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3.1 设计原则


3.1.1 本规范除疲劳计算外,采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,用分项系数设计表达式进行计算。
3.1.2 承重结构应按下列承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计:
1 承载能力极限状态包括:构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载,结构和构件丧失稳定,结构转变为机动体系和结构倾覆。
2 正常使用极限状态包括:影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形,影响正常使用的振动,影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括混凝土裂缝)。
3.1.3 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具体情况另行确定。
3.1.4 按承载能力极限状态设计钢结构时,应考虑荷载效应的基本组合,必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。
按正常使用极限状态设计钢结构时,应考虑荷载效应的标准组合,对钢与混凝土组合梁,尚应考虑准永久组合。
3.1.5 计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时,应采用荷载设计值(荷载标准值乘以荷载分项系数);计算疲劳时,应采用荷载标准值。
3.1.6 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动力系数;在计算疲劳和变形时,动力荷载标准值不乘动力系数。
计算吊车梁或吊车桁架及其制动结构的疲劳和挠度时,吊车荷载应按作用在跨间内荷载效应最大的一台吊车确定。

条文说明

3.1.1 GBJ 17-88规范采用以概率理论为基础的极限状态设计法,其中设计的目标安全度是按可靠指标校准值的平均值上下浮动0.25进行总体控制的(有关设计理论参见全国钢委编《钢结构研究论文报告选集》第二册,李继华、夏正中:钢结构可靠度和概率极限状态设计)。
遵照《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068,本规范继续沿用以概率理论为基础的极限状态设计方法并以应力形式表达的分项系数设计表达式进行设计计算,但设计目标安全度指标不再允许下浮0.25,即设计各种基本构件的目标安全度指标不得低于校准值的平均值。根据《建筑结构荷载规范》GB 50009的修订内容以及现有的可统计资料所做的分析,本规范所涉及的钢结构基本构件的设计目标安全度总体上符合GB 50068要求(详见《土木工程学报》2003第4期,戴国欣等:结构设计荷载组合取值变化及其影响分析)。
关于钢结构连接,试验和理论分析表明,GBJ 17-88采用的转化换算处理方式是合理可行的(参见《建筑结构学报》1993年第6期,戴国欣等:钢结构角焊缝的极限强度及抗力分项系数;《工业建筑》1997年第6期,曾波等:高强度螺栓连接的可靠性评估)。本规范钢结构连接的计算规定满足概率极限状态设计法的要求。
关于钢结构的疲劳计算,由于疲劳极限状态的概念还不够确切,对各种有关因素研究不够,只能沿用过去传统的容许应力设计法,即将过去以应力比概念为基础的疲劳设计改为以应力幅为准的疲劳强度设计。
3.1.2 承载能力极限状态可理解为结构或构件发挥允许的最大承载功能的状态。结构或构件由于塑性变形而使其几何形状发生显著改变,虽未到达最大承载能力,但已彻底不能使用,也属于达到这种极限状态。
正常使用极限状态可理解为结构或构件达到使用功能上允许的某个限值的状态。例如,某些结构必须控制变形、裂缝才能满足使用要求,因为过大的变形会造成房屋内部粉刷层剥落,填充墙和隔断墙开裂,以及屋面积水等后果,过大的裂缝会影响结构的耐久性,同时过大的变形或裂缝也会使人们在心理上产生不安全感觉。
3.1.3 建筑结构安全等级的划分,按《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的规定应符合表1的要求。

表1 建筑结构的安全等级
 建筑结构的安全等级

注:1 对特殊的建筑物,其安全等级应根据具体情况另行确定。
2 对抗震建筑结构,其安全等级应符合国家现行有关规范的规定。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、体育馆和飞机库等的屋盖主要承重结构)的安全等级宜取为一级。
3.1.4 荷载效应的组合原则是根据《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的规定,结合钢结构的特点提出来的。对荷载效应的偶然组合,统一标准只作出原则性的规定,具体的设计表达式及各种系数应符合专门规范的有关规定。对于正常使用极限状态,钢结构一般只考虑荷载效应的标准组合,当有可靠依据和实践经验时,亦可考虑荷载效应的频遇组合。对钢与混凝土组合梁,因需考虑混凝土在长期荷载作用下的蠕变影响,故除应考虑荷载效应的标准组合外,尚应考虑准永久组合(相当于原标准GBJ 68-84的长期效应组合)。
3.1.5 根据《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068,结构或构件的变形属于正常使用极限状态,应采用荷载标准值进行计算;而强度、疲劳和稳定属于承载能力极限状态,在设计表达式中均考虑了荷载分项系数,采用荷载设计值(荷载标准值乘以荷载分项系数)进行计算,但其中疲劳的极限状态设计目前还处在研究阶段,所以仍沿用原规范GBJ 17-88按弹性状态计算的容许应力幅的设计方法,采用荷载标准值进行计算。钢结构的连接强度虽然统计数据有限,尚无法按可靠度进行分析,但已将其容许应力用校准的方法转化为以概率理论为基础的极限状态设计表达式(包括各种抗力分项系数),故采用荷载设计值进行计算。
3.1.6 结构或构件的位移(变形)属于静力计算的范畴,故不应乘动力系数;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,故亦不再乘动力系数。因为动力影响和动力系数是两个不同的概念。
在吊车梁的疲劳计算中只考虑跨间内起重量最大的一台吊车的作用,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吊车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挠度计算由过去习惯上考虑两台吊车改为明确规定按起重量最大的一台吊车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吊车的情况。

 
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【已作废】钢结构设计规范 GB50017-2003
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