CECS_291-2011_波纹腹板钢结构技术规范.pdf

中国工程建设标准化协会 波纹腹板钢结构技术规程 Technical specification for steel structures with corrugated webs CECS 291 2011 主编单位 同济大学 主要参编单位上海欧本钢结构有限公司 批准单位 中国工程建设标准化协会 施行日期 2011 年 9 月 1 日 中国计划出版社 2011 北京 波纹腹板钢结构技术规程 波纹腹板钢结构技术规程 前言 根据（2007）建标协字第 81 号文关于印发中国工程建设标准化协会 2007 第 二批标准制、修订项目计划的通知的要求，规程编制组经过广泛调查研究，采用了国 内外近期的研究成果，参考了国内外有关工程设计经验，并在广泛征求意见的基础上制 定了本规程。 本规程共 8 章和 3 个附录，主要内容是总则，术语和符号，材料，基本设计 规定，波纹腹板钢构件，波纹腹板 H 型钢组合梁，连接节点，制作，安装和防腐等内容。 根据国家计委计标[1986]1649 号文关于请中国工程建设标准化委员会负责组 织推荐性工程建设标准试点工作的通知的要求，推荐给工程建设、设计、施工等使用 单位及工程技术人员采用。 本规程由中国建设标准化协会轻钢结构专业委员会 （TC28） 归口管理并负责解释 （地址湖北省武汉市武昌中南二路 10 号） ，邮政编码430071） ，在使用中如发现需 要修改和补充之处，请将意见和资料径寄解释单位。 主编单位同济大学 参编单位郑州大学 上海大学 上海欧本钢结构有限公司 巴特勒（上海）有限公司 美联钢结构建筑系统（上海）有限公司 之江钢铁（上海）有限公司 上海同钢建筑科技有限公司 烟台新科钢结构有限公司 浙江精功科技股份有限公司 主要起草人李国强 孙飞飞 张 哲 陈 明 王赛宁 孙成疆 石文龙 刘玉姝 范 昕 罗小丰 唐 鹏 韩小红 张军强 唐 潮 张 浩 张晓进 俞焕庆 主要审查人 马克俭 顾 强 童根树 徐厚军 唐 扬 杨强跃 倪志刚 贺贤娟 刘承宗 波纹腹板钢结构技术规程 -II - 目 次 1 总 则..................................................................................................................................1 2 术语和符号............................................................................................................................2 2.1 术 语.............................................................................................................................................2 2.2 符 号 ...........................................................................................................................................2 3 材 料....................................................................................................................................5 4 基本设计规定........................................................................................................................6 4.1 设计原则.........................................................................................................................................6 4.2 设计强度.........................................................................................................................................6 5 波纹腹板钢构件....................................................................................................................7 5.1 轴心受拉、受压构件.....................................................................................................................7 5.2 受弯构件.........................................................................................................................................8 5.4 拉弯和压弯构件...........................................................................................................................13 5.5 受压翼缘的局部稳定...................................................................................................................16 5.6 构件的变形计算...........................................................................................................................16 5.7 疲劳计算.......................................................................................................................................17 5.8 抗震设计.......................................................................................................................................18 6 波纹腹板 H 型钢组合梁.....................................................................................................19 6.1 一般规定.......................................................................................................................................19 6.2 组合梁设计...................................................................................................................................19 6.3 挠度计算.......................................................................................................................................22 