中国与美国钢结构设计规范的差异_储艳春.pdf

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1、·上海建设科技2012年第6期·规划与设计中国与美国钢结构设计规范的差异储艳春李磊张立力上海交通大学上海核工程研究设计院摘要借助工业电站厂房中典型楼梯梁的设计计算，介绍了美国钢结构规范ASD9、LRFD与我国《钢结构设计规范》(GB50017—2003)的部分差异。这对于采用国标规范设计钢结构具有一定的借鉴价值。关键词规范比较美国钢结构规范钢结构设计规范美国现行钢结构设计规范主要有ASD9、LRFD(AISC360集成了ASD和LRFD两种设计方法[1])、N690等3种，除N690专门用于涉核钢结构设计之外，

2、ASD9以及LRFD均为通用钢结构设计规范。[2]是由美国钢ASD9(AllowableStressDesign)结构协会(AISC)于1989年6月颁布的一本钢结构设计规范。其特点是通过安全系数来度量因材料达到屈服强度而破坏或杆件进入屈曲状态而失效的抵抗能力[3]。LRFD(荷载和分项系数设计规范)[4]则是根据极限状态计算出构件的标准强度，用该强度乘以抗力系数确定设计构件的承载力，并与分析得到的构件内力值进行比较。LRFD与我国的钢结构设计规范《钢结构设计规范》[5](GB50017—2003)，相类似，相

3、对于ASD9均引入了结构可靠度的概念。本文在对比ASD规范与我国规范的差异时也相应型中参与计算。给出LRFD的计算结果，以更全面地评价中国和美由图1中的有限元模型可知，软件分析的主要国两种规范体系的差异。是由斜梁、平台梁以及楼梯柱组成的楼梯主框架的1设计案例概况内力。计算中除考虑通常的恒活载外，还加入了竖向以某引进工业电站厂房中的一个楼梯为设计案地震。由于采用的是国标型钢，单位均为公制，所以例。该楼梯高21m，梯段宽0．825m。楼梯斜梁采用采用ASD规程计算时，同时列出换算成的英制单型钢[32b，平台梁采用型

4、钢[28c，均为Q235B钢材，位。踏步采用8mm钢板上浇混凝土层，平台板为钢板2规范比较混凝土组合结构。该楼梯的有限元分析模型轴测图2．1荷载及承载力的差异见图1。ASD规程在判别材料是否失效时，是利用材料本楼梯设计时采用的是ASD9规范。现采用的屈服强度乘以给定的安全系数(得到容许应力)与GTStrudl有限元软件建模，考虑楼梯自重、活载及地材料承受的工作荷载进行比较，在与风、地震等偶然震力因素。其中楼梯的受弯构件均按简支计算;踏荷载组合时，容许应力可放大1/3，即相当于荷载组步、扶手栏杆、平台板均作为荷载

5、输入到该有限元模合乘以0．75的系数。－12－规划与设计·上海建设科技2012年第6期·我国钢结构规范[5]以及LRFD规范在荷载组合国规范的抗弯强度表达式仅考虑了受压翼缘宽厚比时通常都要乘以大于1的分项系数，且在公式的抗以及受弯截面形式的影响。抗剪方面，ASD和LRFD力一侧，同样需要考虑分项系数的折减。但此分项系都给出了限定腹板高厚比下的承载力计算公式，而数与ASD中的安全系数并非同一概念，抗力的分项国标则采用了统一公式进行计算。下面选取了最基系数考虑的是构件或连接设计强度的离散性，而本的楼梯梁抗弯抗剪强度

6、验算来比较3本规范的结ASD中的安全系数则来源于对实际工程和试验数果。据的总结。表1给出了本计算涉及的荷载在这3本2．2．1梁的抗弯验算规范中的组合形式[6－7]。D表示恒荷载，L表示活荷本算例中楼梯斜梁[32b受到其支撑的踏板及载，E表示地震荷载。计算使用的活载是等效为均栏杆传来的均布活载，又根据两端简支假设，需要对布荷载的楼面活荷载，根据国标荷载规范可知其组其进行截面抗弯和抗剪验算。合值系数为0．7，又根据新的国标《建筑抗震设计规由有限元分析结果可得某斜梁(跨度为4718mm)范》[8](GB50011—2

7、010)可知其计算地震作用时重力各工况下受到的弯矩(绕强轴)如表2所示。由表1代表值的组合值系数为0．5，同时根据第5．4．3节，仅中的荷载组合得到的各规范弯矩设计值如表3所考虑竖向地震作用的各构件承载力调整系数取为1．0。示。已知该型钢对强轴的净弹性截面模量WX=33，塑性截面模量W3表1各规范的荷载组合0．01798ft=509cmpn=0．02114ft3。可得构件截面的荷载以及3种规范各自=599cm荷载组合规范恒+活恒+活+地震的抗弯承载力如表4所示。表2某斜梁在各工况下的截面弯矩ASD91．0D+1

8、．0L1．0D+1．0L+1．0E(应力值系数取1．33)恒载D活载L竖向地震力ELRFD1．2D+1．6L1．2D+0．5L+1．5E工况GB1．2D+1．4L(可变荷载控制)1．2D+1．2×0．5L+1．3E/kip·ft/kN·m/kip·ft/kN·m/kip·ft/kN·m1．35D+1．4×0．7L(永久荷(承载力调整系数取1．0)弯矩M5．7317．7759．97113