“转自：“
在之前的文章（专家讲座：如何做好转自：）中，讲解了如何做好转自：的前五章：
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前言
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基本设计规定
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钢材和连接材料的选用
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受弯构件的设计
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轴心受力及拉弯、压弯构件的设计
今天讲解剩下的：▼
本文介绍的是一位老钢结构专家给员工的讲座内容，虽然说得是老的钢结构规范，但依然可以给大家启发。
计算长度是转自：中频繁出现的术语，什么是计算长度?这不是一二句话就可以说清楚的。可以看看规范P.3页上的术语解释：“构件在其有效约束点间的几何长度乘以考虑杆端变形情况和所受荷载情况的系数而得的等效长度，用于计算长细比。计算焊缝连接强度时采用的焊缝长度。”事实上这句话，不如简化为：“用于计算长细比的等效长度”。什么又是等效长度呢?就是等效欧拉柱的长度。所谓欧拉柱就是两端为铰支的轴心受压柱。
关于欧拉柱我们在前面一节已经提到了，理想状态的欧拉柱的临界荷载是：
，
这就是我们熟悉的计算轴心压杆稳定的公式来源和基本运算思路。实际运用时，先求出长细比，再查表得到稳定系数，就可以得到结果。当然，规范给出的稳定系数实际上考虑各种缺陷的影响，已经进行了折减，同时屈服应力也改换成设计应力。
不同边界条件(约束条件)的临界荷载是不同的，图.9给出了几种典型的临界荷载解答。如果我们用
，
则可以得到统一的计算式，也就是我们可以查一个稳定系数表，这样给实际计算带来很大的方便。l0就是计算长度，
就是计算长度系数。根据图.9我们很容易得出,对于两端简支的杆,其计算长度就是杆的几何长度,计算长度系数就是1,对于一端固定,一端简支,其计算长度系数是0.7(实际运用取0.8),计算长度系数选取的正确与否直接影响到稳定验算是否正确。必须慎重决定。
本次规范对交叉压杆平面外计算长度的规定比老规范要更全面更准确一些(见规范的5.3.2条)。
对于框架柱的计算长度，本次新规范有两点修正，一是对于有支撑的框架根据抗侧移刚度的大小分为强支撑框架和弱支撑框架。二是在计算框架梁的线刚度时,增加了梁远端约束的影响系数。同时还规定了柱与基础为铰接时，平板柱脚取K2=0.1。事实上，根据加拿大的研究和实验表明[1]：对于通常视为典型的铰接的那种仅中部有两个螺栓的平板柱脚，实际上也有很强的嵌固作用，0.1显然取值偏低。
强支撑和弱支撑的判别，在实际计算时是比较烦琐的，但是通过一些实际的计算结果表明：按照以往惯例设置的支撑，都是强支撑。一个计算实例[2]是6层办公楼，层高4米，3跨8+4+8米。纵向60米，柱距6米，仅设置了4片交叉支撑，计算的结果是，用2L80X8角钢就可满足强支撑的要求。因此可以认为实际结构中的框架，只要设置了支撑，绝大部分都是无侧移框架。
规范规定受压构件的允许长细比，一般不宜超过150，还是沿用前苏联的规范，这是因为在上世纪八十年代以前，我国的钢结构基本上用于冶金企业的厂房，这些厂房大都荷载大且环境恶劣，长细比要求严格一些是应该的。但与国际上多数国家相比较，偏于保守一些。现在世界上多数国家的规范都把受压构件的长细比控制在200以上。比如美国[4]，英国是200，而法国和日本是250。显然我国的规范是偏低。由于钢结构的承载力较高，在不少场合是构造要求起控制因素，例如管道支架等，长细比就可以适当的放宽一些。我国的《网架结构设计与施工规程JGJ7-91》则规定压杆的长细比为180。笔者认为长细比应该再规定的细致一些，多几个区段，这样会使设计者使用起来更方便。
另外还要注意，对于多层和高层钢结构房屋，在基本地震烈度6度以上(即需要考虑抗震时，框架柱的长细比都小于120。而且是强制性条文，具体规定见GB50011。
七、节点设计
