淺談公路、鐵路與房建行業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范比較

韋茂

【摘 要】本文主要對《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（簡稱《鋼規(guī)》、《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（簡稱《公橋鋼規(guī)》以及《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（ 簡稱《鐵橋鋼規(guī)》） 中規(guī)定的建設(shè)施工鋼材料選型等方面的知識進行了闡述，結(jié)合建設(shè)領(lǐng)域的實際發(fā)展情況，對公路、鐵路與房建行業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范進行了比較分析，旨在規(guī)范公路、鐵路與房建行業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，掌握建筑行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)律與特性，提高建筑施工質(zhì)量，促進我國建筑行業(yè)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】公路 ?鐵路 ?房建行業(yè) ?鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，對建設(shè)施工標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求。在我國的建筑領(lǐng)域，關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和鋼材料的規(guī)范設(shè)計方面有許多規(guī)定，明確指出了鋼材料型號、尺寸、計算、施工技術(shù)及檢驗標(biāo)準(zhǔn)等要求。為了使建筑施工及管理人員更好的掌握鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則與標(biāo)準(zhǔn)，本文主要對公路、鐵路與房建行業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范進行了比較分析，希望對相關(guān)研究領(lǐng)域提供幫助。

1 建筑施工中鋼材型號選擇

根據(jù)公路建設(shè)施工條件要求，公路鋼橋主體結(jié)構(gòu)通常采用Q345鋼，無論哪種型號的鋼材，都要滿足公路橋梁設(shè)計施工標(biāo)準(zhǔn)。由于普通碳素結(jié)構(gòu)鋼也比較適用于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，因而也可以在建設(shè)施工中采用該型號的鋼材;《鐵橋鋼規(guī)》中明確指出，鐵路鋼橋的主體結(jié)構(gòu)中應(yīng)該使用質(zhì)量等級是D、E級的Q345q、Q370q、Q420q 鋼，在鐵路橋梁的輔助結(jié)構(gòu)或者是在橋梁的連接處，則需要使用Q235—B或Q（z）345c鋼;而房建行業(yè)對于鋼材型號的選擇則具有不同要求，在房屋建設(shè)中使用剛才的型號通常為Q235、Q390、Q420 等，房屋建設(shè)中鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要根據(jù)《低合鋼》、《碳鋼》中的要求來確定。從我國當(dāng)前建筑行業(yè)的運行與發(fā)展情況來看，公路橋梁和鐵路鋼橋基本都是按照100年使用期限來進行設(shè)計與施工，而大部分的房屋建設(shè)則是按照50年的使用標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計，橋梁承受的重量多為動力載荷或者是沖擊載荷。由此可以看出，公路和鐵路設(shè)計施工中，鋼材的性能要明顯高于房屋建設(shè)中使用的鋼材性能，其主體結(jié)構(gòu)需要應(yīng)用高強度的鋼材。

2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

目前，容許應(yīng)力法與極限狀態(tài)法是工程建設(shè)領(lǐng)域中經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。容許應(yīng)力法從使用初期一直沿用至今，該方法主要是把建設(shè)材料看成是一種理想狀態(tài)的彈性體，構(gòu)件中任何部位的應(yīng)力都不能超出材料本身的容許應(yīng)力。在20世紀(jì)50年代，我國公路橋梁設(shè)計施工中，主要借鑒國外先進的施工經(jīng)驗，在施工中主要采用容許應(yīng)力法。而且直到現(xiàn)在，我國鐵路建設(shè)施工中，還依然采用容許應(yīng)力法進行設(shè)計。

發(fā)展到80年代以后，我國在建筑施工中開始逐漸使用極限狀態(tài)法，并且在鋼結(jié)構(gòu)房屋建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，該計算方法把結(jié)構(gòu)可靠度理論和概率理論作為了基礎(chǔ)，而且設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行了多次修改，逐步得到完善。盡管容許應(yīng)力法具有操作簡便、實用性較高等特點，但是也存在一定缺陷，該方法不能正確反映出材料的特性、構(gòu)件抗力變異以及載荷效應(yīng)，不能對材料的繼續(xù)承載力進行準(zhǔn)確分析，因而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計過于保守。而極限狀態(tài)法則能夠有效彌補容許應(yīng)力法的缺陷，通過對可靠度指標(biāo)的詳細分析，使構(gòu)件可靠度相互協(xié)調(diào)，并依托塑性理論，使材料的最大性能得到了發(fā)揮。當(dāng)前，極限狀態(tài)法已經(jīng)成為了國際鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要方式，更好的滿足了現(xiàn)代化大規(guī)模鋼橋建設(shè)與發(fā)展的需要。

3 載荷設(shè)計

公路橋梁、鐵路橋梁設(shè)計中的荷載要選用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，而在房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，往往使用極限狀態(tài)法，在應(yīng)用該方法時，設(shè)計荷載是由荷載標(biāo)準(zhǔn)值與荷載分項系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)以及可變荷載組合系數(shù)的一個組合值。在房屋鋼結(jié)設(shè)計中，設(shè)計使用年限主要是由γ0（結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)）來反映，如果設(shè)計使用年限超過100年，或者安全等級是1級的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，通常γ0值都會≥1.1，而其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件的γ0值可以小于1.1。一般情況下，公路、鐵路建設(shè)的使用設(shè)計年限都不小于100年，而房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全等級也都為1級，因而γ0值都不能小于1.1。表1主要對房屋、公路和鐵路鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的強度和穩(wěn)定性計算方法進行對比。

通過對房屋、公路和鐵路鋼結(jié)構(gòu)強度、整體穩(wěn)定性計算方法進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，房屋建設(shè)設(shè)計規(guī)范雖然與公路、鐵路設(shè)計之間存在差異，但是差異較小，計算公式基本相同。在房屋建設(shè)設(shè)計中，需要應(yīng)用極限狀態(tài)的計算方法，因而對主平面內(nèi)的受彎正應(yīng)力強度進行計算時，需要認真分析塑性的發(fā)展系數(shù)γx與γy。而在公路和鐵路橋梁設(shè)計中，會使用容許應(yīng)力法來進行設(shè)計，在對構(gòu)件內(nèi)力進行計算時，僅僅需要對材料彈性受力階段的性質(zhì)進行分析，并可以發(fā)現(xiàn)，在計算公式中并沒有能夠反映出材料塑性的相關(guān)參數(shù)。在《鋼規(guī)》中，需要利用凈截面面積和毛截面面積分別對結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性進行驗算?！朵撘?guī)》把鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分成了整體穩(wěn)定性與局部穩(wěn)定性兩種類型，整體穩(wěn)定系數(shù)φ都小于1.0，并通過其來對整體結(jié)構(gòu)的承載能力進行判斷，通過對構(gòu)件的高（寬） 厚比進行驗算，并設(shè)置加勁肋，從而避免局部出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。而《公橋鋼規(guī)》《鐵橋鋼規(guī)》鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性主要憑借容許應(yīng)力折減系數(shù)的方法來進行控制，在計算局部穩(wěn)定性時，采用的方法與《鋼規(guī)》中規(guī)定的方法相近，但是高（寬） 厚比卻存在一定差異。

4 結(jié)語

本文主要對公路、鐵路與房建行業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范進行了比較分析，明確公路、鐵路和房屋鋼結(jié)構(gòu)之間存在的差異，從而使建設(shè)施工人員能夠更好的掌握鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，同時為相關(guān)部門的管理者提供參考依據(jù)，從而提高工程項目的施工質(zhì)量，促進我國建筑行業(yè)的發(fā)展。

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