7 连接节点..............................................................................................................................23 7.1 设计原则.......................................................................................................................................23 7.2 梁-梁连接.....................................................................................................................................23 7.3 梁-柱连接.....................................................................................................................................24 7.4 吊车梁支座...................................................................................................................................30 8 制作和防腐蚀......................................................................................................................32 8.1 波纹腹板钢构件的制造...............................................................................................................32 8.2 波纹腹板钢构件的防腐处理.......................................................................................................32 8.3 波纹腹板钢构件的制造容许误差...............................................................................................33 附录 A 推荐波纹腹板波形....................................................................................................34 附录 B 波纹腹板 H 型钢单元刚度矩阵...............................................................................35 附录 C 波纹腹板 H 型钢参数...............................................................................................36 本规程用词说明......................................................................................................................40 本规程引用标准名录..............................................................................................................41 波纹腹板钢结构技术规程 -III - 条 文 说 明............................................................................................................................42 波纹腹板钢结构技术规程 -IV - Contents 1 General Provisions..................................................................................................................1 2 Terms and Symbols.................................................................................................................2 2.1 Terms.................................................................................................................................................2 2.2 Symbols ............................................................................................................................................2 3 Materials..................................................................................................................................5 4 Basic Requirements for Structural Designs ............................................................................6 4.1 Design Principles..............................................................................................................................6 4.2 Design Strength.................................................................................................................................6 5 Steel Members with Corrugated Webs....................................................................................7 5.1 Axially tensioned Members ..............................................................................................................7 5.2 Axially Compressed Members........................................................................错误未定义书签。错误未定义书签。 