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[摘要] 扼要回顾了现行《钢结构设计规范》（GBJ17-88）在使用过程中碰到的一些题目，并扼要介绍了该规范修订版（GB50017）的主要修订内容，具体包括材料、设计原则、受弯构件计算、轴心受压构件计算、压弯构件计算、疲惫计算、连接计算、构造要求、塑性设计、钢管结构、钢与混凝土组合梁等。
[关键词] 钢结构 设计规范 修订
This paper reviews the problems encountered in application of the Code for Design of Steel Structure (GBJ17-88) and introduces the principal contents of the revised edition of above code GB50017 in brief.
Keywords:steel structure;design code;revising
一、前言
根据建设部97建标字第108号文的要求，由北京钢铁设计研究总院会同国内15个单位成立了规范修订组，负责对现行《钢结构设计规范》（GBJ17-88）（以下简称原规范）作全面修订。修订组对原规范存在的题目与不足，近年来国内建筑钢结构飞速发展所各界的实践经验及其对规范提出的要求，以及国内外在建筑钢结构领域的科研成果等多方面情况进行了深进的研究和剖析，提出了修订大纲，由各参编单位分工负责，提出了修订意见。三年来编制组认真总结了国内的实践经验和科研成果，听取了各方面对规范所反映的意见和建议，并参考国内外有关规范的规定，经过反复讨论、修改，数易其稿，完成了新的《钢结构设计规范》（GB50017）（以下简称新规范）的送审稿。
新规范有十二章七个附录，按《工程建设标准编写规定》的要求，增加了第二章“术语和符号”，但将原规范第二章的“材料”并进了第三章，故章数与原规范相同。在附中增加了构件变形限值的内容以及桁架节点板的稳定计算，取消了单位换算关系、螺栓有效截面和梁腹板局部稳定的计算等三项，故终极比原规范减少了一个附录。通过这次修订，原规范的章节数和排序均略有调整，相当一部分条款的内容有较大的修改、补充和完善。
二、原规范存在的主要题目
原规范颁布施行后，钢材和连接材料的标准都已先后修订。另外，原规范修订时对某些题目的研究未臻深进与完善，加之新结构、新技术的采用日趋广泛，这些都使原规范出现不足与缺陷，主要表现在：
1．原规范中所用材料的名称、牌号及设计指标等与现行标准不符，且没有反映高强度钢材，亦没有考虑抗脆性断裂的题目。
2．对框架结构没有内力分析方法的规定，无支撑的单层纯框架，侧移对内力的影响很小，不必考虑竖向荷载对侧移的二阶效应，但多层纯杠架情况就不同了。
3．在吊车和吊车梁设计方面
⑴吊车工作制与起重机设计规范（GB3811-83）中规定的吊车工作级别缺乏联系，操纵困难；
⑵吊车横向水平荷载的增大系数α值源于前苏联1953年的规定，沿用至今，前苏联于二十世纪七十年代已对此作出修改；
⑶吊车梁的挠度限值，计算时应采取的吊车荷载原规范无明确规定，习惯上是用两台吊车计算的，不符合正常使用的概念。
4．有关结构和构件变形限值的规定，原规范缺乏灵活性，没有考虑多方面的使用经验和工艺或其它方面的具体要求，与国外规范相比，正文中规定过细。
5．受弯构件
⑴在一般梁的强度计算中，缺少利用腹板屈曲后强度的内容；
⑵原规范中梁腹板局部稳定的相关公式是按纯弹性理论建立的，各种荷载单独作用下的临界应力作为一种牲值，有时会大于是钢材强度，这终究是一个缺陷。
6．对框架结构，过往常用一阶分析计算内力，并将无支撑框架和支撑结构的抗侧移刚度小于框架本身抗侧移刚度5倍的有支撑框架等同为有侧移框架，均按有侧移框架柱计算长度系数的表格查取μ值。这样显然粗糙了一些，不符合计算精确化的趋向。
另外，原规中有侧移和无侧移框架的柱子计算长度系数表格是建立在五项基本假定的条件之下的，当不符合这些基本假定时如何处理，原规范却没有交待。
7．轴心压杆和压弯构件的计算
