3 基本设计规定#
3.1 一般规定#
钢结构设计应包括下列内容：
结构方案设计，包括结构选型、构件布置；
材料选用；
作用及作用效应分析；
结构的极限状态验算；
结构、构件及连接的构造；
制作、运输、安装、防腐和防火等要求；
满足特殊要求结构的专门性能设计。
本规范除疲劳计算外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数设计表达式进行计算。
除疲劳设计采用容许应力法外，钢结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计：
承载能力极限状态包括：构件或连接的强度破坏、脆性断裂，因过度变形而不适用于继续承载，结构或构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆；
正常使用极限状态包括：影响结构、构件或非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括混凝土裂缝）。
钢结构的安全等级和设计使用年限应符合国家现行标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068和《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153的规定。一般工业与民用建筑钢结构的安全等级应取为二级，其他特殊建筑钢结构的安全等级应根据具体情况另行确定。建筑物中各类结构构件的安全等级，宜与整个结构的安全等级相同。对其中部分结构构件的安全等级可进行调整，但不得低于三级。
按承载能力极限状态设计钢结构时，应考虑荷载效应的基本组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。按正常使用极限状态设计钢结构时，应考虑荷载效应的标准组合，对钢与混凝土组合梁，尚应考虑准永久组合。
计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载设计值；计算疲劳时，应采用荷载标准值。
对于直接承受动力荷载的结构：在计算强度和稳定性时，动力荷载设计值应乘以动力系数；在计算疲劳和变形时，动力荷载标准值不乘动力系数。计算吊车梁或吊车桁架及其制动结构的疲劳和挠度时，起重机荷载应按作用在跨间内荷载效应最大的一台起重机确定。
注：本规范中直接承受动力荷载指直接承受冲击产生振动的荷载或撞击荷载等，不包括风荷载和地震作用。
预应力钢结构的设计应包括预应力施工阶段和使用阶段的各种工况。应对结构、构件和节点进行强度、刚度和稳定性计算。预应力索膜结构设计应包括找形分析、荷载分析及裁剪分析三个相互制约的过程，必要时还应进行施工过程分析。对于使用阶段需要换索的工况，在计算、构造及施工方案上应预先考虑。
结构构件、连接及节点应采用下列承载能力极限状态设计表达式：
对持久设计状况、短暂设计状况：
\[ \gamma_0 S \le R \quad \text{（3.1.9-1）} \]对地震设计状况：
\[ S \le \frac{R}{\gamma_{\text{RE}}} \quad \text{（3.1.9-2）} \]式中：
\(\gamma_0\) —— 结构重要性系数：对安全等级为一级的结构构件不应小于1.1，对安全等级为二级的结构构件不应小于1.0，对安全等级为三级的结构构件不应小于0.9；
\(S\) —— 承载能力极限状况下，作用组合的效应设计值：对非抗震设计，应按作用的基本组合计算；对抗震设计，应按作用的地震组合计算；
\(R\) —— 结构构件的抗力设计值；
\(\gamma_{\text{RE}}\) —— 承载力抗震调整系数，按国家现行标准《建筑抗震设计规范》GB50011取值。
对于可能遭受火灾、爆炸、冲击等偶然作用，安全等级为一级的重要结构，宜进行防连续倒塌控制设计，保证部分梁或柱失效时结构有一条竖向荷载重分布的途径，保证部分梁或楼板失效时结构的稳定性，保证部分构件失效后节点仍可有效传递荷载。
进行钢结构设计时，应合理选择材料、结构方案和构造措施，满足结构构件在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求并符合防火、防腐蚀要求。宜采用通用和标准化构件，必要时，尚应考虑结构部分构件替换的可能性，并提出相应的要求。钢结构的构造应便于制作、运输、安装、维护并使结构受力简单明确，减少应力集中，避免材料三向受拉。以受风载为主的空腹结构，应尽量减少受风面积。