5.3 Bending Members.............................................................................................................................8 5.4 Tension-bending and Compression-bending Members...................................................................13 5.5 Local Stability of Compressed Flange............................................................................................16 5.6 Deation Computing of Members.............................................................................................16 5.7 Fatigue design... 19 6 Composite Beams with Corrugated Steel Webs....................................................................19 6.1 General Provison.............................................................................................................................19 6.2 Design of Composite Beams...........................................................................................................19 6.3 Deation Computing.................................................................................................................22 7 Connection Joints..................................................................................................................23 7.1 Design Principles............................................................................................................................23 7.2 Beam-Beam Connections................................................................................................................23 7.3 Beam-Column Connections............................................................................................................24 7.4 Crane beam support..32 8 Manufacture, Installation and Anticorrosion.........................................................................32 8.1 Manufacture of Steel Members with Corrugated Webs..................................................................32 8.2 Corrosion Protection of Steel Members with Corrugated Webs.....................................................32 8.3 Tolerances of Steel Members with Corrugated Webs .....................................................................33 Appendix A Recommended wave shape for corrugated web................................................34 Appendix B Stifeness matrix for I-section with corrugated webs.37 Appendix C Section steel tables............................................................................................36 Explanation of wording in this specification ...........................................................................40 List of quoted standards...........................................................................................................41 Explanation of standard............................................................................................................42 波纹腹板钢结构技术规程 - 1 - 1 总总 则则 1.0.1 为使波纹腹板钢结构的设计和施工做到技术先进、经济合理、安全适用，制订本规程。 1.0.2 波纹腹板钢构件适用于一般工业与民用建筑所采用的钢构件及其所构成的结构。 1.0.3 本规程是根据国家标准建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068 规定的原则制订的。 1.0.4 对有防火和防腐蚀要求的结构，应按有关的专门规定，作防火和防腐蚀处理。在强腐蚀作用环 境条件下不宜采用波纹腹板钢构件。 1.0.5 波纹腹板钢结构设计时，除应符合本规程的规定外，尚应满足国家现行有关标准的规定。 波纹腹板钢结构技术规程 - 2 - 2 术语和符号术语和符号 2.1 术 语 2.1.1 波纹腹板钢构件 steel members with corrugated webs 由波纹腹板和平板翼缘构成的 H 型构件。 