膜結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范采《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50017-2017  

我國的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范是隨著建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用逐步發(fā)展和完善的，經(jīng)歷了74鋼規(guī)（TJ 17-74《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》）88鋼規(guī)（GBJ 17-88《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》）03鋼規(guī)（GB 50017-2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》）最新修訂并于2018年7月1日實施的新版鋼規(guī)GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（簡稱“17 鋼標(biāo)”）17 鋼標(biāo)的修訂，除對03鋼規(guī)的條文進(jìn)行必要的修訂、增補(bǔ)之外，主要完成了下面兩項工作：

1、形成設(shè)計規(guī)范。 03鋼規(guī)及以前的鋼規(guī)，基本上屬于母規(guī)性質(zhì)，即主要用于規(guī)定鋼材強(qiáng)度和構(gòu)件驗算，缺乏對結(jié)構(gòu)體系層面的設(shè)計規(guī)定和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計內(nèi)容，不能直接成為用于設(shè)計的結(jié)構(gòu)規(guī)范。

本次修訂加入結(jié)構(gòu)體系和抗震設(shè)計內(nèi)容，使17鋼標(biāo)能夠直接用于常用鋼結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計。

2、引入用于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計的直接分析法，并與歐標(biāo)、美標(biāo)、中國香港鋼規(guī)的直接分析法保持同步，使鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計更安全、更經(jīng)濟(jì)。

一、各章主要內(nèi)容

第 1 章：總則

17 鋼標(biāo)適用于工業(yè)與民用建筑和一般構(gòu)筑物的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計。經(jīng)過歷屆編制人的努力，鋼規(guī)已成為鋼結(jié)構(gòu)業(yè)內(nèi)專業(yè)最權(quán)威、應(yīng)用最廣泛的規(guī)范。因此本次鋼標(biāo)的修訂也力求在房屋之外的其他領(lǐng)域，如鐵路、公路、港口、水利等方面解決技術(shù)層面的共性問題，以促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展。

第 2 章：術(shù)語和符號

明確了無支撐框架、強(qiáng)支撐框架的定義，規(guī)范了支撐結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)體系，增加了用于抗震設(shè)計的構(gòu)件塑性耗能區(qū)的定義。

第 3 章：基本設(shè)計規(guī)定

給出了鋼結(jié)構(gòu)兩種地震工況的驗算方法，即GB 50010-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（簡稱“抗規(guī)”）的多遇地震設(shè)計法和17 鋼標(biāo)的設(shè)防烈度地震設(shè)計法，后者具體驗算方法見第17章。這就指明了鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計既可以按抗規(guī)的方法，也可以按第17章的抗震性能化設(shè)計方法。

截面板件寬厚比是為第17章抗震設(shè)計準(zhǔn)備的基本資料，可以說這是中國規(guī)范第一次系統(tǒng)地梳理了板件寬厚比。

對于歐規(guī)的S1~S4截面，17 鋼標(biāo)將壓彎和受彎構(gòu)件的截面分成S1~S5五類截面。17 鋼標(biāo)S1、S2為塑性截面，S4為彈性截面，S3為中國規(guī)范特有的考慮一定塑性發(fā)展的彈塑性截面，S5為薄柔截面。

第 4 章：材料

17 鋼標(biāo)將材料獨立成章，為今后新材料的應(yīng)用做準(zhǔn)備。本次雖僅增加了Q460 和Q345GJ兩種鋼材，但做了大量工作。以可靠性指標(biāo)為基礎(chǔ)，通過大量構(gòu)件的幾何不定性、材料不定性和計算模式不定性的試驗分析和現(xiàn)場構(gòu)件數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作，并結(jié)合以往鋼規(guī)的計算模式不定性成果，得到了本次用于修訂的抗力分項系數(shù)。

應(yīng)當(dāng)看到，經(jīng)過十幾年鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國的建筑用鋼質(zhì)量水平有了很大提高。但從抗力分項系數(shù)的角度講，并不盡如人意。由于材料不定性中屈服強(qiáng)度的變異系數(shù)的增大，使得本次修訂得到的抗力分項系數(shù)有所增大：Q235由1.087增大到1.090，Q345~Q420由1.111增大到1.125~1.180（不同板厚），新增Q460鋼的抗力分項系數(shù)為1.125~1.180（不同板厚）。

