中美鋼結構抗彎構件設計對比

李啟宏　胡俊杰　宋九選

摘 要：本文詳細地介紹了中國鋼結構設計規范以及美國標準規范的鋼結構抗彎構件設計流程，對比同等工況下兩國規范設計計算的結果，并指導同行在國外工程中如何應用美標規范進行結構構件的抗彎設計計算。

關鍵詞：美標規范；鋼結構；抗彎構件

中圖分類號：TU392 文獻標識碼：A

中美兩國規范體系不同，兩者在結構設計上也迥然不同。隨著我們企業逐漸走出國門，進入廣大的國際市場，尤其是在亞非拉眾多國家，當地的結構設計往往按照美標設計，或者以美標為基礎建立發展自己國家的設計規范，在這些國家承包的工程，其結構設計往往要求必須遵循當地規范或者美標規范，這就要求我們的企業必須掌握美標規范設計。出于這方面考慮，我們對美標規范設計進行了研究，在本文中我們選取構件設計中常見的抗彎構件設計來進行對比分析，并以某鋼結構簡支梁截面為例進行案例驗算分析。

1.受彎構件強度計算流程

1.1 中國標準（GB）計算流程

根據現行鋼結構設計規范GB50017-2003，鋼結構受彎構件的正應力強度計算、剪應力計算、局部承壓強度計算、以及折算應力計算分別如下列公式（1）、（2）、（3）、（4）。

上述公式中有關參數見GB50017第4.1.1～4.1.4條相應條款，上述公式僅適用于主平面內受彎的實腹式構件，不適用于腹板屈曲后強度驗算。一般驗算主平面內受彎的腹板未屈曲的實腹式構件，均要驗算上述式（1）、式（2）。特殊情況還需要根據GB50017按照式（3）、式（4）驗算。

1.2 美標規范計算流程

美國鋼結構協會AISC提出了兩種鋼結構設計方法，即LRFD和ASD法。設計人員可自行選定采用何種方法進行結構設計，而選取的依據是設計的經濟合理性。

剪應力強度計算公式見式（5）。

kv—腹板穩定系數；對于非加勁截面且h/tw<260，kv=5；T型截面，kv=12；對于加勁截面，kv=5+5/（a/h）2；當a/h>3.0或a/h>[260/（h/tw）]2；橫向加勁肋除應滿足上述要求，還應滿足構造要求，具體詳ANSI/AISC 360-10 G3.3節。

2.受彎構件穩定計算流程

2.1 中國標準（GB）計算流程

當不滿足鋼結構設計規范GB50017-2003第4.2.1條規定時，鋼結構受彎構件的整體穩定計算，單向彎矩作用和雙向彎矩作用分別如下列公式（9）、（10）。

不滿足上述第一種情況的箱形截面簡支梁，其截面尺寸滿足h/b0≤6，l1/b1≤95（235/fy）時可不計算整體穩定性。有關參數見《鋼結構設計規范》第4.2.2～4.2.4條相應條款。

2.2 美標規范計算流程

（1）無需計算整體穩定

ANSI/AISC 360-10中，F2、F3、F4、F5章節所列的截面，當Lb≤Lp時，不用進行側向扭轉屈曲極限狀態計算；F6、F7、F8章節所列的截面不用進行側向扭轉屈曲極限狀態計算。

3.2 中國標準（GB）驗算

強度：由規范得，對于雙軸對稱工字形截面γx=1.05；

結論

本文介紹了中國標準和美國規范對于鋼結構抗彎構件的強度計算及穩定計算的流程，并且選取一實際案例進行對比計算。從上文可以看出美標規范在構件計算上的規定要細、要求更多，計算流程更為煩瑣。

參考文獻

[1] GB50017-2003，鋼結構設計規范[S].