2.1.2 波纹腹板钢结构 structures using steel members with corrugated webs 由波纹腹板钢构件组成的钢结构 2.1.3 波纹腹板 H 型钢组合梁 composite beams with corrugated steel webs 由混凝土翼板及波纹腹板 H 型钢组成的组合梁 2.2 符 号 2.2.1 作用和作用效应设计值 N 轴心力 Mx 绕强轴作用的最大弯矩 P 波纹腹板钢上翼缘作用的集中荷载 2.2.2 计算指标 E 钢材的弹性模量 G 钢材的剪切模量 σ 正应力 f 材料的抗拉、抗压和抗弯强度设计值 v f 腹板钢材的抗剪承载力设计值 cr,l τ 波纹腹板局部屈曲的弹性极限承载力 cr,g τ 波纹腹板整体屈曲的弹性极限承载力 f f 翼缘材料的屈服强度设计值 w f 腹板材料的屈服强度设计值 w P 腹板承载力设计值 f P 翼缘承载力设计值 pf M 翼缘的塑性抗弯承载力设计值 2.2.3 几何参数 波纹腹板钢结构技术规程 - 3 - A 构件毛截面面积 n A 构件的净截面面积 f A 翼缘的毛截面面积 nf A 翼缘的净截面面积 q A 构件腹板的有效受剪面积 w A 腹板截面积 B 翼缘的自由外伸宽度 Bcb 组合梁考虑滑移效应的折减刚度 b 波纹中水平板带的宽度 d 波纹中倾斜板带的水平投影宽度 θ 波纹中倾斜板带倾角 r h 波纹高度 λ 腹板波纹的波长 s 波长的展开长度 nx W 净截面抵抗矩 x W 梁截面模量 h 梁截面高度 y I 截面对 y 轴的惯性矩 t I 截面的抗扭惯性矩 w I 截面翘曲常数 1x W 在弯矩作用平面内对受压纤维的毛截面模量 1 l 受压翼缘的自由长度 w h 腹板高度 w t 腹板厚度 f b 翼缘宽度 f t 翼缘厚度 R h 轨道高度 c 荷载分布宽度 c0 集中荷载在腹板计算高度边缘的假定分布长度 2.2.4 计算系数及其他 波纹腹板钢结构技术规程 - 4 - ϕ 柱子的整体稳定系数 x λ 整个构件对 x 轴的长细比； ox λ 换算长细比 c χ 考虑屈曲的承载力折减系数 x γ 截面塑性发展系数 b ϕ 梁的整体稳定系数 b β 梁整体稳定的等效临界弯矩系数 E α 钢材的弹性模量与混凝土弹性模量的比值 波纹腹板钢结构技术规程 - 5 - 3 材材 料料 3.0.1 用于承重结构的波纹腹板钢构件的带钢或钢板，宜采用现行国家标准普通碳素结构钢GB/T 700 规定的 Q235 钢和低合金高强度结构钢GB/T 1591 规定的 Q345 钢。当有可靠依据时，可采 用其他钢号的钢材。 3.0.2 用于承重结构的波纹腹板钢构件的带钢或钢板应具有抗拉强度、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含碳量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构 采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 3.0.3 用于地震区的波纹腹板钢构件若承受地震作用，则构件的材料应符合现行国家标准建筑抗震 设计规范GB 50011 的要求。 3.0.4 波纹腹板钢构件的连接材料应符合下列要求 1 手工焊接采用的焊条，应符合现行国家标准碳钢焊条GB/T 5117 或低合金钢焊条GB/T 5118 的规定。选择的焊条型号应与主体金属力学性能相适应。对直接承受动力荷载或振动荷载且需 要进行疲劳验算的波纹腹板钢构件，宜采用低氢型焊条。 2 自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和相应的焊剂应与主体金属力学性能相适应， 并应符合现行 国家标准的规定。 3 普通螺栓应符合现行国家标准六角头螺栓 C 级GB/T 5780 和六角头螺栓GB/T 5782 的 规定。 4 高强度螺栓应符合现行国家标准钢结构用高强度大六角头螺栓GB/T 1228、 钢结构用高强 度大六角螺母GB/T 1229、 钢结构用高强度垫圈GB/T 1230、 钢结构用高强度大六角头螺栓、 大六角螺母、垫圈技术条件GB/T 1231 或钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副GB/T 3632， 钢 结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件GB/T 3633 的规定。 5 圆柱头焊钉栓钉连接件的材料应符合现行国家标准电弧螺柱焊用圆柱头焊钉GB/T 10433 的规定。 波纹腹板钢结构技术规程 - 6 - 4 基本设计规定基本设计规定 4.1 设计原则 4.1.1 本规程采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以分项系数设计表达式进行计算。 4.1.2 波纹腹板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。 4.1.3 设计波纹腹板钢结构时的重要性系数 0 γ应根据结构的安全等级或结构的设计使用年限确定。 一般工业与民用建筑波纹腹板钢结构的安全等级取为二级，设计使用年限为 50 年时，其重要性系数 不应小于 1.0；设计使用年限为 25 年时，其重要性系数不应小于 0.95。特殊建筑波纹腹板钢结构安 全等级、设计使用年限另行确定。 4.1.4 按承载能力极限状态设计波纹腹板钢结构，应考虑荷载效应的基本组合，地震区还应考虑含 地震作用的荷载效应组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合，采用荷载设计值和强度设计值进 行结构承载力验算。荷载设计值等于荷载标准值乘以荷载分项系数；强度设计值等于材料强度标准 值除以抗力分项系数。 4.1.5 按正常使用极限状态设计波纹腹板钢结构，应考虑荷载效应的标准组合，采用荷载标准值和变 形限值进行结构变形验算。 4.1.6 计算结构构件和连接时，荷载标准值、荷载分项系数、荷载效应组合和荷载组合值系数应分别 按结构承载力极限状态和正常使用极限状态设计要求，根据现行国家标准建筑结构荷载规范GB 50009 和建筑抗震设计规范GB50011 的规定取值。 4.2 设计强度 4.2.1 钢材的强度设计值应按现行国家标准钢结构设计规范GB50017 相关规定采用。 4.2.2 焊缝的强度设计值应按现行国家标准钢结构设计规范GB50017 相关规定采用。 4.2.3 钢材和钢铸件的物理性能指标应按现行国家标准钢结构设计规范GB50017 相关规定采用。 波纹腹板钢结构技术规程 - 7 - 5 波纹腹板钢构件波纹腹板钢构件 5.1 轴心受拉、受压构件 5.1.1 波纹腹板构件的轴向抗拉强度应按照下式验算 nf N f A σ≤ 5.1.1 式中 σ截面正应力； N 轴心拉力设计值； nf A翼缘的净截面面积； f 材料的抗拉、抗压和抗弯强度设计值。 5.1.2 波纹腹板轴心受压构件除了应按照式5.1.1计算强度之外，还应按照下式计算其整体稳定性 f N f A σ ϕ ≤ 5.1.2-1 式中 Af构件的翼缘截面面积； ϕ柱子的整体稳定系数，取截面两主轴稳定系数 x ϕ、 y ϕ的较小值。当计算构件绕强轴 方向的整体稳定系数 x ϕ时，应采用如下换算长细比 2 f oxx q 25.7 A A λλ 5.1.2-2 qw w Ah t s λ 5.1.2-3 式中 x0 λ换算长细比； x λ整个构件对 x 轴的长细比，忽略腹板面积； q A构件腹板的有效受剪面积； λ 腹板波纹的波长图 5.1.2-1； s 腹板波纹波长的展开长度图 5.1.2-2。 在计算截面绕两个主轴方向的回转半径时，均忽略腹板部分的贡献。 5.1.3 波纹腹板轴心受压构件的整体稳定系数，应按现行国家标准钢结构设计规范GB50017 附录 C 确定。当计算绕强轴方向的整体稳定时，可以按照 b 类截面计算其稳定系数。当计算绕弱轴方向 的整体稳定时，可按照 c 类截面计算其稳定系数。 波纹腹板钢结构技术规程 - 8 - db θ d b s hr λ 图 5.1.2-1 波纹腹板几何参数示意图 bf hr B hw h hr btf bbf hw h 图 5.1.2-2 构件截面尺寸示意图 5.2 受弯构件 5.2.1 波纹腹受弯构件的抗剪承载力应满足下列要求 1 当有充分试验证明波纹腹板屈服前不发生屈曲，腹板的抗剪承载力应按下列公式验算 vw w Vf h t≤ 5.2.1-1 式中 v f为腹板钢材的抗剪承载力设计值。 2 如没有充分试验证明波纹腹板屈服前不发生屈曲，梯形波纹腹板 H 型钢抗剪承载力应按照下 列公式验算 cvw w Vf h tχ≤ 5.2.1-2 c,l c,l 1.150.91.0χλ≤ 5.2.1-3 0.65 c,g c,g 0.681.0χλ≤ 5.2.1-4 c,l cr,l 3 y fλτ 5.2.1-5 c,g cr,g 3 y fλτ 5.2.1-6 2 22 cr,lsw 12 1kEw tτπμ ⎡⎤ − ⎣⎦ 5.2.1-7 波纹腹板钢结构技术规程 - 9 - 0.250.752 cr,gsxyww k DDt hτ 5.2.1-8 {}max,coswb dθ, 3 xw 12DqEts, ywy DEIq 2 3 wywrwr 226sinIbtht hθ