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薛 苏泉 中美钢结构规范轴心受压构件安全度分析 6 7 中美钢 结构规范轴心受压构件安全度分 析 薛苏泉 上海核工程研究设计院 ． 上海2 0 0 2 3 3 【 摘要】 本文， 对中国G B 5 0 0 1 7 2 0 o 3 钢结构设计规范 和美国钢结构设计规范 J s C 3 6 o 一 0 5中的 L R F D 一 2 0 0 5以及 A S D 8 9三本规范中有关钢结构轴心受压构件的设计进行了对比， 并对两者差异性进行了分析， 得出包 络设计方法， 为工程设计及研究人员提供了参考。 【 关键词】 受压构件 ； 中美规范； 计算长度系数 ； 抗压强度 【 中图分类号】 T U 3 8 9 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 { 2 0 1 3 0 6 0 0 6 7 0 3 随着我国经济实力的提升 ， 钢结构在工业、 民用建筑中 得到了广泛的应用， 而美国钢结构规范作为世界上主流的 钢结构规范， 也越来越多的应用到在华涉外的工程中， 因 此 ， 为 了在设计 中同时满足 中美钢 结构规 范的要求 ， 中美 钢 结构规范的对比显得尤为重要。本文对 中美规范轴心受压 构件的设计方法进行了比较， 得到包络设计方法， 为工程设 计及研究人员提供了参考。 1 中美钢 结构 设计规范概 述 美国钢结构协会 J s c 针对钢结构设计主要有两部规 范， 一部是容许应力法设 计规程“ S p e c i fi c a t i o n f o r S e t u r e S t e e l B u i l d i n g A l l o w a b l e S t r e s s D e s i g n a n d P l a s ti c De s i gn A S D 8 9 ” ； 另一部是荷载与抗力分项系数法设计规程“ L o a d and R e s i s t a n c e F a c t o r D e s i gn S p e c i fic a t i o n f o r S t r u c t u ral S t e e l B u i l di n g s L R F D一 2 o o 5 ” 。前者是基于一种安全系数的设 计方法， 后者采用了基于概率的设计方法和可靠度理论， 并考 虑了钢材强度的塑性发展。中国钢结构规范 G B S 0 0 1 7 2 O O 3 也是采用基于概率论和可靠度理论的设计方法。 2 安全度 分析 为方便中美规范的对 比分析 ， 现作如下假定 ①材料均 使用 Q 2 3 5钢材 ； ②构件抗力计算中均不考虑截面削弱； ③ G B 5 0 0 1 7 轴压构件的稳定系数按 b 类截面； ④钢材弹性模量 E 2 ． 0 61 0 N ／ 咖 ； ⑤构件截面厚度 1 6 ra m。 将 G B 5 0 0 1 7 、 L R F D一 2 0 0 5 、 A S D 8 9的抗压强度计算公式 0 ．9 4 0 ．9 2 0 ． 9 0 O．8 8 0-8 6 、 ＼ -●‘● ● _ ● ● ●●● ●● _ 5 l O l 5 0．9 4 0 ．9 2詈 0 ． 9 0 6 0 ． 8 8 _ 自 _ 0 ． 8 6 中的字母表示统一为 长细比 ， 轴压设计值 Ⅳ， 受压构件截 面积 A， 并引入抗压强度设计值相对于钢材屈服强度的折减 系数。令 C ／ , it 2 E ， 则各规范的抗压公式可改写为 形如 N ／ A≤ 的公式， 其中 为 的函数。对于 Q 2 3 5钢 材， 可计算得到 C0 ． 0 1 0 r 7 5 。 2 ． 1 G B 5 0 0 1 7与 L R F D一2 0 0 5 中美规范中的轴压强度均与构件的长细比有关 ， 根据 公式的适用情况， 按照长细 比的大小分成三段进行 比较， 分 另 Ⅱ 是 0 ≤A≤O ． 2 1 5 ／ C、 0 ． 2 1 5 ／ CA≤1 ． 5 ／ C和 1 ． 5 ／ CA 3 ／ C 。同时， 由于中美规范的荷载组合不同， 需将荷载组合 效应考虑 到抗压应力 中。根据 国标 G B 5 0 0 1 7荷载组 合 1 ． 2 D k 1 ． 4 h , 与美标 L R F D一2 0 0 5荷载组合 1 ． 2 D k 1 ． 6 ， 可以看出， 活载与恒载的比值越大， 其组合值的比 值越趋近 1 ． 4 ／ 1 ． 6 o ． 8 7 5 ， 并且通过计算， 可得到表 1 。 表 1 荷载组合折减系数 由于在实际工程中， ／ 1 0时可涵盖绝大多数情 况， 因此取荷载折减为 0 ． 8 8 4作为上限， 此时可得到图1 。 _ I ＼ ． ． ． l 00 O．8 0．6 0-4 O．2 葛 0 3 量 O 4 o ． 