美国钢结构建筑设计规范(ANSI-AISC-360-05)1.docx

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1、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

2、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

3、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

4、所分，（n-n-1）/h。 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

5、。 圣温南特扭力。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， /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

6、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

7、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 ，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 ，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 和安全系数的相应值

8、 。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

9、，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

10、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

11、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（www.aisc.org），此外，AISC现代钢结构体每年发行两次利用率数

12、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，

13、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

14、）。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。 表C-A3.1 管截面（HSS）和管钢最小抗张力特性 规范 级别 Fy，ksi(MPa) Fu，ksi(MPa) ASTM A53 B 35（240） 60（415） ASTM A500（圆形） A B C 33（228） 42（290） 46（317） 45（311） 58（400） 62（428） ASTM A500（矩形） A B C 39（269） 46（317） 50（345） 45（311） 58（400

15、） 62（428） ASTM A501 - 36（248） 58（400） ASTM A618（圆形） I和II III 50（345） 50（345） 70（483） 65（450） ASTM A847 - 50（345） 70（483） CAN/CSA-G40.021 350W 51（350） 65（450） 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

16、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Fy/Fu0.8。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.

17、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。因为 ASTM A500材料都是冷弯品，有平缓的应力应变曲线，而没有屈服坪值，所以后者测出的值要稍大于0.2%残余变形法所测出的数值。延展性由此设计适用于由0.2%残余变形法所确定的屈服强度。但是生产报告可能用的是EUL屈服应力，导致材料不具备足够的延展性。因此，很可能需要进行补充抗张力测试以确定0.2%残余变形法所测屈服应力。 尽管ASTM A501中包含有矩形管截面（HSS），但是热轧矩形管截面（HSS）并不经常在美国本土生产。轧钢焊接钢结构质量一般要求（CSA，2003）包含了C族（冷弯系列）和H族（冷弯加

18、应力消失）管截面（HSS）。H族管截面（HSS）具有相对较低级别的残余应力，该特性提升了其压缩效果，也为其在矩形管截面（HSS）边角的使用提供了更好的延展性。 1c、轧制厚重类型 厚重的热轧制类型的腹板-翼缘交叉点，和腹板中心，以及厚钢板的内部，与其他位置相比较，可能包含较高的粗粒结构，或是较低的冲击抗性。这可能是由铸铁分凝作用形成的，在热轧过程中发生轻微变形，成形温度较高，以及这些厚重部分热轧后冷却速率较慢。这些特性对于受压杆件及非焊接构件的适配性并无害处。但是，当这些厚横截面由连接板或是接头通过完全焊缝焊接时，由焊接收缩导致的伸缩变形就会引起断裂。因为这种焊接贯穿了材料的较粗糙部分及内部较

19、低冲击韧性的区域。举例来说，一条整个焊缝熔透的凹槽，大尺寸截面梁焊接到任意柱体截面上。当小厚度构件由熔透式焊缝连接到细致纹理表面材料，或高冲击韧性表面材料（符合ASTM A6/A6M类型），及大尺寸装配横截面时，（在此过程中可能导致焊接应变收缩），断裂的可能性就相当小。举例来说，一条整个焊缝熔透的凹槽，非大尺寸截面梁焊接到任意柱体截面上。 对于关键设施的使用，比如说，一阶受拉杆件，在使用温度下，其材料必须能够提供足够的冲击韧性。因为V型缺口摆锤式冲击试验的应变速率不同于实在的结构物的应变速率，所以CVN 试验在高于结构物使用温度的条件下进行。CVN局部试验样品（“交替式核心区域”）在ASTM

20、A6/A6M，增补要求S30中有所规定。 A3.1c中要求的冲击韧性标准仅用于为日常使用提供合乎标准的材料。而对于非常规使用，或是低温条件下使用，截面尺寸方面及进厚度方面就需要调整为更严格的标准，或更严格的冲击韧性条件。为使断裂的可能性降到最小，A3.1c所要求的冲击韧性必须有与其相匹配的良好设计和制造程序。具体要求在J1.5，J1.6，J2.6，和J2.7部分有述。 对于直线旋转的W-类型，有归约冲击韧性记载于腹板受限制区域中，该区域与翼缘直接相邻。这一区域可能存在于所有重量的W型中，而不仅仅限于厚重类型中。识别该位置的设计考虑和细节问题将在J章节中叙述。 2、 钢铸件和锻钢品 ASTM中有