⑴对单轴对称截面轴压构件绕对称轴的弯扭失稳题目，原规范为了简化计算，将其回并到某一个截面分类种别（如b类或c类）中按弯曲屈曲来对待。查由于各种因素的影响，误差的幅度有时较大，一些截面形心和剪心之间间隔较大的构件偏不安全，而且长细比愈小，截面宽厚比愈大，误差亦愈大。以双角钢组合T共面为例，以长边相并者误差最大可高达15%，而当λ≥100时误差却降至10%以内。
⑵原规范利用轴压构件的偶然剪力作为减小夺杆计算长度的支撑力在理论上是不确切的。
⑶原规范对截面厚度t≥40mm的轴压构件的稳定系数ψ未深进进行研究，将其回于c类截面处理。而厚板截面的焊接残余应力较高且沿、厚度方向产生变化，而板件外表面往往以残余压应力为主，影响抗压承载力。研究表明，某些截面的稳定系数ψ 已低于按c类截面查取值。
8．在连接计算方面，有些条文与国内外有关规范直辖市不够，某些内容空缺，需要补充。
9．在钢管结构方面，原规范只列有圆管平面节点的承载力计算公式，缺少空间节点，而且这些公式亦是根据当时收集到的近300个试验资料进行分析并对照国外规范后提出来的。随着钢管结构的发展，新的试验数据和有限元分析结果得到了大量补充，对原公式理应作出相应的修改。另外，原规范缺少矩形管的内容，应予以补充。
10．我国有关钢结构设计的一些新的科研成果和实践经验没有及时在规范中得到反映，如手稿式柱脚和新型连接材料等等。
三、新规范（GB50017）的主要修订内容
针对上述题目，修订组各成员单位协同攻关，进行了调研和理论分析，对照国外经验并进行了必要的试验研究。在修订过程中，对有争议的题目均进行了反复磋商，并作了试设计；根据试设计的结果来检验规范内容并作必要的修正，使新规范尽量做到“技术先进、经济公道、安全适用、确保质量”，更符合当前工程实践和技术进步的需要。新规范的主要个性内容为：
1．在材料方面 增加了Q420级钢，其力学性能属C52/42
级，相当于美国的A572-60级和日本的SM520钢；对高层钢结构或类似的重要建（构）筑物则宜用我国的《高层建筑结构用钢板》（YB4104-2000），其牌号有Q235 GJ（Z）和Q345 GJ（Z）两种（括号中的Z表示具有厚度方向的性能），质量等级相当于GB/T1591-1994中的C，D，E级，供货状态有热轧、正火和控轧，其性能相当于日本《建筑结构用钢材》（JIS3136-1994）中的钢材性能。
为进步结构和构件的抗脆断性能，保证建筑物的安全可靠对
承受静载的重要受拉和受弯的焊接构件，当钢材厚度t≥16mm时，提出了对钢材冲击性能的要求，即与需验算疲惫的构件相同。另外，在结构工作温度T≤-20。C的地区，提出了进步结构抗脆断能力的构造要求。
由于原规范和新规范所依据的钢植物 标准对冲击性能的要
求不同，在新规范中增加了0。C冲击韧性的要求，并调整了不同钢种的冲击试验温度，即将Q345钢Q235钢采取相同的冲击试验温度。
2．在第三章的一般规定中，夸大了设计原则的指导。突出设计原则是当前国际上设计规范的一个共同特点。早先的规范条款主要以试验或实践经验为主，故条文简单具体，很少涉及理论依据或其它要求。而近几十年来随着科技的飞速发展，人们对结构性能的熟悉已相当透彻，计算更为精细，在总体上已形成系统的知识，规范的任务就不仅限于是提供计算公式和数据限值，而是先要给予设计原则的指导。因此，新规范补充了设计原则的指导内容，如：
⑴增加了内力分析的条文，对无支撑的多、高层纯框架夸大了采用二阶弹性分析进行内力计算的方法，并介绍了近似计算公式，对节点连接为半刚性的框架计算，亦作了原则性的规定。
⑵对结构和构件的变形，在正文中仅列出原则性规定，并夸大当有实践经验或有特殊要求时，可以根据不影响正常使用和观感的原则对变形的限值作适当的调整。将原规范中有关变形限值具体数据的条文移进附录，同时作了相应的修正，如：①将高有重级工作制吊车的车间需要验算位移的范围缩小为仅用于A7，A8级吊车；②增加了单层框架在风载作用下柱顶水平位移的限值。
⑶对吊车工作制的界定，不能死搬硬套吊车工作制与吊车工作级别的一般对应关系，要根据吊车的具体操纵情况和实践经验慎重考虑后确定。
3．受弯构件的计算
