實際上有豐富的內(nèi)涵，它涉及了材料，節(jié)點這兩個基本要素中大部分要點。只有對這幾條的內(nèi)容有全面的、實質(zhì)性的了解，且能正確的加以運用，才能做出較好的鋼結(jié)構(gòu)設計。因此下面將比較細致地將這幾條與新規(guī)范的相應的規(guī)定結(jié)合起來進行講解。

關(guān)于使用年限在《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準 GB 50068-2001》中明規(guī)定了四類：1.5年(臨時性建筑)，2.25年(易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件)，3.50年(普通房屋和構(gòu)筑物)，4.100年(紀念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu))。很明顯，一般的民用和工業(yè)建筑的使用年限為50年。安全等級為二級

鋼材牌號，我們目前承重結(jié)構(gòu)通常用到兩種，即碳素結(jié)構(gòu)鋼(Q235)和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼(Q345)，它們相應的標準是(GB/T700 )和(GB/T1591)。由于國標編號已經(jīng)定死，以后若有變更，僅后面的年號變更，不寫年號反而不容易出現(xiàn)失誤，它表明采用的是目前的標準。

規(guī)范還推薦了Q390和Q420,這兩種和Q345一樣，屬于低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。Q235又分為A，B，C，D四個質(zhì)量等級，即Q235—A~D。A級鋼不做沖擊實驗，而B，C，D級則分別保證在20 0C，0 0 C，-20 0C時V型沖擊功不小于27 J(焦耳)。Q345則分為A，B，C，D，E五個質(zhì)量等級，即Q345—A~E。A級鋼不做沖擊實驗，而B，C，D級分別保證在20 0C，0 0 C，-20 0C時V型沖擊功不小于34 J(焦耳)。E級則保證-40 0C時V型沖擊功不小于27 J(焦耳)。顯然，Q345-B的抗沖擊韌性要大于Q235-B，要注意Q235-B不要寫成Q235B，忘了中間的一橫。因為這些鋼材都是GB上的材料,當指明牌號和標準時，標準上已有的性能和指標等等在設計說明中就不必重復了。

按現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范，Q235-A是不能用于承重焊接結(jié)構(gòu)的。其理由是在(GB/T700—88)中第5.1.1.5條注明：“在保證鋼材力學性能符合本標準規(guī)定情況下，各牌號A級鋼的碳，錳，硅含量和各牌號其它等級鋼碳，錳含量下限可以不作為交貨條件，但其含量(熔煉分析)應在質(zhì)量證明書中注明。”這就表明A級鋼的碳，錳，硅含量是不保證的。在(GB/T700—88)中第5.4.1.3條注明：“各牌號A級鋼的冷彎實驗，在需方有要求時才進行。當冷彎實驗合格時，抗拉強度上限可以不作為交貨條件?！庇捎谔己繉︿摬牡目珊感杂绊懞艽?，所以從表面上看，既然A級鋼的碳，錳，硅含量不保證，那么Q235—A是不能用于焊接結(jié)構(gòu)的。目前流行于市的教科書以及鋼結(jié)構(gòu)設計手冊大都持此觀點。

但目前國內(nèi)市場上，很多板材和型材都是Q235-A，而且也大量的用于承重焊接結(jié)構(gòu)上，還沒有聽到因母材采用Q235-A而發(fā)生事故的，這表明Q235-A的質(zhì)量還是能滿足一般的承重焊接結(jié)構(gòu)的，事實上，根據(jù)GB/T700，Q235-A的基本力學性能和化學成分是可以滿足一般的承重焊接結(jié)構(gòu)的要求的。

武漢理工大學劉聲揚教授在曾經(jīng)出版的《鋼結(jié)構(gòu)疑難釋義第三版》中也強烈支持Q235-A可以用于一般的承重焊接結(jié)構(gòu)上這一觀點[5]。原重慶建工學院的三次大規(guī)模關(guān)于鋼材質(zhì)量的專項調(diào)查已經(jīng)證實了近年來國產(chǎn)鋼材的質(zhì)量有很大的提高[2]，但如果按照新規(guī)范，Q235-A幾乎就是廢品，這無論從理論上或是從實際上來說，都是很不合適的。Q235-A是可以用在一般的承重焊接結(jié)構(gòu)中的。但為了保險和合法起見，建議在材料說明中，補充要求冷彎合格和碳含量≤0.22的附加條件，這樣就可以滿足規(guī)范 3.3.3條的要求(事實上，只要是合格的Q235-A，這兩條總是可以滿足的)。用Q235-A替代Q235-B也是在現(xiàn)場經(jīng)常碰到的問題，可以按上面的要求處理。