21、大量钢铸件规格。SFSA钢铸件手册（SFSA，1995）推荐ASTM A216作为钢结构的有用产品。除了此规范中要求的条款外，SFSA建议了一些其他用于铸钢产品的要求。最好是用符合ASTM E125标准的第一级别1a，b，c级磁粉检查生产出的第一片铸钢产品。射线故障检验级别III在第一片钢铸件临界截面检查中是必须的。对于厚度超过6英寸的第一片铸件，可用符合ASTM E609标准的超声波试验来测定。设计通过，样品通过，机械特性的周期性非破坏性测试，化学测试，以及正确的焊接规范选择，都应该符合钢铸件产品选择与征购文件要求。参考SFSA（1995年版）关于钢铸件产品设计的信息。 3、 螺栓、垫圈和螺

22、母 ASTM标准规范对于A307螺栓包含了两个级别的扣件。在本规范条件下，每一级别的扣件均可使用；但是，要注意的是，级别B设计用于管道翼缘，而级别A更常见适用于结构性使用。 4、 锚杆和螺纹杆 ASTM F1554是对锚杆的最主要规范。ASTM A325/A325M和ASTM A490/A4901M螺栓都有一个最大使用长度，因此在带有设计长度超过最大使用长度的锚杆上使用这些螺栓一度产生过问题。在本规范中，材料ASTM A449和A354允许在长于ASTM A325/A325M和ASTM A490/A490M螺栓上使用较高强度的材料制作螺栓。 工程记录应规定好用于作为负荷载体构件的螺纹杆的要求强

23、度。 5、 填充金属和焊接熔剂 在A3.5中所列的AWS填充金属规范都是一般规范，其中包含填充金属分类，适用于房屋建筑的，和不适用于房屋建筑的。AWS D1.1，钢结构焊接规范（AWS，2004）在表格3.1中，列举了各种电焊条，它们可用于符合焊接程序规范标准的，各种需要焊接的钢材上。本列表不包括不适用于结构性钢设施的各种填充金属。在AWS A5规范下的各种填充金属则可能或不可能具有规定了的冲击韧性，这要根据电焊条的种类来看了。J2.6部分指明了特定的焊接接头，在这些接头处，如用于房屋建筑，则必须用冲击韧性填充金属。在某些情况下，工程师手册中可能会选择使用规定了冲击韧性强度的材料；比如说，用于

24、建造在高升负荷速率、循环负荷、有地震负荷等条件下的结构。AWS D1.1不会自行规定使用的金属必须达到规定的冲击韧性特性，但值得注意的是，用于该类设施的金属必须符合相应的AWS分类标准，即满足规定的特性。这一信息可以在AWS填充金属规范中找到原文，也经常包含在填充金属制造一致证书中及产品说明书。 当根据AWS规范确定填充金属或是焊剂时，要仔细对照现行标准规范以确保完全理解了参考规范。这是必须的，因为AWS规范系统本身不相容。举例来说，用于自动保护金属极电弧焊（AWS A5.1）的电焊条，前两三位数字说的是填充金属标准抗拉强度等级，以ksi为单位，而后两个数字又去说涂料的类型。关于度规制定，前两

25、位数字乘以10来表示以MPa为单位的标准抗拉强度。用于水下弧焊的低碳钢焊条（AWS A5.17），第一或第二个数字乘以10表示标准抗拉强度，同时适用于美国习惯和公制单位；后两个数字乘以10则表示以F为单位的测试温度等级，用于填充金属冲击试验。对于带有电弧焊条的低合金钢（AWS A5.5），一部分标识表示应力消除要求，而其他标识则表示没有应力消除要求。 通常情况下，工程师并不规定哪种建筑队上用哪种具体的填充金属。相反，决定用什么焊接以入如何焊接的任务留给了制造商或是安装人员。规范严格限制使用某些填充物质，强烈要求进行质量检测以保证电焊条的合适性，进而确保选择了合适的填充金属。 A4. 结构设计图