⑴梁整体稳定系数ψb的计算方法基本未变，公根据原武汉水电大学的建议，将ψb＞0.6以后采用ψb＇的表格改为简化公式ψb＇ =1.07-0.282/ψb≤1.0，以便于使用。
⑵关于梁腹板的局部稳定，参考国际标准，将受静荷载且仅配置支承加肋或尚有中间横向加劲肋的一般工字形截面组合梁按考虑腹板屈曲后强度来计算梁的抗剪和抗弯砂载力，而不再验算梁腹板的局部稳定。考虑腹板屈曲后强度的计算方法引用了国际上通用的简化方法，即“Simple Post-critical method”。经试计算证实，单从梁的承载能力上讲，该法的经济效果不大，其计算承载力受横向加劲肋间距的影响较大。但只要截面的抗弯强度有一定富裕，则与原规范相比不仅可省往纵向加劲肋且不需增横向加劲肋，仍可达到省工省料的目的。
而对直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件或不考虑腹板屈曲后强度的组合梁则应配置加劲肋并验算腹板的局部稳定。在梁腹板局部稳定的验算方法中参考了澳大利亚规范和英国规范BS5950对相关公式作了一些调整，并对相关公式中各种荷载单独作用下的临界应力σcr，τcr，σc.cr作了非弹性修正，使其最大值不超过钢材的屈服强度。因此原规范中基于纯弹性理论计算腹板加劲肋间距的简化公式亦相应取消。
4．轴心受压构件和压弯构件的计算
⑴在轴压构件中，增加了单轴对称截面绕对称轴（y轴）失稳时用换算长细比λyz代替λy的理论公式，对单角钢截面由双角钢组成的T形截面则给出了λyz的简化公式。
原规范以为等边单角钢截面、双角钢T形截面和单轴对称的工字形截面绕对称轴失稳的弯扭屈曲承载力比弯曲失稳下降未几，基本上未超出所属截面种别柱子曲线中ψ值的分布范围，将λy改用λyz后，可返回为b类；仅将焊接T形截面中翼缘为轧制或剪切边者仍留在c类。
⑵原规范将无任何对称轴的截面绕任意轴的失稳按c类截面的弯曲失稳处理是没有根据的，也可能是不安全的，新规范以为这种截面不宜用作轴压构件。
由两块板焊成的二字形截面和箱形截面，原规范列为b类，新规范将板件边沿为轧制或剪切的十字形截面和板件宽厚比≤20的焊接箱形截面改为c类。
⑶对组成板件厚度t≥40mm的焊接实腹截面，经西安建筑科技大学研究，将其列为d类截面，并规定了d曲线的ψ值。
⑷重新规定了减少受压构件自由长度的支撑力Fb，假定支撑为弹性支座，从支撑所应具有的最低刚度出发来确定支撑力。规范给出了单根柱有一道支撑及多道支撑的支撑力，又给出了被撑构件为多根柱组成的柱列时的支撑力。该支撑力应与其它作用产生的支撑杆内力相叠加，支撑轴线宜通过被支撑构件截面的剪心。此支撑力同样适用于为减小梁受压翼缘自由长度时的情况。
单根受压杆在长度的中点有一道支撑时的支撑力为Fbl=N/60（N为被支撑杆的轴压力），当λ＞77（对Q235钢）或λ＞41（对Q345钢）时，Fbl小于原规范采用的偶然剪力。
⑸对压弯构件稳定计算的主要个性内容
a.调整了等效弯矩系数βmx和βtx的取值。由于对纯框架已
建议用二阶弹性分析法计算内力，故不论纯框架柱或有支撑框架柱均可按两端支承构件对待，采用相同的βmx值，仅当用一阶弹性分析法计算内力的纯框架柱及弱支撑框架柱时，βmx仍取为1.0.。根据国内研究并参考国外规定，取消βmx和βtx不得小于0.4的规定。
无故弯矩但有横向荷载作用时，为简化计算且均偏于安全，
不论有几个横向荷载，均同一取βmx=1.0。
b.在弯矩作用平面外的稳定计算公式中，在Mx项前面增加截
面影响系数η（对闭口截面η=0.7，对其它截面η=1.0）；而将闭口截面的值ψb值由原规范的1.4（ψb＞1.0是不公道的）改为1.0。
对单轴对称截面，公式中的ψy理应按λyz查取，但由于压弯构件的单轴对称截面的λyz计算复杂，而且截面形心与剪心比较接近，λy与λyz的差别不大，故规定除仅对T形截面应按λyz确定ψy外，其它截面均可按λy确定ψy。
⑹构件的计算长度和容许长细比
