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《钢结构设计标准》解说专题——问题及探讨(1)

转自:结构设计-公众号


来源:从钢结构到装配式钢结构建筑

《钢转自:结构设计-公众号标准》(GB 50017-2017,简称“钢标”)颁布以来,由于这一版较“03钢规”修订内容实在是多,陆续涌现了不少问题,可能是“钢标”本身的,包括规定不够详细和不到位的,令人费解甚至误解的,以及明显不妥的条文,也可能因“钢标”使用者理解不够所导致。问题来源广泛,有笔者自己的思考,也有同事、网友的疑问,笔者将在本公众号陆续对这些问题进行梳理,纯属“民间”探讨而已。

顺便说一句,每次新规范发布,都少不了一些吐槽和蹭热度。从这个角度而言,也可以把本文看作是“钢标”解说之余的“大家来找茬”。觉得言之有理,顺带加深对“钢标”的理解,善莫大焉;反之,一笑而过算数,最多心里暗骂一声“扯淡”。当然,还有两个基本原则:提问容易,对于涉及的问题会客观分析并给出意见和建议;吐槽容易,但不能因此贬低规范和编制专家的工作。要不,你牛逼?You can you up!

 

问题1:截面板件宽厚比等级(“截面等级”)的规定,翼缘和腹板各有限值,如某一截面翼缘和腹板所属等级不同,如何确定截面等级并进行相关的计算?

 

截面等级是“钢标”新引入的概念,构件静力计算时主要涉及截面塑性发展系数和有效截面。

“钢标”表3.5.1给出了各等级截面翼缘和腹板的宽厚比限值。 

但“钢标”中并未明确说明,如某一截面的翼缘和腹板分属不同等级时,该如何来确定整个截面的等级。其中,最直接的矛盾,在于受弯构件计算时塑性发展系数和有效截面的确定(不讨论疲劳以及腹板屈曲后强度计算的情况)。

首先,大家已经习惯的“03钢规”4.1.1条规定,翼缘保证宽厚比要求(相当于翼缘满足“钢标”的S3级要求),即可考虑塑性发展系数。另外“03钢规”此处并没有有效截面的说法,均按全截面有效计算净截面模量。 

“钢标”的规定如6.1.1条,要求按整个截面的等级来确定塑性发展系数。另外要求在S5截面时,净截面模量按有效截面进行计算。 

可“钢标”条文说明的说法,却又与“03钢规”类似,只是说明,如要考虑塑性发展,则受压翼缘要保证不发生局部屈曲,需要满足稍严的宽厚比要求。 

实际上,按基本的稳定理论稍作分析就可以明白:

1)翼缘达到S3级及以上,才能保证截面发展部分塑性而不发生局部屈曲。否则,无法发展塑性(也就是,翼缘达到S3及以上等级是考虑塑性发展系数的必要条件)。

2)如果翼缘为S3及以上等级而腹板为S4或S5级,则受弯时腹板在刚好达到或还未达到边缘屈服时,就会发生局部屈曲,同样无法实现截面的塑性强化,当然也就别提截面发展塑性了(塑性发展系数只能取1.0)。

所以“03钢规”一直延续以来的做法显然是不妥的。同时,“钢标”条文说明只谈翼缘要求的说法也存在误导。实际上只有翼缘、腹板都满足要求,才能保证截面受弯时能发展部分塑性,才能考虑塑性发展系数。

3)“03钢规”不论截面等级均按全截面有效的计算方式不妥,“钢标”考虑截面等级按有效截面计算显然更为合理。

因此,对于“钢标”中截面等级的规定,应该这么来理解:

1)翼缘和腹板分属不同截面宽厚比等级时,应按翼缘和腹板等级中较低的来确定整个截面的等级(俗称“双控”)。比如,不论翼缘S3+腹板S4,还是翼缘S4+腹板S3,整个截面都应按S4处理。顺便说一句,抗震设计时的截面等级也应按这一原则确定。

2)具体到抗弯计算时,塑性发展系数和有效截面应按下列原则确定:

翼缘S1~S3+腹板S1~S3,可考虑塑性发展系数,全截面有效;

翼缘S1~S3+腹板S4,不考虑塑性发展系数,全截面有效;

翼缘S1~S3+腹板S5,不考虑塑性发展系数,腹板按有效截面;

翼缘S4+腹板S1~S4,不考虑塑性发展系数,全截面有效;

翼缘S4+腹板S5,不考虑塑性发展系数,腹板按有效截面;

翼缘S5+腹板S1~S4,不考虑塑性发展系数,翼缘按有效截面;

翼缘S5+腹板S5,不考虑塑性发展系数,翼缘、腹板按有效截面。

来源:从钢结构到装配式钢结构建筑,作者:牛必任,如有侵权请联系我们。



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公众号:civilstructure



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