专栏上线|17钢标疑难解析（2）


	GB50017—2017《钢结构设计标准》（简称17钢标）已于2018年7月1日正式实施。对比前一版的GB50017—2003《钢结构设计规范》，17钢标在内容上进行了大量的修订和增补，特别是增加了诸如钢结构设计直接分析法和钢结构抗震性能化设计等新内容。为使大家在应用17钢标进行设计时能够正确理解条文和条文说明，钢结构公众号（id:steel_construction)在2019年特设专栏刊登《钢结构》编委、17钢标主编王立军大师的系列讲座“17钢标疑难浅析”。

有别于通常对标准的讲解材料和专题报告，本系列讲座的问题直接来源于17钢标的条文及条文说明，通过构想作者与读者共同学习17钢标的场景，发掘出读者在应用17钢标进行设计时即使反复研习了条文和条文说明仍有理不清的那个问题，从标准编制者的角度为读者理清问题的概念、逻辑和关联，打通从标准条文、条文说明到设计应用之间的最后一道屏障。

该系列讲座将每月推送一期，每期刊登三个问题，从第二期开始，我们将刊登读者对前期问题的讨论及作者对讨论的回复,同时也将在钢结构期刊上刊出（本期内容见2019年2月的《钢结构》期刊），欢迎大家关注和留言，就当期内容热情讨论，我们会整理汇总给作者。留言方式见文末。

王立军

《钢结构》杂志编委，全国工程勘察设计大师，华诚博远工程技术集团首席专家，国家一级注册结构工程师，英国皇家特许结构工程师，香港工程师学会会员，全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会委员，中国工程建设标准化协会钢结构专业委员会秘书长，2017钢标主编。

4 预应力钢结构（第3.1.8条）

预应力钢结构作为钢结构的一个分支，有其特殊性。17钢标原则性地将其纳入，具体内容见CECS 212：2006《预应力钢结构技术规程》（简称预钢规）。

预钢规5.3节引入了预应力压杆。该体系由刚性杆和预应力索组装成预应力索杆，施加预应力阶段刚性杆受压，预应力索受拉。受外力后杆和索共同承担压力。对索的要求是在受外压力过程中不能出现压应力，这需通过施加足够的预应力来保证。

预应力压杆模型见陆赐麟等著的《现代预应力钢结构（修订版）》[1]（以下简称陆著）4.3的图4-4。预应力索杆实际上是一个格构柱，不考虑其初始几何缺陷和残余应力，完善预应力索杆的承载力按如下计算。

1）整体欧拉临界力Pcr

整体稳定承载力即为格构柱的欧拉临界力，可近似表示为杆和索的欧拉临界力之和。这时预应力作为索杆体系的内力，其作用为通过撑杆将杆和索连成整体形成格构柱，并不直接提高索杆的承载力。

（1a)

(1b)

(1c)

式中:Pcr1为杆的欧拉临界力，Pcr2为索的最大等效欧拉临界力，E1、I1为杆的弹性模量和惯性矩，E2、I2为索的弹性模量和惯性矩，L为索杆体系几何长度，ψ为索的体型系数，与索的布置方式、撑杆数量、预应力大小等有关。

2）杆最大强度对应的外压力P

组装阶段索受拉、杆受压产生自平衡的预应力Ti。受外力后保证索不松弛即一直保持受拉状态，杆受压可达屈服承载力A1f1，此时对应的外压力为P。当索平行布置（此时Ti=T）且杆索面积、弹性模量均相等时：

（2）

3）单杆稳定承载力P‘cr1

撑杆通过索对其的预压力对杆形成侧向弹性支撑，此时单杆的欧拉临界力为：

（3）

式中：μ为单杆在索和撑杆形成的侧向弹性支撑下的计算长度系数，与索的布置方式、撑杆数量、预应力大小等有关。

4）索的稳定性

只要保证索在受外压力P过程中始终处于受拉状态，则不存在稳定性问题。

综上，预应力索杆压杆体系的受压承载力受以上四个因素控制，最大P值应为上述1）-3）计算出的最小值。

实际设计中，应以整体欧拉临界力Pcr为目标进行压杆设计。此时，要保证单杆稳定承载力P’cr1大于Pcr，且要使杆最大强度对应的外压力P大于Pcr。当然，整个受力过程要保证索始终处于受拉状态。

