美国钢结构建筑设计规范(ANSI-AISC-360-05)

关于钢结构建筑设计规范的条文说明（本条文说明不是《钢结构建筑设计规范》（ANSI/AISC 360-05）的一部分，而只是为该规范使用人员提供相关信息。

）序言本设计规范旨在提供完善的标准设计之用。

本条文说明是为该规范使用人员提供规范条文的编制背景、文献出处等信息帮助，以进一步加深使用人员对规范条文的基础来源、公式推导和使用限制的了解。

本设计规范和条文说明旨在供具有杰出工程能力的专业设计员使用。

术语表本条文说明使用的下列术语不包含在设计规范的词汇表中。

在本条文说明文本中首次出现的术语使用了斜体。

准线图。

用于决定某些柱体计算长度系数K的列线图解。

双轴弯曲。

某一构件在两垂直轴同时弯曲。

脆性断裂。

在没有或是只有轻微柔性变形的情况下突然断裂。

柱体弧线。

表达砥柱强度和直径长度比之间关系的弧线。

临界负荷。

根据理论稳定性分析，一根笔直的构件在压力下可能弯曲，也可能保持笔直状态时的负荷；或者一根梁在压力下可能弯曲，平截面发生扭曲或者其平截面状态时的负荷。

循环负荷。

重复地使用可以让结构体变得脆弱的额外负荷。

位移残损索引。

用于测量由内部位移引起的潜性损坏的参变量。

有效惯性矩。

构件横截面的惯性矩在该横截面发生部分逆性化的情况下（通常是在内应力和外加应力共同作用下），仍然保持其弹性。

同理，基于局部歪曲构件的有效宽度的惯性矩。

同理，用于设计部分组合构件的惯性矩。

有效劲度。

通过构件横截面有效惯性矩计算而得的构件劲度。

疲劳界限。

不计载荷循环次数，不发生疲劳断裂的压力范围。

一阶逆性分析。

基于刚逆性行为假设的结构分析，而未变形结构体的平衡条件便是基于此分析而归纳出来的——换言之，平衡是在结构体和压力等于或是低于屈服应力条件下实现的。

柔性连接。

连接中，允许构件末端简支梁的一部分发生旋转，而非全部。

挠曲。

受压构件同时发生弯曲和扭转而没有横截面变形的弯曲状态。

非弹性作用。

移除促生作用力后，材料变形仍然不消退的现象。

非弹性强度。

当材料充分达到屈服应力时，结构体或是构件所具有的强度。

此时，也达到其强度极限状态。

层间位移。

底盘侧挠度及与其关联的毗邻底盘侧挠度，为两底盘间的间隔所分，（δ-δn-1）/h。

n永久负荷。

超时变动极少或是微少的负荷。

其他所有负荷均为变动负荷。

主要构件。

用于阻塞分析，梁或大梁。

用来支撑架构其上的辅助构件发出的集中反应力。

内应力。

仍然存在于一个已经构架在成品中的构件的压力。

（这类压力包括，但不限于，冷变压力，滚轧或是焊接后冷却的压力）。

刚架。

连接保持负荷的梁和柱体构件之间角度关系的结构。

辅助构件。

用于阻塞分析，梁或托梁。

用来直接支撑结构顶壁分布负荷。

侧移。

结构在横向作用下的横向运动，不对称的垂直载荷或是结构的不对称特性。

侧移弯曲。

由于框架侧移导致断裂，由连接点相对侧向位移沉淀来的多层框架变曲模式。

壁球负荷。

柱体区域因屈服应力面扩张。

圣²温南特扭力。

在构件中的部分扭力。

仅包含在该构件内的剪应力。

机械硬化。

发生在韧性钢上的现象，即经历多次在屈服点或刚刚高于屈服点的位置发生变形，仍然显示出比其他材料发生初始屈服要高的抗荷载能力。

部分装配。

结构框架的截切部分。

切线模量。

在每一点压力下，应变应力曲线在非弹性范围内的斜度；该范围是通过在受控条件下，对一小块标本进行抗压实验而确定的。

建筑总偏移。

