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鋼結構作業守則

鋼結構作業守則-正常使用極限狀態(SLS)

2.3        正常使用極限狀態(SLS)

正常使用極限狀態考慮在正常的外加荷載作用下,結構或結構構件的使用規定。例如:撓度、風振或人爲引起的振動及耐久性等。這些將在第 5 章中闡述。

爲了符合正常使用極限狀態下構件的設計,正常使用狀態的設計抗力應大於或等於正常使用狀態的設計荷載效應。正常使用狀態計算時通常將荷載分項系數取爲 1.0。

2.4.1   正常使用狀態的荷載

通常正常使用狀態的荷載應取不考慮荷載分項系數的特徵荷載。

正常使用狀態驗算時,對於寒冷地區異常的屋頂局部堆積雪荷載不應包括在外加荷載中。

正常使用狀態驗算時,對於外加荷載與風荷載的組合,只需考慮全部特徵值的 80%;對於橫向吊機荷載與風荷載的組合,只需考慮兩種效應中較大的荷載。

計算組合構件最有可能的變形時,有必要考慮蠕變效應。在此情況下,有必要估算長期外加荷載與短期外加荷載的比例。對於普通的住宅和辦公室,考慮25%的外加荷載爲長期荷載,其餘 75%爲短期荷載;對於檔案館和倉庫,考慮

75%的外加荷載爲長期荷載;對於機房樓面,所有外加荷載均爲長期荷載。

鋼結構作業守則-極限狀態(ULS)結構的完整性和堅固性

1.1.1     結構的完整性和堅固性
  • 概要

爲了確保結構的整體性和堅固性以及減少局部損毀引起連續坍塌的危險,建築物應附合下列各項規定:

  • 設置水平和垂直連續拉力繫件。
    • 可以扺抗設定橫向荷載
    • 當某一垂直構件移去後,結構可以通過更改荷載傳遞途徑,限制局部損毀和坍塌的範圍,。當垂直構件移去後,構件及其連接處出現顯著的永久變形是可以接受的。
    • 關鍵構件的設計。

位於伸縮縫之間的建築物部份都應被當作獨立的建築物。

  • 建築物中設置連續拉力繫件的原理

在每一個主要樓層,建築物的結構應有效地連接在一起。承托主要樓層的每一根柱子都應在大致直角的兩個方向上利用橫向繫件有效地固定其位置。在屋頂同樣要設置橫向繫件,除非該鋼結構僅承受不超過 0.7kN/m2 的覆蓋層重量和外加屋頂荷載及風荷載。

連續繫件的軸線應盡可能接近於樓板或屋頂的邊緣及柱的中心線,參見圖 2.2。在內角處最靠近邊緣的繫件應錨入鋼框架,如圖 2.2 所示。所有橫向繫件及其末端連接應牢固可靠和具有延性。

橫向繫件可以是鋼結構構件(包括那些同時用作其他用途的構件),或是錨固在鋼框架上以及埋入混凝土中的鋼筋,或是與鋼樑起組合作用的組合板中的鋼筋網以及壓型鋼板。壓型鋼板應通過抗剪連接件與鋼樑直接連接,參見第 10 章。

柱繫件                                                                    邊緣繫件

繫件

邊柱件

2.2  建築物柱繫件的示例

  • 避免不合比例坍塌

若符合以下情況,遵照本守則規定設計的鋼框架建築物可假定為不可能發生不合比例坍塌:

  1. 普通繫件   如可行的話,根據 2.3.4.2 段所述,橫向繫件應設置在連續軸線上,以及沿大致直角的兩個方向分佈在整個樓層或屋頂, 參見圖 2.3。

作爲橫向繫件的鋼構件及其末端連接,應具有不低於 75kN 的設計

抗拉承載力,此拉力無需與其他荷載一起考慮。由鋼筋組成的橫向繫件應遵照混凝土結構作業守則中的規定進行設計。繫件所受的力度應當按照以下方法進行計算:

內部繫件:0.5(1.4Gk+1.6Qk)st但不小於 75kN ;   (2.4) 邊緣繫件:0.25(1.4Gk+1.6Qk)st但不小於 75kN ;  (2.5) 式中:

Gk 樓面或屋頂的毎一單位面積的特定恆載;

L 繫件的跨度;

Qk         樓面或屋頂的毎一單位面積的特定外加荷載;

st         所驗算繫件與相鄰繫件之間的平均橫向間距。

若沒有其他荷載存在,如構件及其末端連接能夠承受相等於設計荷載作用下構件末端反力,或末端反力的較大值(若末端反力不等)的拉力,且該拉力不小於 75kN 時,該構件可假定為符合以上各項條件。

  • 邊柱繫件   錨固在最接近樓面或屋頂邊柱上的橫向繫件,應能夠承受垂直於邊緣的設計拉力,該設計拉力等於以上 a)段中計算的拉力, 75kN 或該相鄰樓層邊柱的最大設計恆載和外加荷載總和的 1%,的較大值。

有懸挑系統或外桁架系統的高樓大廈常常有著很大的邊柱,或巨型柱。這些柱的側向穩定性和連在其上的繫件需要特殊考慮,因爲約束力可以非常大,設計指引參見 13.1 節。

  • 柱的連續性 除非鋼框架在至少一個方向上是完全連續的,否則所有的柱都應在樑柱連接位直通。所有柱拼接應能夠抵抗等於最大垂直設計反力的拉力,該設計反力由恆載加上外加荷載或者由恆載、風載加上外加荷載,作用在該柱拼接與位於下面的相鄰柱拼接之間的單個樓層距離位置上産生。
  • 水平抗力   2.3.2.3 段建議用於抵抗水平力的支撐區或其他系統,應分佈於整個建築物內,從而在大致呈直角的兩個方向中的任一個方向上,建築物沒有太多部份僅用一點與該水平抗力系統相連。
  • 樓板預製件 當使用預製混凝土或其他重型樓板或屋頂單元時,應將其沿跨度方向適當錨固,應遵照預製混凝土建造守則規定,在支座處彼此錨固,或直接錨固於支座上。