對于目前的抗力分項系數(shù)計算方法，有兩點值得注意。一是求解麻煩，需要做大量的試驗和檢測工作，這也限制了作為規(guī)范引進(jìn)新鋼種的速度。二是抗力分項系數(shù)的統(tǒng)計方法使其極大依賴鋼材屈服強(qiáng)度的離散程度，每次統(tǒng)計值都不穩(wěn)定?？紤]到抗力分項系數(shù)在1.1左右，因此可以參照歐美的做法，比如規(guī)定抗力分項系數(shù)為1.1，然后反推對鋼材強(qiáng)度的離散性要求。如采用這種方法可大大簡化抗力分項系數(shù)的確定過程，方便引入新鋼種。

第 5 章：結(jié)構(gòu)分析與穩(wěn)定性設(shè)計

本章為直接分析法。作為一階彈性分析與計算長度法的一個替代方法，直接分析法已納入歐美、中國香港規(guī)范，并有取代前者成為鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算方法的趨勢。

一階分析方法依賴于計算長度，03 鋼規(guī)的計算長度系數(shù)是在特定條件下推導(dǎo)出來的。實際上，構(gòu)件的計算長度與結(jié)構(gòu)體系、荷載情況、約束條件均有關(guān)系，并不是一個定值。直接分析法準(zhǔn)確考慮結(jié)構(gòu)計算的諸多因素，并引入結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的初始缺陷和殘余應(yīng)力，將穩(wěn)定計算統(tǒng)一到原本的強(qiáng)度計算上來。

從試設(shè)計及歐美相關(guān)的研究來看，P-Δ-Δ０二階分析從工程角度看效果會更好一些。在此基礎(chǔ)上，以計算長度系數(shù)為1.0進(jìn)行構(gòu)件的穩(wěn)定性計算，避免了計算長度系數(shù)確定的諸多難題，可以得到滿意的結(jié)果。P-Δ-δ（含Δ０、δ０）直接分析法由于具體操作時δ０的取法不便，使得此方法在實際應(yīng)用上會遇到一定的困難。

應(yīng)當(dāng)看到，二階效應(yīng)法和直接分析法因為要直接考慮二階效應(yīng)，因而不能用傳統(tǒng)的線性分析方法進(jìn)行，需采用迭代方法進(jìn)行幾何非線性求解。而對于直接分析法，如何編制一個高效的非線性計算軟件直接決定了這種方法的應(yīng)用前景。目前，香港地區(qū)的Nida軟件在這方面居領(lǐng)先地位，很好地解決了這個問題。

直接分析法還可以應(yīng)用于地震工況的計算，這時應(yīng)采用時程法進(jìn)行考慮幾何非線性的結(jié)構(gòu)動力彈性或彈塑性分析。

第 6~8 章：構(gòu)件的受彎、軸心受力和壓彎拉彎

構(gòu)件的受彎、軸心受力和壓彎拉彎是傳統(tǒng)章節(jié)。03 鋼規(guī)已很好完成了這三類構(gòu)件的設(shè)計和計算方法，本次修訂沒有做大的調(diào)整。

將有支撐框架分為強(qiáng)支撐結(jié)構(gòu)和弱支撐結(jié)構(gòu)，是03鋼規(guī)的一個創(chuàng)新。考慮到實際應(yīng)用情況很少設(shè)計成弱支撐框架，因此這次取消了該類框架。另外，強(qiáng)支撐框架的判別式過于理論化，爭議較多，這次做了系數(shù)的調(diào)整但仍加以保留。隨著二階分析計算方法的普及，建議今后采用二階分析法或直接分析法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計，這時計算長度系數(shù)取1.0。

第 9 章：加勁鋼板剪力墻

純鋼板剪力墻作為一種性能良好的水平受力構(gòu)件，與支撐相比有其獨特的適用性?？紤]到鋼板的穩(wěn)定問題，這次僅引入帶加勁肋的鋼板墻。目前國內(nèi)應(yīng)用鋼板墻的典型工程是320m高的天津津塔，但其對施工安裝要求較高，目前鋼板墻并未得到大量應(yīng)用。

