鋼結(jié)構(gòu)計算公式
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)采用其他牌號的鋼材時,尚應(yīng)符合相應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求。對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、伸長率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證,對焊接結(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)具有冷彎試驗的合格保證。
對于需要驗算疲勞的焊接結(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,Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0℃C沖擊韌性的合格保證;對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,對Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有-20℃沖擊韌性的合格保證;對Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有-40℃沖擊韌性的合格保證。
對于需要驗算疲勞的非焊接結(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,對Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0℃沖擊韌性的合格保證;對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,其材質(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(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)計值(材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值除以抗力分項系數(shù)),應(yīng)根據(jù)鋼材厚度或直徑按表1采用。鋼鑄件的強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)按表2采用。連接的強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)按表3~5采用。
鋼材的強(qiáng)度設(shè)計值(N/mm2) 表1
注:表中厚度系指計算點(diǎn)的鋼材厚度,對軸心受力構(gòu)件系指截面中較厚板件的厚度。
鋼鑄件的強(qiáng)度設(shè)計值(N/mm2) 表2
焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值(N/mm2) 表3
注:1.自動焊和半自動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)量等級應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50205的規(guī)定。其中厚度小于8mm鋼材的對接焊縫,不宜用超聲波探傷確定焊縫質(zhì)量等級;
3.對接焊縫抗彎受壓區(qū)強(qiáng)度設(shè)計值取fcw,抗彎受拉區(qū)強(qiáng)度設(shè)計值取ftw。
螺栓連接的強(qiáng)度設(shè)計值(N/mm2) 表4
注:1.A級螺栓用于d≤24mm和l≤10d或l≤150mm(按較小值)的螺栓;B級螺栓用于d>24mm或l>10d或l>150mm(按較小值)的螺栓。d為公稱直徑,l為螺桿公稱長度;
2.A、B級螺栓孔的精度和孔壁表面粗糙度,C級螺栓孔的允許偏差和孔壁表面粗糙度,均應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50205的要求。
鉚釘連接的強(qiáng)度設(shè)計值(N/mm2) 表5
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)計孔徑鉆成的孔;
2)在單個零件和構(gòu)件上按設(shè)計孔徑分別用鉆模鉆成的孔;
3)在單個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)計孔徑的孔。
2.在單個零件上一次沖成或不用鉆模鉆成設(shè)計孔徑的孔屬于II類孔。
計算下列情況的結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接時,上述強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)乘以相應(yīng)的折減系數(shù):
1.單面連接的單角鋼
1)按軸心受力計算強(qiáng)度和連接0.85;
2)按軸心受壓計算穩(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;
長邊相連的不等邊角鋼0.70;
幾為長細(xì)比,對中間無連接的單角鋼壓桿,應(yīng)按最小回轉(zhuǎn)半徑計算,當(dāng)δ<20時,取δ=20;
2.無墊板的單面施焊對接焊縫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)幾種情況同時存在時,其折減系數(shù)應(yīng)連乘。
鋼材和鋼鑄件的物理性能指標(biāo) 表6
吊車梁、樓蓋梁、屋蓋梁、工作平臺梁以及墻架構(gòu)件的撓度不宜超過表7所列的容許值。
受彎構(gòu)件撓度允許值 表7
注:1.l為受彎構(gòu)件的跨度(對懸臂梁和伸臂梁為懸伸長度的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位移不宜超過下列數(shù)值。
1.無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),層間相對位移宜適當(dāng)減小。無墻壁的多層框架結(jié)構(gòu),層間相對位移可適當(dāng)放寬。
2.對輕型框架結(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算長度l0 表8
注:1.l為構(gòu)件的幾何長度(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.無節(jié)點(diǎn)板的腹桿計算長度在任意平面內(nèi)均取其等于幾何長度(鋼管結(jié)構(gòu)除外)。
受拉構(gòu)件的允許長細(xì)比 表9
注:1.承受靜力荷載的結(jié)構(gòu)中,可僅計算受拉構(gòu)件在豎向平面內(nèi)的長細(xì)比。
2.在直接或間接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中,單角鋼受拉構(gòu)件長細(xì)比的計算方法與表10注2相同。
3.中、重級工作制吊車桁架下弦桿的長細(xì)比不宜超過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項除外)的長細(xì)比不宜超過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,其長細(xì)比不宜超過250。
6.跨度等于或大于60m的桁架,其受拉弦桿和腹桿的長細(xì)比不宜超過300(承受靜力荷載或間接承受動力荷載)或250(直接承受動力荷載)。
受壓構(gòu)件的允許長細(xì)比 表10
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,允許長細(xì)比值可取為200。
2.計算單角鋼受壓構(gòu)件的長細(xì)比時,應(yīng)采用角鋼的最小回轉(zhuǎn)半徑,但在計算交叉桿件平面外的長細(xì)比時,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力荷載)或120(直接承受動力荷載)。
單層廠房階形柱計算長度的折減系數(shù) 表11
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12。一個高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力見表13。
摩擦面的抗滑移系數(shù)μ 表12
一個高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P(kN) 表13
螺栓或鉚釘?shù)淖畲蟆⒆钚≡试S距離 表14
注:1.d0為螺栓或鉚釘?shù)目讖?,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。