當前三種情況 a)至 c)中的任何一種都不能滿足時,應對建築物內每一樓層逐層進行驗算,以確保不會在某一根柱假設移除後突然發生不合比例坍塌。如果條件 d)不能滿足,則應逐層驗算,以確保不會在水平抗力系統內的某一件構件的假設移除而突然發生不合比例坍塌。在相應的樓層及與其緊密相連的上下樓層或屋頂中的任一個平面上,建築物具有坍塌危險的部份不應超過 15%或者 70m2

(取兩者之中較小值)。若由於某一根柱或者水平抗力系統內的某一構件的假設移除,會引起更大面積坍塌的危險,則應將那柱或構件設計成關鍵構件,參見

2.5.9 條的規定。

   

將所有樑設計成繫件

錨固柱 A

的繫件

A

2.3  建築物普通繫件的示例

  1. 脆裂

在低溫下承受拉應力的焊接鋼結構可能會發生脆裂。在某些情況下,若採用了對脆裂敏感的連接細節、不恰當的裝配情況以及使用了低韌性焊接材料,脆裂也可能會在正常溫度下發生。這個問題可通過採用具有恰當延性等級的特定鋼材和焊接加以解決,做法通常利用夏比測試確定延性等級。越厚的鋼板和節點,要求的延性等級越高。就選擇恰當的延性等級,請參閱 3.2 節的指引。

鋼結構作業守則-極限狀態(ULS)

1.1        極限狀態(ULS)

極限狀態需要考慮結構或結構構件抵抗損壞的強度和穩定性。

爲了使構件的設計符合在極限狀態下的規定,構件或截面的設計抗力或承載力應大於或等於極限設計荷載效應。設計抗力可以由材料的特徵極限強度除以材料分項系數得到。如第 4 章所述,設計荷載由特徵荷載乘以荷載分項系數而獲得, 而荷載效應設計則可通過設計荷載的適當計算而獲得。

1.1.1     強度極限狀態

在驗算結構或結構任何一個部份的強度時,規定荷載要乘以第 4 章表 4.1 到表 4.3 所列出的相對分項系數g f 。設計荷載應用於計算所考慮的最不利荷載的組合。需要考慮的基本荷載組合爲:(1)恆載和外加荷載、(2)恆載和側向荷載(3)恆載、外加荷載和側向荷載。

在每一種荷載組合中,當恆載可以抵消其他荷載效應,包括恆載的抗滑動、抗傾覆或抗上舉,其分項系數g f 為 1.0。

由本守則相關規定的每件構件和連接的支承荷載能力,能確保設計荷載不會引致其損壞。

1.1.2     穩定性極限狀態
  • 概要

應驗算結構的靜態平衡,水平抗力和側移剛度。設計荷載應用於計算所考慮的最不利荷載的組合中。

  • 靜態平衡

不論設計荷載在單獨或組合考慮時,都不應導致結構或結構任何部份(包括基礎)的滑動、傾覆以及上舉。恆載、外加荷載和側向荷載的組合應對所考慮結構的穩定性極限狀態産生最不利的效應。應考慮恆載在施工階段或其他臨時情況下的變化。

設計也應符合《建築物(建造)規例》有關抵抗傾覆、上舉和滑動的整體穩定性要求。

  • 水平抗力

所有結構(包括伸縮縫之間部份)都應具有足夠的水平抗力,以致在沒法預計荷載效應下,堅固性仍可保持在合理水平上。

可通過以下一種或多種抗側向力系統提供水平抗力:三角支撐;彎矩抗力節點;懸挑柱;剪力牆;樓梯適當地設計在牆身之間、設備及電梯槽或類似的垂直構件。在這些系統的設計中應當考慮荷載方向的反向情況。

覆蓋層、樓板和屋頂應具有足夠的強度及適當地固定在結構骨架上,從而提供橫隔膜作用並將水平力傳遞到抗側向力的構件上(收集點)。

當水平抗力不是由鋼框架提供時,鋼結構的設計文件應當清晰表明需要這些結構的建造目的並訂明它們所受的力,參見 1.2 節。

  • 側移剛度和整體側向或扭轉壓曲的抗力

所有結構應具有足夠的側移剛度,以致垂直荷載不會因爲結構的側向移位而在構件或連接部位産生過大的次力或彎矩。此規定應適用於伸縮縫之間結構的所有結構。

當二階(或“ P – Ä ”)效應顯著時,在進行結構系統抗側向力部份的設計時應明確地加以考慮。結構系統應具有足夠的剛度以約束在任何水平方向的側移,同時亦可約束結構平面內的扭轉(即防止整體扭轉的不穩定性)。

當“ P – Ä ”效應不太明顯時,結構可以定義爲無側移,但仍要驗算結構是否有足夠抗力承載 2.5.8 節中規定的標稱水平力。

當採用彎矩抗力節點提供側移剛度時,結構系統的分析應考慮節點的柔性。假如砌石內嵌板和壓型鋼板的加勁作用存在時,分析和設計中也應加以考慮。6.3 節描述了框架分類的具體規定。

構件屈曲即“ P d ”在各種分析和設計中都應該考慮。

1.1.3     疲勞

除非結構或構件受到顯著的應力波動作用,否則不需要考慮疲勞。風荷載引起的正常應力波動變化不需考慮。

在疲勞設計時,荷載分項系數g f 設定爲 1.0。

疲勞設計的原則如下。當疲勞為主要考慮時,疲勞抗力設計及工作質量的詳細指引,可以參考附錄 A1.10 所列的文獻。對於疲勞為重要設計考慮的時候,第14、15 章有關工作質量的條款不能完全適用,因此所有設計細節及工作質量的規定必須清楚訂明。。