在钢结构设计文件中，应注明所采用的规范、建筑结构设计使用年限、抗震设防烈度、钢材牌号、连接材料的型号（或钢号）和设计所需的附加保证项目。对焊接连接，应注明焊缝熔透和质量等级及承受动荷载的特殊构造要求；对高强度螺栓连接，应注明预拉力、摩擦面处理和抗滑移系数；对抗震设防的钢结构，应注明焊缝及钢材的特殊要求。
钢结构设计文件应注明螺栓防松构造要求，端面刨平顶紧部位、钢结构最低防腐蚀设计年限和防护要求及措施、对施工的要求。
抗震设防的钢结构构件和节点，可按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50010或《构筑物抗震设计规范》GB50191的规定设计，也可按本规范第17章的规定进行性能化设计。
3.2 结构体系#
3.2.1 钢结构体系的选用应符合下列原则：#
应综合考虑结构合理性、建筑及工艺需求、环境条件（包括地质条件及其他）、节约投资和资源、材料供应、制作安装便利性等因素；
宜选用成熟的结构体系，当采用新型结构体系时，应充分论证其可行性。
3.2.2 钢结构的布置应符合下列要求：#
应具备合理的竖向和水平荷载传递途径；
应具有必要的刚度和承载力、良好的结构整体稳定性和构件稳定性；
应具有足够冗余度并应加强主要构件间拉结，避免因部分结构或构件破坏导致整个结构体系丧失承载能力而发生连续倒塌；
隔墙、外围护等宜采用轻质材料。
3.2.3 施工方法或顺序对主体结构的内力和变形有较大影响时，应进行施工阶段验算。#
3.2.4 常用建筑结构体系的设计应符合附录A的规定。#
3.3 作用#
3.3.1#
设计钢结构时，荷载的标准值、荷载分项系数、荷载组合值系数、动力荷载的动力系数等，应按国家现行标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定采用；地震作用应根据国家现行标准《建筑抗震设计规范》GB50011或《构筑物抗震规范》GB5019确定。
注：
对支承轻屋面的构件或结构（檩条、屋架、框架等），当仅有一个可变荷载且受荷水平投影面积超过60 m\(^2\)时，屋面均布活荷载标准值应取为不小于0.3 kN/m\(^2\)；
门式刚架轻型房屋的风荷载和雪荷载应符合专门的规定。
3.3.2#
计算重级工作制吊车梁（或吊车桁架）及其制动结构的强度、稳定性以及连接（吊车梁或吊车桁架、制动结构、柱相互间的连接）的强度时，应考虑由起重机摆动引起的横向水平力（此水平力不与荷载规范规定的横向水平荷载同时考虑），作用于每个轮压处的此水平力标准值可由下式进行计算：
对软钩起重机：
对抓斗或磁盘起重机：
对硬钩起重机：
式中：
\(P_{k,\max}\) —— 起重机最大轮压标准值；
\(\alpha\) —— 系数。
注： 国家现行标准《起重机设计规范》GB/T3811将起重机工作级别划分为A1—A8级。在一般情况下，本规范中的轻级工作制相当于A1—A3级，中级工作制相当于A4、A5级；重级工作制相当于A6—A8级，其中A8属于特重级。
3.3.3#
计算屋盖结构考虑悬挂起重机和电动葫芦的荷载时，在同一跨间每条运动线路上的台数；对梁式起重机不宜多于2台；对电动葫芦不宜多于1台。
3.3.4#
计算冶炼车间或其他类似车间的工作平台结构时，由检修材料所产生的荷载，可乘以下列折减系数：
主梁：0.85；
柱（包括基础）：0.75。
3.3.5#
在结构的设计过程中，当考虑温度变化的影响时，温度的变化范围可根据地点、环境、结构类型及使用功能等实际情况确定。单层房屋和露天结构的温度区段长度（伸缩缝的间距），当不超过表3.3.5的数值时，一般情况可不考虑温度应力和温度变形的影响。
表3.3.5 温度区段长度值（m）
结构情况 |
纵向温度区段（垂直屋架或构架跨度方向） |
横向温度区段（沿屋架或构架跨度方向） |
柱顶为刚接 |
柱顶为铰接 |
|---|---|---|---|---|
采暖房屋和非采暖地区的房屋 |
220 |
120 |
150 |
|
热车间和采暖地区的非采暖房屋 |
180 |
100 |
125 |
|
露天结构 |
120 |
— |
— |
|
围护构件为金属压型钢板的房屋 |
300 |
150 |
注：
围护结构可根据具体情况参照有关规范单独设置伸缩缝。
无桥式起重机房屋的柱间支撑和有桥式起重机房屋吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑，宜对称布置于温度区段中部。当不对称布置时，上述柱间支撑的中点（两道柱间支撑时为两柱间支撑的中点）至温度区段端部的距离不宜大于表3.3.5纵向温度区段长度的60%。
当横向为多跨高低屋面时，纵向温度区段数据可适当增加。
当有充分依据或可靠措施时，表中数字可予以增减。
3.4 结构或构件变形的规定#
3.4.1#
