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今天我们来解释一下剩下的内容：▼
本文介绍一位老钢结构专家给员工讲课的内容，虽然讲的是老钢结构规范，但还是能给大家带来启发。
计算长度是钢结构设计中经常出现的一个术语。什么是计算长度？这个不是一两句话就能解释清楚的。大家可以看看规范P.3页的术语解释：“构件在其有效约束点之间的几何长度乘以考虑杆端变形和荷载条件的系数，用于计算长细比。计算焊缝连接强度时使用的焊缝长度。”其实这句话应该简化为：“用于计算长细比的等效长度”。什么是等效长度？就是等效欧拉柱的长度。所谓欧拉柱，就是两端有铰接支撑的轴向受压柱。
至于欧拉柱，我们在上一节已经提到过，理想欧拉柱的临界荷载为：
，
截面惯性矩表示为
代入横截面积和横截面回转半径，我们可以得出：
这个公式也可以写成
重新引入稳定因素
， 明显地
稳定系数
是长细比
如果横截面应力小于临界应力，即
则柱子的稳定性就能得到保证。
这就是我们熟悉的轴心压杆稳定性计算公式和基本计算思路的来源。实际应用中，先求出长细比，然后查表求出稳定系数，即可得出结果。当然，规范中给出的稳定系数实际上已经减小，以考虑各种缺陷的影响，屈服应力也改为设计应力。
不同边界条件（约束）的临界载荷不同，图9给出了几种典型的临界载荷解。
，
那么我们就可以得到一个统一的计算公式，也就是可以查一个稳定系数表，这大大方便了实际计算。l0为计算长度，
即计算长度系数。根据图9我们不难得出，对于两端简支的杆，其计算长度即为杆的几何长度，计算长度系数取1。对于一端固定，一端简支的杆，其计算长度系数取0.7（实际应用中多取0.8）。计算长度系数选取的正确与否，直接影响到稳定性验算的正确性，必须慎重取舍。
本规范对横撑杆平面外计算长度的规定较旧规范更加全面、准确（见本规范第5.3.2条）。
对于框架柱的计算长度，新规范做了两处修改。一是对于支承框架，根据侧向刚度的大小，将框架分为强支承框架和弱支承框架。二是计算框架梁的线刚度时，增加了梁远端约束的影响系数。同时还规定，当柱与基础铰接时，平柱脚K2=0.1。其实，根据加拿大的研究与试验[1]：对于通常认为是典型铰接的、中间只有两个螺栓的平柱脚，实际上具有很强的预埋作用，0.1显然太低了。
强支撑与弱支撑的区分在实际计算中较为繁琐，但一些实际计算结果表明，按以往惯例设置的支撑均为强支撑。计算实例[2]为某6层办公楼，层高4米，3跨8+4+8米钢结构设计规范附表c，纵向长度60米，柱距6米，仅设置4个横向支撑。计算结果表明，2L80X8角钢即可满足强支撑要求。因此，可以认为实际结构中大多数框架只要设置支撑，均为无侧移框架。
受压构件的允许长细比一般不超过150，至今沿用前苏联的标准。这是因为20世纪80年代以前，我国的钢结构基本应用于冶金工厂，这些工厂大多承受重荷载，环境恶劣，有较严格的长细比要求是合理的。但与世界上大多数国家相比，还是比较保守的。现在世界上大多数国家的标准都把受压构件的长细比控制在200以上，如美国[4]和英国为200，而法国、日本为250，显然我国的标准偏低。由于钢结构承载力较高，所以在很多情况下，结构要求起着控制作用，如管道支撑，长细比可以适当放宽。我国《网架结构设计与施工规范JGJ7-91》规定受压杆的长细比为180。笔者认为钢结构设计规范附表c，对长细比应规定得更详细一些，截面多一些，这样设计人员使用起来会更方便。
另外需要注意的是，对于多层、高层钢结构房屋，当基本地震烈度在6度以上（即需要考虑抗震时），框架柱的长细比小于120，并且是强制性的规定，具体规定见GB50011。
7. 节点设计
