钢结构计算参数和构造要求

2017版新钢标《钢结构设计标准》（ GB 50017-2017 ）替代2003版旧钢规 《钢结构设计规范》（GB 50017-2003） ，钢结构的计算参数、构造要求有很多变化。本文依据2017版新钢标汇总了钢结构设计最常用的计算参数和构造要求。

1. 一般规定

钢结构设计应包括下列内容：

（1） 结构方案设计，包括结构选型、构件布置；

（2） 材料选用及截面选择；

（3） 作用及作用效应分析；

（4） 结构的极限状态验算；

（5） 结构、构件及连接的构造；

（ 6）制作 、运输、安装、防腐和防火等要求；

（7） 满足特殊要求结构的专门性能设计。

为满足建筑方案的要求并从根本上保证结构安全，设计内容除构件设计外还应包括整个结构体系的设计。本次规范修订补充有关钢结构设计的基本要求，包括结构方案、材料选用、内力分析、截面设计、连接构造、耐久性、施工要求、抗震设计等。

进行钢结构设计时，本条所规定的设计内容必须完成。 （这句话是新钢标3.1.1条的条文说明的原话）

2. 材料选择

为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。

承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢 （由Q355钢 替代 ） 、Q390钢、Q420钢和Q460钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。

承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。

焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。

对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。

对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。

当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。

3.各类材料或构件强度指标

钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数）。

钢材的强度设计值 （N/mm 2 ）

注：表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受力构件系指截面中较厚板件的厚度。

钢铸件的强度设计值 （N/mm 2 ）

焊缝的强度设计值 （ N/mm 2 ）

注：1．自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂，应保证其熔敷金属的力学性能不低于现行国家标准《碳素钢埋弧焊用焊剂》GB/T 5293和《低合金钢埋弧焊用焊剂》GB/T 12470中相关的规定；

2．焊缝质量等级应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的规定。其中厚度小于8mm钢材的对接焊缝，不宜用超声波探伤确定焊缝质量等级；

3．对接焊缝抗弯受压区强度设计值取 f c w ，抗弯受拉区强度设计值取 f t w 。

常用钢材的焊接材料选用匹配推荐表

螺栓连接的强度设计值 （N/mm 2 ）

铆钉连接的强度设计值 （N/mm 2 ）

注：1．属于下列情况者为I类孔：

1）在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔；

2）在单个零件和构件上按设计孔径分别用钻模钻成的孔；

3）在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径，然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径的孔。

2．在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径的孔属于II类孔。

计算下列情况的结构构件或连接时，上述强度设计值应乘以相应的折减系数：

1．单面连接的单角钢

1）按轴心受力计算强度和连接0.85；

2）按轴心受压计算稳定性

等边角钢0.6＋0.0015δ，但不大于1.0：

短边相连的不等边角钢0.5＋0.0025δ，但不大于1.0；

长边相连的不等边角钢0.70；

几为长细比，对中间无连接的单角钢压杆，应按最小回转半径计算，当δ＜20时，取δ＝20；

2．无垫板的单面施焊对接焊缝0.85；

3．施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接0.90；

4．沉头和半沉头铆钉连接0.80。

注：当几种情况同时存在时，其折减系数应连乘。

钢材和钢铸件的物理性能指标

摩擦型高强度螺栓中摩擦面抗滑移系数见表。一个高强度螺栓的预拉力见表。

摩擦面的抗滑移系数 μ

一个高强度螺栓的预拉力 P（kN）

4. 变形限值

吊车梁、楼盖梁、屋盖梁、工作平台梁以及墙架构件的挠度不宜超过表B所列的容许值。

受弯构件挠度允许值

框架结构的水平位移允许值：在风荷载标准值作用下框架柱顶水平位移和层间相对位移不宜超过下列数值。

1．无桥式吊车的单层框架的柱顶位移H/150

2．有桥式吊车的单层框架的柱顶位移H/400

3．多层框架的柱顶位移H/500

4．多层框架的层间相对位移h/400

H为自基础顶面至柱顶的总高度；h为层高。

注：1．对室内装修要求较高的民用建筑多层框架结构，层间相对位移宜适当减小。无墙壁的多层框架结构，层间相对位移可适当放宽。

2．对轻型框架结构的柱顶水平位移和层间位移均可适当放宽。

桁架弦杆和单系腹杆的计算长度 l 0

注： 1． l 为构件的几何长度（节点中心间距离）； l 1 为桁架弦杆侧向支承点之间的距离。

2．斜平面系指与桁架平面斜交的平面，适用于构件截面两主轴均不在桁架平面内的单角钢腹杆和双角钢十字形截面腹杆。

3．无节点板的腹杆计算长度在任意平面内均取其等于几何长度（钢管结构除外）。

受拉构件的允许长细比

注：1．承受静力荷载的结构中，可仅计算受拉构件在竖向平面内的长细比。

2．在直接或间接承受动力荷载的结构中，单角钢受拉构件长细比的计算方法与表10注2相同。

3．中、重级工作制吊车桁架下弦杆的长细比不宜超过200。

4．在设有夹钳或刚性料耙等硬钩吊车的厂房中，支撑（表中第2项除外）的长细比不宜超过300。

5．受拉构件在永久荷载与风荷载组合作用下受压时，其长细比不宜超过250。

6．跨度等于或大于60m的桁架，其受拉弦杆和腹杆的长细比不宜超过300（承受静力荷载或间接承受动力荷载）或250（直接承受动力荷载）。

受压构件的允许长细比

注：1．桁架（包括空间桁架）的受压腹杆，当其内力等于或小于承载能力的50%时，允许长细比值可取为200。

2．计算单角钢受压构件的长细比时，应采用角钢的最小回转半径，但在计算交叉杆件平面外的长细比时，可采用与角钢肢边平行轴的回转半径。

3．跨度等于或大于60m的桁架，其受压弦杆和端压杆的允许长细比值宜取为100，其他受压腹杆可取为150（承受静力荷载或间接承受动力荷载）或120（直接承受动力荷载）。

单层厂房阶形柱计算长度的折减系数

注：有横梁的露天结构（如落锤车间等），其折减系数可采用0.9。

5. 构造要求

高强度螺栓的孔型匹配 （mm）

螺栓或铆钉的最大、最小允许距离

角焊缝最小焊脚尺寸

压弯和受弯构件的截面板件宽厚比等级及限值

支撑截面板件宽厚比等级及限值

温度区段长度限值

本文只列出了一部分钢结构计算公式和构造要求，更多内容应查阅《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）