a.对桁架交叉腹杆中的压杆在桁架平面外的计算长度ι0参考德国标准对原规范进行修改，列出了四种情况（相交另一杆受压，两杆均不中断或另一杆中断；相交另一杆受拉，两杆均不中断或有一杆中断）和五个计算公式。Ι0与两交叉腹杆的内力特征（受拉或压、内力大小等）有关。与原规范相比，差别在+12.9%～-30%之间。
b.框架柱的计算长度
(a.) 对附录中有侧移和无侧移框图架柱的计算长度系数表
进行了局部修正，根据横梁远真个连接刚度和横梁的轴向内力补充了横梁线刚度的修正系数。根据底层框架柱柱脚的具体构造对K2的取值作出规定，即对平板支座取K2=0.1（由于非理想铰），刚接时取K2= 10（原规范假定为尽对嵌固，K2→∞）。
(b)将框架分为无支撑纯框架和有支撑框架两大类。对纯框架，
当采用一阶弹性分析法计算内力时，按附录中有侧移框架柱的计算长度系数表取用；当采用二阶弹性分析法计算内力并在柱顶考虑假想水平力Hni时，由于我国的Hni与欧盟EC3的有些差别，且考虑到杆件的非弹性变形和计算方便，故取μ=1.0。
对有支撑框架，则根据支撑结构侧移刚度（产生单位倾侧角的水平力）的不同而分为强支撑框架和弱支撑框架并分别确定框架信的μ值或ψ值。
(a)增加了在某些民政部下对框架柱的计算长度系μ应加以修
正的规定。当框架柱可得到相邻柱的支持时，该柱的μ值可予以折减，而提供支持作用的柱的μ值应相应增大。对支持摇摆柱的框架柱计算长度系数的增大系数列有计算公式。
c.根据实践经验，补充了对跨度L≥60m桁架杆件容许长细比
的规定。
6．连接计算
⑴焊缝连接
a. 增加了对焊缝质量等级选用的具体规定，以满足工作需要；
b. 对T形对接焊缝，按《焊接术语》（GB/T3375-94），明确
规定应采用对接与角接组合焊缝；
c. 对焊缝的计算长度进行修改，原规范对未用引弧板施焊的
对接焊缝和角焊缝，每条焊缝的计算长度一律为实际长度减往100mm，现改为减2t（对接焊缝）或2h t（角焊缝）；
d. 在直角或斜角T形接头用角焊缝连接的强度计算中，考虑
了根部间隙b的影响，参照AWS1998的规定，给出了相应的计算公式；
e. 将原规范部分焊透的对接焊缝或对接与角接组合焊缝中笼
统写成的V形坡口区分为V形坡口和单边V形（含K形）坡口，并分别给出了这种焊缝计算夺取度h e的确定方法。
⑵紧固件连接
a.在高强度螺栓连接磨擦面的抗滑移系数μ的表格中增加
了Q420钢的μ值进行调整，最高不大于0.5；
b.增加了自攻螺钉、拉铆钉和射钉等新型紧固件的内容。
⑶增加了梁与柱刚性连接这一节，其内容与现行《建筑抗震
设计规范》（GB50011）以及行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）是协调的。
⑷根据试验研究的结果，增加了“连接节点处板件的计算”
这一节，主要内容有：
a.给出了连接板件在拉、剪共同作用下（Block Shear）的强度计算公式，适用于拉力与板件撕裂线之间的不同夹角；
b.提出了用有效宽度法计算桁架节点板强度的近似公式，应力扩散角取为30。；
c.首次提出了桁架节点板在受压斜腹杆作用下的稳定计算方法。为简化设计，对有竖腹杆的节点板给出了可以不计算稳定的c/t（c为受压斜腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴张方向至弦杆的净距，t为节点板厚度）的下限值，对无竖腹杆的节点板给出了可用简化公式计算稳定的c/t下限值。
当c/t超过规定的下限值时，应按附录中所给的方法进行稳定计算。由于此法是根占有限的试验结果拟合而成，在c/t的一定范围内，试验结果比较稳定，计算值均匀为试验值的85%，偏于安全。但当c/t超出一定范围后，计算值将大于试验值，不安全。故规范规定了c/t的上限值，即严禁超过此值。
⑸根据实践经验，增加了几种支座形式，即常用的平板支座和近年来开发的橡胶支座和球形钢支座。
7．构造要求
⑴取消了原规范对焊件厚度的限值，由于该限值是根据当时的钢材标准和实践经验提出来的，现在不仅钢材标准已经改变而且在工程实践中已有突破。另外，从防脆断的角度出发，焊件的厚度限值与结构形式、应力特征、工作温度和构造等多种因素有关，原规范的规定亦不够全面，轻易引起误会。
⑵明确了有些构造要示不适用于钢管结构。