大多数点有底盘顶部侧向框架偏移，其由建筑的高度及其级别分隔，Δ /H。

咬边。

由于熔化和焊接边缘母体金属的移除而导致的缺口。

变动负荷。

大量超时变量的负荷。

翘曲扭力。

总抗扭力的一部分，由横截面的翘曲抗力提供。

屈服坪值。

非轴向拉力或是轴向压缩应力应变曲线的一部分，此期间拉力不断增大，但压力保持不变。

第A章总则A1. 范围该规范的范围要比它所取带的两个版本的规范的范围要广：1999年版《钢结构建筑荷载和抗力分项系数设计规范》（AISC，2000b，1989年版《容许应力法设计规范》（ASD设计规范），（AISC，1989）。

该版设计规范结合了上述两个版本的规范，同时，也参考了《管截面（HSS）杆件的荷载和抗力系数设计法设计规范》（2000年版本），《单肢角钢杆件的容应力法设计规范》（1989年版本）和《单肢角钢杆件的荷载和抗力系数设计法设计规范》（2000年版本）。

该设计规范各条款的基本意图是确定钢结构建筑的杆件可用强度和标准强度，接头的可用强度和标准强度，以及其他各种部件的可用强度和标准强度。

标准强度通常定义为抗性荷载效应，比如说轴向力，弯曲力矩，剪力或扭矩；但是在某些情况下，又可以理解为压力。

本设计规范提供两种设计方法：（1）荷载和抗力分项系数设计（LRFD）：标准强度乘以一个抗力系数Ф ，得出的设计强度则要求等于或是大于现行建筑规范规定的LRFD荷载组合结构分析确定的需求强度。

（2）容许应力设计（ASD）：标准强度除以一个安全系数Ω ，得出的容许应力则要求等于或大于现行建筑规范规定的ASD荷载组合结构分析确定的需求强度。

该设计规范给出了依据适当的极限状态确定标准强度值的条款，并列出了抗力系数Ф 和安全系数的相应值Ω 。

而且在动静荷载比值为3的时候，ASD安全系数调整到获得用LRFD 方法同样的结构可靠性和杆件尺寸。

本规范适用于建筑物和其他结构体。

石油化工厂、动力核电站、和其他一些工业设施的许多结构都以类似于建筑物的方式设计并建造。

该规范并不适用于带水平和垂直荷载抗力系统的钢结构，这些结构不同于建筑物，比如说那些用壳或是悬索建造的结构。

为了便于该设计规范，管截面（HSS）定义为管截面（HSS），杆件每一处都均匀。

即具有均匀的管壁厚度，圆形、方形或是矩形的截面。

管截面（HSS）是通过使管材（钢丝或是钢板）加工至要求形状，并用无缝焊接制造出来的。

市面上已有著作描述各种生产管截面（HSS）的方法。

（Graham，1965；STI，1996）。

《钢结构及桥梁惯用标准规范》（AISC，2005）定义这些规范为，大众所接受的钢结构建筑建造习惯用法标准。

同样道理，《标准规范》最初是作为合同性文件而出现的，其包含在焊接钢结构买卖双方的合同中。

《标准规范》中的某些规定，现在又构成了本设计规范的基本条款。

因此，在本设计规范适当的地方，会提到《标准规范》，以保持这些文件的联系。

A2. 参考规范、法规、及标准第一章第二部分提供本设计规范所引用的文件。

值得注意的是，并非所有级别的特殊材料规范都必须符合本规范方可使用。

通过的材料和级别列表详见第一章第三部分。

A3. 材料1、钢结构材料1a、ASTM 命名有数以百计的钢用材料及产品。

本规范仅列举了供结构工程师方便使用的产品和材料，以及那些有长期满意效果的产品和材料。

其他一些材料可能适用于特殊的设施，但是其检测评估则是使用那些物质的工程师的责任了。

除了典型的强度特性，材料方面要考虑的包括横向强度特性，延展性，可成形性，安定性，包括热循环灵敏性的焊接性，冲击韧性，其他形式的裂缝敏感性，涂料及腐蚀性，但不限于此。