要指出的是，焊接難易程度比較科學的說法是取決于鋼材的碳當量而不是碳含量。在《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程 JGJ81-2002》有明確的說明，碳當量Ceq﹤0.38時是一般焊接難度。

Ceq =C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15        (1)

式中   C,Mn,Cr,Mo,V,Ni,Cu分別為碳，錳，鉻，鉬，釩，鈮，銅的含量(%)。該式也是國際焊接學會推薦的公式。實際上對于一個合格的焊工，焊接Q235是很容易的事。

為了滿足國內(nèi)高層和超高層建筑對鋼材材質(zhì)的更高要求,目前有些鋼廠已生產(chǎn)出質(zhì)量更高的Q235和Q345鋼材,并且有相應的行業(yè)標準《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板 YB4104-2000》，其牌號為Q235GJ，Q345GJ，Q235GJZ，Q345GJZ，每種有C、D、E三個質(zhì)量等級，有Z的牌號對厚度方向性能有保證。這些鋼材的性能比Q235，Q345有很大的提高。

規(guī)范3.3.4條：“對于需要驗算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)鋼材，應具有常溫沖擊韌性的合格保證。當結(jié)構(gòu)工作溫度不高于00C但高于-200C時，Q235鋼和Q345鋼應具有00C沖擊韌性的合格保證;…。”什么時候需要驗算疲勞?請看規(guī)范6.1.1條：“直接乘受動力荷載作用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接，當應力變化的循環(huán)次數(shù)n等于或大于5×104時，應進行疲勞計算。”6.1.3條：“… 在應力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應力的部位可不計算疲勞?！边@里沒有明確n的時間范圍，在一些資料中也沒有明確的提及，如果是50年，那么5×104/50/360=2.8次/天。因此如果一個構(gòu)件在一天中，受到三次動力荷載作用，且出現(xiàn)拉應力，就要進行疲勞計算。從實際運用講，中級工作制的吊車梁就應該考慮疲勞問題(當?shù)踯嚨墓ぷ髦艫1~A3為輕級，A4、A5為中級，A6~A8為重級)。

所謂的結(jié)構(gòu)工作溫度在規(guī)范的3.3.2條的說明中(P.168)說道:“…建議采用《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》GBJ19-87(2001版)中所列的“最低日平均溫度”。”查一下該規(guī)范，韶關(guān)以北包括韶關(guān)最低日平均溫度均不高于0C(南京是-0C)，這樣，目前我們國內(nèi)絕大部分地區(qū)的中級，重級工作制吊車梁都要選用Q235-C，顯然這一建議是不合適的。而且不分室內(nèi)外，也太籠統(tǒng)。有人建議取最低日平均溫度加10度，看來是合適的。

實踐是檢驗真理的唯一標準，這么多年長江沿岸吊車梁一直用Q235-B，沒有發(fā)現(xiàn)什么問題嘛!我國壓力容器設計規(guī)范《鋼制球型儲罐 GB12337-1998》使用環(huán)境溫度這一溫度來作為工作溫度，取值為月平均最低溫度(見該規(guī)范附錄A1.3條)。要求要寬松一些。

連接材料主要是螺栓和焊條(絲)。建筑鋼結(jié)構(gòu)所用的螺栓有兩大類，即普通螺栓和高強度螺栓。普通螺栓和高強度螺栓的主要區(qū)別在于其機械性能不同，也即性能等級不同;在螺孔的精度上也有區(qū)別。在設計中經(jīng)常注明的“高強度螺栓8.8級”，8.8即為性能等級，小數(shù)點前一個數(shù)字8表示該螺栓材料熱處理后的抗拉強度≥800N/mm2,小數(shù)點后一個數(shù)字8則表示該材料的屈強比(屈服點與抗拉強度比值)為0.8,10.9級則表示該材料的抗拉強度≥1000N/mm2, 屈強比為0.9。屈強比大則材料的韌性差，不宜重復使用。尤其是10.9級的只能用一次。目前我國使用的高強度螺栓只有8.8和10.9級，可以寫為8.8s和10.9s。普通螺栓分A，B，C三級。C級為粗制螺栓，用Q235(通常用Q235-B以保證有良好的韌性)制作，性能等級為4.6或4.8級，A，B級為精制螺栓，如果用Q345制作則性能等級為5.6，若用其它低合金鋼也有8.8級。普通螺栓一般在設計時不注明性能等級，但要注明鋼號。事實上目前建筑鋼結(jié)構(gòu)已基本不用精制螺栓，因為它對螺栓和螺孔的要求都很高。在建筑鋼結(jié)構(gòu)需要用到精制螺栓的場合，都可以用高強度螺栓來取代它，而高強度螺栓對螺孔的要求與C級螺栓一樣。加工和安裝都比較方便。

