中歐鋼結構構件受力計算規范比較

劉　曉　劉振華

（中國寰球工程公司，北京 100029）

中歐鋼結構構件受力計算規范比較

劉曉劉振華

（中國寰球工程公司，北京 100029）

本文針對鋼結構典型的軸心受力構件，運用中國和歐洲的規范，從原理及計算方法上進行比較，為海外項目鋼結構設計提供參考。

鋼結構；受彎構件；歐洲規范

隨著中國建筑企業技術的提高，國際業務的拓展，承接越來越多的海外項目漸成趨勢。對于土建專業來說，掌握國外規范成為一項當務之急。其中歐洲規范在歐洲以及新加坡，馬來西亞等英聯邦國家有廣泛的應用。本文針對基本受力鋼結構構件，對兩種規范進行對比，并列出基本算例，驗證相關結論。

1.軸心受拉構件強度計算

1.1歐洲規范BS EN 1993-1-1∶2005計算方法介紹

歐洲規范條款6.2.3中通過考慮以下兩種情況，取較小值作為構件受拉承載力：

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定。

1.2中國規范GB50017-2003計算方法介紹

軸心受拉構件一般是按“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，為了方便設計，我國規范對有孔拉桿按凈截面屈服進行計算。

中國規范按凈截面屈服計算，而歐洲規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范更偏于安全。

2.軸心受壓構件整體穩定強度計算

2.1歐洲規范計算方法介紹

2.1.1鋼構件截面分類

歐洲規范根據受壓區的寬厚比，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）。

近海海洋工程領域一般選擇3～30 s周期范圍內的波浪計算應力響應譜。其做法是將應力傳遞函數H的平方與相應波能譜S(ω)進行相乘，得到應力響應譜Sσ(ω)。對于桁架結構，波浪力的計算一般采用Morison 公式，但是由于單樁風機基礎直徑比導管架等其結構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

規范定義了受壓構件的有效長度：桿件在平面內可以有效防止失穩的位置約束或方向約束點間的距離，約束應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為抗壓強度設計值；Nb，Rd為屈曲承載力設計值。

前三類截面不考慮板件局部屈曲的影響，認為構件截面全截面有效：

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：

當考慮構件整體穩定時：

第一，二，三類截面。

2.2中國規范GB50017-2003計算方法介紹

軸心受壓構件強度與軸心受拉相同，但通常整體穩定是確定截面的最重要因素。由于桿件失穩是沿全長彎曲，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為軸心受壓構件的整體穩定系數，為臨界應力與鋼材屈服點之比。中國規范考慮了桿件存在的缺陷，并只考慮殘余應力和初彎曲兩個最主要的影響因素。

2.3中、歐規范軸心受力構件承載力計算算例

現選取一根截面為UC203×203×71等級S275的軸心受力構件，無支撐長度為3m，假設構件兩端為鉸接節點。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，計算構件抗拉，抗壓承載力。

中國規范：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α= 0.49。

中歐規范軸心受力構件極限承載力對比，見表1。

表1　軸心受力構件極限承載力對比

由此可見，計算軸心受拉時中國規范偏安全，歐洲規范得出的承載力比我國規范大2%；軸心受壓構件整體穩定計算，中國規范將軋制“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，歐洲規范計算結果偏于安全，我國規范計算承載力比英國規范大32%，兩種規范的計算結果偏差很大。

結論

總體而言，兩種規范的理論基礎是一樣的，中國規范計算相對簡便，便于掌握；歐洲規范計算過程詳盡，比較復雜，考量的因素也更全面。各國規范都是在各國多年實踐的基礎上總結出來的經驗準則。在工程實踐中，要結合當地的要求，具體情況具體分析，才能做出安全、經濟、合理的建筑結構。

[1]崔佳，魏明鐘．鋼結構設計規范理解與應用[M]．北京：中國建筑工業出版社，2004：114-115．

[2]GB50017-2003，鋼結構設計規范[S]．

TU392

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