节点设计应遵循简单、可靠、便于施工的原则，并考虑目前的施工水平。发达国家对于钢结构节点考虑尽可能采用高强度螺栓，少用焊接，因为他们的人工成本很高，工厂加工的机械化和精度要求高。但我们目前还无法做到这一点，仍然采用较多的螺栓和焊接。这是中国的特点。因此，很多情况不能照搬国外。下面就笔者在工作中经常遇到的节点问题做个介绍，力求对新手有所启发和帮助。重点讲解了构造和具体计算，这些都有章可循，就不赘述了。
7.1 柱脚
柱脚有多种形式，一般认为与基础预埋比较适宜。近几年的实践证明，插入式柱脚是较好的形式，无论是设计还是施工都十分简单，虽然有时用料稍多，但如果节省加工安装费用，总造价可能更低。另外，还可免去交叉施工时保护地脚螺栓的麻烦。有些参考图纸中，柱脚要求预焊剪力钉，我认为除非柱承受很大的拉力，否则没有必要。但在柱脚底部焊一块底板是必要的，一是便于找平，二是增加预埋能力。二次浇注层厚度应>100mm，便于找平。根据抗震规范的要求，考虑抗震设防时，柱脚插入深度应为柱高的2倍。
7.2 操作平台
小尺寸操作平台（如长尺寸
7.3 梁与梁的连接
梁与梁之间最常用的连接方式是铰接连接。一角一板几乎是国内最经典的连接方式，如图10中（a）所示。角钢在工厂焊接到主梁上，除了起连接作用外，还有定位作用。板用安装螺栓临时固定在次梁上，次梁在现场用三道焊缝与主梁连接。因此，工厂焊缝有两道，现场焊缝有三道，不能混淆。在次梁与主梁斜交的情况下，角钢的一条腿必须折弯，最好改为两块板连接。这种情况下，主梁上的定位板还可以起到加劲肋的作用，如图（b）所示。要注意这个节点，如果用高强螺栓连接，次梁与主梁腹板之间的间隙s不应小于20mm。但如果采用焊接，考虑到焊接的可行性，s必须大于70mm，加上螺栓孔间距80mm，所以梁必须大于160mm。如果次梁不是太大，最好采用（d）所示的节点，该节点更简单。许多设计手册更喜欢（c）所示的节点，因为来自次梁的剪力更靠近腹板，因此附加弯矩较小。事实上，除非主梁位于边跨处，否则如果它位于中间并考虑桥面，则附加弯矩很小。（d）所示的节点可以节省次梁材料，并且易于加工和安装。
事实上，上述连接都不是真正意义上的铰，两根竖向焊缝能够传递相当大的弯矩，因此考虑次梁剪力引起的附加弯矩在大多数情况下可能没有多大实际意义。
工程中经常会遇到弯矩较小的悬臂梁，比如休息平台梁。通常的做法是在两梁的上部焊接一块钢板。这样，在铺设平台钢板时，就需要将其切割。而且，如果是上翼缘宽度较小的小槽钢梁，钢筋尺寸就会很小。这时，就可以采用方法（e），简单方便。
7.4 梁柱连接
梁与柱之间的连接通常有刚性连接和半刚性连接两种。如图11所示，(a)为刚性连接，(b)和(c)为半刚性连接，其中(b)为接近于铰的半刚性连接，(c)为接近于刚性连接的半刚性连接。有的书上把(b)称为柔性连接。其实，所谓半刚性连接(Semi-Rigid)是指连接节点既能抵抗弯矩，又能使节点产生不可忽略的相对转角，所以不必加柔性连接。很多资料和手册把(b)称为铰，这显然是不恰当的。正如我们上面讲到梁与梁之间的连接时所提到的：两根垂直焊缝或两排螺栓就能传递相当大的弯矩，所以不可能是铰节点。只有像(d)所示置于支架上的连接(类似吊车梁)才接近于铰。半刚性连接节点研究是当前的一个热点问题，特别是在结构抗震研究中，一些地震灾变调查表明，半刚性连接在抗震性能方面较刚性连接具有很多优势。
图中梁腹板与柱的连接采用装配螺栓连接，有的材料还采用高强螺栓摩擦式连接，两种形式都可以。
对于刚性连接，新规范有更详细的规定（见GB50017第7.4条），旧规范中没有这部分规定，多为参照国外标准，特别是对柱腹板节点面积的规定更为严格，对于轻型钢结构，柱腹板厚度往往不够，需要局部加厚。