26、和规范 本规范要求列表的删减是为了与钢建筑及桥梁实践标准规范（AISC，2005）第三部分中总结的更广泛的要求相容。读者可参阅钢建筑及桥梁实践标准规范获得更多信息。 第B章 设计要求 B1. 通则 以前版本的设计规范都包含一个题目叫建筑类型的部分。比如说，1999年版LRFD设计规范（AISC，2000b）中，第一章第二部分。在本规范中不再设立该部分，关于“建筑类型”的要求分布在第二章第一部分，第二间第三部分第六节，和第七章第一部分。 历史上，“建筑类型”是建立规范说明包含何种类型的结构的章节。在1999年版的LRFD设计规范（AISC，2000b）的前言中，规范的目的是“为日常使用方法提供一

27、个设计标准，而不是为非常见问题提供具体方法”。该版前言同1978年版本（AISC，1978）的前言有相同的表述。而“日常使用”是一个很难表述清楚的概念，“建筑类型”的内容明显地倾向于带梁、柱，及其互相连接的房屋构架。 1969年版本的设计规范（AISC，1969）将“建筑类型”分为三类：类型1，类型2，类型3。三种类型的最显著区别是它们在梁柱连接方面材料的性质不同。类型1包括“刚架”，现在被称为阻抗力矩刚架，连接杆件具有传送矩的能力。类型2结构包括“简框架”，在梁和柱之间没有矩的传送。类型3结构包括“半刚架”。类型3结构使用部分钳制连接构件，而且在显现了一定的可预见、可靠数量的连接挠性弯曲及矩

28、传送的情况下，是允许使用的。 在1986年版的LRFD设计规范（AISC，1986），将类型1，类型2，和类型3分类改为FR（完全约束型）和PR（部分约束型）类型。在这两种类型下，术语“约束”指的是矩传送角度和连接过程中的相关变形。1986年版的LRFD设计规范同时也使用了术语“简支框架”来指代带有“简易连接”的结构物。也就是说，具有可议性的矩传送。实际上，FR等价于类型1，“简支框架” 等价于类型2，而PR则等价于类型3结构。 早期版本中的结构类型2，和1986年版的LRFD设计规范中的“简支框架”都有补充条款，这些条款允许在下列情况下风荷载由框架选择的连接抗阻矩执行： （1） 连接和连接构

29、件具有抗风矩的能力； （2） 大梁足够承担全部的荷载“简支梁”；以及（3）连接构件有足够的非弹性旋转能力以避免固定杆件的过度应力或是引力和风荷载组合下的焊接。 考虑被叫作“风连接”简单（对于引力荷载来说）而又抗阻矩（对于风荷载来说）的证据在Sourochinkoff和Disque（1950）中有论述。基本的结论是，连接确实有某些抗性矩，但是应力小到连接可以在风荷载的作用下持续非弹性变形。在连续的风荷载作用下，连接的回应将是“倒塌”，然而矩处于连接在引力荷载作用下将非常小，但是连接的弹性抗性对风矩来说则保持其初始抗性。这些对类型2结构的补充条款成功运用了多年。更多这一系统类型的推荐在Geschw

30、indner和Disque（2005）中有述。 第二章第一部分将本规范扩展到容纳了更多的构造类型。它这样认定，一个结构系统就是一系列构件以某种方式连接到一起，而在这种方式下，结构物可以在不同荷载状态下，以不同的方式回应各种设计目标。即使是在日常建筑物的范围内，也可以进行许多细节的设计。 本设计规范的最主要意图还是适用于普通类型的建筑框架，具有下列特点：由梁承载的引力荷载，由矩框架承载的大梁和横向荷载，刚性构架，和剪力墙。但是，本设计规范同样也适用于其他一些非常规的建筑。为避免试图在本设计规范中建立一个结构类型的的穷举分类，第二章第一部分要求，构件的设计及基必须符合该结构的设计使用，并符合结构分