3 2 0 ．2 O ． 1 0 图1 G B 5 0 0 1 7 与L R F D一 2 0 0 5 强度系数 比较图 折减系l t o ． 8 8 4 从图 1可看出， 当 ／ Dk 1 0时， 长细比在 6 0～1 8 0区 间内， 采用 G B 5 0 0 1 7进行设计安全度更高。 在考虑荷载折减 系数为 0 ． 9 5 ， 即 I , I D k0 ． 5时， 可得到 图2 。从 图 2可看 。 l 5 O 2 0 0 25 O 0 ．4 o ．3 O．2 0 ． 1 0 葛 o g 出， 当 L L ／ D k 0 ． 5时， 在长细 比全 区段均为采用 G B S 0 0 1 7 设计安全度更高。同样， 可得出 ／ 为 2 、 3 、 5的曲线图 本文略 。从这些图中， 可以得到如下结论， 见表 2 。 低温建筑技术 2 0 1 3年第 6期 总第 1 8 0期 0．9 4 0．9 2 i 0 ．9 0 嚆 O ．8 8 0 ． 8 6 二 、 、 、 5 l O 1 5 0 ． 9 4 0．9 2 d 0 ．9 0 6 0 ． 8 8 嘻 O ． 8 6 0．8 S 0 ．6 o ． 4 0 ． 2 l I 、 、 ． 1 、 、 二 O．8 O ．6 0 ． 4 O ． 2 d v- 已 曼 嘻 O 4 ，、 0 ． 3 6 o‘ 0． 1 O e g 5 O 1 0 o 1 5 0 2 0 0 2 5 0 图2 G B 5 0 0 1 7 与L R F D 一 2 0 0 5 强度系数比较图 折减系数0 ． 9 5 表 2 G B 5 0 0 1 7与 L R F D一 2 0 0 5包络设计 法 长细 活载标准值／ 恒载标准值 ／ D k 比0 0 ． 5 0 ． 5 2 2～ 3 3～ 5 5～1 0 注 上表中的 G B L R F D 即采 用 G B 5 0 0 1 7 L R F D一2 0 0 5 相 比 安全度更高 。 2 ． 2 G B 5 0 0 1 7与 A S D 8 9 同样按照长细比的大小分成三段进行比较， 分别是 0 ≤ A≤0 ． 2 1 5 ／ C 、 0 ． 2 1 5 ／ C A≤／ c和／ CA3 ／ C， 并考虑荷载 组合效应。 根据 国标 G B 5 0 0 1 7荷载组合 1 ． 2 D k1 ． 4 与美标 A S D 8 9 荷载组合 1 ． O D k 1 ． O I己 k ， 可以看出， 活载与恒载的比 值 越大， 其组合值的比值越趋近 L4 ， 通过计算， 可得到表3 。 同样取 L k ／ D 1 0的情况作为增大系数的上限， 则考虑 增大系数为 1 ． 3 8 2的情况下， 可得到图3 。从图3可以看出， ● 3 舌 一 O 8 0．6 0-4 0．2 0 ．4 0 ． 3 0 ． 2 O ． 1 e 0 当活载与恒载比值为 l 0时， 长细比在 9 o～1 5 0区间内， 采用 G B 5 0 0 1 7设计安全度更高。 表 3 荷载组合增大 系数 增大系数为 l _ 3 2的情况下， 即己 k ／ D l - 5时可得到图 4 。从图4可看出， 当 k ／ Dk 1 ． 5时 ， 在长细比全区段均为 采用 A S D 8 9设计安全度更高。同样， 可得出 ／ 为 3 、 5 的曲线图 本文略 。从这些 图中 ， 可得到如下结论 ， 见表 4 。 表 4 G B 5 0 0 1 7与 A S D 8 9包络设计法 注 表 中的 G B A s D即采 用 GB 5 0 0 1 7 A S D 8 9 相 比安 全 度 更高。 - - ＼ ’ ‘． _ ． 、 ＼ 、 5 O l 0 o 0 ． 8 0 ． 6 o．4 0 ． 2 I - ● 。 ’ ’ 图 3 G B 5 0 0 1 7 与AS D 8 9 强度系数 比较图 增大系数 1 ． 3 8 2 3结语 1 钢结 构设计方法理念不同 美标 A S D 8 9采用基于 安全系数的容许应力法； 美标 L R F D一 2 0 0 5和国标 G B 5 0 0 1 7 采用基 于概率理论的极限设计法 ， 也称分项 系数法。 q 一 ● vH 暑 2 通过引入荷载组合折减系数和荷载组合增大系 数来处理荷载组合差异带来的设计值不一致的问题。 3 在抗压强度的分析中， 通过引入折减系数 ， 对 中 美标的计算方法进行 了比较 ， 得到表 2和表 4 ，可为工程设 刘振平等 高位 混凝土转换层施工技术分析 高位混凝土转 换层施 工技术分析 刘振平 ， 顿军华 渤海石油航务建筑工程有 限责任公司 。 天津3 0 0 4 5 2 【 摘要】 高位混凝土转换层是现代高层建筑适应多功能要求下的产物， 在设计和施工中都存在着诸多难 点， 现阶段对于高位转换层的研究主要研究集中在高位转换层抗震设计方面， 对于高位转换层施工的研究较少。 