基于中歐鋼結構規范的軸心受力構件強度計算比較★

陳 春 霞

(上海師范大學，上海 200234)

0 引言

近些年，國內高校的合作辦學項目逐漸增加，在土木工程領域也有與歐洲國家的教育合作，在教學中要求學生掌握兩部規范。同時越來越多的中國建筑企業參與到涉外項目中，且因為歐洲規范的技術先進、科學嚴謹，其使用越來越頻繁。國內有文獻對中外鋼結構設計規范進行比較[1-3]。本文根據EN 1993-1-1:2005[5]鋼結構設計規范和GB 50017—2003鋼結構設計規范[6]，比較了軸心受力構件的強度計算原理及公式，并通過例題計算得到兩部規范的相同及差異之處。

軸心受力構件的強度承載力是以截面的平均應力達到鋼材的屈服應力為極限。但當構件的截面有局部削弱時，截面上的應力分布不再是均勻的，在孔洞附近存在應力集中現象，如果在設計時選用具有良好塑性的鋼材，截面上的應力產生塑性重分布，最后在凈截面上達到均勻分布。兩部規范在理論基礎上是一致的。

1 歐洲規范中的設計表達式

歐洲規范中對于受壓截面采用截面分類，故強度承載力公式用受拉構件和受壓構件分別表達。

1.1 軸心受拉構件

根據歐洲規范EN 1993-1-1:2005(E)中條款6.2.3，即：

(1)

式中：NEd——構件的軸心拉力設計值；Nt,Rd——構件在均勻拉力作用下的抗力設計值，取值如下：

沒有削弱的截面，即：

(2)

有孔洞的截面，應在Npl,Rd和Nu,Rd中取小值，即：

(3)

式中：A——構件毛截面面積；Anet——構件凈截面面積；fy——構件材料的屈服強度;fu——構件材料的極限抗拉強度;γM0,γM2——抗力分項系數，見EN 1993-1-1:2005(E)的英國國家附錄條款NA2.15。

1.2 軸心受壓構件

根據歐洲規范EN 1993-1-1:2005(E)中條款6.2.4，即：

(4)

式中：NEd——構件的軸心壓力設計值；Nc,Rd——構件在均勻壓力作用下的抗力設計值，取值如下：

(5)

(6)

式中：Aeff——構件有效截面面積。

2 中國規范中的設計表達式

根據中國規范GB 50017—2003中條款5.1.1，即：

(7)

3 軸心受力構件強度計算例題

因軸心受拉構件強度計算較簡單，文中僅給出軸心受壓構件計算例題。

例：有一鉸接剛架如圖1所示，集中荷載(標準值)作用于節點A。求：

1)用歐洲規范EN 1990:2002估算作用于節點A的荷載設計值。

2)如果桿件DE使用熱軋方形空心型材100×100×5 SHS，鋼材等級為S355，驗算該截面是否會發生強度破壞。

設計數據：

作用于節點A的永久荷載標準值:

Gk=10.0 kN；

作用于節點A的可變荷載標準值:

Qk=50.0 kN；

彈性模量:

E=210×103MPa；

屈服強度:

fy=275 MPa；

截面性質：

100×100×5 SHS，邊長h=100 mm，厚度t=5 mm，iz=38.6 mm，A=1 870 mm2。

解：

1)根據歐洲規范EN 1990:2002條款6.4.3.2中公式(6.10)，即Fd=γGGk+γQQk，查EN 1990:2002的英國國家附錄NA.2.2.3條款，可得γG=1.35，γQ=1.5,則節點A的荷載設計值Fd=1.35×10.0+1.5×50.0=88.5 kN。

2)按歐洲規范驗算構件強度。

驗算截面類型：EN 1993-1-1:2005(E)表5.2(sheet 1 of 3)。

驗算：

根據歐洲規范EN 1993-1-1:2005(E)中條款6.2.4，即：

查EN 1993-1-1:2005(E)的英國國家附錄條款NA2.15，可得抗力分項系數：γM0=1.0,γM1=1.0,γM2=1.1。

驗算：

3)按中國規范驗算構件強度。

因為截面沒有削弱，本部分在實際工程設計中可以不必驗算。根據中國規范GB 50017—2003中條款5.1.1，驗算如下：

所以截面100×100×5 SHS，S355用于下弦桿DE，安全，且中歐規范計算結果基本一致。

4 中歐規范中軸心受力構件強度驗算比較

通過以上分析及例題演算，說明關于軸心受力構件的強度驗算，歐洲規范與中國規范的理論基礎一致，僅存在公式形式的區別。且兩部規范在該部分的計算結果基本一致，可認為沒有差別。

區別一：歐洲規范采用荷載設計值與抗力設計值的比值來表達，安全裕度比較直觀；中國規范采用應力表達式，構件的應力狀態比較直觀。

區別二：歐洲規范中對于受壓截面采用截面分類，故強度承載力公式用受拉構件和受壓構件分別表達；中國規范沒有進行截面分類，故強度承載力公式統一為一個公式。