节点的设计应该遵循简洁，可靠，便于施工的原则，并且要考虑当前的施工水平。发达国家的钢结构节点多考虑尽量用高强度螺栓，少用焊接，因为他们的人工费用很高，工厂加工的机械化程度和精度较高。而目前我们还达不到这一点，还是安装螺栓加焊接用得多。这是中国的特色。因此很多情况不能照搬国外。下面介绍的是笔者在工作中经常遇到的节点问题，力求对新手有所启发和帮助，偏重于构造，具体计算，都有章可循，就不赘述了。
柱脚有多种形式，一般考虑与基础嵌固比较合适，近几年的实践证明，插入式的柱脚是一种比较好的形式。无论是设计，还是施工，都很简单。尽管有时材料会稍多一些，但如考虑加工及安装费用的节省，可能总的造价还低一些。另外还可以免去交叉施工时对地脚螺栓防护的烦恼。有一些参考图集中，柱脚要求预先焊上抗剪栓钉，笔者认为大可不必，除非是柱子受到极大的拉力。但柱脚下部加焊一块底板是必要的，一是便于找平，二是可以增加嵌固的能力，二次浇灌层的厚度宜>100mm，便于找平。按抗震规范的要求，凡是考虑抗震设防，柱脚插入深度应是两倍柱高。
7.2 操作平台
小尺寸的操作平台(如长向尺寸<5米)，应按一个构件整体考虑为好，在现场地面上将整个平台焊好，然后再安装到支乘构件上，不必将平台中的每一个小梁都考虑为一个构件在高空进行现场拼装。
7.3梁与梁的连接
梁与梁的连接最常用到的是铰接。一角一板几乎是中国的经典连接方式，见图10中的(a)，角钢是在工厂焊在主梁上的，它除了起连接作用外，还有定位的作用。板是用安装螺栓临时固定在次梁上，在现场用三道焊缝将次梁连接于主梁上，因此，有两条工厂焊缝，有三条工地焊缝，不可混淆。在次梁与主梁为斜交的情况，角钢的一个肢要弯折，不如改成两个板的连接，此时，位于主梁上的定位板还可以兼作加劲肋，如(b)所示。这个节点要注意，如果是用高强度螺栓连接，次梁与主梁腹板的间隙s不小于20mm即可，但是如果采用焊接，考虑施焊的可行，s则必须大于70mm，再加上螺栓的孔距80mm，因此梁要160mm以上才行。如果次梁不是太大的话，不如采用如(d)所示的节点，更为简单。许多设计手册更喜欢如(c)所示的节点，理由是次梁传来的剪力的作用点离腹板近，因此附加弯矩小一些，其实除非是主梁位于边跨，如果是中间，再考虑有铺板的情况，这一附加弯矩是很小的。如(d)所示的节点可以节省次梁材料，且加工，安装都很方便。
事实上，上面的连接都不是真正的铰接，两条垂直焊缝可以传递不小的弯矩，因此考虑次梁的剪力所产生的附加弯矩可能在大多数情况下没有什么实际意义。
工程中经常遇到弯矩不大的悬臂梁，如休息平台梁，习惯的做法是在两个梁的上部加焊一条钢板，这样做铺设平台钢板的时候，要切口，而且如果是上翼缘宽度较小小型槽钢梁，钢条的尺寸会很小，此时可以用(e)的做法，简单省事。
7.4 梁与柱的连接
梁与柱的连接通常有刚性连接和半刚性连接，如图11中(a)是刚性连接，(b)、(c)是半刚性连接，其中(b)是接近于铰接的半刚性连接，(c)是接近于刚接的半刚性连接。有的书中称(b)为柔性连接，其实所谓的半刚性连接(Semi-Rigid)就是指能抵抗弯矩的同时又产生不可忽视的节点相对转角的连接节点，所以没必要再增加一个柔性连接的称呼。有不少资料和手册将(b)称之为铰接，显然是不妥当的，正如我们在上面讲梁与梁的连接时所提到的：两条垂直焊缝或两排螺栓都可以传递不小的弯矩，因此不可能是铰接节点。只有象(d)所表示的置于牛腿上的连接(类似吊车梁)才接近于铰接。半刚性连接节点的研究是目前的一个热门，尤其是在结构抗震研究方面，一些地震灾害的调查显示，在抗震性能方面半刚性连接较比刚性连接有很多优点。
图中梁腹板与柱的连接是用安装螺栓，一些资料中是用高强度螺栓摩擦型连接，两种形式都是可以的。
对于刚性连接，这次新规范规定的比较细致(见GB50017的7.4节)这一节是老规范没有的，基本上参考国外的居多。尤其是柱腹板节点域规定的比较严格，对于轻型钢结构，此处柱的腹板厚度往往不够，需要局部加厚。
7.5 吊车梁
带有制动板吊车梁，以往制动板与吊车梁上翼缘的连接无论吨位大小和工作制的级别的等级如何，都采用高强度螺栓摩擦型连接，而且螺栓的排列较密，现在正在使用的钢吊车梁的标准图集(00G514-)也是如此处理的。这实在是费工费料。本次新规范有大的改动，在规范8.5.8条和此条的条文说明中都明确地指出，制动板与吊车梁上翼缘的连接可以采用普通螺栓和焊缝连接。小的吊车梁甚至可以只用单面焊缝连接。
