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'JGJUDC中华人民共和国行业标准PJGJ×-201×备案号J×-201×高强钢结构设计规程Specificationfordesignofhighstrengthsteelstructures(征求意见稿)201×-××-××发布201×-××-01实施中华人民共和国住房和城乡建设部发布
中华人民共和国行业标准高强钢结构设计规程SpecificationfordesignofhighstrengthsteelstructuresJGJ***-201*批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部施行日期:201×年×月1日中国建筑工业出版社201×北京
前言根据住房和城乡建设部《关于印发〈2013年工程建设标准规范制订、修订计划〉的通知》(建标[2013]6号)的要求,规程编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,编制了本规程。本规程的主要技术内容是:1设计基本规定;2材料;3轴心受力构件设计与计算;4受弯构件设计与计算;5压弯构件设计与计算;6连接和节点设计与计算。本规程由住房和城乡建设部负责管理,由清华大学土木工程系负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议,请寄送清华大学土木工程系《高强钢结构设计规程》行业标准管理组(地址:北京市海淀区清华园1号土木系,邮政编码:100084)。本规程主编单位:本规程参编单位:本规程主要起草人员:本规程主要审查人员:5
目次1总则12术语和符号22.1术语22.2符号23设计基本规定63.1一般规定63.2结构设计原则63.3抗震性能化设计74材料84.1钢材牌号及标准84.2连接材料型号及标准84.3材料选用94.4设计指标95轴心受力构件145.1轴心受力构件的强度145.2轴心受压构件的稳定性155.3实腹式轴心受压构件的局部稳定性和屈曲后强度176受弯构件216.1受弯构件的强度216.2受弯构件的整体稳定性216.3受弯构件的局部稳定性237压弯构件257.1压弯构件的强度257.2压弯构件的稳定性257.3压弯构件的局部稳定性278连接和节点318.1一般规定318.2焊缝连接318.3高强度螺栓连接325
8.4销轴连接338.5框架连接节点33附录A轴心受压构件的稳定系数34本规程用词说明39引用标准名录40附:条文说明………………………………………………………………………...425
Contents1GeneralProvisions12TerminologiesandSymbols22.1Terms22.2Symbols23BasisRequirements63.1GeneralRequirements63.2PrinplesofStructuralDesign63.3Performance-basedSeismicDesign74Materials84.1StructuralSteelDesignationsandStandards84.2ConnectionsandFastenersMaterialsandStandards84.3SelectionofMaterials94.4DesignStrengthandParameters95AxiallyLoadedMembers145.1StrengthCalculation145.2StabilityCalculationofMembersunderAixalCompression155.3LocalStabilityandPost-bucklingStrengthofSolidWebMembersunderAxialCompression176FlexuralMembers216.1StrengthCalculation216.2Flexural-torsionalStabilityofFlexuralMembers216.3LocalStabilityofFlexuralMembers237MembersunderCombinedAxialCompressionandBending257.1StrengthCalculation257.2StabilityCalculationofBeam-columns257.3LocalStabilityofBeam-columns278ConnectionsandJoints318.1GeneralRequirements318.2WeldedConnections315
8.3High-strengthBoltedConnections328.4PinConnections338.5Beam-to-columnJoints33AppendixAStabilityCoefficientsofMembersunderAxialCompression34ExplanationofWordinginThisSpecification39ListofQuotedStandards40Addition:ExplanationofProvisions………………………………………………....425
1总则1.0.1为了在高强钢结构设计应用中贯彻执行国家的技术经济政策,做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量,制定本规程。1.0.2本规程适用于采用钢材牌号不低于Q460、Q460GJ结构钢材的工业与民用建筑结构和一般构筑物的钢结构设计。1.0.3本规程遵照现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153规定的原则,根据《建筑结构设计术语和符号标准》GB/T50083、《钢结构设计规范》GB50017、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205等现行有关国家标准制定。1.0.4本规程应与现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017配套使用,高强钢结构的设计,除执行本规程外,尚应符合现行国家和行业有关标准的规定。5