需要考慮疲勞抗力的情況包括:

  • 由氣體動力學不穩定性引起的風振。無須考慮由風荷載引起的正常波動。
  • 用於支撐重型振動機械或裝置的結構構件。
  • 13.7 節規定的支承吊機的構件
  • 橋樑結構,通常會遵照橋樑設計守則進行設計。在進行疲勞性能評估時,以下情況應當特別重視:
  • 與在空氣中的相應性能相比,腐蝕或浸於水將會縮短疲勞使用年限。
  • 非常大的應力幅度將縮短疲勞使用年限。
  • 在應力集中區域疲勞使用年限將會縮短;焊接點的疲勞使用年限通常會較短,但亦取決於焊接的幾何尺寸。
  • 與較薄的焊接點相比,一些焊接較厚的節點的疲勞使用年限會有所折減。
  • 由溫度改變引起熱應力的反覆波動亦能導致疲勞。建築物結構隨正常環境的溫度改變,通常不會引致疲勞問題。
    • 疲勞設計的原則

假如構件或結構受到重覆應力循環的作用時,它可能在應力低於材料的抗拉強度,以及通常低於材料的屈服強度時出現損壞。導致這種損壞的過程稱之爲疲勞。

在重覆應力波動作用下疲勞損壞通過裂縫的緩慢發展而産生。裂縫隨著每一次應力循環幅度(S)而逐步增大。裂縫起初出現在應力集中最嚴重的區域,並且在垂直於最大幅值的主應力方向上增長。當裂縫增長到一定大小以致剩餘橫截面發生屈服或塑性損壞,或者裂縫到達了斷裂的臨界尺寸,就會發生最終的損壞。因此,在疲勞過程中產生的破壞是累積的並且是不可修復的。

以下的 2.3.3.2 段到 2.3.3.4 段闡述了避免疲勞設計的基本設計哲理。

  • S-N 關係式

大多數的疲勞設計準則是採用有關構造細節的一系列 S-N 曲線來表達。其中N 為可使用年限,以某一應力幅度 S 若干次重覆循環的形式來表達。應力幅度是最大與最小應力的差值。特定細節的基本 S-N 設計曲綫(例如不同尺寸的焊縫或螺栓連接)是由於相同尺寸試樣板的實驗室測試得來,通常以特定的破壞或然率來表達(例如平均值減去二次標準偏差)。圖 2.1 給予一種示意性的 S-N 曲線, 疲勞裂縫出現在橫向對接焊以及在鋼板上的橫向角焊焊腳中。

通常,特定材料和幾何尺寸的基本 S-N 設計曲綫受到平均應力(最大與最小應力的平均值)和應力比(最小與最大應力的比例)影響。不過在焊接節點中, 高焊接殘餘應力的存在意味著平均應力和應力比通常都很高。焊接接點的基本S-N 設計曲綫假定高殘餘應力的存在,無須根據外加荷載對平均應力和應力比進行調整。

構造細節與適當的基本 S-N 設計曲綫由一分類系統連在一起。分類取決於節點類型、幾何尺寸和荷載方向,與特定位置和開裂模式有關。

母材的基本 S-N 設計曲綫在一定程度上取決於材料的強度,這至少在小尺寸光滑試件的實驗室測試中表現如此。不過對於焊接細節,與較低強度鋼材相比, 在同樣使用年限的設計應力幅度作用下,高強度鋼材焊接構件的疲勞強度並沒有

增加。某些類型焊接細節的疲勞強度隨著節點厚度的增加而減少,而修正值應採用下式進行:

⎛ t ⎞1/ 4

S SB B ⎟                                                                 (2.2)

t

式中

S     所考慮節點的疲勞強度,節點厚度爲 t

SB        當節點厚度為 tB 時,利用基本設計曲線得到相同節點的疲勞強度, 通常 tB 設定為 22mm;

t     大於 16mm 或者構件或螺栓的實際厚度;

tB        相對於基本 S-N 設計曲線的最大厚度。

1000

2.1  焊接鋼材的典型 SN 曲線

該基本 S-N 設計曲綫基於固定幅度的測試,以及假設在對數常態分佈下,由平均值減去兩倍標準偏差的值,這值代表損壞的正常或然率為 2.3%。

  • 設計方法

疲勞設計有兩種基本方法:

  • 損毁容限設計
    • 安全使用年限設計

疲勞本身的潛在離散性以及結構超過設計年限仍然使用的可能性,增加了使用期間疲勞開裂的可能性。損毀容限設計的目的是確保在正常使用情況下,即使出現疲勞開裂,剩餘結構部份仍可安全地承受工作荷載,直至該開裂能被察覺。

安全使用年限設計適合在定期檢查不可能或不可行的情況下使用。該方法確保計算使用年限多倍大於需要的使用年限。

  • 疲勞評估程序

一個結構構件可能含有多個疲勞開裂起始點。應首先對結構中承受最大應力波動和/或應力最集中的區域進行驗算。基本程序概括如下:

  1. 選擇結構需要的設計使用年限,比如根據本守則,房屋的設計使用年限是 50 年,而路橋的設計使用年限通常是 120 年。
  2. 對結構設計使用年限內的預期荷載進行估算。
  3. 估算在考慮細節上的應力變化歷史。
  4. 利用循環計數方法(如雨流或水庫循環數數法),將第i次應力變化歷史,由相等循環數目但不同應力幅度 Sri 所代替。參見附錄 A1.10 中認可的參考文獻。
  5. 將循環次數按照應力幅度由大到小排列,從而得出應力譜。
  6. 將每一個細節構造進行分類以選擇合適的 S-N 曲線。
  7. 考慮諸如材料厚度、腐蝕及焊接改進方法等的變化,將設計 S-N 曲線加以修訂。
  8. 對於按照上述 d)和e)得到的應力譜中的每一個應力幅度 Sri,根據相應細節構造的基本 S-N 設計曲綫,確定可進行的循環次數 Ni 。利用此應力幅度下循環次數 ni 與循環次數 Ni 的比例,來確定該應力幅下的疲勞損傷。線性累積損傷理論(Miner’s Law)表明在所有應力幅度下,比值 ni/Ni 的總和達到整數 1 時將産生破壞。根據設計目的,該線性累積損傷總和規定如下:

⎛  n

å⎜    ⎟ < 1                                                         (2.3)

N  

⎝     i

  1. 若對線性累積損傷總和不滿意,可修改最高應力幅度(及其它所有應力幅度)或接點類別,以得出一個滿意值,即等於或小於 1.0。

鋼結構作業守則-極限狀態哲理

1.1        極限狀態哲理

極限狀態設計是考慮單一結構構件同時又考慮整體結構的強度、穩定性以及正常使用性能的功能極限。與容許應力設計不同,其考慮的只是單一構件截面應力的容許上限。極限狀態設計方法在邏輯上與效能為本設計更為接近。

極限狀態設計是基於對所有可能的坍塌模態,規定結構抗力(R)應大於荷載效應(L),同時又對荷載效應的不確定性及抗力和材料特性可變性提供容限。

即     R > L       (2.1)

荷載效應 L 可以透過常用的結構分析方法,計算出結構構件的軸向力,彎曲, 剪切或扭轉等,再乘以荷載分項系數g f 得出荷載效應的上限估計值。抗力效應 R 應根據材料強度、構件幾何尺寸和材料特性來計算。材料的強度設計值須由標稱值除以材料分項係數g m1 以得到材料特性的下限估計值。關於分項系數的取值可參見第四章。

結構設計應考慮其極限狀態,超過極限狀態,結構就不能逹到預期的使用功能。在極限狀態和正常使用狀態下,應採用適當的分項系數以確保有足夠的可靠性。在極限狀態下,整個或部份結構的安全性會受到關注,而正常使用狀態下, 結搆則要確保不能超過某種特定使用標準的極限。

任何設計的整體安全水平都應考慮下列因素:材料強度、構件尺寸和計算模型的可變性( g m1 )以及荷載和結構性能的變化( g f )。

本守則對結構鋼、螺栓以及焊接的建議強度設計值已考慮了材料分項系數。荷載分項系數g f 取決於荷載類型和荷載組合。規定的特徵荷載乘上荷載分項

系數用於驗證結構的強度和穩定性,參見第 4 章。

表 2.1 列出了關於鋼結構的極限狀態例子。設計時應考慮結構或構件相關的極限狀態。

表 2.1  極限狀態

極限狀態(ULS)正常使用極限狀態(SLS)
強度(包括屈服、破裂、壓曲及形成結構產 生塑性鉸時的機械形態)撓度
抗傾覆滑動,上舉穩定性及側移穩定性振動
耐火性風振
脆裂和疲勞引致的斷裂耐久性

注:在極限狀態下,必須評估低溫成型鋼材有否過多的局部變形。

鋼結構作業守則-極限狀態設計哲理

1          極限狀態設計哲理

1.1        概要

1.1.1     說明

應採用 2.1.2 條到 2.1.6 條所列方法進行結構設計。當採用某種方法設計時,節點的設計應符合這些方法中的假定條件,同時不能對結構的其他部份産生不利的影響。

1.1.2     簡單設計

力的分佈可通過假定構件連接點均爲鉸接來尋找。可假定節點上不會形成對構件或整體結構産生不利的彎矩。除螺栓連接外,連接部位需要的柔性可能會導致材料出現一些非彈性變形。

個別結構系統,比如支撐,是用來提供平面內外的側向約束,從而提供側移穩定性以及水平抗力,參見 2.1.3 條和 6.3 節。

1.1.3     連續設計

可以採用彈性或塑性分析。在彈性分析中,節點應具有足夠的轉動剛度以證明分析是基於在完全連續的基礎上進行。同樣節點應能夠承載根據分析得到的彎矩和力。

在塑性分析中,節點應具有足夠的抗承矩載力,以證明構件中形成塑性鉸的分析假定可以成立。這些節點應具有足夠的轉動剛度以確保平面內的穩定性。在所有的分析中都應恰當地考慮穩定性。

1.1.4     半連續設計

當節點具有一定程度的強度和剛度但不足以形成完全連續的時候,可以使用半連續設計。可以採用彈性或塑性分析。節點的彎矩承載力、轉動剛度以及轉動承載力應根據實驗證明或經測試來校準的高等彈塑性分析。若螺栓或焊接的承載力不是坍塌的判定條件,這設計可允許節點出現小許塑性。在此基礎上,當在計算構件內的彎矩和力時須考慮節點的部份連續性,同時設計亦應確保結構所有構件符合強度、剛度以及平面內的穩定性要求。

1.1.5     通過測試驗證設計

當結構或構件的設計遵照 2.1.2 條到 2.1.4 條的方法進行計算時,出現不可行或不適用的情況,則設計(包括強度、穩定性、剛度和變形能力)可以遵照第16 章中恰當的荷載測試來確定。

1.1.6     效能為本設計

本守則可接納新的和其他的設計方法。負責工程師可以採用效能為本的方向進行設計,前提是他必須提供足夠及建築事務監督認可的設計驗證,確保該設計

逹到 1.2.1 條列出的計設目標及規定。如有必要,可以通過測試來驗證設計。

1.1.7     計算準確性

在結構設計中,外加荷載和材料特性的數值都是無法準確知道的,分項系數方法已考慮了這方面的不準確。所以在驗證計算結果或評估測試結果時,測試或分析觀察或計算的結果所得出的有效數位,應與本守則所建議的相關數值一致。