本文基于高位转换层施工支撑体系的荷载传递法， 采用有限元 A B A Q U S模拟了施工过程中支撑体系与楼板应力 情况， 探讨了支撑层数对高位转换层施工过程中支撑体系与楼板应力情况， 为今后的研究提供宝贵的借鉴之用。 【 关键词】 高位转换层； 施工过程； 支撑体系； 荷载传递法 【 中图分类号】 T U 9 7 3 ． 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 3 0 6 0 0 6 9 0 3 高位混凝土转换层是现代高层建筑适应多功能要求下 的产物， 实现了建筑结构在较高的位置结构体系转换的需 求， 由于转换层结构一般伴随着结构尺寸大， 楼面荷载重等 特点， 将转换层放置在较高位置存在着一定抗震设计与施 工问题。现阶段关于高位转换层的研究往往集中在转换层 设计方面， 忽视 了高位转换施工过程的研究。本文基于高 位转换层施工支撑体系的荷载传递法， 采用有限元 A B A Q U S 模拟了施工过程中支撑体系与楼板应力情况， 探讨了支撑 层数对高位转换层施工过程中支撑体系与楼板应力情况， 为今后关于高位转换层施工提供较好的借鉴作用。 1 高位混凝土转换层特点 转换层起到结构传力体系改变的作用 ， 因此一般都较 厚重， 目前实际工程中转换层的常用截面高度为 2～ 4 ． 0 m， 跨度较大或承托的层数较多或构造条件特殊时甚至采用更 大的截面高度 4 ． 0～8 ． 0 m， 单位荷载在 5 0 1 0 0 k N ／ m 2 左 右； 且转换层连续施工强度大， 施工过程复杂， 有一定难度 等， 高位转换层结构有不同地位转换层结构， 由于转换层位 置较高， 一般模板支撑系统不易采用简单的落地支撑法 ， 施 工方案多样且受力体系不同， 施工中的影响因素巨大。 目前， 对于转换层模板支撑体系主要采用以下方法 ① 落地支撑法。落地支撑法主要应用于低位转换层施 工当 中， 转换层考虑一次支模浇筑混凝土成型， 落地支撑法支撑 O● o0 ●O O● oo● o0 ● oo● oo● O O● 0o ● 0o● o0 ● O0● Oo ● oo● o0 ● OO● Oo ●oo ●o o● oo● OO● o o● OO● oo● OO ●o O● OO ● OO● oo● o o● OO ●oo ● oO● OO● oo ● 0o● OO● 0o ● oo● oo ◆0 o● OO ●o 0● oo◆ OO ● oo● o 计人员在进行轴心受 力构 件的包络设计时， 提供一定的 参考。 、 - ，． 曼 ● 龟 0． 8 6 0 ． 6 0 _ 4 0 ． 2 _ I ＼ - - ． _ ． _ ． ．． 、 ’‘’-＼ 、 0 _4 0 8 竺 0 3 0 ．6 3 0 ．2 o ． 4 o ． 1 0．2 0 5 0 1 0 o 图4 G B 5 0 0 1 7 与A S D 8 9 强度系数比较图 增大系数1 ． 3 2 4 本文也存在一定的局限性 ， 如仅对国标中的 b类 截面以及强度为 Q 2 3 5的钢材进行了分析， 但本文采用的分 析方法同样可适用国标 中 a 、 c 类截面以及其他强度等级的 钢材， 这些可在后续的工作中完成。 参考 文献 [ 1 ] CB 5 0 0 1 7- 2 0 0 3 ， 钢结构设计 规范 [ S ] ． [ 2 ] 钢结构设计手册 上册 [ M] ． 北京 中国建筑工业出版 社 ． 2 0 0 4 ． [ 3 ] A I S C 3 6 00 5， S p e c i fi c a t i o n f o r s t r u c t u r a l s t e e l b u il d i n g[ s] ● - ● 。。” ．Ch i c a g o Ame r i c a n i n s t i t u t e o f s t ee l c o n s t r u c ti o n i n c ． 2 0 0 5 - [ 4 ] A I S C 3 3 5 1 9 8 9 ， S p e c ifi c a ti o n f o r s tr u c t r u a l s t eel b u i l din g a l l o w - a b l e s t r e s s d e s ig n a n d p l a s t ic d e s i g n[ s ] ． C h i c a g o A m e r i c a n i n s ti tut e o f s t e e l con s t r u c t i o n i n c ．1 9 8 9 ． [ 5 ] 李俞谕， 肖岩 ． 中、 美规范等截面钢框架柱计算长度系数的对 比[ J ] ． 钢结构 ， 2 0 0 8 ， 1 4 7- 5 2 ． [ 收稿日期】 2 0 1 3 0 2 0 5 [ 作者简介】 薛苏泉 1 9 8 0 一 ， 男， 江苏南京人， 硕士， 从事结 构设计。