民用建筑工程设计常见问题分析与图示(钢结构)

-1-民用建筑工程设计常见问题分析及图示(钢结构和空间网格结构)批准部门：中华人民共和国建设部批准文号：建质[2005]14号主编单位：中冶京诚工程技术有限公司中国建筑标准设计研究院统一编号：BT—791实行日期：二00五年三月一日图集号：05SGl09—4目录编制说明钢结构1钢结构设计规定1.1基本设计规定1.2构件计算1.3连接计算1.4构造要求2冷弯薄壁型钢结构2.1基本设计规定2.2构件计算2.3构造要求3门式刚架轻型房屋钢结构3.1基本设计规定3.2支撑体系3.3设计计算3.4构造要求4高层民用建筑钢结构4.1基本设计规定4.2构件设计4.3节点设计4.4组合楼板设计空间网格结构5空间网格结构5.1材料选用5.2结构选型5.3设计计算5.4杆件5.5节点设计编制说明1．主要编制依据:建设部建质[2004]46号文”关于印发《二00四年国家建筑标准设计编制工作计划》的通知”《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001(简称可靠度标准)《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2004(简称设防分类标准)-2-《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(简称荷载规范)《建筑抗震设计规范》GB50011-2001(简称抗震规范)《钢结构设计规范》GB50017-2003(简称钢结构规范)《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98(简称高钢规程)《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJl38-2001(简称组合结构规程)《钢骨混凝土结构设计规程》YB9082-97(简称钢骨混凝土规程)《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002(简称薄壁型钢规范)《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002(简称门式刚架规程)《网架结构设计与施工规程》JGJ7-91(简称网架规程)《网壳结构技术规程》JGJ6l-2003(简称网壳规程)《网架结构设计与施工规程应用指南》(简称网架设计指南)《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002(简称钢结构焊接规程)《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》GB/T16939-199(简称钢架高强度螺栓)《钢结构工程施工质量验收规程》GB50205-2001(简称钢结构施工规范)《建筑工程设计文件编制深度规定》建质[2003]84号(简称设计文件深度)《施工设计文件审查要点》[2003]2号(简称审查要点)2，编制目的：根据现行的国家有关规范、规程，对民用建筑工程设计中由于设计人员的考虑不周和对规范、规程的理解不够全面，造成的一些不当做法和错误，以及在施工图设计文件审查中常出现的问题，进行汇总、整理、分析，并提出改进措施及依据，从而加强设计人员对规范及规程全面、准确的理解，避免类似错误的发生，合理和优化设计，提高设计质量。3，主要内容：本图集共分四册。第一册为工程设计管理、荷载与地震作用、地基与基础，第二册为砌体结构，第三册为混凝土结构，第四册为钢结构和空间网格结构。采用图文并茂及对照编排方式给出设计中工程技术人员容易混淆、容易忽视的问题及相关规定和改进措施示例。本分册主要内容包括：普通钢结构、冷弯薄壁型钢结构、门式刚架轻型房屋钢结构、高层民用建筑钢结构和空间网格结构的基本设计规定、构件计算及构造要求等。4，适用范围：本图集适用于民用建筑或一般工业建筑工程设计，可供设计、审图、监理、施工和管理等部门的技术人员使用。5，使用说明5.1本图集所列常见问题是指不符合现行国家规范、规程或不够合理、不够完善的做法，改进措施是指根据规范，规程的规定应采取的做法。5.2鉴于工程的具体情况，解决问题的措施不是唯一的，设计时应根据工程实际情况，注意避免本图集提出的”常见问题”，采取合理的解决措施，不宜拘泥于本图集提供的改进方案。5.3使用本图集应严格执行国家现行标准、规范和规程的规定，如涉及地方规定的，还应协调考虑。1钢结构1.1基本设计规定1.1.1在钢结构设计文件说明中未注明结构钢材的强度等级、连接材料的型号，焊缝型式，焊缝质量等级及对施工的要求。原因分析：对于钢结构设计，在设计文件中说明设计所采用的钢材牌号、连接材料的型号、-3-焊缝型式和焊缝质量等级等是必不可少的，应对钢结构制作、安装和验收起到指导作用，因此《钢结构规范》GB50017将它列为强制性条文。设计人员往往在设计文件中忽视了注明要求的必要性。改进措施：应按《钢结构规范》CB50011第1.0.5条(强制性条文)要求，在钢结构设计文件中，注明钢材牌号、连接材料的型号(或钢号)和对钢材所要求的力学性能、化学成份及其他的附加保证项目。此外，还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位及对施工的要求。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1.1.2计算重级工作制吊车梁及其制动结构的强度、稳定性以及连接的强度时，未采用由吊车摆动引起的横向水平力。原因分析：《钢结构规范》GB50017对于此处有所变化，原《钢结构设计规范》GBJl7-88此处计算的吊车横向水平力考虑增大系数，而现行《钢结构规范》规定，吊车横向水平力标准值按公式HK＝αPk,max计算。改进措施：应按《钢结构规范》第3.2.2条规定进行设计，并与《荷载规范》GB50009规定的横向水平荷载对比，按较大值采用。计算吊车梁及其制动结构的强度、稳定以及连接强度时，按公式HK＝αPk,max计算。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1.1.3再选用钢材时未注明应要求的钢材质量等级（A、B、C、D等级），材质性能无相应保证。原因分析：设计中容易忽视钢材的质量等级及其含义、重要性与通用条件。