结构或构件变形（挠度或侧移）的容许值应符合本规范附录B的规定。当有实践经验或有特殊要求时，可根据不影响正常使用和观感的原则对附录B中的构件变形容许值进行适当的调整。
3.4.2#
计算结构或构件的变形时，可不考虑螺栓或铆钉孔引起的截面削弱。
3.4.3#
横向受力构件可预先起拱，起拱大小应视实际需要而定，可取恒载标准值加1/2活载标准值所产生的挠度值。当仅为改善外观条件时，构件挠度应取在恒荷载和活荷载标准值作用下的挠度计算值减去起拱值。
3.4.4#
竖向和水平荷载引起的构件和结构的振动，应满足正常使用或舒适度要求。
3.5 截面设计等级#
3.5.1#
进行受弯和压弯构件计算及塑性、弯矩调幅设计和抗震设计时，压弯和受弯构件的截面设计等级应符合表3.5的规定，其中参数 \(\alpha_0\) 应按下式计算：
式中：
\(\sigma_{\max}\) —— 腹板计算边缘的最大压应力；
\(\sigma_{\min}\) —— 腹板计算高度另一边缘相应的应力，压应力取正值，拉应力取负值。
表3.5 压弯和受弯构件的截面设计等级
构件 |
截面设计等级 |
S1级（限值） |
S2级（限值） |
S3级（限值） |
S4级（限值） |
S5级（限值） |
|---|---|---|---|---|---|---|
框架柱、压弯构件 |
H形及T形截面 |
翼缘 \({l_1}\) |
9 \({l_{\rm{w}}}\) |
11 \({l_{\rm{z}}}\) |
13 \(t\) |
15 \({t_{\rm{s}}}\) |
T形截面腹板 \(\frac{h_0}{t_{\rm{w}}}\) |
\(\lambda\) |
22 \(\varepsilon_{\rm{k}} \sqrt{\frac{t}{2t_{\rm{w}}}}\) |
25 \(\varepsilon_{\rm{k}} \sqrt{\frac{t}{2t_{\rm{w}}}}\) |
30 \(\varepsilon_{\rm{k}} \sqrt{\frac{t}{2t_{\rm{w}}}}\) |
||
H形截面腹板 \(\frac{h_0}{t_{\rm{w}}}\) |
44 \({O_{\rm{V}}}\) |
50 \({n_{\rm{f}}}\) |
\({n_{\rm{v}}}\) |
\(\alpha_{\rm{E}}\) |
||
箱形截面 |
壁板、腹板间翼缘 \(\frac{b_0}{t}\) |
30 \(\alpha_{{2i}}\) |
35 \(i\) |
42 \(\beta_{\rm{b}}\) |
45 \(\beta_{\rm{f}}\) |
|
圆钢管截面 |
径厚比 \(D/t\) |
50 \(\varepsilon_{\rm{k}}\) |
70 \(\gamma\) |
90 \(\gamma_0\) |
100 |
|
圆钢管混凝土柱 |
径厚比 \(D/t\) |
70 \(\eta_{\rm{b}}\) |
85 |
90 \(\mu\) |
100 |
|
矩形钢管混凝土截面 |
壁板间翼缘 \(\frac{b_0}{t}\) |
40 \(\varphi\) |
50 |
55 \(\psi\) |
60 |
|
梁、受弯构件 |
工字形截面 |
翼缘 \(\gamma_0 S \le R\) |
9 \(S \le R/\gamma_{\rm{RE}}\) |
11 \(\gamma_0\) |
13 \(S\) |
15 \(\gamma_{\rm{RE}}\) |
腹板 \(\frac{h_0}{t_{\rm{w}}}\) |
65 \(\alpha\) |
72 \(\alpha\) |
80 \(\alpha\) |
130 \(\alpha\) |
||
箱形截面 |
壁板、腹板间翼缘 \(\frac{b}{t}\) |
25 \(\varepsilon_{\rm{k}}\) |
32 \(\varepsilon_{\rm{k}}\) |
37 \(\varepsilon_{\rm{k}}\) |
42 \(\varepsilon_{\rm{k}}\) |
注：
\(\varepsilon_{\rm{k}}\) 为钢号修正系数，其值为235与钢材牌号比值的平方根；
分别是工字形、H形、T形截面的翼缘外伸宽度、翼缘厚度、腹板净高和腹板厚度，对轧制型截面，不包括翼缘腹板过渡处圆弧段；对于箱形截面，\(b\) 和 \(t\) 分别为壁板间的距离和壁板厚度； \(D\) 为圆管截面外径；
当箱形截面柱单向受弯时，其腹板限值应根据H形截面腹板采用；
腹板的宽厚比，可通过设置加劲肋减小。