1.1.8     基礎設計

基礎的設計應遵照香港現行基礎作業守則,認可的土力學工程原理以及土力工程處技術指引的規定。基礎安全承受施加在其上的所有力。關於鋼結構上蓋建築物與基礎的連接以及地腳螺栓的錨固方法應遵照第九章的建議進行。

應當明確說明施加在基礎上的力和彎矩,特別是該荷載值是設計值還是標稱值,若是荷載設計值,則應說明每一荷載組合中每一荷載相應的分項系數。

鋼結構作業守則-主要符號

1.2       主要符號

A         樑的橫截面面積

Ac                柱的混凝土橫截面面積,或連接腿的淨截面面積

Acv               所考慮的混凝土樑剪切面上,每單位長度的平均橫截面面積

Ae                截面或壓型鋼板的有效淨面積(用於拉力或壓力)

Aeff              有效截面面積(用於拉力或壓力)

Ag                總截面面積

An                淨面積

Anet              截面或壓型鋼板的有效淨面積

Ap                壓型鋼板的橫截面面積

As                螺栓的剪切面積

Asv               單位長度樑中穿過剪切面頂部和底部的鋼筋的橫截面面積

At                螺栓的抗拉計算面積

Au                非連接腳的總截面面積

Av                構件的剪切面積

Av,eff            有效剪切面積

Av,net            減除螺栓洞孔後的淨剪切面積

A1結點板下的承載力面積
B截面的寬度或闊度
Bc受壓翼緣的闊度
Be混凝土翼緣的總有效闊度
Bf卷邊翼緣的闊度
Bs組合樓板的闊度
Bt受拉翼緣的闊度
C從截面的末端到荷載或反力點的距離
Cw橫截面的翹曲恆量
D截面深度或截面直徑或洞孔的直徑
Dp壓型鋼板的總深度
Ds混凝土翼緣的深度
E彈性模量
Ecm普通混凝土的短期彈性模量
(EI)e有效彎曲剛度
F考慮中的兩互相連接點之間的局部集中荷載或反力
FL平行於焊接軸線的縱向剪力
FT垂直於焊接軸線的橫向合力
FN設定水平力
FV考慮中的樓板以上的計算恆載與外加荷載總和
Fw集中力
Fa每個剪切連接件的端部錨固力,或爲軸向壓力
Fb每個剪切連接件的沿樑縱向剪力
Fc軸向壓力
Fn混凝土樓板最大負彎矩處的縱向壓力
Fp混凝土樓板最大正彎矩處的縱向壓力
Ft外施拉力
Ftot施加於螺栓上的總外施拉力
Fnom螺栓的標稱抗拉承載力
G剪切模量
Gk特徵恆載
H截面的翹曲恆量
I結構鋼截面繞橫截面主軸的慣性距
ICA組合樓板繞截面重心軸的慣性距
ICS開裂截面的慣性距
IGS總截面的慣性距
Ic沒有開裂混凝土截面的慣性距
Ie有效橫截面的慣性距
Ig總截面的慣性距
Imin邊加勁桿繞穿過被加勁構件厚度中心軸線的最小慣性距
In在負彎矩下開裂截面的慣性距
Ip在正彎矩下開裂截面的慣性距
Is鋼筋的慣性距
Iser壓型鋼板在正常使用極限狀態下的慣性距
Ix繞截面主軸的慣性距
Ixg總截面的慣性距
Ixr,h正常使用荷載産生的翹曲彎矩作用下有效截面的慣性距
Ixr,s正常使用荷載産生的下垂彎矩作用下有效截面的慣性距
Iy繞次軸的慣性距
J聖維南扭轉恆量
K壓曲系數
L末端支座間的跨度或長度
LE計算長度
Lj兩個末端螺栓的中心距離
Lp壓型鋼板的計算跨度
Ls組合樓板的計算跨度
Lv剪切跨度
Lz計算跨度
M彎矩
ME彈性側向壓曲彎矩抗力
MY截面的彈性屈服彎矩
Mb壓曲彎矩抗力
Mc彎矩承載力
Mco具有部份剪切連接的組合橫截面的塑性彎矩承載力
Mcr臨界彎矩
Mcv大剪力作用下組合橫截面的折減塑性彎矩承載力
Mcx繞主 x 軸的彈性彎矩承載力
Mcy繞次 y 軸的彈性彎矩承載力
Mf扣除剪切面積 Av 後剩餘的截面的塑性彎矩承載力
Mo簡支樑的最大彎矩
Mcp雙軸對稱組合截面的彎矩承載力
Mcp,P考慮軸向力效應的組合截面的抗彎矩承載力
Ms型鋼的彎矩承載力
Mx考慮 P-Δ-δ效應下繞 x 軸的最大放大設計彎矩
My考慮 P-Δ-δ效應下繞 y 軸的最大放大設計彎矩
M1M2相鄰支座的彎矩
Mx繞主 x 軸的最大一階線性設計彎矩
My繞次 y 軸的最大一階線性設計彎矩
MLT支配 Mb 的繞主 x 軸的最大設計彎矩
N每一單位長度支承樑上連接在每一跨度壓型鋼板末端的剪切連接件的數目
Nb剛性支承長度
Ni在跨間中某一點與相鄰支座之間的剪切連接件的總數
Nn達到負彎矩承載力所需要剪切連接件的數目
Np達到正彎矩承載力所需要剪切連接件的數目
P組合柱內的設計法向壓力,或 Pp Pn 分別代表剪切連接件的正彎矩抗力或負彎矩抗力
PE最小彈性壓曲荷載
PEx柱繞 x 軸的彈性彎曲壓曲荷載
PG垂直向力中永久不變的部份
PL單位長度焊接縱向的容許承載力
PT單位長度焊接橫向的容許承載力或柱的扭轉壓曲荷載
PTF柱的扭轉彎曲壓曲荷載
Pa每一剪切連接件的端部錨固承載力
Pb組合樑設計中每一剪切連接件的承載力
Pbb螺栓的承載力
Pbg摩擦錨夾承載力
Pbs連接部件的承載力
Pbw無加勁桿的腹板的承載力
Pc受壓壓曲抗力
Pcs構件的受壓承載力
Pcx側移模式下繞 x 軸的受壓抗力
Pcy側移模式下繞 y 軸的受壓抗力
Pcp組合橫截面的受壓承載力
Pcp,k受壓承載力的特徵值
Pcp,cr繞相關軸線並對應有效彎曲剛度的臨界壓曲荷載
Pk剪切連接件的特徵抗力
Pn在負彎矩作用下剪切連接件的縱向剪切抗力
Po螺栓的最小試驗荷載
Pp在正彎矩作用下剪切連接件的縱向剪切抗力
Ps螺栓的剪切承載力,或加勁桿的承載力
PsL預加力螺栓的滑移抗力
Pt螺栓的抗拉承載力
Pw單一腹板的腹板受壓承載力
Px無加勁桿的腹板的壓曲抗力
Pc在無側移模式情況下,以二階分析或以構件長度為計算長度,柱x 軸和y 軸軸向抗力的較小值
Qk特徵外加荷載
Qult極限設計荷載
Rc混凝土翼緣的抗力
Re,min壓型鋼板的特定屈服強度
ReH屈服強度高限
Rp0.20.2% 試驗應力
Rt0.50.5% 總伸長時的應力
Rm最小抗拉強度
Rq剪切連接的抗力
Rr鋼筋的抗力
Rs鋼樑的抗力
Rv取淨高腹板的抗力
Rult極限設計抗力
S塑性模量,或節點的疲勞強度
SB基本設計曲線下相同節點的疲勞強度
Sv剪切面積的塑性模量