7.5 吊车梁
对于带制动板的吊车梁，过去无论吨位大小、工作制度高低，制动板与吊车梁上翼缘的连接，都是用高强度螺栓的摩擦型连接，螺栓排列较密，现行钢吊车梁标准图集(00G514-)也是这样处理的，这实在是费工费料。这次新规范有了重大变化，在规范第8.5.8条及本条说明中明确指出，制动板与吊车梁上翼缘的连接，可采用普通螺栓加焊缝连接，小型吊车梁甚至可以只采用单面焊缝连接。
柱子拉出时，对于跨度较大的吊车梁，有时刚度控制截面，因此不得不增加梁的高度。但支座处的高度又必须保持不变，因此必须采用变截面的吊车梁。此种类型的吊车梁端部通常有三种形式，如图12(a)、(b)、(c)所示。(a)是过去常见的处理方法，采用高度逐渐变化。但下翼缘弯头加工焊接困难，且易开裂，现已很少采用。近来，国内外均采用突然变化的形式。(b)是日本人常用的形式。根据我国的实际经验和实验研究[3]发现，这种端部形式的抗疲劳性能并不理想，疲劳裂纹易出现在圆弧段，圆弧半径越小，主拉应力越大。某炼钢车间一台该类型的吊车梁，使用十余年后，出现疲劳裂纹，修复后继续开裂，最后不得不更换。
（c）是我国和德国常用的直角变截面端部结构，端部下翼缘板切割后插入腹板再焊接，并在梁下部加设头板。此节点构造简单，受力性能好。显然，变截面凹角处是应力集中的地方，试验研究也证明，应力峰值是靠近插入板的腹板，该区域应力分布十分复杂。例如，用普通材料力学方法计算腹板下端点a处主拉应力，再与有限元法计算的该点及附近的主拉应力结果进行比较，发现应力集中系数与变截面的几何参数有关。其应力集中系数K=1.37~4.6。若按附录1中的几何参数进行设计，则K=1.37~2.32，平均值为1.74。为简单起见，可取K=2。因此可采用普通材料力学的方法计算出a点处的主拉应力，然后乘以2，即可得到突变点处实际主拉应力的近似值。
实验结果表明该类型节点具有以下特点
h/a≥2的轴承均无损坏。
裂纹的起始点在端部封板与插板连接的角焊缝处，然后裂纹沿插板延伸，到达插板端点后再向上延伸45°。
在凹角处焊接结构角钢(见图12中c)，对于降低突变点附近的应力峰值有明显的效果。
对吊车梁节点其他一些适宜建议：吊车梁的横向加劲肋最好焊接在上翼缘上；横向加劲肋与下翼缘的距离宜≥100（标准为50～100）。
7.6 关于焊缝
目前有资料要求吊车梁下翼缘的对接焊缝采用斜焊缝，其目的是通过延长焊缝长度来保证焊缝能承受母体的拉力。其实对于对接焊缝来说，只要达到二级焊缝质量标准，就可以认为焊缝与母材一样坚固。因此，钢板对接时采用斜焊缝是没有意义的，也没必要要求对接焊缝必须避开梁中部高应力区。
另外一个问题是关于交叉焊缝的。不知道从什么时候起，板材的对接焊缝不能采用交叉焊缝的观点被认为是绝对正确的，以至于流传至今，仍被很多设计人员所认可。其实在以前的规范（GBJ17-88）中，规定了对接焊缝可以采用交叉焊缝，但是是用小字标注的。这个新规范仍然采用小字标注（见GB50017第8.2.2条的注解），似乎有点信心不足。其实，焊缝的残余应力总是最后起作用的，所以，如果先焊一条纵焊缝，再焊一条横焊缝，在交叉处，纵焊缝的残余应力受后面横焊缝热量的影响，大部分已经释放，可能只会有小幅增加，并不存在两者叠加的问题。相反，若将一道十字焊缝改为两道T型焊缝，残余应力较大的区域就增多为两道，整个板材的残余应力反而增大。一些试验研究结果也证实了十字焊缝的性能优于T型焊缝。十字焊缝在船舶工业中早已得到广泛应用，万吨级的大型船舶上也多采用这种对接接头方式。因为这种方式便于板材布置和施工。因此，应提倡在今后的钢结构工程中优先采用十字接头。但如果采用T型十字，两道焊缝必须相距200米以上，否则残余应力将产生严重影响。