承壓型高強度螺栓(或摩擦型高強度螺栓)是一個錯誤的術(shù)語，它將螺栓的連接的方式(連接的力學模式)和螺栓的種類(外形和性能)這兩個風馬牛不相及的概念混為一談，本次新規(guī)范已糾正了這一錯誤。再強調(diào)一下：高強度螺栓就螺栓本身而言，目前國內(nèi)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)的有兩種，即大六角頭型高強度螺栓和扭剪型高強度螺栓，前者有8.8s和10.9s,后者只有10.9s。連接副表示一套螺栓，螺母和墊圈(大六角頭高強度螺栓有兩個墊圈)，這兩種螺栓都可以用于承壓型或是摩擦型連接。承壓型連接，以連接破壞(即螺栓的破壞或是連接構(gòu)件的破壞)為承載能力的極限狀態(tài)。因此承壓型連接的高強度螺栓的計算與普通螺栓的計算一樣，對連接構(gòu)件的接觸面僅要求清除油污和浮銹。但承壓型連接依然要求對螺栓施加與承壓型連接同樣的預拉力(這一點與美國規(guī)范不一樣)，因此當連接發(fā)生破壞時，節(jié)點處的變形要比普通螺栓連接小得多。摩擦型連接是以連接板層之間出現(xiàn)滑動為承載能力的極限狀態(tài)。當連接板層之間出現(xiàn)滑動時，螺栓的潛力遠遠沒有發(fā)揮出來，因此，在同樣的內(nèi)力情況下，螺栓的數(shù)量要比以破壞為極限狀態(tài)增加很多。所以，在變形要求不是很嚴格的地方和荷載作用不會產(chǎn)生反向內(nèi)力的情況，都應該推廣應用承壓型連接。比如輕鋼廠房和一些以靜載為主的結(jié)構(gòu)。如果運用摩擦型連接，就應該盡量提高抗滑移系數(shù)μ，充分發(fā)揮高強度螺栓的作用。采用高強度螺栓時，除了說明強度等級外，必須說明連接形式，如果是摩擦型連接，還要給出抗滑移系數(shù)μ的值。之所以叫抗滑移系數(shù)，是因為其值隨板間的壓力減小而降低，不同于物理學中摩擦系數(shù)為定值。

有不少設計者喜歡在說明焊條時注明具體的焊條牌號，如E4301，E4315，E5015等。其實焊條的具體牌號是由焊接工藝所決定的，制造商根據(jù)自己的設備，操作習慣，焊接環(huán)境及焊接方位(如平焊，仰焊等)可以選擇不同牌號的焊條。除有特殊要求，設計者只需根據(jù)母材的種類選擇與其匹配的相同強度等級的焊條即可。即Q235 選擇E43，Q345 選擇E50，無須給出具體的焊條牌號。強度不同的鋼材在連接時，應選擇與低強度鋼材相匹配的焊條。

鑒于現(xiàn)有的焊接技術(shù)尚無法避免焊接過程中焊接缺陷的產(chǎn)生，因此必須采取一定措施將焊接缺陷控制在允許的范圍內(nèi)。實踐證明通過制定焊接缺陷質(zhì)量要求標準進行約束是一種有效的手段。在《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50205》中就將焊縫質(zhì)量等級分為3級，即一，二，三級。如果經(jīng)過檢查，焊接缺陷不超過我們所要求的級別的各項規(guī)定，則焊接過程中焊接缺陷就得到了控制。

規(guī)范對于焊縫的質(zhì)量等級在7.1.1條(P.63)做出了4條規(guī)定。但似乎敘述的不夠清楚，有些術(shù)語也不統(tǒng)一。焊接接頭的基本類型實際上只有5種，如圖2所示：