31、析的假定。 B2. 荷载和荷载组合 本规范中的荷载和荷载组合也也包含在现行的建筑规范中。因为缺少一个具体的地方性、区域性或是全国性的建筑法规，那么该荷载组合和标准荷载（如，D，L，Lr，S，R，W和E）通过 SEI/ASCE7中3到9部分，房屋建筑和其他结构物的最小设计荷载规范（ASCE，2002）而确定的。2002年最新版本的SEI/ASCE 7在多数情况下，都采用了NEHPR推荐条款中的地震设计条款，其已有AISC钢结构建筑地震条款（AISC，2002）。读者可参阅这些文献的条文说明以在荷载、荷载系数及地震设计方面作更为广泛的讨论。 本设计规范允许设计强度通过LRFD或是ASD。 LRFD

32、荷载组合。如果选择了LRFD方法，则参考SEI/ASCE 7，2.3部分的荷载组合要求；如果选择了ASD方法，则参考该规范中2.4部分的荷载组合要求。不论是在哪种情况下，都假定了标准荷载D，L，Lr，S，R，W和E同权威人士作出的SEI/ASCE7中3到9部分确定的一致，或是其等价值。工程师需要知道SEI/ASCE2.3和2.4部分的荷载组合机理是不一样的。 SEI/ASCE2.3部分中的荷载组合的基础是现代随机荷载模型，和广泛的关于过度性设计规范调查（Galambos，Ellingwood，MacGregor，和Cornell，1982；Ellingwood，MacGregor，Galamb

33、os，和Cornell，1982）。这些组合荷载采用了“主作用伴生作用格式”。该格式的基础是，当某一时变荷载呈现出它的最大使用期限值（主作用）的时候，其最大组合荷载效应也发生；而其他荷载则在“任意点时间值”变动（伴生作用），后者就是可以在任意时间测量调查的荷载。静荷载，通常认为是永久性的，对于所有的组合来说其荷载效应都是相加作用。研究表明，这种荷载组合分析方法是同荷载的实际组合一致的。荷载实际上组合在结构性要素和系统环境下，这种环境可能达到强度极限状态。荷载系数反应的是个体荷载大小的不确定性，以及荷载转换为效应的分析的不确定性。SEI/ASCE7中3到9部分中的标荷载，大量超出任意点时间值。标

34、准动荷载，风荷载，雪荷载，平均有大约50年的历史经验，而NEHRP（1997）标准地震效应则有2500年了。为了避免为每个荷载类型确定最大值和任意点时间值，某些荷载的系数小于SEI/ASCE7中（2）到（5）部分中的统一值。 SEI/ASCE7中2.3部分，荷载组合（6）和（7），适用于下面特殊情况：由于横向应力和引力荷载而造成的结构性相互作用。在这样的情况下，静荷载使结构得以稳定，此时静荷载系数为0.9。 ASD荷载组合。SEI/ASCE7中2.4部分，用ASD的荷载组合和用了近四十年的容许应力设计没什么两样。在ASD设计规范中，安全性由一个安全系数 提供，而标准荷载在基本组合（1）到（3）

35、中并不起作用。（4）到（6）的时变组合荷载效应递减则通过取荷载组合为0.75实现。该荷载组合系数可以追逆到1972年版的ANSI标准，A58.1，SEI/ASCE7的前身。值得指出的是，在SEI/ASCE7中，系数0.75仅适用于变动荷载组合；减少静荷载是不合理的，因为它始终是存在的，而且不会波动时间。 在SEI/ASCE7中2.4部分，荷载组合（7）和（8）中，荷载系数0.6D表明这样一种情况：横向应力和上升应力效应与引力荷载效应相抵消。这就消除了在传统允许应力设计中，处理抵消荷载的低效性，同时也强调了检查稳固性的重要性。在荷载组合（5）和（8）中，地震荷载效应乘以系数0.7，以校正SEI/

36、ASCE7中第九部分E容许地震设计强度，其基于强度原则。 SEI/ASCE7中2.3和2.4部分中的荷载组合，仅用于极限状态强度设计。任何一方不得出现错误事是被忽略。 使用性荷载组合。使用性极限状态及相关的荷载系数包含在SEI/ASCE7附录B中。该附录包含了一系列的荷载组合以供检查使用有效性。当标准荷载出现在SEI/ASCE7，3到7部分定义的公式中的时候，使用性检查作业目标就不同于那些强度检查目标，因而，组合和荷载系数也不相同。 B3. 设计基础 荷载和抗性系数设计（LRFD），及容许应力设计（ASD）是两种不同的设计方法。它们在本设计规范中同等接受，但是其条款却不一致，也不能互换。同时使