⑶焊缝连接方面
a.对宽度或厚度不同的焊件用对接焊缝拼接时，原规范规定要做成坡度不大于1/4的斜角，现根据车外经验对静载结构改为不大于1/2.5；
b.角焊缝的最小焊脚尺寸hf≥1.5√t，原规范对t定义为较厚焊件的厚度，现根据国外经验，加注说明：当采用低氢型碱性焊条时，t可取为较薄焊件的厚度；
c.侧面角焊缝的最大计算长度，原规范按动载结构和静载结构分别规定为40 hf和60hf，现根据试验结果，同一取为60hf。
⑷螺栓和铆钉连接，对螺栓（铆钉）间距表参照桥梁规范和国外规范进行了局部修改，补充了垂直内力方向的间距的规定。对沿杆轴方向受拉的连接，增加了为减少撬力的构造要求。
⑸根据实践经验和试验研究，增加了插进式柱脚、埋进式柱脚和外包式柱脚等新型柱脚形式，并对插进式柱脚的最小埋深作出了规定，同时补充了柱脚底板与混凝土基础间抗水平力的摩擦系数值μ=0.4。
⑹根据科学试验和实践经验，规定吊车梁（或吊车桁架）上翼缘和制动梁可以用角焊缝连接。
⑺根据实践经验，增加了L≥60m的大跨度屋盖结构的要求。
⑻增加了“进步严冷地区结构抗脆断能力的要求”这一节，适用于工作温度T≤-20。C的地区。其内容主要是根据我国在东北严冷地区的建设经验以有前苏联在这方面的研究成果制定的。
⑼对防护和隔热进行了补充修改，明确提出了钢结构的防腐蚀（锈蚀亦是一种腐蚀）和防火题目以及应遵守的有关国家标准与设计原则。在设计文件中应注明所要求的钢材除锈等级和采用的涂料（或镀层）名称及其厚度。
8．塑性设计
⑴取消了原规范在塑性设计时应乘以强度折减系数0.9的规定，因原规定依据不足。
⑵将符合塑性设计要求的钢材力学性能从条文说明移进正文并对塑性应变的要求加以修改，由屈服台阶末端处的应变ε3t≥6εp（εp为弱性阶段的应变）改为εu（对应于抗拉强度fu时的应变）不小于20倍的屈服点应变εy。
9．钢管结构
⑴圆钢管结构：随着钢管结构的发展，同济大学对根据最近收集到的国内外新的试验数据和有限元分析结果建立起来的数据库进行了统计分析后，对原规范进行了下列修改：
a.对管节点承载力的计算公式作了局部修改，使计算结果的置信度和均值更为公道；
b.将公式的适用范围由原规范的径厚比d/t≤50扩大到d/t≤100（主管）和di/ti≤60（支管）；
c.补充了TT型和KK型空间管节点承载力的计算公式。
另外，将主管轴力影响系数ψn表达式中对主管轴向应力σ的定义由原来的“最大轴向应力”改为“节点两侧主管的较小轴向压应力”（一侧受拉时，取σ≥0）。
⑵增加了矩形管（含方管）结构的平面管节点承载力计算公式。由哈尔滨产业大学土木工程学院根据试验研究的成果并参照国外资料进行修订，其内容大致为：
a.由于矩形管结构在我国应用较少，经验不足，经研究分析后，将国外资料中的矩形管节点承载力同一乘以折减系数0.9；
b.对T，Y，X形节点，根据哈工大的科研成果对国外公式进行了修正。
10．保存圆钢、小角钢的轻型结构，但将其名称由原来的“轻型结构”改为“轻型桁架结构”，以明确其作为小型桁架（joist）使用的功能。
11．钢与混凝土组合梁
⑴将圆柱头焊钉的抗剪承载力的限值Ncv≤0.7Asf改大为Ncv≤0.7γAsf（γ为栓钉的强屈比）。
⑵增加了连续组合梁负弯矩处截面的计算方法。
⑶增加了压型钢板组合板的组合梁设计。
⑷增加了部分抗剪连接件组合梁的设计。
四、需要进一步研究的题目
⒈研制、开发和建立建筑钢结构用钢材品种（含钢管）的系列。
⒉进行建筑钢结构抗脆断性能的研究，从计算和构造（包括板厚限值）方面提出相应措施。
⒊对半刚性节点的框架结构进行研究。
⒋继续对梁腹板的稳定题目进行研究。
⒌对应力幅相同但最大拉应力相差较大时疲惫性能的差异题目进行研究，同时应开展用极限状态设计法进行疲惫计算的研究。
⒍对8.8极高强度螺栓的预拉力值是否可以进步进行试验研究。
⒎继续对钢管结构节点承载力进行试验研究。
⒏继续对低合金高强度结构钢特别是厚板的力学性能进行统计分析，并在此基础上对钢材的设计指标作必要的修正。
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