改进措施：应按《钢结构规范》GB50017第3.3.1和第3.3.2条选材要求与《全国民用建筑工程设计技术措施－结构》第17.1.1条在设计文件中注明质量等级要求。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1.1.4对由抗震设计控制截面选用的承重钢结构，未对钢材材质提出材料性能补充要求，仅在设计文件中注明采用Q235钢或Q345钢。原因分析：《抗震规范》GB50011第3.9.1、3.9.2条对钢材提出特别最低要求，应在设计文件中说明。改进措施：《抗震规范》第3.9.1，3.9.2条对抗震钢结构钢材提出特别最低要求，即实测强屈比、伸长率、冲击韧性和屈服台阶及可焊性，并在设计文件中注明。A级钢不保证冲击韧性，且Q235—A含碳量不作交货条件，故不能用于抗震设防钢结构和焊接结构。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1.1.5焊接钢结构选用Q235-A级钢，可焊性无可靠保证。原因分析：设计人员容易忽视Q235-A级钢是不保证含碳量(亦可不保证焊接性能)的性能条件，又未注意《钢结构规范》GB50017相关条文规定。改进措施：按《钢结构规范》第3.3.3条(强制性条文)与《全国民用建筑工程设计技术措施一结构》第17.2.2条在设计文件中正确、合理选用钢材等级。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1.1.6对于直接承受动力荷载且需验算疲劳的结构，在设计文件中对其手工焊焊条未注明要求采用低氢型焊条，即E4315、E4316或E5015、E5016型焊条。原因分析：手工焊接时焊条型号中关于药皮类型的确定，应按结构的受力情况和重要性区别对待，对于承受动力荷载且需验算疲劳的结构，为减少焊缝金属中的含氢量，防止冷裂纹出现，并使焊缝金属脱硫减小裂纹的倾向，应采用低氢碱性焊条。设计人员未注意查用规范有关受直接动力荷载构件对焊条选材的专门要求。改进措施：应按《钢结构规范》GB50017第3.3.8条款要求选用焊条。对直接承受动力荷载-4-且需验疲劳的结构，应选取低氢型焊条并配以相应焊剂，即对Q235钢应选E4315、E4316，对Q345钢应选E5015、E5016焊条。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1.1.7在钢结构构件计算中对t＝18mm，t＝20mm，Q235钢板强度设计值取值不同。未予以注意，造成错误。原因分析：《钢结构规范》GB50017第3.4.1条(强制性条文)规定t＞16～40mm钢板抗拉、抗压、和抗弯强度设计值f＝205N／mm2，而原《钢结构设计规范》GBJl7-88规定t≤20mm钢板抗拉、抗压和抗弯强度设计值f＝215N／mm2。改进措施：对于钢材的强度设计值，经过多年的设计和生产经验，在大量的调查研究基础上，《钢结构规范》第3.4.l条(强制性条文)将t＝18mm和t＝20mm的Q235钢板的强度设计值调整为f＝205N／mm2，应按此执行。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1.1.8在计算单面连接轴心受压单角钢和无垫板的单面施焊的对接焊缝强度时，其强度设计值未乘以折减系数。原因分析：(1)由于平面连接的受压单角钢实际上是双向压弯构件，只是为计算简便将其作为轴心受压构件计算，应采用折减系数以考虑双向压弯的影响。(2)经调查统计许多单面施焊不加垫板时，焊缝不能保证焊满焊件的全厚度，因此其强度设计值应乘以折减系数。改进措施：应按《钢结构规范》GB50017第3.4.2条(强制性条文)，将强度设计值乘以折减系数0.85(稳定性计算另有规定)。如图1.1.8-1、2所示：－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1.2构件计算1.2.1钢梁上翼缘或支座受有较大集中荷载处，未设置横向加劲肋，或未进行该处腹板局部承压强度计算。原因分析：当梁上翼缘或支座受有较大集中荷载时，宜在该处按置构造设支承加劲肋，并应进行该处局部承压验算，否则梁会因为局部承压强度不够而发生破坏。改进措施：应按《钢结构规范》GB50017第4.l.3、4.3.2、4.3.6、4.3.7条要求进行局部承压强度验算，同时注意此处施焊受剪。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1.2.2钢梁受压翼缘自由长度l1：与其宽度b1之比超过有关规定，未对钢梁进行整体稳定计算。原因分析：对钢结构的受弯构件不仅要进行强度计算，还应进行整体稳定计算，因稳定计算常起控制作用。改进措施：应按《钢结构规范》GB50017第4.2.1条的有关规定，对钢梁进行整体稳定计算。计算整体稳定系数φb时，应遵照附录B的有关规定。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1.2.3简支箱形梁截面尺寸不满足h/b0≤6和l1/b0≤95(235／fy)未对梁的整体稳定进行计算。原因分析：箱形梁与工字形梁相比具有较好的抗扭特性，但其截面尺寸不宜超过限值。改进措施：由于箱形截面梁的抗侧向弯曲和抗扭转刚度远远大于工字形梁，其整体稳定性很-5-强，设计时应尽量避免计算其整体稳定性，《钢结构规范》GB50017也未给出整体稳定系数的计算方法，因此，《钢结构规范》第4.2.4条规定，箱形截面只要满足h/b0≤6和l1/b0≤95(235／fy)时可不计算其整体稳定性，当不满足时应进行整体稳定计算。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1.2.4支座反力比较大的梁端支承加劲肋未按轴心受压构件计算其在梁平面外的稳定性，且对加劲肋与梁腹板的连接焊缝也末进行计算。原因分析：梁端的反力设计假定由加劲肋和部分腹板承受，加劲肋和部分腹板组成的截面按轴心受压构件计算，加劲肋与上翼缘接触面可以要求刨平顶紧后再焊接。改进措施：应按《钢结构规范》GB50017第4.3.7条，对支承加劲肋处进行计算。计算时应注意此处按轴心受压构件考虑的截面为加劲肋和加劲肋每侧15tw(235/fy)1/2范围内组成的十字形截面，计算长度取梁腹板高度h0，如图1.2.4所示：－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1.2.5工字形截