钢结构设计禁忌手册.pdf
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对一般工业与民用建筑钢结构,按我国已建成的房屋,用概率设计方法分析的结果, 安全等级多为二级,但对跨度等于或大于60m的大跨度结构(如大会堂、体育馆和飞机 军等屋盖主要承重结构)的安全等级宜取为一级。 【措施】 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应取为二级,其他特殊建筑钢结构的安全等级 应根据情况另行确定。
4按承载能力极限状态设计钢结构时,没有考虑荷载效应的基本组
路灯标准o (YSGk +YQ SQk +ZYQpeSok)<≤R(Yr, fk,ak,.) Yo (Ye Sc + ZYopaSak )≤ R(YR, fkak,.)
(YSG+ZYQSQk)≤R(R,feak,.
式中一简化设计表达式中采用的荷载组合值系数;一般情况下可取 有一个可变荷载时,取一1.0; c一一永久荷载分项系数,当其效应对结构不利时,对由可变荷载效应控制的组合
式中S一变形、裂缝等作用效应的设计值; C一设计对变形、振幅、加速度、应力和裂缝等规定的相应限值。 变形、裂缝等作用效应的设计值S.应符合下列规定:
Sa = Sck + Sq1k + ZyaSQik Sa = Sc +yn Saik + ZyeSon Sa = Sck + LduSok
禁忌6对于直接承受动力荷载的结构,没有按规定计算
【分析】 结构或构件的位移(变形)属于静力计算的范畴,故不应乘以动力系数;而疲劳计算 中采用的计算数据多半是根据实测应力或通过疲劳试验所得,已包含了荷载的动力影响, 故亦不再乘以动力系数。因为动力影响和动力系数是两个不同的概念。 【措施】 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以动力 系数:在计算疲劳和变形时,动力荷载标准值不乘以动力系数。
【分析】 在吊车梁的疲劳计算中只考虑跨间内起重量最大的一台起重机的作用,是因为根据大 量的实测资料统计,实际运行中吊车梁的最大等效应力幅常低于设计中按起重量最大的一 台起重机满载和处于最不利位置时算得的最大计算应力幅。 将吊车梁及吊车桁架的挑度计算由过去习惯上考虑两台起重机改为明确规定按起重量 最大的一台起重机进行计算的原则符合正常使用的概念,并和国外大多数国家相同,亦满 足了跨间内只有一台起重机的情况。 【措施】 计算吊车梁或吊车桁架及其制动结构的疲劳和挠度时,吊车梁荷载应按作用在跨间内 荷载效应最大的一台起重机确定。
【分析】 结构重要性系数%应按结构构件的安全等级、设计工作寿命并考虑工程经验
禁忌9计算重级工作制吊车梁及其制动结构的强度、稳定性以及连接的强度
由重级工作制起重机在行驶时摆动引起的横向水平力俗称卡轨力荷载规范中规定日 置向水平荷载是小车起动或制动时产生的,过去曾称横向制动力。而卡轨力则是日
成正比的,所以可认为卡轨力与最大垂直轮压Pmx成正比。据此,卡轨力的表达
【施】 计算重级工作制吊车梁(或吊车架)及其制动结构的强度、稳定性以及连接(吊车 梁或吊车桁架、制动结构、柱相互间的连接)的强度时,应考虑由于起重机摆动引起的横 向水平力(此水平力不与荷载规范规定的横向水平荷载同时考虑),作用于每个轮压处的 比水平力标准值可中下式计算,
H,= aPk.ns!