Seff              有效塑性模量

Sult              極限設計荷載效應

Sx                繞主軸的塑性模量

Sy                繞次軸的塑性模量

SpaSps Spc       分別爲組合截面中型鋼、鋼筋以及混凝土的塑性模量SpnSpsn Spcn    組合截面中心線 2hn 高度區域內相應構件的塑性模量T 翼緣厚度

Tc                連接翼緣的厚度

Ub                螺栓的特定最小抗拉強度

Ue                焊枝的最小抗拉強度

Us                母材的特定最小抗拉強度

  • 外施剪力

Vc                構件的剪切承載力

Vcr               腹板的臨界剪切壓曲抗力

Vcrit             斯德魯哈爾(Strouhal)臨界風速

Vp                組合板的衝剪切承載力

Vs                組合板的剪切黏結承載力

Vv                組合板的垂直剪切承載力

Vw                腹板的剪切壓曲抗力

Vc                          每一單位寬闊板的總縱向剪切承載力

Vs                                       每一單位寬闊板的剪切黏結承載力

  • 總設計荷載

Wser              正常使用荷載

Ysa               平均屈服強度

Yf                螺栓特定的最小屈服強度

Ys                屈服強度

Z         彈性模量

Zc                受壓翼緣的總截面彈性模量

Zeff              有效截面模量

Zr                減除缺口材料後的截面彈性模量

Zx                繞主軸的截面模量

Zy                繞次軸的截面模量

  1. 洞孔中心距離或橫向加勁桿間距或焊縫尺寸

ae                構件的有效受拉面積

  • 受壓翼緣的平闊度或外伸寬度

ba                開口形壓型鋼板凹槽的平均闊度

bb                內凹形壓型鋼板凹槽的最小闊度

be                混凝土翼緣的有效寬度或平直構件的有效闊度

beu               無加勁桿的平直構件的有效闊度

be,1              鄰近壓力較大邊緣的有效闊度部份

be,2              鄰近壓力較小邊緣的有效闊度的一部份be,3        鄰近受拉邊緣的有效闊度的一部份 be,ser   有或無加勁桿的翼緣構件的有效闊度

be,1,ser          正常使用荷載作用下鄰近壓力較大邊緣的有效闊度部份

be,2,ser          正常使用荷載作用下鄰近壓力較小邊緣的有效闊度部份be,3,ser    正常使用荷載作用下鄰近受拉邊緣的有效闊度的一部份bd   有加勁桿的構件的擴展闊度

bfc               綣邊翼緣的闊度

br                混凝土肋的寬度

bt                腹板的受拉部份

cn                混凝土保護層的標稱值

cn,min            混凝土保護層的最小值

  • 圓頭抗剪栓釘的直徑或螺栓的直徑或腹板的深度

de                在螺栓的受力方向上螺栓中心到被連接構件末端的距離

dn                截面中線到中和軸的深度

dp                開孔直徑

ds                樓板有效高度與壓型鋼板形心的距離

dw                腹板厚度或腹板與翼緣交點之間的斜向距離

  • 邊距或端距

es                總截面中和軸和有效截面中和軸之間的距離

esc               沿 x 軸量度剪切中心到形心的距離

fa                翼緣內的平均應力

fc                外施壓應力

fcd               混凝土的強度設計值

fcu               混凝土的立方體試塊抗壓強度

fc,1              受壓力較大那邊的應力

fc,2              受壓力較小那邊的應力

fc,1,ser          正常使用荷載下受壓力較大那邊緣的應力fc,2,ser    正常使用荷載下受壓力較小那邊緣的應力fsd  鋼筋的強度設計值

fser              正常使用荷載作用下有效構件中的受壓應力

fu                冷拉前栓釘材料的極限強度

fv                剪切應力

fy                鋼筋的特徵強度

  • 標距

gk                單位樓板或屋頂面積的特定恆載

  • 柱截面深度或圓頭抗剪栓釘的整體高度,或層高

k         形狀修正系數

kr                經驗參數

ksc               剪切連接的程度

m         等效均布彎矩因數

mr                經驗參數

mx my         分別爲繞 x 軸和 y 軸彎曲壓曲的等效均布彎矩因數

mLT               側向彎曲壓曲的等效彎矩因數

pb                抗彎強度(側向彎扭壓曲)