(a)為對接接頭，(b)為搭接接頭，(c)為T形(十字)接頭，(d)為角接頭，(e) 為端接頭。(f)實際上是 T形接頭，但在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，為了強調(diào)在吊車梁的上翼緣處這種焊縫必須焊透，就另外起了個名字;在GB50205中5.2.5條稱為對接和角對接組合焊縫，在JGJ81-2002中4.3.1條稱為對接與角接組合焊縫，GB50017中7.1.1條的第1小條中稱為T形對接與角接組合焊縫;在第3小條中稱為對接與角接組合焊縫。有三種稱呼，其實還是稱為融透角焊縫比較合適。就我們目前所涉及的設計領(lǐng)域，需要進行疲勞驗算的構(gòu)件，就是吊車梁。因此7.1.1條關(guān)于焊縫的質(zhì)量等級不妨簡敘如下：“起重量大于50t的中級工作制和重級工作制的吊車梁，所有的對接焊縫均應該焊透，其下翼緣的橫向?qū)雍缚p質(zhì)量等級為一級，其余對接焊縫為二級，角焊縫的外觀質(zhì)量等級為二級;腹板與上翼緣的T型接頭焊縫也應焊透，焊腳尺寸詳見圖紙。其它的情況對接焊縫質(zhì)量等級為二級，角焊縫的質(zhì)量等級為三級。”由于角焊縫不能用超聲波探傷，因此最嚴格也只能要求外觀質(zhì)量等級為二級。

在加引弧板施焊的情況下,一,二級對接焊縫均與母材等強，因此其焊縫是不用計算的，有的設計手冊[6]要求：當?shù)踯嚵合乱砭墝雍缚p位于跨中的1/3范圍內(nèi)時，宜采用450~550斜縫對接，這一要求顯然是錯誤的。

對于建筑鋼結(jié)構(gòu)，焊縫質(zhì)量要達到一級標準是很困難的。特別是在采用手工電弧焊且剖口較深的時候，一般的焊工很難做到。新規(guī)范中級工作制的吊車梁對接焊縫下翼緣焊縫質(zhì)量有些偏嚴。

在GB50205中，三個質(zhì)量等級對于焊縫的內(nèi)部缺陷超聲波探傷，外觀質(zhì)量標準及檢驗方法都做了明確的規(guī)定。GB50205規(guī)定：“設計要求全焊透的一，二級焊縫應采用超聲波探傷進行內(nèi)部缺陷的檢驗，焊縫內(nèi)部缺陷分級及探傷方法應符合國家現(xiàn)行標準《鋼焊縫手工超聲波探傷方法及質(zhì)量分級法》GB11345的規(guī)定，對于一級，二級焊縫的探傷結(jié)果應符合表 5.2.4的規(guī)定?！?/p>

一，二級焊縫質(zhì)量等級        表  5.2.4

     焊縫質(zhì)量等級

一級

二級

內(nèi)部缺陷超聲波探傷

  評定等級

Ⅱ

Ⅲ

  檢驗等級

B級                        

B級

探傷比例

100%

20%

在GB11345中檢驗等級分為A，B，C三個級別，評定等級分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ四個級別(注意質(zhì)量等級一,二是漢字,而評定等級是羅馬字)。所謂檢驗等級，說通俗一些，就是檢驗方法。根據(jù)探測方向(取決于探頭角度，探傷側(cè)，探傷面及探頭移動角度等)的多少，分為A，B，C三個級別，它體現(xiàn)了檢驗的完善程度，按A,B,C 逐級提高。其檢驗工作的難度系數(shù)也逐級提高。對于建筑鋼結(jié)構(gòu)以及壓力容器目前我國超聲波探傷的檢驗等級都采用B級。當檢驗方法(即檢驗等級)確定以后，根據(jù)用該種方法檢測出來焊縫中缺陷的情況，對其結(jié)果進行等級分類，就是所謂的評定等級，這個評定等級是用羅馬字符來表示的，質(zhì)量等級和評定等級是兩回事，但經(jīng)常會發(fā)生混淆。還要指出的是對于高爐爐殼、熱風爐爐殼、除塵器外殼及管道外殼的對接焊縫，根據(jù)前冶金部的行業(yè)標準《冶金機械設備安裝工程施工及驗收規(guī)范 煉鐵設備 YBJ208-85》中規(guī)定和實際使用情況，此類焊縫的質(zhì)量等級也可以定為二級。

鋼結(jié)構(gòu)還有一個防銹的問題，正規(guī)的稱呼應該是涂裝，涂裝包括表面除銹和涂刷涂料兩個內(nèi)容?！颁摬谋砻骓氄J真除銹”這樣的說明缺乏具體的標準，應該注明除銹等級Sa2.5,或除銹等級St3。Sa1，Sa2,Sa2.5,Sa3是噴射或拋射(通常說的噴砂只是其中一種)的等級要求，共有4級。手工和動力工具除銹等級只有St2,St3兩種。我國對于除銹等級早已有國家標準《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級 GB8923-88》。噴射除銹不僅除銹徹底，而且能在鋼材表面形成微小的凸凹面，有利于涂料與鋼材的黏結(jié)，大大提高防腐的年限。值得大力推廣。涂料(油漆)的種類很多，可以針對不同的情況，選用不同的系列油漆，設計時還應該給出各層漆膜的厚度和總厚度。一般的室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)用130μm,室外用160μm,如果環(huán)境介質(zhì)的腐蝕性大，厚度要增加。

