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摘要：輕質、抗爭性能突出以及建造速度快等，這是鋼結構比較獨特的優點。尤其相較于混凝土結構，鋼結構相對環保，不會對環境造成過多的污染或是破壞。經濟建設步伐日漸地加速，鋼結構在諸多領域中也開始被運用，同時也引入到不同的發展階段。故此，筆者將對國內外鋼結構不同的設計規范進行分析。

關鍵詞：鋼結構；設計；規范；比較

引言

在建筑領域，鋼結構設計已有較長的應用時間。眾所周知，鋼結構有諸多的優勢。和從前的混凝土、砌體等多種結構相比，其性能相對平穩，質量比較輕且強度偏高，有不錯的抗震性能。施工活動中，從廠房加工到正式裝配，其完整度相對偏好，且精密度也比較高。同時，也能縮短施工進度和減少工期。

1鋼結構分類

鋼結構，大致有輕鋼、設備鋼以及重鋼三種不同的結構。（1）重鋼：①廠房行車起吊重量，25t以上；單位平米用鋼量：≥50kg/m2。石化廠房設施、電廠廠房或是軋鋼煉鋼車間等，同時也適用于高層以及超高層鋼結構。（2）輕鋼：承重結構基本上是實腹門式剛架，輕型屋面或是外墻，沒有吊車或是吊車起重量＜20t；工作級別在中輕級以下的鋼結構建筑。（3）設備鋼結構，即大型設備內部的鋼結構部分。下列結構，均能劃入到設備鋼結構的基本范疇：架橋機、NN2機、起重機以及大型設備支架。它們對精密性或是材質均有比較嚴格的要求，屬于典型的精密鋼結構。針對成套設備，其受力部分最為突出，且功能上有不錯的結構性作用。

2鋼結構的適用范圍

根據種種優勢，鋼結構大多適用于跨度、高度、荷載以及動力作用相對偏大的工程結構。譬如說：廠房內部的承重骨架或是吊車梁；大跨度屋蓋或是建筑骨架，同時還包含大跨度橋梁等等。此外，起重機或是桅桿結構以及石油化工設備自身的框架等，同樣也有所運用。各種臨時性展覽館、混凝土模板或是建筑工地用房等，也經常可以看到。輕型鋼結構，則對跨度相對偏小的輕屋面或是自動化高架倉庫比較合適。容器、爐體結構或是大直徑管道等，其材料均為常用鋼材。

3國內外鋼結構設計規范的比較

3.1構件的局部穩定性要求規范對比針

對受壓構件，兩國規范對其局部穩定提出了不同的計算公式。中國規范，僅僅是對多種不同的截面設定了寬厚比限值。而美國規范，根據寬厚比限值有效地對截面進行區分：一類為厚實截面，二類為非厚實截面，三類為柔薄截面。屈曲分析中，對各個截面也有具體的極限狀態，如彎曲、彎扭或是翼緣局部屈曲等等。對于柔薄截面加勁或是未加勁構件，需根據截面應力或是有效面積來對極限強度進行折減。

3.2軸心受拉和受壓強度計算規范對比

中美規范中，對受拉構件進行設計時均分析了凈截面斷裂以及毛截面屈服這2種不同的極限狀態。同時，也牽扯到了凈截面效率。不過，美國規范有關凈截面或是凈截面效率所作的規定則相對要詳細的多。美國AISC360-05規范，設計了栓銷連接或是眼桿構件，同時也對塊狀撕裂作出明確的規定。但在國內，并沒有相應的規定。

3.3實腹式軸心受壓構件的穩定性計算規范對比

除彎曲或是扭轉屈曲之外，軸心壓桿在某些情況下可能同時出現彎曲或是扭轉這兩種不同的失穩形式，也就是彎扭屈曲。實腹式軸心，在受壓構件繞非對稱軸失穩的情況下將會出現彎曲屈曲。不過，對稱軸失穩的情況下則會出現彎扭失穩。彎扭失穩狀態下的臨界力，往往要比彎曲失穩更低。無對稱軸截面的那種軸心，若是受壓構件繞主軸發生失穩，則會出現彎扭屈曲。不過，該種構件沒有很好的承載力，通常不考慮。根據中國鋼結構規范GB50017以及美國AISC360，對受壓構件給出了相似的驗算方法，均將彎曲屈曲或是彎扭屈曲等幾種常見的極限狀態考慮其中。GB50017前版規范，未將彎扭屈曲納入其中。相反，將它錄入到c類截面中。如此，便出現了各種危險。軸心壓桿對應的扭轉屈曲，設計規范中并未給出具體的規定，其控制難度偏小。例如：十字形截面盡管可以扭轉屈曲，不過只要保證板件的局部穩定，便很少會出現扭轉屈曲。彎扭屈曲，比較常見的計算方法在于根據彈性條件對其進行轉化，使其變成彎曲屈曲。根據彎曲屈曲，分析非彈性、缺陷帶來的干擾。規范GB50017中的5.1.2條，關于單軸對稱截面給出了具體的換算長。除上述外，等邊單角或是雙角鋼壓桿同樣也對換算長細比進行了簡化，規范5.1.2條中均有所涉及。換算長細比，根據構件截面進行劃分，并對穩定系數作出判定，計算出構件穩定。根據截面對稱軸條件或是是否柔薄截面（SlenderElements）等，可以對構件不同的極限狀態作出計算，取其最小值。同時，需對單角鋼或是組合構件提出恰當的計算公式，計算出標準抗壓強度P（NominalCompressiveStrength。根據P≤準cPn或是pn/Ωc，依次設計出LRFD或是ASD方法。區別于中國規范中的穩定系數或是a-d類截面劃分等，AISC360規范設計相當的直觀。美國規范，同時也將局部屈曲所處的極限狀態納入其中，但中國規范則缺乏這塊。