37、用这两种方法会导致设计错误。基于上述原因，这两种方法定为交替使用。但是，有些情况下，两种方法却可以同时在设计、修改、或是更新一个结构系统时候使用，而不会引起二者的冲突，比如说，在评估旧建筑物后进行的结构性地板系统修正，便可以两种方法同时使用。 1、 要求强度 本设计规范允许使用弹性、非弹性、或是塑性结构分析。通常说来，设计是通过弹性分析进行的。对于非弹性、和塑性分析的条款包含在附录1中。要求的强度则由适当的结构分析确定。 在某些情况下，如加固杆件稳定比例，不带任何计算应力（释例在附录6中），其要求强度明确的在本设计规范中说明。 2、 极限状态 极限状态指的是一个结构系统或是构件不适应其预期目的

38、，而是超出了目标的情况。极限状态可以用功能要求来描述，比如说，最大挠曲或是位移；它们可能与其结构行为有关，塑胶绞链的成形或是机芯；或是它们可能代表该结构部分或全部的塌陷，比如由于不稳定或是断裂。设计规范提供的设计条款，用以确保达到极限状态的可能性小到可以接受，通过调整荷载组合系数，安全抗性系数，标准荷载，和标准荷载强度到与设计假想一致。 有两类极限状态可应用到结构上：（1）强度极限状态定义的在结构物使用期限内，预防局部性破坏或是整体性破坏的安全状况；（2）使用极限状态定义的功能需求。本版设计规范，同其他结构设计规范一样，优先考虑的是公共安全，所以其最主要的观注是强度极限状态。这并不是说使用性对

39、于设计人员来说就不重要了，设计人员必须做出实用、经济的设计作品。但是，就对设计人员而言，使用性考虑允许更多的判断实践。 每一种元素的强度极限状态各不相同，而且有可能多种极限状态适用于某种给定的元素。下面所说的强度极限状态就是是常见的类型：屈服，塑胶铰链成形，杆件或是整体框架不稳定，横向扭转屈曲，局部扭转屈曲，破裂和疲劳。最常见的使用极限状态包括不可接受弹性挠曲和偏差，不可接受变动，和永久性变形。 3、 使用荷载和抗性系数设计方法（LRFD）进行强度设计 用LRFD方法进行强度设计要遵循B3-1公式操作。公式B3-1左边，Ru，代表根据结构分析（或其等效分析）计算而得的需求强度，其基础在SEI/

40、ASCE 7 （ASCE，2002），2.3部分有规定；而在等式右端， Rn，代表限制结构抗力，或者说是设计强度，由构件提供。 抗力系数 在本设计规范中，等于或小于1.0。和标准强度Rn相比较，当用D到K章所给的方法计算时， 值小于1.0，因为理论欠准确，以及在构件或是整个框架的机械特性和尺寸方面发生变动。对于极限状态中， =1.0的情况，和无需进一步减少的实际强度比较，标准强度是相当保守的。 LRFD条款的基础是：（1）随机荷载和抗力模型；（2）LRFD对1978年版ASD设计规范关于选择构件条款的校正；（3）结论条款的评估，其通过鉴定和过去的经验，并辅以比较性设计办公室代表性结构研究。 在

41、LRFD随机基础（Ravindra和Galmaos，1978；Ellingwood和其他人，1982）中，荷载效应Q 和抗力R都被模化为独立的数值随机变量。在图C-B3.1中，对于Q和R的相对频率分布在假想情况下的图表中画为分离的曲线。只要抗力R大于荷载效应Q，就会出现安全的极限状态。但是，因为Q和R都是随机的变量，R小于Q的可能性就非常小，换句话说，RQ。这种极限状态的可能性和图C-B3.1中频率分布的重合相关，而频率分布又领带于它们的相对位置（Rm VS Qm）和它们的离散度。 R小于Q的可能性则依赖于众多变量（材料、荷载等等）中每一变量的分布形态，这些变量决定着抗力和整体荷载效应。经常地

