基于中欧钢结构规范的轴心受力构件强度计算比较★

陈 春 霞

(上海师范大学，上海 200234)

0 引言

近些年，国内高校的合作办学项目逐渐增加，在土木工程领域也有与欧洲国家的教育合作，在教学中要求学生掌握两部规范。同时越来越多的中国建筑企业参与到涉外项目中，且因为欧洲规范的技术先进、科学严谨，其使用越来越频繁。国内有文献对中外钢结构设计规范进行比较[1-3]。本文根据EN 1993-1-1:2005[5]钢结构设计规范和GB 50017—2003钢结构设计规范[6]，比较了轴心受力构件的强度计算原理及公式，并通过例题计算得到两部规范的相同及差异之处。

轴心受力构件的强度承载力是以截面的平均应力达到钢材的屈服应力为极限。但当构件的截面有局部削弱时，截面上的应力分布不再是均匀的，在孔洞附近存在应力集中现象，如果在设计时选用具有良好塑性的钢材，截面上的应力产生塑性重分布，最后在净截面上达到均匀分布。两部规范在理论基础上是一致的。

1 欧洲规范中的设计表达式

欧洲规范中对于受压截面采用截面分类，故强度承载力公式用受拉构件和受压构件分别表达。

1.1 轴心受拉构件

根据欧洲规范EN 1993-1-1:2005(E)中条款6.2.3，即：

(1)

式中：NEd——构件的轴心拉力设计值；Nt,Rd——构件在均匀拉力作用下的抗力设计值，取值如下：

没有削弱的截面，即：

(2)

有孔洞的截面，应在Npl,Rd和Nu,Rd中取小值，即：

(3)

式中：A——构件毛截面面积；Anet——构件净截面面积；fy——构件材料的屈服强度;fu——构件材料的极限抗拉强度;γM0,γM2——抗力分项系数，见EN 1993-1-1:2005(E)的英国国家附录条款NA2.15。

1.2 轴心受压构件

根据欧洲规范EN 1993-1-1:2005(E)中条款6.2.4，即：

(4)

式中：NEd——构件的轴心压力设计值；Nc,Rd——构件在均匀压力作用下的抗力设计值，取值如下：

(5)

(6)

式中：Aeff——构件有效截面面积。

2 中国规范中的设计表达式

根据中国规范GB 50017—2003中条款5.1.1，即：

(7)

3 轴心受力构件强度计算例题

因轴心受拉构件强度计算较简单，文中仅给出轴心受压构件计算例题。

例：有一铰接刚架如图1所示，集中荷载(标准值)作用于节点A。求：

1)用欧洲规范EN 1990:2002估算作用于节点A的荷载设计值。

2)如果杆件DE使用热轧方形空心型材100×100×5 SHS，钢材等级为S355，验算该截面是否会发生强度破坏。

设计数据：

作用于节点A的永久荷载标准值:

Gk=10.0 kN；

作用于节点A的可变荷载标准值:

Qk=50.0 kN；

弹性模量:

E=210×103MPa；

屈服强度:

fy=275 MPa；

截面性质：

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

解：

1)根据欧洲规范EN 1990:2002条款6.4.3.2中公式(6.10)，即Fd=γGGk+γQQk，查EN 1990:2002的英国国家附录NA.2.2.3条款，可得γG=1.35，γQ=1.5,则节点A的荷载设计值Fd=1.35×10.0+1.5×50.0=88.5 kN。

2)按欧洲规范验算构件强度。

验算截面类型：EN 1993-1-1:2005(E)表5.2(sheet 1 of 3)。

验算：

根据欧洲规范EN 1993-1-1:2005(E)中条款6.2.4，即：

查EN 1993-1-1:2005(E)的英国国家附录条款NA2.15，可得抗力分项系数：γM0=1.0,γM1=1.0,γM2=1.1。

验算：

3)按中国规范验算构件强度。

因为截面没有削弱，本部分在实际工程设计中可以不必验算。根据中国规范GB 50017—2003中条款5.1.1，验算如下：

所以截面100×100×5 SHS，S355用于下弦杆DE，安全，且中欧规范计算结果基本一致。

4 中欧规范中轴心受力构件强度验算比较

通过以上分析及例题演算，说明关于轴心受力构件的强度验算，欧洲规范与中国规范的理论基础一致，仅存在公式形式的区别。且两部规范在该部分的计算结果基本一致，可认为没有差别。

区别一：欧洲规范采用荷载设计值与抗力设计值的比值来表达，安全裕度比较直观；中国规范采用应力表达式，构件的应力状态比较直观。

区别二：欧洲规范中对于受压截面采用截面分类，故强度承载力公式用受拉构件和受压构件分别表达；中国规范没有进行截面分类，故强度承载力公式统一为一个公式。