式中Pk.mx 起重机最大轮压标准值; α一一系数,对一般软钩起重机,α=0.1,抓斗或磁盘起重机宜采用α=0.15, 硬钩起重机宜采用α=0.2。 注:现行国家标准《起重机设计规范》(GB/T3811一1983)将起重机工作级别划分为A1~A8级。 在一般情况下,&钢结构设计规范》(GB50017一2003)中的轻级工作制相当于A1~A3级;中级工作制 相当于A4、A5级:重级工作制相当于A6~A8级,其中A8属于特重级
忌10梁与柱连接不符合相关规定
禁忌11钢材、铸钢件的强度设计值未按规定采用
12:钢结构设计禁忌手册(续)材料的连接种类应力种类换算关系Q235钢fe=fu/1.15钢材端面承压(刨平顶紧)Q345钢、Q390钢、Q420钢fα=fu/1.175抗拉、抗压和抗弯f=0.78f,钢铸件抗剪f,=f/V/3端面承压(创平顶紧)f=0.65e焊缝质量为一级、二级f=f抗拉焊缝质量为三级Fy=0.85g对接焊缝抗压fy=f焊缝抗剪fV=fvQ235钢=0.38w角焊缝抗拉、抗压和抗弯Q345钢、Q390钢、Q420钢fm0.41fwI类孔ft=0.55.ft抗剪Ⅱ类孔ft=0.46f铆钉连接I类孔ft=1.20.f.承压Ⅱ类孔f0.98fu拉脱Jl=0.36ft=0.42f(5.6级抗拉=0.50(8.8级)A级、B级螺栓=0.38(5.6级)抗剪=0.40(8.8级)普通螺旋娜承压fb=1.08fu检抗拉ff=0.42f连C级螺栓抗剪ft=0.35f接承压f1=0.82fa抗拉fh=0.48f高强度螺栓承压型连接抗剪=0. 30f承压Fl=1.26fc错栓抗拉ft=0.38Jb注:了,为钢材或铸钢件的届服点;f为钢材或钢件的最小抗拉强度;为铆钉钢的抗拉强度;为螺栓的抗拉强度(对普通螺栓指公称抗拉强度,对高强度螺栓为最小抗拉强度),为熔敷金属的抗拉强度。2)抗剪强度设计值取f、=f//3=0.58f。3)端面承压(刨平顶紧)强度设计值(f)先是端面承压容许应力Loa]与抗拉、抗压容许应力[o]】的比值转换而得。如厚度长16mm的Q235钢,[om]/a]=2550/1700=1.5进行换算,对Q235钢f=1.5f=1.5×215=322.5N/mm,取fc=325N/mm,按理,端面承压是验算部件极短部分的强度,其强度设计值允许超过屈服强度,故应取决于钢材的抗拉强度值f,取
指让算点的钢材愿度,对轴心受拉和辅心受压构件验
禁忌12连接的强度设计值未按规定采用
承压强度设计值,GB171988 Lo
【单位:N/mm”】
【单位:N/mm”】
自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂,应保证其熔敷金属的力学性能不低于现行国家标准埋弧焊用碳 钢焊丝和焊剂》(GB/T5293—1999)和埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂(GB/T12470—2003)中相关的
度小于8mm钢材的对接焊缝,不应采用超声波探伤确定焊缝质量等级。 3.对接烘缝在受压区的抗弯强度设计值,了,在受拉区的抗弯强度设计值了”。 4.表中厚度系指计算点的钢材厚度,对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板作的厚度
注;1.A级螺栓用于d≤24mm和/≤10d或/≤150mm(按较小值)的螺栓;B级螺栓用于d>24mm或l>10d 或/>150mm(按较小值)的螺栓。d为公称直径,1为螺杆公称长度。 2.A、B级螺栓孔的精度和孔壁表面粗糙度,C级螺栓孔的允许偏差和孔壁表面相度,均应符合现行国家 标准钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2001)的要求。
A级螺栓用于d≤24mm和l≤10d或1≤150mm(接较小值)的螺栓;B级螺栓用于d>24mm或>10 或/>150mm(按较小值)的螺栓。d为公称直径,1为螺杆公称长度。 A、B级螺栓孔的精度和孔壁表面粗植度,C级螺栓孔的允许偏差和孔壁表面粗糙度,均应符合现行国家 标准钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205一2001)的要求
【单位:N/mm)
1)在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔, 2)在单个零件和构件上按设计孔径分别用钻模钻成的孔 3)在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径,然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径的孔 2.在单个零件上一次冲成或不用钻模成设计孔径的孔属于Ⅱ类孔
