钢结构由钢制材料构成。它是主要的建筑结构类型之一。其结构主要由型钢和钢板等制成钢梁、钢柱、钢桁架等构件。由于自重较轻，并且施工简单，所以被广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。

1.强度设计值

为保证承重结构有承载能力，要防止在一定条件下出现脆性破坏。需根据结构的重要性等诸多因素进行综合考虑，然后选用合适的钢材牌号和材性。这些因素包括结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等。

对于 Q235 钢，宜选择镇静钢或半镇静钢。

需要验算疲劳的焊接结构的钢材需要有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度处于 0℃或低于 0℃且高于-20℃时，Q235 钢和 Q345 钢要有 0℃冲击韧性的合格保证；Q390 钢和 Q420 钢则要有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构的工作温度处于等于或低于-20℃的情况时，Q235 钢和 Q345 钢需要具备-20℃冲击韧性的合格保证；Q390 钢和 Q420 钢则需要具备-40℃冲击韧性的合格保证。

非焊接结构的钢材若需要验算疲劳，就应具备常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度为等于或低于-20℃时，Q235 钢和 Q345 钢需有 0℃冲击韧性的合格保证；Q390 钢和 Q420 钢则需有-20℃冲击韧性的合格保证。

当焊接承重结构为了防止钢材出现层状撕裂而采用 Z 向钢时；其材质需要符合现行的国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313；该标准规定了相关的内容。

钢材的强度设计值是材料强度的标准值除以抗力分项系数。它应根据钢材的厚度或直径，按照表 1 来采用。钢铸件的强度设计值需按表 2 采用。而连接的强度设计值则应按表 3 至表 5 采用。

1.钢材的强度设计值（N/mm2） 表1

表中的厚度指的是计算点的钢材厚度，对于轴心受力构件而言，指的是截面中较厚板件的厚度。

2.钢铸件的强度设计值（N/mm2） 表2

3.焊缝的强度设计值（N/mm2） 表3

注：

自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂，要能保证其熔敷金属的力学性能达到或超过现行国家标准《碳素钢埋弧焊用焊剂》GB/T 5293 以及《低合金钢埋弧焊用焊剂》GB/T 12470 中的相关规定；

焊缝质量等级需符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的相关规定。在这些规定中，对于厚度小于 8mm 的钢材的对接焊缝，不太适宜通过超声波探伤来确定其焊缝质量等级。

对接焊缝的抗弯受压区强度设计值为 fcw ，其抗弯受拉区强度设计值是 ftw 。

4.螺栓连接的强度设计值（N/mm2） 表4

注：

A级螺栓用于螺栓的公称直径 d 小于等于 24mm 且螺杆公称长度 l 小于等于 10 倍公称直径 d 或者小于等于 150mm（取较小值）；B 级螺栓用于螺栓的公称直径 d 大于 24mm 或者螺杆公称长度 l 大于 10 倍公称直径 d 或者大于 150mm（取较小值）。d 为公称直径，l 为螺杆公称长度。

A、B 级螺栓孔的精度以及孔壁表面的粗糙度，还有 C 级螺栓孔的允许偏差以及孔壁表面的粗糙度，都应该符合现在的国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205 的要求。

5.铆钉连接的强度设计值（N/mm2） 表5

注：

1．属于下列情况者为I类孔：

1）在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔；

2）在单个零件和构件上按设计孔径分别用钻模钻成的孔；

单个零件上先钻出或冲出较小孔径，接着在装配好的构件上进行扩钻至设计孔径的操作。

不用钻模钻成设计孔径的孔属于 II 类孔。

在计算以下情况的结构构件或连接时，上述强度设计值需要乘以相应的折减系数：

1．单面连接的单角钢

1）按轴心受力计算强度和连接0.85；

2）按轴心受压计算稳定性

等边角钢的厚度为 0.6 加上 0.0015 倍的δ，但不能大于 1.0；短边相连的不等边角钢的厚度为 0.5 加上 0.0025 倍的δ，但不能大于 1.0；长边相连的不等边角钢的厚度为 0.70；几为长细比，对于中间无连接的单角钢压杆，需要按最小回转半径进行计算，当δ小于 20 时，取δ等于 20。