第 10 章：塑性及彎矩調(diào)幅設(shè)計

塑性設(shè)計屬求結(jié)構(gòu)極限承載力問題，具有理論依據(jù)，但作為設(shè)計方法缺少可靠度方面的論證。17 鋼標(biāo)采用彎矩調(diào)幅設(shè)計方法，具有塑性設(shè)計含義，且從概念上易為設(shè)計者所接受。

對超靜定梁可以進(jìn)行調(diào)幅，包括框架梁和連續(xù)梁。對于地震工況，只允許對重力荷載進(jìn)行調(diào)幅。

第 11 章：連接

將連接獨立成章，對各種鋼結(jié)構(gòu)連接進(jìn)行梳理，并為今后該章內(nèi)容的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

17 鋼標(biāo)連接的計算式沿用03鋼規(guī)，沒有做大的調(diào)整。近年來在海外項目的工程實踐中發(fā)現(xiàn)，我國有些強(qiáng)度指標(biāo)如高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊力、抗剪承載力等較國外標(biāo)準(zhǔn)低不少。這方面屬于基本性能的研究?？紤]到03鋼規(guī)的指標(biāo)很多是來源于88鋼規(guī)乃至74鋼規(guī)的數(shù)據(jù)，而當(dāng)時情況下鋼材的強(qiáng)度、施工水平等與現(xiàn)在不能同日而語。因此今后有必要在吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對這些公式進(jìn)行梳理和修訂。

第 12 章：節(jié)點

節(jié)點獨立成章，也是為以后對節(jié)點的全面、系統(tǒng)、深入的研究打基礎(chǔ)。在柱腳一節(jié)，將外露式、外包式、埋入式和插入式柱腳進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，便于設(shè)計人員選用。特別是著重介紹了已廣泛用于冶金廠房的鋼結(jié)構(gòu)插入式柱腳，可以為其他行業(yè)的應(yīng)用所借鑒。

第 13 章：鋼管連接節(jié)點

鋼管結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用使得需要對其相貫節(jié)點的設(shè)計進(jìn)行全面研究，包括圓鋼管和矩形鋼管。

相貫節(jié)點因其受力機(jī)理的特殊性，難于像鋼結(jié)構(gòu)的其他強(qiáng)度驗算一樣，由一個理論公式考慮各種因素推出實用公式，而是基本基于試驗得到。

在全面進(jìn)行相貫節(jié)點理論分析和試驗研究的基礎(chǔ)上，17 鋼標(biāo)提出了一整套非加勁的節(jié)點承載力計算式。承載力公式綜合考慮了節(jié)點屈曲、屈服、支桿強(qiáng)度等因素，是以試驗為依據(jù)的，為管桁架強(qiáng)節(jié)點弱桿件的設(shè)計提供了保證。

對于交錯搭接節(jié)點中被搭接支桿不易施焊的情況，17 鋼標(biāo)也做了詳盡分析，給出了諸如低烈度抗震區(qū)可不施焊的建議。

對于不滿足節(jié)點承載力要求的非加勁相貫節(jié)點，可以采用設(shè)置加勁肋的方法處理。

第 14 章：鋼與混凝土組合梁

考慮混凝土與鋼梁的組合作用能節(jié)省用鋼量。本章的組合梁強(qiáng)度計算按塑性理論，撓度和連續(xù)梁端部裂縫計算按彈性理論。前者考慮混凝土開裂的剛度折減，后者考慮彎矩調(diào)幅作用。

組合梁按栓釘?shù)目辜裟芰Ψ譃橥耆辜艚M合和部分抗剪組合。前者的栓釘數(shù)量能完全承擔(dān)混凝土與鋼梁界面的剪力傳遞。基于此，推導(dǎo)出完全組合梁和部分組合梁的正彎矩區(qū)和負(fù)彎矩區(qū)的承載力計算式。從正彎矩區(qū)的位置可以看出，這套塑性計算式適用于非地震區(qū)，因此更加適用于次梁（包括簡支梁和連續(xù)梁）。另外，第6節(jié)給出了按完全抗剪連接得到的混凝土梁縱向傳遞栓釘抗剪力的計算式。

