6.3 钢构件

6.3.2  钢构件承载能力项目根据构件的抗力R和荷载作用效应S及结构构件重要性系数γ0评定等级。构件的抗力R一般按照国家现行钢结构设计标准《钢结构设计标准》GB 50017、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018、《空间网格结构技术规程》JGJ 7、《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB 51022等确定。与设计新构件不同，在计算已有构件抗力时，应考虑实际的材料性能和结构构造，以及缺陷损伤、腐蚀、过大变形和偏差的影响，这是因为新构件是先设计后施工，在施工和使用过程中控制这些影响因素，设计时不必考虑；但已有构件的这些因素是客观存在，必须予以考虑。另一方面，已有构件的各种特性和所受荷载作用是比较明确的，变异性较小，因此，其承载能力即使有所降低，在一定范围内也是可以接受的。荷载作用效应S一般按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009和相关设计标准结合实测结果计算确定。结构构件重要性系数γ0按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068确定。

    过大的变形、偏差以及严重的腐蚀会降低构件的承载能力，此时，应按承载能力项目评定其安全性等级。其中，严重腐蚀的影响有两个方面，一是使构件截面积减少，二是腐蚀降低材料的韧性。本标准附录C参考了国内外相关资料，对钢结构或构件腐蚀提出了检测评估方法。

    本条为强制性条文，必须严格执行。

6.3.3  承重构件的钢材符合建造当年钢结构设计标准和相应产品标准的要求时，说明当时的材料选用和产品质量是合格的，即使不符合现行标准的要求，考虑到经过多年使用没有出现问题，在构件使用条件没有发生变化时，应该认为材料是可靠的。如果构件的使用条件发生根本的改变，比如承受静载的构件改成承受动力荷载、保温厂房改成非保温厂房、所承受的荷载有较大的增加等，这相当于用旧构件建造一个新结构，在这种情况下材料还应符合国家现行标准的要求。如果材料达不到相关要求，应进行专门论证，在确定承载能力和评级时应考虑其不利影响。如果仅仅是材料强度不满足要求而其他性能指标均满足要求时，可以按拉伸试验结果确定材料强度的标准值，除以材料分项系数后得到设计值，进而计算出承载能力，按承载能力评级。其他性能指标不满足要求时，说明采用的材料存在问题，不论承载能力计算结果如何，都不应评为a级；如果材料性能特别恶劣，如非正常生产的劣质钢材，应直接评为d级。钢材产品的质量包括力学性能、化学成分、冶炼方法、尺寸外形偏差等。

    上述要求同样适用于连接材料和紧固件。

6.3.4  在钢结构的安全事故中，由于构件构造或节点连接构造不当而引起的各种破坏(如失稳以及过度应力集中、次应力所造成的破坏等)占有相当的比例，这是因为在任何情况下，构造的正确性与可靠性总是钢结构构件保持正常承载能力的最重要保证；一旦构造(特别是节点连接构造)出了严重问题，便会直接危及结构构件的安全。为此，将它们列为与承载能力验算同等重要的检查项目。与此同时，考虑到钢结构构件的构造与节点、连接构造在概念与形式上的不同，故本条将节点、连接构造的评定内容单独列出，分别进行安全性评级。

6.3.5  缺陷是设计和施工阶段在结构上产生的问题，凡是不满足相关设计标准和施工质量验收标准的问题都属于缺陷，包括构造错误、尺寸偏差、焊缝和螺栓的连接质量等。损伤是使用阶段在结构上产生的问题，如碰撞或事故引起的结构构件变形和断裂，人为切割造成构件缺失或产生缺口，人为增加多余焊接造成材料劣化和应力集中，受冲击振动或反复荷载作用造成的焊缝开裂、疲劳裂缝、螺栓和铆钉松动脱落等。明显的缺陷损伤会影响构件的承载能力，如果能在承载能力验算中计及其不利影响，就可以按承载能力进行评级；如果不能在承载能力验算中考虑其不利影响时，应根据缺陷损伤的危害程度直接评为c级或d级。

6.3.6  试验研究发现，锈蚀对钢材屈服强度和极限强度的影响不是很明显，但对其延性影响较大。腐蚀造成钢材表面粗糙，产生麻点锈坑，在钢材表面一定厚度范围内材料劣化失去韧性。对薄壁构件来说，腐蚀后材料劣化范围相对很大，很容易出现脆性破坏。实际工程中，已出现多次由于薄壁构件锈蚀变脆造成的人身伤亡事故。因此建议，由厚度小于4mm的钢板、壁厚小于4mm的型钢和壁厚小于3mm的钢管加工制作的构件，防腐层有较大面积破坏且出现锈蚀迹象时，应评为c级；有较大面积锈蚀且有局部锈透或紧固件锈断时，应评为d级。

6.3.7  工业厂房钢屋架等桁架结构，经过长期使用后，会发生各类杆件弯曲现象，其中尤以腹杆最普遍。对这种有双向弯曲缺陷的压杆，经常需要确定其剩余承载能力问题。表9是在借鉴国外资料基础上通过计算分析和试验研究得以证实后推荐使用的，中冶建筑研究总院有限公司在多项工程中采用过这种方法，取得了很好的效果。