以上以预钢规的外索内杆式预应力压杆体系为例，分析了预应力杆的受压承载力机理和设计过程及计算内容。上述得到的结论对其他类型的组装式预应力压杆的承载力计算同样适用，包括舒赣平等在《内撑式预应力撑杆柱的稳定承载能力试验研究》[2]介绍的内撑式预应力撑杆柱、袁鑫在《新型预应力杆的临界承载力》[3]介绍的S柱、陆著的局部预应力钢压杆（4.4图4-8）和平行索预应力钢压杆（4.4图4-13）等。

注：本条内容的形成得到了袁鑫、童根树、余海群、张谨、钱基宏、陈明、汪明等关注预应力压杆稳定的众多专家的启发、帮助和指导，恕不能在此列举更多，仅一并表示感谢。本人声明，因此问题的特殊性，文中内容仅代表本人个人观点。

5 轻屋面钢结构屋面活载取值（第3.3.1条）

按GB50009-2012《建筑结构荷载规范》，不上人屋面的活载通常取0.5kN/m2。

对于采用轻屋面如压型钢板的钢结构，仅考虑一个可变荷载且受荷面积超过60m2，屋面活载可取0.3kN/m2。

这里的一个可变荷载是指仅活载本身与恒载组合的工况。对于包括活载的两个及以上可变荷载参与组合的工况，屋面活载仍取0.5kN/m2。

对于轻屋面活载的这项折减，可按可靠度来理解。仅恒载与屋面活载组合时，活载可考虑一个组合值系数，此时活载由0.5kN/m2降到0.3kN/m2。但对于多项可变荷载参与组合的工况，如果再考虑屋面活载的这个折减，组合值系数会重复考虑。

进而，对于以恒载为主的恒载与屋面活载的组合工况，也不应对后者进行折减。

6 框架梁下翼缘稳定性（第6.2.7条）

框架梁梁端为负弯矩，下翼缘受压，当钢梁上有混凝土楼板时，下翼缘可能发生畸变屈曲。

畸变屈曲不同于梁的整体屈曲，后者为梁受压翼缘沿梁平面外屈曲带动梁产生整体弯扭失稳，此时翼缘与腹板交线的夹角不变。畸变屈曲表现为梁受压下翼缘以腹板为弹性支座的整体失稳，这个夹角可变。

畸变屈曲也不同于局部屈曲。后者为板的局部面外屈曲，限制板件宽厚比可以防止这种屈曲。

当正则化长细比λn,b≤0.45时，稳定系数接近0.9。考虑梁强度计算时有一个塑性发展系数γx，可以认为此时基本满足公式（6.2.7-1）。

不满足公式（6.2.7-1）时，可在梁端设置隅撑。因隅撑可能有碍建筑布置，17钢标给出了在梁端设置横向加劲肋的做法。此时，加劲肋连接上翼缘并带动楼板为下翼缘提供支承，能避免梁的畸变屈曲。横向加劲肋仅在梁端负弯矩区设置即可。

对于抗震设计，因要保证框架梁端的塑性发展，对于延性等级Ⅰ-Ⅲ级的工字形梁，第17.3.4条第2款2）对梁的正则化长细比λn,b给出了更为严格的要求。

疑难浅析（1）问题讨论

关于钢结构抗震性能化设计中构件的刚度折减

第17章的钢结构抗震性能化设计，在设防地震下，结构中的耗能构件会进入屈服，据此，17钢标引入了性能系数。抗规采用的多遇地震设计对于承载力来说可以看成是性能系数为1/3的设防地震设计，即其与17钢标性能6相对应。对于性能7，因其与性能6相比承载力降低20%（0.28/0.35=0.8）。因此，在利用抗规进行多遇地震设计时，在高烈度区对于耗能构件如框架中的框架梁和框架-偏心支撑中的耗能梁段，可采取对其抗弯刚度乘以折减系数0.8的办法近似考虑这一因素。

参考文献：

[1]陆赐麟，尹恩明，刘锡良，现代预应力钢结构（修订版）[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]舒赣平，侯善民，陈大好等，内撑式预应力撑杆柱的稳定承载能力试验研究[J].建筑结构学报，2006(5)：79-85，117.

[3] 袁鑫，新型预应力杆的临界承载力[J]，工业建筑，2017(4)：152-158.

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