1)在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔。 2)在单个零件和构件上按设计孔径分别用钻模钻成的孔 3》在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径,然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径的孔 2.在单个零件上一次冲成或不用钻模成设计孔径的孔属于Ⅱ类孔,
禁忌13对于一些工作处于不利条件的结构构件和连接,强度设计值没有乘
【分析】 前述所规定的强度设计值是结构处于正常工作情况下求得的,对一些工作情况处于不 利的结构构件或连接,其强度设计值应乘以相应的折减系数,兹说明如下: 1)单面连接的受压单角钢稳定性。实际上,单面连接的受压单角钢是双向压弯的构 件。为计算简便起见,习惯上将其作为轴心受压来计算,并用折减系数以考虑双向压弯的
面连接单角钢压杆强度设计值折减系数与理论值
2)无垫板的单面施焊对接焊缝。一般对接焊缝都要求两面施焊或单面施焊后再补焊 根。若受条件限制只能单面施焊,则应将坡口处留足间隙并加垫板(对钢管的环形对接焊 缝则加垫环)才容易保证焊满焊件的全厚度。当单面施焊不加垫板时,焊缝将不能保证焊 满,其强度设计值应乘以折减系数0.85。 3)施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接。当安装的连接部位离开地面或楼面较 高,而施工时又没有临时的平台或吊框设施等,施工条件较差,焊缝和钉连接的质量难 以保证,故其强度设计值需乘以折减系数0.90。 4)沉头和半沉头铆钉连接。沉头和半沉头铆钉与半圆头铆钉相比,其承载力较低, 特别是其抵抗拉脱时的承载力较低,因而其强度设计值要乘以折减系数0.80
计算下列情况的结构构件或连接时,前述规定的强度设计值应乘以相应的折减系数。 1)单面连接的单角钢 ①按轴心受力计算强度和连接乘以系数0.85。 ②按轴心受压计算稳定性: 等边角钢乘以系数0.6十0.0015入,但不大于1.0。 短边相连的不等边角钢乘以系数0.5十0.0025入,但不大于1.0。 长边相连的不等边角钢乘以系数0.70。 入为长细比,对中间无联系的单角钢压杆,应按最小回转半径计算,当入<20时,取 入20。 2)无垫板的单面施焊对接焊缝乘以系数0.85。 3)施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接乘以系数0.90。 4)沉头和半沉头铆钉连接乘以系数0.80。 注:当几种情况同时存在时,其折减系数应连乘,
计时未对结构或构件的变形规定相
2受弯构件挠度容许值
注:1.!为受弯构件的跨度(对悬臂和伸臀梁为悬伸长度的2倍), 2.【呼]为永久和可变荷载标准值产生的挠度(如有起拱应减去拱度)的容许值 [。]为可变荷载标准值产生的挠度的容许值。
注:1.1为受弯构件的爵度(对悬臀梁和伸臀梁为慰伸长度的2倍) 2.【呼为永久和可变荷载标准值产生的挠度(如有起拱应减去拱度)的容许值 [。】为可变荷载标准值产生的提度的容许值。
2.计算厂房或露天栈桥柱的纵向位移时,可假定起重机的纵向水平制动力分配在温度区段内所有柱间支择或 纵向框架上。 3.在设有A8级起重机的厂房中,厂房柱的水平位移容许值宜减小10%。 4在设有A6级起重机的厂房注的级向位称富符合表中的要求。
有选用合适的钢材牌号和性能,导致
【分门】 防止脆性破坏的问题,对钢结构来说是十分重要的,过去在这方面不够明确。脆性破 坏与结构形式、环境温度、应力特征、钢材厚度以及钢材性能等因素有密切关系。 【措施】 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏,应根据结构的重要 性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑, 选用合适的钢材牌号和性能。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢,其成分含量应分别 符合现行国家标准《碳素结构钢》(GB/T700一2006)和《低合金高强度结构钢》(GB/T 1591一1994)的规定。当采用其他牌号的钢材时,尚应符合相应有关标准的规定和要求。
禁忌3承重结构采用的钢材不合格
【分析】 承重结构的钢材应具有力学性能和化学成分等合格保证的项目,分述如下: 1.抗拉强度 钢材的抗拉强度是衡量钢材抵抗拉断性能的指标,它不仅是一般强度的指