pbb               螺栓的承座強度

pbs               連接構件的承座強度

pc                抗壓強度

pcr               構件的局部壓曲強度

ped               邊荷載的抗壓強度

pr,cr             彈性臨界壓曲強度

ps                螺栓的剪切強度

pt                螺栓的拉切強度

pv                平均剪切強度

pw                角焊的強度設計值

py                鋼材的強度設計值

pyf               翼緣的強度設計值

pyp               銷釘的強度設計值

pyr               窄長截面的折減強度設計值

pys               加勁桿的強度設計值

pyw               腹板的強度設計值

gk                單位面積樓面或屋頂的特定外加荷載

qw                腹板的剪切壓曲強度

  • 腹板的縱向平均應力值與其強度設計值的比例,或圓角的內半徑

r1                組合截面基於標稱幾何特性繞與腹板平行的軸線的回轉半徑

rcy               獨立截面的最小回轉半徑

ro                繞剪切中心的極回轉半徑或有效圓角的半徑極限

rx                繞主軸的回轉半徑

ry                繞次軸的回轉半徑

  • 相鄰互相連接的縱向間距或垂直受力方向的螺栓洞孔中心之間的距離或角焊焊腳長度

sp                交錯排列的螺栓間距

sr                加勁桿的半周長

st                栓釘中心距的橫向距離或繫件間的平均橫向距離

  • 腹板厚度

tB                對應於基本曲線的最大厚度

tc                連接的結構構件的腹板厚度

te                開孔區域的有效厚度

tf                柱的翼緣厚度

tp                壓型鋼板的厚度或連接構件的厚度

tw                柱的腹板厚度

t3                與螺帽或預製鉚釘頭相接觸的構件的厚度

t4                不與螺帽或預製鉚釘頭接觸的構件的厚度

  • 所考慮連接部位兩側 s/2 承座長度內,樑的荷載密度
  • 橫截面的壓曲參數
  • 單位長度上的總縱向剪應力或者樑的細長比

vc                混凝土的剪切應力設計值

vp                壓型鋼板抵抗橫向剪力的貢獻部份

vr                壓型鋼板的有效橫向剪切抗力

v1                垂直於跨度方向的肋的 vr

v2                平行於跨度方向的肋的 vr

  • 橫截面的扭轉指數

xc                混凝土中跨受壓區的深度

  • 翼緣與中和軸的距離
  • 槓桿臂

ae                   有效模數比

a L

a s

a TF

長期荷載作用下的模數比短期荷載作用下的模數比扭轉彎曲壓曲參數

b                等效彎矩系數或截面在沒有支撐長度的較小末端彎矩與較大末端彎矩的比例

g a

g c

g f

g m1

g m2

g s

型鋼截面的安全分項系數混凝土的安全分項系數 荷載系數

鋼材最小屈服強度的分項材料系數鋼材最小抗拉強度的分項材料系數鋼筋的分項安全系數

d                含鋼率

d N                        設定水平力作用下上層相對下層的設定水平撓度

d c                         連續樑的中跨撓度或具有完全剪切連接的組合樑的撓度

d s                         鋼樑單獨作用下的撓度

d o                         相同荷載作用下簡支樑的撓度

y  

e                (275/p )0.5

a                佩利(Perry)系數或線性熱膨脹系數

aL                 長期荷載作用的模數比

as                  短期荷載作用的模數比

l                相對細長比

lcr

lLO

lLT

lw

lO

彈性臨界荷載系數

等效細長比極限(側向扭轉壓曲) 等效細長比(側向扭轉壓曲)

腹板細長比

細長比極限(軸向壓力)