当遇到抽柱子的情况，对于跨度的吊车梁，有时是刚度控制断面，就得增加梁的高度，但支座处高度要保持一致，就要采用变断面的吊车梁。这种吊车梁的端部通常有三种形式。如图12所示的(a)、(b)、(c)。(a)是过去常用的一种处理方法，采用逐步变化高度，但下翼缘弯折处加工和焊接比较困难，容易开裂，现在已很少用。近来国内外趋向采用突变式。(b)是日本人通常采用的形式。根据我国的实际经验和实验研究[3]发现这种端部形式的抗疲劳性不太理想，在圆弧段容易出现疲劳裂缝，圆弧的半径愈小主拉应力愈大，某炼钢车间在用这种形式的吊车梁十余年后即出现疲劳裂缝，修复后继续开裂，最后只好更换。
(c)是我国和德国常用的直角变化端部构造，端部的下翼缘板切口插入腹板后焊接，梁下部加封头板。这种节点施工方便，受力性能比较好。显而易见，变截面的凹角处是应力集中的地方，试验研究也证明了应力高峰部位就是插入板附近的腹板。该区域的应力分布非常复杂，如用普通材料力学的方法计算出该处腹板下端点a点的主拉应力，再与用有限元法计算的该点和附近的主拉应力结果相比较，发现应力集中系数与变截面的几何参数有关，其应力集中系数K=1.37~4.6，如果按附表1的几何参数进行设计的话，K=1.37~2.32，平均为1.74，简单起见，可以取K=2。因此可以用普通材料力学的方法计算出a点的主拉应力，再乘以2就可以得到突变点的实际主拉应力的近似值。
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裂纹的起点都在端封板与插入板相连的角焊缝上，然后裂缝沿插入板扩展，到插入板端点后再向上45°扩展。
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在凹角处加焊构造角钢(见图12中c)，对降低突变点附近的应力峰值有较大效果。
其他一些关于吊车梁节点的合适的建议：吊车梁横向加劲肋与上翼缘还是以焊接为好;横向加劲肋与下翼缘的距离宜≥100为好(规范是50~100)。
7.6 关于焊缝
目前还有一些资料，要求吊车梁下翼缘的对接融透焊缝采用斜焊缝，其目的是想通过延长焊缝的长度来保证焊缝能承受母体所承受拉力。其实对于对接的融透焊缝，只要达到了二级焊缝质量标准，则可以认为该焊缝与母体金属等强，因此一块钢板在对接时，采用斜焊缝就没有任何意义了。也没有必要要求对接焊缝非要避开梁的中部受力大的区域。
还有一个是关于十字焊缝的问题，不知从何时开始，板的对接焊缝不能采用十字焊缝的观点就被认为是绝对正确的观点，以至于一直流传至今还被不少设计人员认同。其实在上一本规范(GBJ17-88)中，已经规定了对接焊缝可以用十字焊缝，但是用的小字注解。这次新规范还是用小字的注解(见GB50017中8.2.2条的注)，似乎还是有些底气不足。事实上焊缝的残余应力总是最后一道起作用，因此如果先焊了一条纵向焊缝，再焊横向焊缝，在交叉点处，纵向焊缝的残余应力受后焊的横向焊缝的热影响，已经释放了大部分，只可能稍许增加一些而已，不存在两者迭加的问题。相反，如果将一条十字焊缝改变为两条丁字焊缝，残余应力较大的区域却增加为两个，整个板的残余应力反而增大了。一些试验研究的结果也证实了十字焊缝的性能要优于丁字焊缝，在造船工业中早已普遍的采用十字交叉焊缝，在万吨级的大船上也用这种对接方法。因为这种方法便于排板和施工方便。因此应该在今后的钢结构工程中提倡优先采用十字交叉接头。但要如果采用丁字交叉，则两条焊缝一定要相距200以上，否则残余应力影响严重。
教授级高级工程师，享受国务院政府特殊津贴专家。1970年毕业于清华大学土木系，1983年西安建筑科技大学结构工程研究生毕业，获工学硕士学位。曾任职于马鞍山钢铁设计研究院、中冶华天工程技术有限公司。参与和主持了多项公共建筑和钢铁企业的厂房及特种构筑物的设计与研究工作。1991年、1997年被聘为全国贮藏构筑物标准技术委员会委员。1994年研制的布帘式密封贮气柜壳体获国家专利。先后在国内外刊物及会议上发表论文10余篇，并有多篇论文获奖。
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ganggouren
为截面面积和截面回转半径)替代，可以得到：
， 显然
是长细比