接反映钢材内部组织的优劣,并与疲劳强度有着比较密切的关系。 2.断后伸长率 钢材的断后伸长率是衡量钢材塑性性能的指标。钢材的塑性是在外力作用下产生永久 变形时抵抗断裂的能力。因此,承重结构用的钢材,不论在静力荷载或动力荷载作用下, 以及在加工制作过程中,除了应具有较高的强度外,尚应要求具有足够的断后伸长率。 3.屈服强度(或屈服点) 钢材的服强度(或届服点)是衡量结构的承载能力和确定强度设计值的重要指标。 碳索结构钢和低合金结构钢在受力到达屈服强度(或屈服点)以后,应变急剧增长,从而 使结构的变形迅速增加以致不能继续使用。所以钢结构的强度设计值一般都是以钢材屈服 强度(或屈服点)为依据而确定的。对于一般非承重或由构造决定的构件,只要保证钢材 的抗拉强度和断后伸长率即能满足要求;对于承重的结构则必须具有钢材的抗拉强度、断 后伸长率、屈服强度(或屈服点)三项合格的保证。 4.冷弯试验 钢材的冷弯试验是塑性指标之一,同时也是衡量钢材质量的一个综合性指标。通过冷 弯试验,可以检验钢材颗粒组织、结晶情况和非金属夹杂物分布等缺陷,在一定程度上也 是鉴定焊接性能的一个指标。结构在制作、安装过程中要进行冷加工,尤其是焊接结构焊 后变形的调直等工序,都需要钢材有较好的冷弯性能。面非焊接的重要结构(如吊车梁、 吊车桁架、有振动设备或有大吨位起重机厂房的屋架、托架,大跨度重型架等)以及需 要弯曲成形的构件等,也都要求具有冷弯试验合格的保证。 5.硫、磷含量 硫、磷都是建筑钢材中的主要杂质,对钢材的力学性能和焊接接头的裂纹敏感性都有 较大影响。硫能生成易于熔化的硫化铁,当热加工或焊接的温度达到800~1200℃时,可 能出现裂纹,称为热脆;硫化铁又能形成夹杂物,不仅促使钢材起层,还会引起应力集 中,降低钢材的塑性和冲击韧度。硫又是钢中偏析最严重的杂质之一,偏析程度越大越不 利。磷是以固溶体的形式溶解于铁素体中,这种固溶体很脆,加以磷的偏析比硫更严重: 形成的富磷区促使钢变脆(冷脆),降低钢的塑性、韧性及焊接性。因此,所有承重结构 对硫、磷的含量均应有合格保证。 6.碳含量 在焊接结构中,建筑钢的焊接性能主要取决于碳含量,碳的质量分数宜控制在 0.12%~0.2%之间,超出该范围的幅度愈多,焊接性能变差的程度愈大。因此,对焊接 承重结构尚应具有碳含量的合格保证。 【措施】 承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、断后伸长率、屈服强度和硫、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。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。
禁忌4对于需要验算疲劳的结构钢材,未具有常温冲击韧度的合格1
【分析】 冲击韧度是衡量钢材断裂时所做功的指标,其值随金属组织和结晶状
涂料标准规范范本禁忌5铸钢件采用的铸钢材质不符合相关规定
禁忌6当煌接承重结构采用Z向钢时,其材质不付合相大规定
【分析】 在钢结构制造中,由于钢材质量和焊接构造等原因,厚板容易出现层状撕裂,这对沿 享度方向受拉的接头来说是很不利的。为此,需要采用厚度方向性能钢板。 当采用厚度t40mm的钢材时,为避免焊接时产生层状撕裂,常需采用抗层状撕裂 的钢材,称为“Z向钢”。 钢板在三个方向的力学性能是有差别的:沿轧制方向性能最好;垂直于轧制方向的性 能稍差;沿厚度方向性能则又次之。用一般质量的钢轧成的钢材,尤其是厚钢板,局部性 的分层现象往往难于避免。分层主要来源于钢中的硫、磷偏析和非金属夹杂等缺陷,而这
【分析】 在钢结构制造中,由于钢材质量和焊接构造等原因,厚板容易出现层状撕裂,这对沿 厚度方向受拉的接头来说是很不利的。为此,需要采用厚度方向性能钢板。 当采用厚度t40mm的钢材时,为避免焊接时产生层状撕裂,常需采用抗层状撕裂 的钢材,称为“Z向钢”。 钢板在三个方向的力学性能是有差别的:沿轧制方向性能最好;垂直于轧制方向的性 能稍差;沿厚度方向性能则又次之。用一般质量的钢轧成的钢材,尤其是厚钢板,局部性 的分层现象往往难于避免。分层主要来源于钢中的硫、磷偏析和非金属夹杂等缺陷,而这
种缺陷在钢锭头部比底部严重,因此,轧制钢材来自钢锭头部部分的夹层较多。对于重要 的结构,一要对钢材进行探伤检查,限制局部分层部位和面积;二是避免在分层处焊接, 以免垂直于板面的焊缝收缩应力使钢板开裂:三是设计时要避免垂直于板面受拉。在某些
当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时布线标准,其材质应符合现行国家标 准(GB/T5313一1985)《厚度方向性能钢板》的规定。 我国建筑抗震设计规范和建筑钢结构焊接技术规程中均规定厚度大于40mm时应采 用厚度方向性能钢板。
禁忌7焊条电弧焊焊接采用的焊条,不符合相关规定
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