    有局部凹凸变形单角钢构件，抗拉承载能力的折减可按表9确定，按照折减后的承载能力，当R/(γ₀S)≥1.00时，可评为b级。

    支撑、系杆、轻型桁架很多采用单角钢杆件，这类杆件因为单薄也容易产生局部凹凸变形，在设计计算上也往往只考虑承受拉力不考虑承受压力。根据考虑材料弹塑性和几何非线性的有限元分析，在一肢上有局部凹凸变形的角钢，在轴拉力作用下没有局部凹凸变形的一肢会提前进入塑性，并且在有变形一肢完全进入塑性前会发生颈缩，这就造成承载能力的降低。在荷载-位移曲线图上有明显水平台阶，将此台阶的起点定义为该构件的承载能力。在此之后虽然还可以继续增加一些荷载，但会出现很大变形。将有变形角钢承载能力与无变形时的承载能力相比，就得出承载能力折减系数，列于表9。表中肢厚与肢宽之比的范围基本涵盖了国标角钢。表9中数值得到了试验验证。对于有局部凹凸变形的双角钢杆件，抗拉承载能力也可参考表9。

表9  有局部凹凸变形单角钢构件抗拉承载能力的折减系数

6.3.8  钢构件影响正常使用性的因素包括变形、偏差、一般构造和防腐等。其中变形可分为两类，一类是荷载作用下的弹性变形，与荷载和构件的刚度有关；另一类是使用过程中出现的永久性变形，与施工过程中的偏差性质上相同，因此永久性变形应归入偏差项目进行评定。有些一般构造要求与正常使用性有关，如受拉杆件的长细比，长细比太大会产生振动。防腐措施是否完备影响构件的耐久性，已经出现锈蚀的，说明防腐措施不到位。对这几个项目进行评级，取其中最低等级作为构件的使用性等级。

6.3.9  本条所指的构件变形是荷载作用下钢构件的弹性变形，一般为梁、板等受弯构件的挠度或局部变形。对于框架柱柱顶水平位移和层间相对位移、吊车梁或吊车桁架顶面处柱子的水平位移等，因属于框架结构的水平位移，而放到本标准第7章7.3节上部承重结构中给出评级规定。这些变形在结构设计时一般是要进行验算的，不需验算的变形一般也就不需要评级。在国家现行相关设计标准中，包括《钢结构设计标准》GB 50017、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018、《空间网格结构技术规程》JGJ 7、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB 51022等，规定有详细的变形控制项目、容许值和计算方法。构件变形项目评为a级的，应满足这些设计标准的要求(即标准容许值)；如果工艺上对构件变形有特别设计要求，还应满足设计要求。

    构件变形影响正常使用性，主要是指可能导致设备不能正常运行、非结构构件受损以及让人感到不安全等，这些都是很难定量考虑的。标准的容许值是多年实际经验的总结，能满足标准要求一般不会有什么问题，但超出标准容许值的，也不一定影响正常使用。对已有构件来说，是否影响正常使用的问题基本上已经暴露出来，所以在评定构件变形项目的等级时应特别注意是否真的影响正常使用，如果不影响正常使用，即使超过标准中所列容许值，也可以评为b级。

6.3.10  钢构件的偏差具体所指项目可参见国家现行相关施工验收标准和产品标准，并按这些标准确定是否满足要求，满足要求的使用等级评为a级。现行施工验收标准包括《钢结构工程施工质量验收标准》GB 50205、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018、《空间网格结构技术规程》JGJ 7、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB 51022等，产品标准包括《热轧型钢》GB/T 706、《热轧H型钢和部分T型钢》GB/T 11263、《冷弯型钢通用技术要求》GB/T 6725、《结构用冷弯空心型钢》GB/T 6728、《通用冷弯开口型钢》GB/T 6723、《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T 709、《建筑用压型钢板》GB/T 12755、《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T 17395、《直缝电焊钢管》GB/T 13793等。

    使用过程中出现的永久性变形在性质上与施工过程中的某些偏差相同，所以也按构件偏差项目评定使用性等级。与本标准第6.3.9条构件变形项目评定相似，偏差项目的评定也要特别注意是否真的影响正常使用，不影响正常使用的可评较高等级。需要注意的是，偏差较大有可能导致承载能力的降低，此时应按承载能力评级。

6.3.11  构件的腐蚀和防腐措施影响结构的耐久性，越是新构件越是应该注意耐久性问题，对已经出现严重腐蚀致使截面削弱、材料性能降低的构件，应按本标准第6.3.7条同时考虑其承载能力问题。

6.3.12  与构件正常使用性有关的一般构造要求。具体是指拉杆长细比、螺栓最大间距、最小板厚、型钢最小截面等。限制拉杆长细比是要防止出现过大的振动；螺栓间距过大容易造成板与板之间的锈蚀；板厚太小、型钢截面太小对锈蚀、碰撞、磨损敏感，都有耐久性问题。现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017中，对基本构件的构造有具体的要求，主要内容有一般规定、焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接、结构构件等的具体构造要求。满足设计标准要求时应评为a级，否则应根据实际对使用性影响评为b级或c级。