可以看到，組合梁的計算基于塑性理論，是一個完整體系。在應(yīng)用時要特別注意適用條件，合理應(yīng)用。

第 15 章：鋼管混凝土柱及節(jié)點

考慮造價等原因，用鋼管混凝土柱代替鋼柱已成為一種常規(guī)做法。因此17 鋼標(biāo)將鋼管混凝土柱作為一種常規(guī)構(gòu)件列入。這種構(gòu)件的承載力計算及相關(guān)構(gòu)造要求見其他有關(guān)規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)。

第 16 章：疲勞計算及防脆斷設(shè)計

疲勞計算適用于應(yīng)力循環(huán)次數(shù)超過5萬次的情況。17 鋼標(biāo)采用 S-N曲線以應(yīng)力幅考慮疲勞問題，分兩個步驟判斷構(gòu)件的疲勞。第一步進(jìn)行初步判斷，以 1億次的疲勞截止限值進(jìn)行驗算。如果不滿足，對常幅疲勞，按應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分段驗算；對變幅疲勞，按折算幅進(jìn)行200萬次容許應(yīng)力幅驗算。

低溫冷脆是鋼材的特征之一。在中國寒冷地區(qū)近年來也曾發(fā)生了多起因鋼材低溫脆斷的結(jié)構(gòu)事故。17 鋼標(biāo)要求低溫情況下（一般為 -20℃以下）應(yīng)進(jìn)行防脆斷設(shè)計，并從構(gòu)造上給出了具體要求。對于具體的防脆斷計算方法，如斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)方法，需要在下一步的工作中加以引入和完善。

第 17 章：鋼結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好，不僅僅表現(xiàn)在材料延性好，還在于它的地震作用小。因此，如何將鋼材的強(qiáng)度和延性合理地進(jìn)行組合搭配，即采用高延性、低承載力或低延性、高承載力的結(jié)構(gòu)，是鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的關(guān)鍵。

17 鋼標(biāo)采用以抗震設(shè)防烈度為基礎(chǔ)的鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法，采用性能系數(shù)考慮結(jié)構(gòu)的承載力與延性關(guān)系，以截面板件寬厚比等級考慮構(gòu)件的延性。對鋼框架結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計做出了全面系統(tǒng)的規(guī)定，使以性能系數(shù)和構(gòu)件延性為基礎(chǔ)的設(shè)防烈度抗震設(shè)計方法走向應(yīng)用。

采用基于性能的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)防烈度抗震設(shè)計方法進(jìn)行抗震設(shè)計，對于高烈度區(qū)的高層結(jié)構(gòu)，采用低承載力高延性的設(shè)計方法，以結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的延性耗能抵抗強(qiáng)震作用，使結(jié)構(gòu)設(shè)計更安全。對于低烈度區(qū)的低層結(jié)構(gòu)，采用高承載力低延性的設(shè)計方法，利用地震作用小、不為控制設(shè)計工況的特點，降低構(gòu)件的延性要求，使結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理。

第 18 章：鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)

鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)含抗火設(shè)計、防腐、隔熱。

鋼結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計，與GB 51249-2017《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》相聯(lián)系，后者采用抗火性能化設(shè)計，使防火設(shè)計更趨于合理。

鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕設(shè)計，要根據(jù)使用環(huán)境和維護(hù)條件等因素，采用可行的防腐蝕方法，包括涂料、耐候鋼、陰極保護(hù)、鍍鋅鋁等。

鋼結(jié)構(gòu)的隔熱設(shè)計，要將高溫環(huán)境作為一種持久工況，對高溫下鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔熱保護(hù)或考慮高溫下材料性能的降低進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

二、結(jié)語

綜上，17 鋼標(biāo)的推出，使鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計更加趨于先進(jìn)、實用、合理，更加國際化，不僅會繼續(xù)為我國的鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)保駕護(hù)航，還會在我國一帶一路的走出去戰(zhàn)略中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：GB 50017-2017［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018．

［2］王立軍．《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》回顧與展望［J］．工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化，2015（7）：82-83．

［3］沈祖炎．中國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的發(fā)展歷程［J］．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2010（6）：1-6．

［4］陳紹蕃．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的回顧與展望［J］．工業(yè)建筑，2009，39（6）：1-5．

［5］魏明鐘．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計新規(guī)范應(yīng)用講解［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1989．