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海外工程十五年之九十四——美标钢结构设计概述(4)

《美国建筑钢结构设计规范》最新版本为 ANSI/AISC 360-16,英文名字为Specification for Structural Steel Buildings。360-10版国内已经有翻译版发行。为使大家更好的理解360-16版本,特别翻译其关键章节,不妥之处,敬请读者提出宝贵意见。本文为第B章的重点翻译。

第    B    章

本章规定了适用于本规范所有章节的钢结构设计的一般要求。

本章组织如下:

B1.一般规定

B2.荷载和荷载组合

B3.设计基础

B4.构件属性

B5.制造和安装

B6.质量控制和质量保证

B7.既有结构评估

B1.一般规定

构件和连接的设计应与预期的结构体系的性能和结构分析的假定相一致。

B2.荷载和荷载组合

荷载、荷载标准值及荷载组合应符合现行建筑规范的规定。在无建筑规范的时,荷载、荷载标准值和及荷载组合应满足ASCE/SEI 7《建筑物及其他结构的最小设计荷载》的相关规定。

使用说明:应用ASCE/SEI 7时,当按本章第B3.1(LRFD)进行设计应采用ASCE/SET 7中第2.3节的荷载组合;当按本章第B3.2(ASD)进行设计时应采用ASCE/SEI 7中第2. 4节的荷载组合。

B3.设计基础

设计应确保结构承受所有荷载组合时,不会超过承载能力极限状态或正常使用极限状态。

应按荷载和抗力分项系数设计法(LRFD)或容许应力设计法(ASD)的规定进行设计。

UserNote: The term “design”, as used in this Specification, is defined in the Glossary.

使用说明:本规范中使用的“设计”,已在“术语”中定义。


承载力标准值Rn及相应的抗力系数φ,按第D章至第K章的相关规定进行确定。

承载力标准值Rn及相应的安全系数Ω,按第D章至第K章的相关规定进行确定。

3.效应设计值

结构构件和连接的设计效应值应根据第B2节规定的相应荷载组合进行结构分析确定。

设计时可采用弹性或非弹性分析方法,分析要求见第C章和附录1

按第B4. 1条定义的紧凑型截面构成的、并满足第F13.5条无支撑长度要求的梁的抗弯承载力,如果最大正弯矩增加平均负弯矩(按弹性分析方法计算)的十分之一,则可以在支座处按负弯矩的十分之九取值(该负弯矩是在重力荷载作用下、满足本规范中第C章的要求按弹性分析方法计算得到的)。对于下列情况:如构件的最小屈服应力Fy超过65 ksi( 450MPa) ;弯矩是由作用在悬臂上的荷载所产生的;设计中采用了部分约束抗弯连接(PR );或者按照本规范附录1中非弹性分析方法进行设计,则不允许进行弯矩重分配。当按第B3.1(LRFD )和第B3.2(ASD)进行设计时,可以进行弯矩重分配。对于抗力分项系数设计法( LRFD) ,轴向承载力不得超过0.15φcFyAg;对于容许应力设计法(ASD),轴向承载力不得超过0.15FyAg,其中φcΩ根据第E1节要求确定,Ag为构件的毛截面积in2(mm2 ) ,  Fy为规定的最小屈服应力ksi(MPa)

4.连接和支座设计

应根据第J章和第K章中的相关规定进行连接部件设计。在设计中所采用的力和变形设计值,应与预期的连接性状相一致,也应与结构分析假定相一致。允许连接部位有自限性的非弹性变形。除结构分析结果表明不必要外,应在梁和桁架支座处对绕其纵轴的转动自由度进行约束。

使用说明:《建筑和桥梁钢结构标准实施规程》第3.1.2节对连接设计所需信息进行了明确的说明。

4a.简单(铰接)连接

简单(铰接)连接所传递的弯矩可以忽略不计。在进行结构分析时,可以假定铰接部位的被连接结构构件之间的相对转动不受约束。铰接连接应具有足足够的转动能力,来满足结构分析所确定的转动需要。

4b.抗弯连接

抗弯连接可分为两种类型:完全约束抗弯连接(FR)和部分约束抗弯连接,规定如下:

(a)完全约束抗弯连接(FR)

完全约束抗弯连接(FR)能够传递弯矩,且忽略连接构件之间的转动。在结构分析时,可以假设连接无相对转动。完全约束抗弯连接应具有足够的强度和刚度,使其在承载能力极限状态下保持连接构件之间的初始角度不变。

(b) 部分约束抗弯连接(PR)

部分约束力矩连接(PR)可传递弯矩,但连接构件之间的转动不可忽略。在结构分析时,应考虑连接件的受力变形响应特性。PR连接的响应特性应通过记录有关技术文献或通过分析或试验方法确定。部分约束抗弯连接的构件在承载能力极限状态下应具有足够的强度、刚度和变形能力。

5.横隔板和系杆设计

隔板和系杆应按第B2节规定的荷载所产生的力进行设计。且应按本规范第C章至第K章相应规定设计。

6.与混凝土的锚固

组合结构中钢和混凝土之间的锚固应按第I章设计。柱脚和锚栓应按第J章设计。

7.稳定设计

结构和构件的稳定性应按照第C章的相关规定确定。

8.正常使用极限状态

整体结构、单个构件和连接件的正常使用极限状态的验算按第L章有关规定进行。

9.完整性设计

当适用建筑规范要求进行结构完整性设计时,应满足本节的要求。

(a)柱搭接接头的标准抗拉强度度等于或大于柱搭接区段及柱接头与柱脚之间的D+L值。

式中:

D=恒载标准值,kipsN

L=活载标准值,kipsN

(b)梁和梁端连接件应具有最小抗拉承载力标准值应不小于(i)根据B3.1节(LRFD)所得竖向设计剪力的2/3或(ii)根据B3.2节(ASD)所得竖向设计剪力进行设计,但在均不得小于10kips

(c)支撑与柱构件的端部连接的标准抗拉强度应不小于(i)根据第B3.1节(LRFD)的设计连接处柱轴设计轴力2/31%或(ii)根据第B3.2节(ASD)的设计连接处柱设计轴力的1%

本节中结构完整性的强度要求应独立于其他强度要求进行验算。为了满足这些要求,允许在连接件中使用与拉力方向平行的短槽孔和连接件的非弹性变形的承压螺栓。

10.积水设计

除非屋面有为防止积水措施外。屋面结构应结构分析,以确保在积水条件下的强度和稳定性,

积水条件下评估稳定性和强度的验算方法,见附录2

11.疲劳设计

对于承受重复荷载的构件及其连接件,应根据附录3进行疲劳设计。典型建筑抗侧力体系和建筑围护结构构件的地震或风荷载作用下,不考虑疲劳影响。

12.抗火设计

本规范附录4给出了在火灾条件下的两种结构设计方法。即合格测试方法(qualification testing)和工程分析方法。满足现行建筑规范中的有关消防要求,即可满足本规范附录4的相关规定。

对于负责结构设计的责任上程师或设计团队中的任何其他成员而言,本节中的任何内容均不能构成或暗示为一种合同要求。

使用说明:合格测试方法是大多数现行建筑法规和规范中的指定做法。传统上大多数工程项目中建筑师是主导的专业人员,应负责确定和协调防火设计要求。采用工程分析方法进行设计,是一种新的抗火土程设计方法、。对于每个工程项目,应在合同条款中明确指定专人负责抗火设计。

13.抗腐蚀设计

对于因腐蚀可能会降低结构承载能力或影响其正常使用,应对结构构件进行抗腐蚀设计或防腐保护措施。


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