2．无垫板的单面施焊对接焊缝0.85；

3．施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接0.90；

4．沉头和半沉头铆钉连接0.80。

注：当几种情况同时存在时，其折减系数应连乘。

6.钢材和钢铸件的物理性能指标 表6

墙架构件的挠度不宜超过表 7 所列的容许值。

7.受弯构件挠度允许值 表7

注：

l 是受弯构件的跨度，对于悬臂梁和伸臂梁来说，l 是悬伸长度的 2 倍。

[νT]是全部荷载标准值所产生的挠度的允许值，倘若存在起拱情况，就需要减去拱度；[νQ]则是可变荷载标准值所产生的挠度的允许值。

框架结构的水平位移允许值为：在风荷载标准值发挥作用时，框架柱顶的水平位移以及层间的相对位移，最好不要超过以下这些数值：

1．无桥式吊车的单层框架的柱顶位移H/150

2．有桥式吊车的单层框架的柱顶位移H/400

3．多层框架的柱顶位移H/500

4．多层框架的层间相对位移h/400

H为自基础顶面至柱顶的总高度；h为层高。

对于室内装修要求较高的民用建筑多层框架结构来说，层间相对位移最好适当减小。而对于没有墙壁的多层框架结构而言，层间相对位移可以适当放宽一些。

2．对轻型框架结构的柱顶水平位移和层间位移均可适当放宽。

8.桁架弦杆和单系腹杆的计算长度l0 表8

注：

l 指的是构件的几何长度，也就是节点中心间的距离；l1 则是桁架弦杆侧向支承点之间的距离。

斜平面指的是与桁架平面斜交的平面。这种平面适用于构件截面的两主轴都不在桁架平面内的单角钢腹杆，同时也适用于双角钢十字形截面腹杆。

无节点板的腹杆在任意平面内的计算长度钢结构柱计算长度，除钢管结构外，都等于其几何长度。

9.受拉构件的允许长细比 表9

注：

在承受静力荷载的结构里，可以只计算受拉构件在竖向平面内的长细比。

在直接承受动力荷载的结构里，单角钢受拉构件长细比的计算方法和表 10 注 2 是一样的。在间接承受动力荷载的结构中，单角钢受拉构件长细比的计算方法也与表 10 注 2 相同。

3．中、重级工作制吊车桁架下弦杆的长细比不宜超过200。

在有夹钳或刚性料耙等硬钩吊车的厂房里，除了表中第 2 项之外的支撑，其长细比最好不要超过 300 。

受拉构件在永久荷载与风荷载组合作用下处于受压状态时，其长细比最好不要超过 250 。

跨度等于或大于 60m 的桁架，其受拉弦杆的长细比不宜超过 300，前提是承受静力荷载或间接承受动力荷载；其受拉弦杆的长细比不宜超过 250，前提是直接承受动力荷载。同时，跨度等于或大于 60m 的桁架，其腹杆的长细比不宜超过 300，前提是承受静力荷载或间接承受动力荷载；其腹杆的长细比不宜超过 250，前提是直接承受动力荷载。