3.4受彎構件設計規范對比

中國規范GB50017中，認為構件受彎承載力相當于穩定或是強度明確的承載力。GB50017通過精確法來對受彎構件本身的穩定進行計算，接近于軸心受壓，準b=Mα/（wxf）代表了彈性失穩的穩定系數。按照實驗結果，可以對等效殘余應力及其峰值進行計算，得到不同狀態下的彈塑性Mcr值以及準b值。同時，構建彈性準b以及彈塑性試關系，讓計算公式變得更加適用。AISC360-O5明確了構件受彎承載加寸，其抗彎強度為準bMn（準b=0.9）；彎曲強度標準值M-，根據各個截面以及側向支撐條件進行考慮，選取屈服強度、局部曲直強度以及水平扭轉屈曲對應的最小值。除了對整體穩定進行驗算之外，我們還應當對非厚實截面以及柔薄截面翼緣或是局部屈曲進行驗算。GB50017雙向受彎構件以及ASNSI/AISC360-OS，均被納入壓彎或是拉彎構件來完成驗算，單獨對雙向受彎構件進行驗算是不存在的。梁強度，我們考慮了截面塑性發展系數，卻沒有考慮塑性截面模量。這么做，是為防止梁在各個純彎曲段發生大量的變形。不過，梁整體穩定并無塑性發展系數，長細比偏小的范圍相對偏低。

3.5實腹式壓彎構件設計規范對比

GB50017規范，針對彎矩在拉彎或是壓彎構件對應的強度提出了不同的計算式。對稱軸平面上，實腹式壓彎構件各自的平面內以及平面外穩定性相應的計算式；彎矩作用下，雙軸對稱實腹式工字形（H形）以及箱形（閉口）截面各自穩定性所得到的計算式。2個雙向壓彎公式，均能夠看作是My讓構件繞x軸彎扭+MX繞x軸產生的彎曲作用；MX，讓構件繞Y軸彎扭+腸繞Y軸產生的彎曲作用。GB50017利用截面塑性發展系數YX臉，呈現出了各個截面在強度上的不同。塑性發展系數數值，很多情況下和截面形式以及塑性發展深度或是應力狀態之間有很大的相關。AISC360-OS規范中，按照截面不同的形式選擇了多元化的計算式。AISC360-OS除了計算出了雙軸對稱構件自身在單向或是雙向彎壓作用外，同時也對非對稱截面產生的彎壓進行計算，對扭矩或是彎扭剪組合作用做了計算。中國規范GB50017在其中的第5.2節，并未作出任何的說明。美國規范AISC360中說道：在單向彎壓作用下，若繞弱軸發生彎曲，則公式內部的彎矩比部分均可不考慮。而中國規范GB50017，卻并未對此給出相應的計算說明。單向壓彎構件，基本上都是繞強軸彎曲。不過，繞弱軸彎曲同樣也有這種可能。從前，有人覺得繞弱軸受彎便可看作是彎曲屈曲。部分規范中，對壓彎構件強度進行了設計。針對板件寬厚比，中國規范也沒有給出明確的構件要求，而是選擇安全性較大的線性相關公式。而美國規范，引入了軸向力、彎矩各自的作用，這和現實情況更匹配。

4結語

通過上文的介紹，對國內外鋼結構兩種不同的設計規范有更多的了解。考慮到能力和工作條件的約束，本文對兩種設計規范所做的對比并不是非常深刻。論述時，難免可能出現不成熟的觀點。要緩解上述，應當結合不同行業的人員給出的看法和建議。同時，從業者們應當根據個人實踐，對鋼結構設計加以改善，為建筑業的發展作出更多的貢獻。

參考文獻

[1]楊永華.中歐鋼結構設計規范格構柱承載力比較[J].鋼結構，2015，08.

[2]左中杰，李雪琛，翟傳明，賈磊.淺談鋼結構加勁肋設計國內外規范對比[J].建筑結構，2016，S1.

作者：李志慧 單位：天津大成國際工程有限公司