中歐鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力計算規(guī)范比較

劉　曉　劉振華

（中國寰球工程公司，北京 100029）

中歐鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力計算規(guī)范比較

劉曉劉振華

（中國寰球工程公司，北京 100029）

本文針對鋼結(jié)構(gòu)典型的軸心受力構(gòu)件，運用中國和歐洲的規(guī)范，從原理及計算方法上進行比較，為海外項目鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。

鋼結(jié)構(gòu)；受彎構(gòu)件；歐洲規(guī)范

隨著中國建筑企業(yè)技術(shù)的提高，國際業(yè)務(wù)的拓展，承接越來越多的海外項目漸成趨勢。對于土建專業(yè)來說，掌握國外規(guī)范成為一項當務(wù)之急。其中歐洲規(guī)范在歐洲以及新加坡，馬來西亞等英聯(lián)邦國家有廣泛的應(yīng)用。本文針對基本受力鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，對兩種規(guī)范進行對比，并列出基本算例，驗證相關(guān)結(jié)論。

1.軸心受拉構(gòu)件強度計算

1.1歐洲規(guī)范BS EN 1993-1-1∶2005計算方法介紹

歐洲規(guī)范條款6.2.3中通過考慮以下兩種情況，取較小值作為構(gòu)件受拉承載力：

按毛截面計算：

按凈截面計算：

其中γM0取為1，γM2取為1.25。對于C型鋼和只有一個角肢連接的角鋼受拉強度計算另有詳細的規(guī)定。

1.2中國規(guī)范GB50017-2003計算方法介紹

軸心受拉構(gòu)件一般是按“毛截面屈服”和“凈截面拉斷的準則”進行計算的。由于斷裂的后果比屈服更為嚴重，為了方便設(shè)計，我國規(guī)范對有孔拉桿按凈截面屈服進行計算。

中國規(guī)范按凈截面屈服計算，而歐洲規(guī)范按毛截面屈服和凈截面拉斷進行計算。僅從公式上看，不易看出軸心抗拉強度計算哪個規(guī)范更偏于安全。

2.軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定強度計算

2.1歐洲規(guī)范計算方法介紹

2.1.1鋼構(gòu)件截面分類

歐洲規(guī)范根據(jù)受壓區(qū)的寬厚比，分為四大類：一類（塑性截面），二類（緊湊型截面），三類（半緊湊型截面），四類（細長型截面）。

近海海洋工程領(lǐng)域一般選擇3～30 s周期范圍內(nèi)的波浪計算應(yīng)力響應(yīng)譜。其做法是將應(yīng)力傳遞函數(shù)H的平方與相應(yīng)波能譜S(ω)進行相乘，得到應(yīng)力響應(yīng)譜Sσ(ω)。對于桁架結(jié)構(gòu)，波浪力的計算一般采用Morison 公式，但是由于單樁風機基礎(chǔ)直徑比導(dǎo)管架等其結(jié)構(gòu)形式的直徑要大很多，一般可達5～8 m，因此在利用Morison公式時，有必要分析其適用性。

2.1.2計算方法

規(guī)范定義了受壓構(gòu)件的有效長度：桿件在平面內(nèi)可以有效防止失穩(wěn)的位置約束或方向約束點間的距離，約束應(yīng)有充分的強度和剛度以阻止約束點的位置或方向上的運動。

式中：NEd為抗壓強度設(shè)計值；Nb，Rd為屈曲承載力設(shè)計值。

前三類截面不考慮板件局部屈曲的影響，認為構(gòu)件截面全截面有效：

當板件寬厚比足夠大，截面屬于第四類截面時，需考慮局部屈曲的影響，進行有效面積的計算：

當考慮構(gòu)件整體穩(wěn)定時：

第一，二，三類截面。

2.2中國規(guī)范GB50017-2003計算方法介紹

軸心受壓構(gòu)件強度與軸心受拉相同，但通常整體穩(wěn)定是確定截面的最重要因素。由于桿件失穩(wěn)是沿全長彎曲，部分截面中孔眼削弱的影響很小，故不予考慮。計算公式如下：

φ=σcr/fy為軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)，為臨界應(yīng)力與鋼材屈服點之比。中國規(guī)范考慮了桿件存在的缺陷，并只考慮殘余應(yīng)力和初彎曲兩個最主要的影響因素。

2.3中、歐規(guī)范軸心受力構(gòu)件承載力計算算例

現(xiàn)選取一根截面為UC203×203×71等級S275的軸心受力構(gòu)件，無支撐長度為3m，假設(shè)構(gòu)件兩端為鉸接節(jié)點。毛截面面積Ag=90.4cm2，有兩個直徑22mm螺栓孔，孔洞面積A0=3.14×0.25× 1.12×2=1.9cm2，計算構(gòu)件抗拉，抗壓承載力。

中國規(guī)范：軸心受拉時，N=2433.8kN。軸心受壓時，此截面為b類截面，λ取較大值，查表得出φ值，φ=0.801。N= φAf=1991.3kN

歐洲規(guī)范：軸心受拉時

Npl，Rd=2486kN

兩者取小值，Npl，Rd=2486kN。軸心受壓時

不屬于第四類截面。

假定弱軸彈性屈曲為控制工況，使用屈曲曲線“c”計算，缺陷系數(shù)α= 0.49。

中歐規(guī)范軸心受力構(gòu)件極限承載力對比，見表1。

表1　軸心受力構(gòu)件極限承載力對比

由此可見，計算軸心受拉時中國規(guī)范偏安全，歐洲規(guī)范得出的承載力比我國規(guī)范大2%；軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定計算，中國規(guī)范將軋制“H”型鋼，b/h＞0.8時，弱軸按照b類屈曲曲線考慮，而歐洲規(guī)范將軋制“H”型鋼，h/b≤1.2時，弱軸按照c類屈曲曲線考慮，歐洲規(guī)范計算結(jié)果偏于安全，我國規(guī)范計算承載力比英國規(guī)范大32%，兩種規(guī)范的計算結(jié)果偏差很大。

結(jié)論

總體而言，兩種規(guī)范的理論基礎(chǔ)是一樣的，中國規(guī)范計算相對簡便，便于掌握；歐洲規(guī)范計算過程詳盡，比較復(fù)雜，考量的因素也更全面。各國規(guī)范都是在各國多年實踐的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的經(jīng)驗準則。在工程實踐中，要結(jié)合當?shù)氐囊?，具體情況具體分析，才能做出安全、經(jīng)濟、合理的建筑結(jié)構(gòu)。

[1]崔佳，魏明鐘．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范理解與應(yīng)用[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004：114-115．

[2]GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]．

TU392

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