产品形式方面要考虑的包括生产效果之外的材料方面注意事项，容忍度，测试性，报道性及表面轮廓。

热轧结构型材。

本设计规范允许使用的钢材级别，包含在ASTM规范中，扩展至屈服压力为100ksi（690 MPa）。

某些ASTM规范规定了最小屈服点，而另一些则规定了最小屈服强度。

术语“屈服应力”在本设计规范中用作通用术语，既可表示屈服点又可表示屈服强度。

值得注意的是，利用率限制在某些强度和尺寸组合下仍然存在。

在各种材料规范中并没有囊括所有的型钢材尺寸。

举例来说，60ski（415 MPa）屈服应力的钢材在A572/A572M规范中，包含底盘厚度上限至11/4英寸（32毫米）。

另一个关于利用率限制的是，即使产品包含在本规范中，但机床生产这种产品的频率很低。

拟定这此产品可能导致生产滞后，或要求从生产车间直接大量订购。

因此，最好是在完成设计之前就检查产品的利用率。

AISC网站提供相关信息（），此外，AISC《现代钢结构体》每年发行两次利用率数据表。

轧制方向上的特性是钢结构设计的主要焦点所在。

因此，屈服应力（由标准抗拉测试确定）就成为遵守本规范选取可用钢材而认可的主要机械特性。

同时也要认清，其他一些机械特性和物理性质对结构体的满意效果也起着重要作用，比如说，向异性，延展性，冲击韧性，可成形性，抗腐蚀性等等。

要在这一本条文说明中给出所有的信息，提供完整的衡量因素，来考虑材料选择及规范以建造独特的或是专门用途的设施是不可能的。

在信息馈乏的情况下，建议本规范的使用人员利用后附的参考文献资料，这些资料包含在特殊用途文献中；找出ASTM规范中提供的补充材料生产或质量要求。

其中，钳制焊接联结便是一例（AISC，1973）。

轧制钢具有向异性，尤其是考虑到延展性的时候；因此，如果不注意材料的选择、细节、工艺、及检查的话，在高焊接区域的焊接收缩应变就有可能超过材料强度。

另一种特殊情况是，用于特定类型使用情况的断裂控制设计（AASHTO，1998）。

对于专门需要的使用情况，比如说暴露于低温环境中的结构物，尤其是那些带有冲力荷载的结构，带有超高韧性规范的钢材规范都有基保质期。

但是对大多数建筑物来说，钢材均为相对暖性的，应变速率比较稳定，应力大小和整体设计应力的循环数量都比较低。

因此，大多数建筑物断裂的可能性也就比较低。

高品质的制造工艺、良好的设计细节，再加上可以避免严重应力集中的几何结构连接，就是抗断裂建设的最有效方法。

管截面（HSS）。

表C-A3.1对各种管截面（HSS）及钢管材料规格和级别作出了确定的最小抗张力特性总结。

ASTM A53 B级别就是一种合乎规格的可用制管材料，因为它是在美国销路最好的产品。

其他具有类似ASTM通过产品特性和特点的北美管截面（HSS）产品，则在加拿大生产，并遵守《轧钢焊接钢结构质量一般要求》（CSA，2003）。

管钢依据其他一些规范生产：需要满足A3部分强调的强度，延展性，焊接要求，此外，还可能对冲击韧性和压力测试有额外要求。

管钢在ASTM A53材料中很容易获得，而圆形的管截面（HSS）在ASTM A500级别中也很常见。

对于矩形管截面（HSS），ASTM A500级别B是最容易获得的材料，而其他材料则需要下特别的订单。

可以依据尺寸，订制焊接的或是无缝圆形管截面（HSS）。

但是在北美，所有的用于结构物的ASTM A500 矩形管截面（HSS）都是焊接的。

矩形管截面（HSS）和箱形截面的不同之处在于，除了在圆角处的加厚外，它们有均匀的厚度。

ASTM A500级别A的材料对于K2.3a（12）部分的直接连接来说，并不满足延展性“适用限制”。

该限制要求F y/F u≤0.8。

要确定其他材料满足此延展性限制，值得注意的是，ASTM A500允许依据0.2%残余变形法确定屈服强度，或是依据0.5%荷载下延伸方法（EUL）确定屈服强度。