l                考量彎曲作用的平面的相對細長比

m                由相關曲線得到的彎矩抗力比例

md                 軸向力作用下彎矩抗力的折減系數

rL                  長期荷載佔總荷載的部份

jt                                       蠕變系數

c                相應壓曲型態的折減系數

c pm

cd

混凝土的軸向抗力比例設計軸向抗力比例

Ä                   特定荷載系統下産生的撓度

Äc

Äcr

用折減截面計算 Mc 時的撓度用全截面計算 Mcr 時的樑的撓度

u                泊松比

t                 剪切強度設計值

Ù                    矢跨比

附錄 C 中提供了典型焊接符號的圖示。

鋼結構作業守則-材料性能定義

1.4.1    材料性能定義

脆裂

鋼材在低溫下的脆性損壞。延性

材料可以出現塑性變形的能力。

疲勞

由於應力的反復作用而引致結構構件的損毀,但該應力在單次作用時不足以損毀構件。

強度

材料對屈服或壓曲的承載力。

1.4.2    截面類型定義

組合

由一件以上的軋製型鋼互相連接而形成的一個單獨構件。厚實截面

截面有塑性彎矩承載力,但局部壓曲防止在固定彎矩下出現的轉動。

組合截面

型鋼或者鋼板與型鋼,經互相連接而形成的一個單獨的構件。H 形截面

構件截面由一塊中央腹板和兩塊翼緣組成,且截面總深度不大於總闊度的

1.2 倍。混合截面

截面由一塊或多塊腹板和翼緣組成,腹板的強度等級低於翼緣。

工字形截面

構件截面由一塊中央腹板和兩塊翼緣板組成,且截面總深度大於總闊度的

1.2 倍。塑性截面

構件截面能夠形成塑性鉸並有足夠的轉動能力,令在連續構件或框架的彎矩

可以重新分配。半厚實截面

在構件受壓或受彎時有彈性承載力的截面,但局部壓曲防止發展其塑性彎矩

承載力。窄長截面

截面出現局部壓曲防止了構件在受壓和/或受彎時發展彈性承載力。

焊接截面

由鋼板焊接而成的截面。

1.4.3    連接定義

連接

構件在連接處被固定在支撐構件或其他支座上,並透過螺栓、焊縫以及其他連接材料來傳遞荷載。

邊距

從螺栓孔的中心到構件最近邊緣的距離,沿垂直於螺栓傳力的方向量度。端距

從螺栓孔的中心到構件邊緣的距離,沿平行於螺栓傳力的方向量度。

摩擦錨夾節點

透過摩擦力由一構件傳遞剪力到另一構件的螺栓連接。

節點

將構件連接在一起,並使力和彎矩能在它們之間傳遞的結構部位。切口末端

有一個或兩個翼緣局部切除的構件連接末端。

預加力的螺栓

預緊至特定拉力的螺栓,有時也稱作高強摩擦錨夾螺栓或 HSFG 螺栓。轉動能力

節點在沒有損壞下能夠轉動的角度。

轉動剛度

節點處造成一單位轉動所需要施加的彎矩。滑移抗力

在摩擦錨夾節點出現滑移前的剪切承載力。

鋼結構作業守則-結構性能定義

1.4.1    結構性能定義

壓曲抗力

構件在不出現壓曲的情況下所能承受的力或彎矩的限值。樑的計算長度

樑在相鄰抗側向彎扭壓曲約束點之間的長度,乘以一個系數,該系數用以考

慮實際約束效應與兩端完全受扭轉約束簡支樑之間的差別。受壓構件的計算長度

柱在相鄰抗繞某一軸線壓曲的側向約束點之間的長度,乘以一個系數,該系

數用以考慮實際約束效應與兩端鉸接柱之間的差別。彈性分析

不考慮連續構件或框架中因塑性鉸轉動而導致彎矩重新分配的結構分析。

彈性臨界荷載

理想構件或結構發生彈性不穩定時所承受的荷載。整體缺陷

結構體系的幾何不垂直。

整體穩定性

整個結構對壓曲、傾覆、上擧以及滑動的穩定性。不穩定性

由於喪失剛度而不能夠繼續承載的現象。

樑的側向約束

防止樑受壓翼緣側向移動的約束。受壓構件的側向約束

防止構件在指定平面內側向移動的約束。

局部穩定性

構件或構件的某一部份對壓曲的穩定性。構件缺陷

結構構件的內在彎曲。

塑性分析

考慮連續構件或框架中因塑性鉸轉動而導致彎矩重新分配的結構分析。塑性荷載因數

形成塑性鉸機構時,每一項設計荷載需要增加的比例。

塑性彎矩

構件橫截面在應力重新分配後的彎矩承載力。二階分析

包含結構平衡或,在首個塑性鉸形成之前,荷載跟撓度關係,以及考慮初始

缺陷影響的結構分析方法。細長比

有效長度與回轉半徑的比例。

穩定性

在壓曲損壞或喪失靜力平衡前的承載力。

鋼結構作業守則-結構構件定義

1.4.1    結構構件定義

主要抗彎的構件。懸臂樑

一端固定另一端自由的樑。

主要承受軸向力但也可能同時承受彎矩的垂直構件。巨型柱

極大型的柱,通常用於高層結構的懸挑或外部支撐筒管。

壓桿

主要承受軸向壓力的構件。基礎

將荷載直接傳遞至地下,屬於結構的一部份。

門式框架

帶剛性抗彎節點的單層框架。子框架

大型框架的一部份。

構件區段

構件的部份長度,兩端點受到側向約束。橫向

垂直於構件截面正交軸線強軸的方向。

扭轉約束

防止構件繞縱軸轉動的約束。

鋼結構作業守則-術語及定義

1.2       術語及定義

本守則中較常採用的術語及其定義在下面分類列出。更爲專門的術語及其的定義則是在相關章節中加上。

1.4.1    一般定義

認可標準

附錄 A 中列出的建築事務監督(BA)認可的標準及文獻。認可的品質保證(QA)系統

得到建築事務監督認可的品質保證系統,且符合 ISO 9001 以及香港認可處

的規定。

BA

建築事務監督。B(C)R

《建築物條例》之下的《建築物(建造)規例》。

建築物高度

從假定的結構底部(垂直與側向荷載傳給地面的位置)到結構最高樓層的高度(不包括外部建築裝飾物)。

守則

2011 年鋼結構作業守則。

恆載

特徵恆載 Gk:在使用年限內所有結構或非結構構件産生的永久性荷載,由《建築物(建造)規例》所規定。

外加荷載

特徵外加荷載 Qk:除恆載和風荷載外,在使用年限內可能出現的外加荷載, 由《建築物(建造)規例》所規定。

風荷載

特徵風荷載 Wk:遵照香港風力效應作業守則計算的外加荷載。最不利分佈荷載

對某一構件産生最不利效應的荷載分佈。

設計荷載

特徵荷載或其他給定值乘以相應的分項系數。動力荷載

由運動産生的外加荷載部份。

強度設計值

設計中所用材料的設定屈服強度,由特徵材料強度乘以分項系數獲得。承載力

在沒有出現屈服或斷裂損壞的前提下所能承受的力或彎矩的限值。

CS2

香港施工規範 2。經驗方法

基於經驗或測試得出的簡化設計方法。

土力工程處技術指引

由香港特別行政區政府土木工程拓展署,土力工程處出版的岩土工程手冊、岩土指南、岩土說明書、刊物、報告和技術指引。

HKAS

香港認可處。HKCC

2004 年混凝土結構作業守則。

HKPCC

2003 年預製混凝土建造守則。

HKWC

2004 年香港風力效應作業守則。HOKLAS

香港實驗所認可計劃。

PNAP

由建築事務監督定期發佈的認可人士、註冊結構工程師及註冊岩土工程師作業備考。