10.受压构件的允许长细比 表10

注：

桁架的受压腹杆，包括空间桁架的受压腹杆，当其内力小于或等于承载能力的 50%时，允许长细比值可以取为 200。

计算单角钢受压构件的长细比时，需采用角钢的最小回转半径。然而，在计算交叉杆件平面外的长细比时，能够采用与角钢肢边平行轴的回转半径。

跨度等于或大于 60m 的桁架，其他受压腹杆在直接承受动力荷载时，允许长细比值可取为 120。

11.单层厂房阶形柱计算长度的折减系数 表11

有横梁的露天结构，例如落锤车间等，这类结构的折减系数可以采用 0.9 。

摩擦型高强度螺栓的摩擦面抗滑移系数可参考表 12。同时，一个高强度螺栓的预拉力可查看表 13。

12.摩擦面的抗滑移系数μ 表12

13.一个高强度螺栓的预拉力P（kN） 表13

14.螺栓或铆钉的最大、最小允许距离 表14

注：

1．d0为螺栓或铆钉的孔径，t为外层较薄板件的厚度。

钢板边缘与角钢、槽钢等刚性构件相连的螺栓或铆钉，其最大间距可按中间排的数值来采用。

2、钢结构计算分析解决方案

以下四款结构解决方案由 STAAD.Pro 为核心的钢结构计算分析软件组成钢结构柱计算长度，能够帮助您在各个方面进行钢结构工程计算，免去人工计算的繁杂事宜，提升工作效率。

本结构解决方案涵盖了从结构计算开始，一直到布置图、详图以及材料表生成的整个过程，包括基础设计和节点设计。

1.上部结构设计分析

STAAD.Pro 是一款有限元分析设计软件，它综合性强且功能性齐全。它拥有熟悉的操作界面，具备可视化工具，还包含国际通用的设计代码等。同时，该软件能够对多种不同的荷载进行分析校验，比如动静态分析，能够进行基础分析，也可以分析风荷载、地震荷载、移动荷载等。它可适用于塔楼建筑的结构分析设计，也可适用于电缆管道的结构分析设计，还可适用于工厂的结构分析设计，同样适用于桥梁的结构分析设计，以及体育场馆的结构分析设计，还有海洋工程的结构分析设计等多种行业的结构分析设计。

在功能的应用上，它有以下特点：

可以对结构进行计算分析，这些结构是复杂的，并且是异形的，其中还包括一些带有板壳的单元。

可以算出杆件的内力，包括弯矩和轴力；可以算出各节点的内力；可以算出基础反力；可以算出板单元的应力等。

可依据不同国家的检验规范来进行验证，其中包含中国的规范，还有美国的规范、英国的规范、印度的规范、加拿大的规范等一些主要国家的规范。

2.三维建模与详图深化

Prostructure 是一款新型的软件，用于三维建模与详图深化。它分为钢结构 Prosteel 和混凝土 Proconcrete 两个模块。这款软件能够帮助结构工程师、详图绘制人员和制造商轻松创建混凝土结构和钢结构的三维模型。

它有以下特点：

基于 Autocad 平台时，无需更换现有平台，且更容易上手操作；基于 Microstation 平台时，同样无需更换现有平台，也更容易上手操作。

通过 STAAD 计算后的模型能够直接导入 Prostructure 里。这样就可以生成相应的布置图和节点图等。从而更便于生成详图以及材料表，进而提高工作效率。

3．操作灵活，能建立多种异形钢构；

3.基础设计分析

Foundation 是一款综合的基础设计程序，它可以构建复杂的基础模型，也可以构建简单的基础模型。它能够构建那些特定于工厂设施的基础，还可以用于大型结构的设计，或者通过参数化向导进行设计。

具体一些功能特点如下：

可以设计独立基础、联合基础、板筏基础等通用基础，还能够设计一些压力容器、换热器等设备的基础。

2．可生成基础的布置图、配筋图，可导出CAD文件；

它不只是一个设计软件，还能够对不同基础方案进行经济性的比较。

可以通过与 STAAD.Pro 进行集成来简化工作流程，同时也能够独立地使用。

4.节点设计分析

可以实现工作流程的优化。

以下是该软件的优点：

1．三维可视化节点设计模式，更加直观；

可设计节点处螺栓的大小，可设计节点处螺栓的尺寸，可设计节点处螺栓的布置；可设计焊缝的大小，可设计焊缝的长度，可设计加肋板的尺寸等。

3．可按中国、美国、英国的节点及规范进行节点设计；

可生成节点详图，且该详图可导出为 CAD 格式；能按规范生产相应报告书，此报告书可导出为 Word 格式。

您对上述钢结构计算分析软件感兴趣，或者有钢结构计算分析项目需求的话，欢迎关注“艾三维技术”微信公众号并联系我们。