設計原則

設計原則這一章沒有太多的變化，要注意的是疲勞計算是按承載能力極限狀態(tài)來進行設計的，但計算時用荷載標準值。

計算吊車梁的疲勞和撓度時，取荷載效應最大的一臺吊車計算。

荷載和荷載效應計算

這一節(jié)兩條需注意的內(nèi)容。一是橫向水平力，二是對框架的計算做出了比較詳細的規(guī)定，著重指出對于豎向荷載較大和側(cè)向剛度較小的框架宜按二階彈性分析。

橫向水平力用于計算重級工作制吊車梁及其制動結(jié)構(gòu)的強度、穩(wěn)定性以及連接的強度。此力與最大輪壓有關(guān)，僅作用在輪壓處。而荷載規(guī)范里的橫向水平荷載用于計算框排架，這一荷載與吊車的小車重量及起重量之和有關(guān)，它是等分作用于橋架的兩端。之所以加這一條是原規(guī)定理由不充分且荷載值偏小。

一階彈性分析和二階彈性分析是結(jié)構(gòu)分析中經(jīng)常用到的兩種方法和兩個重要的概念。所謂一階是指不考慮結(jié)構(gòu)的變形對荷載作用的影響，力的平衡是按變形前的桿件軸線建立的，也就是結(jié)構(gòu)力學的方法。而用二階分析時，力的平衡是按變形后的桿件軸線建立的。彈性分析是指假定結(jié)構(gòu)始終處在彈性階段，在計算中變形模量E始終取常量206×103N/mm2。在彈塑性分析中則變形模量E值是變化的。

以一個簡單的例子來說明一階彈性分析和二階彈性分析的區(qū)別。在圖.3中(a)為一階分析的簡圖，(b)為二階分析的簡圖。

按一階分析，柱底A的彎矩M1=Hh

柱頂位移δⅠ=Hh3/(3EI)，位移與P無關(guān)。而按二階分析時，注意力的平衡是建立在變形后的軸線上的。從(b)圖可以得到，柱底A的彎矩M=Pδ+Hh而柱頂位移δⅡ=;式中。可以看出彎矩和位移都有所增加，這也就是常說的所謂應。比較兩種方法，可以看出，按二階分析更接近于實際，但工作量則大大增加且公式中包含了超越函數(shù)。因此規(guī)范中用了“對

>0.1的框架結(jié)構(gòu)宜采用二階彈性分析方法，如果層間位移

，則有，即計算層各柱軸心壓力設計之和是本層及以上各層水平力40倍以上時，宜采用二階彈性分析方法。事實上從圖(b)可以看出P比較大時，二階效應才比較明顯。

當采用二階分析時，考慮到實際框架必然存在著各種缺陷(如初傾斜，殘余應力等)，因此用在柱頂加一個假想水平力，也稱概念力(notional force),來體現(xiàn)缺陷的影響：

是第i層總重力荷載設計值,框架層數(shù),

是鋼材強度影響系數(shù)，對于Q235為1.0;Q345為1.1;Q390為1.2;Q420為1.25。這里要說明一下實際計算時，可以先按一階分析計算，然后根據(jù)

的大小，決定是否采用二階分析，當此值>0.25，宜增加框架剛度重新計算。由于規(guī)范沒有明確H是何種類型值，因此值只能取設計值產(chǎn)生的位移。如果<0.1，則不必考慮用二階分析，當然也就不必加水平力。從實用的角度，最好是增加框架的側(cè)移剛度，免去二階分析的煩瑣?？紤]到二階分析的復雜性，規(guī)范給出了無支撐純框架的近似計算方法。這一方法只需要進行一階計算，然后引入一個放大系數(shù)去乘側(cè)移產(chǎn)生的彎矩，就可以得到比較準確的結(jié)果。其方法在規(guī)范的條文說明(P.166)已經(jīng)清楚地給出。要注意的是用二階分析且加上理想力后，計算穩(wěn)定時各柱的計算長度就取實際長度。另外由于二階分析不是線性分析，其計算出的內(nèi)力是不能迭加的，要求出最大內(nèi)力，只有事先組合荷載才行。

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