42、，只有方法、标准误差或是涉及到R和Q众多组合变量的变动系数可以估算出来。但是，这一信息已经足够建立一个大概的独立于这些知识分布的设计条款了，规定下列的设计条件： 在该公式中，Rm和Qm是平均值，而VR和VQ分别是抗力R和荷载效应Q的变动系数。对于结构要素和通常荷载，Rm，Qm，变动系数VR和VQ都可以估算，因此，算式 就会给出一个测量结构或是构件可靠性的比较值。变量 ，表示“安全”或“可靠性”系数。对公式C-B3-2 计算的推广，以使其适用于随机情况或是更复杂的设计条件，在Ellingwood与其合作者的文献中有述，而且该推广也已经在SEI/ASCE 7推荐荷载组合发展中得到使用。 频 率 重

43、合 抗 力 R 荷载效应 Q 图C-B3.1，荷载效应Q和抗力R频率分布。 初始统计特性研究（平均值和变动系数），曾用于发展LRFD关于基本材料特性，钢梁，钢柱，组合梁，钢板梁，梁柱和拼接构件的条款，现载于1978年九月发行的结构划分日志，ASCE（104卷，9月）的八篇系列文章中。而相应的荷载数据载于Galambos及其合作者所著的文献中（1982）。基于这些统计，在1978年版的设计规范中， 的固有值在不同的荷载组合条件下（动荷载/静荷载，风荷载/静荷载，等等）进行评估，也在各类三角区进行典型构件（梁，柱，梁柱，结构零件，等等）评估。正如预想情况， 值有一个大的范围变动。举例来说，致密辊压

44、梁（弯曲）和抗拉构件（屈服）具有的 值范围，从L/D=0.50时，大约3.1降到L/D=4时的2.4。这一锐减的原因是，ASD设计方法在静荷载上使用相同的系数，该系数相对来说是可预测的，而动荷载却是变动性较大的。对于螺栓连接和焊接连接， 值则在4到5的范围内。 在ASD设计方法中固有的变动在LRFD方法中大量减少，因为LRFD方法规定了几个目标 值，而且选择了相应的荷载和抗性系数以满足这些目标。对于桁架式致密梁弯曲和抗拉构件屈服，规范委员会设定一点，即LRFD方法和ASD方法进行标准化到L/D=3.0。在这些极限状态下，抗力系数， 为0.90，默认的 值对构件大约为2.6，对连接构件大约为4.

45、0。对于连接构件使用较大的 值下正反映了这一事实，即连接构件本身就比它们所要连接的构件要结实一些。对于其他构件的极限状态用相似的方法处理。 以前版本的LRFD设计规范所使用的钢结构强度数据的主要基础是1970年以前的研究结果。近期一项重要的材料结构形态特性研究（Bartlett，Dexer，Graeser，Jelinek，Schmidt，和Galambos，2003）发布了钢材生产方法变化，和在过去15年间钢制材料发生的变化。结论指出，新型钢材料特性是保持 值不发生变化。 4、容许应力设计方法（ASD）强度设计 本设计规范提供了ASD设计方法，与LRFD设计方法交替使用，以供那些倾向于在传统格

46、式下使用ASD荷载组合和容许应力的工程师使用。术语“容许应力”被引入以强调突出条款的结构力学基本公式对于LRFD设计方法和ASD设计方法是同样适用的。这就和过去LRFD设计方法和ASD设计方法分别在两个设计规范中使用相偏离了。 传统ASD的基础是这一观念：某一构件的最大应力不能超过正常使用条件下的特定容许应力。荷载效应的确定依据结构的弹性分析，而容许应力则是极限应力（在屈服情况下，不稳定状态下，断裂情况下，等等）除以一个安全系数。安全系数的度量值和得出的容许应力依赖于一个特定的控制极限状态，以防止在极限状态下，设计生出某种安全边际。对任何的单肢脚要素来说，都存在需要检查的各种容许应力。 在传统的ASD设计规范条款中，安全系数考虑了材料和构件两者的系数。这有可能受到下列因素的影响，如构件长度，构件行为，荷载源以及预期工艺质量。传统的安全系数的基础仅仅是经验，而且已有50年没有变更过。尽管基于ASD设计规范设计的结构多年来一直表现良好，但其实际安全级别并不为所知。这也是传统的ASD设计方法的主要缺陷所在。文献Bjorhovde（1978）中，提供了典型的表现数据图，此文献