1术语和符号2.1术语2.1.1高强度结构钢材Highstrengthstructuralsteel钢材牌号不低于Q460、Q460GJ的结构钢材。2.1.2高强钢构件Highstrengthsteelstructuralmember钢材牌号不低于Q460、Q460GJ的结构钢材加工制作的结构构件。2.1.3高强钢结构Highstrengthsteelstructure采用高强钢构件的钢结构。2.1.4高强钢结构抗震性能化设计Performance-basedseismicdesignforhighstrengthsteelstructures基于高强钢结构“高承载力-低延性”的特点选定合理性能目标的抗震设计方法。2.1.5塑性耗能区Plasticenergydissipativezone在强烈地震作用下,结构构件首先进入塑性变形并消耗能量的区域。2.1.6螺栓和焊缝并用连接Boltandweldhybridconnection螺栓和焊缝共同承受同一内力分量的接头。2.1.7螺栓和焊缝混用连接Boltandweldmixedjoint螺栓和焊缝分别连接不同部件并承受不同内力分量的接头。2.2符号2.2.1作用和作用效应设计值N—轴力;M—弯矩;V—剪力;P—高强度螺栓的预拉力。2.2.2计算指标E—钢材的弹性模量;G—钢材的剪变模量;f—钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值;fv—钢材的抗剪强度设计值;fce—钢材的端面承压强度设计值;5
fy—钢材的屈服强度;fu—钢材的抗拉强度最小值;、、—对接焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值;—对接焊缝的抗拉强度;—角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值;—角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度;、、—螺栓的抗拉、承压和抗剪强度设计值;—高强度螺栓的抗拉强度最小值;—销轴的抗弯强度设计值;—钢材的抗力分项系数;ey—钢材的屈服应变;eu—钢材的极限应变;est—钢材的硬化应变;du—钢材的伸长率;—正应力;—剪应力。2.2.1几何参数A—毛截面面积;Ae—有效截面面积;An—净截面面积;D—圆管的外径;I—毛截面惯性矩;S—毛截面面积矩;W—毛截面模量;Wn—净截面模量;b—翼缘板的外伸宽度;壁板的净宽度;角钢的宽度;b0—箱形截面壁板间的距离;d—螺栓直径;销轴直径;d0—孔径;e—偏心距;hw—腹板的高度;hm—上下翼缘中面间的距离;5
h0—腹板的计算高度;hc—腹板的受压区宽度;he—腹板的受压区有效宽度;hf—角焊缝的焊脚尺寸;l—长度或跨度;l1—梁受压翼缘侧向支承间距离;螺栓受力方向的连接长度;lw—焊缝的计算长度;t—板的厚度;tf—翼缘的厚度;tw—腹板的厚度;w—角钢的平板宽度。2.2.1计算系数及其他n—高强度螺栓的数目;受弯构件整体稳定计算公式指数;—轴心受力构件的有效截面系数;压弯构件整体稳定的截面影响系数;—长细比;—正则化长细比;、、—正则化宽厚比;—轴心受压构件的整体稳定系数;—受弯构件的整体稳定系数;—钢号修正系数,其值为235与钢材牌号中屈服点数值的比值的平方根;—钢号修正系数,其值为460与钢材牌号中屈服点数值的比值的平方根;—轴心受压构件板件宽厚比限值的放大系数;—截面应力分布系数;—螺栓或焊缝长接头承载力折减系数;5
—轴心受压构件的有效截面系数;—压弯构件整体稳定的等效弯矩系数;—压弯构件整体稳定的修正系数;、—对主轴x、y的截面塑性发展系数;—圆形构件的截面塑性发展系数。5
1设计基本规定3.1一般规定3.1.1本规程采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,以可靠指标度量结构构件的可靠度,采用分项系数的设计表达式进行计算。极限状态包括承载能力极限状态和正常使用极限状态。3.1.2结构上的直接作用(荷载)应根据现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009及相关标准确定,地震作用应根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011确定。间接作用和偶然作用应根据有关的标准或具体情况确定。3.1.3高强钢结构的安全等级和设计使用年限应符合现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153的规定。高强钢结构中各类结构构件的安全等级,宜与整个结构的安全等级相同。对其中部分高强钢构件的安全等级,可根据其重要程度适当调整。对于结构中重要构件和关键传力部位,宜适当提高其安全等级。3.1.4高强度结构钢材主要适用于下列构件:1主要由强度控制截面的构件;2大跨度屋盖结构、大跨度桥梁中的承重构件;3安全性要求高的建筑结构中的主要承重构件;4要求自重轻、强度高的结构构件。3.2结构设计原则3.2.1非抗震设计时,结构或构件变形(挠度或侧移)、构件的长细比应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的有关规定。3.2.2抗震设计的高强钢结构,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的规定进行抗震验算,并应符合相应的抗震措施。对高强钢构件,尚应符合本规程有关抗震构造措施的规定。3.2.3按有地震作用组合内力设计的高强钢构件,其承载力抗震调整系数γRE:结构构件和连接强度计算时取0.80;柱和支撑稳定计算时取0.85;当仅计算竖向地震作用时,取1.0。3.2.4高强钢结构抗震设计时,构件的抗震等级、框架柱的长细比和截面板件13
宽厚比应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的有关规定确定。3.2.1采用抗震性能化设计时,高强钢结构设计应按本规程第3.3节执行。3.1抗震性能化设计3.3.1采用抗震性能化设计时,高强度结构钢材不宜用于塑性耗能区,宜用于下列构件:1延性等级为Ⅴ级的结构构件;2框架结构中符合强柱弱梁要求的框架柱;3中心支撑结构中符合强框架弱支撑要求的柱或梁。3.3.2结构构件的长细比和截面板件宽厚比应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定。3.3.3采用高强度结构钢材的结构构件符合本规范第3.3.1条规定时,钢材应符合下列规定:1钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.9;2钢材的断后伸长率不应小于16%。13
1材料4.1钢材牌号及标准4.1.1承重高强钢结构宜采用Q460钢、Q500钢、Q550钢、Q620钢、Q690钢和Q460GJ钢,其质量应分别符合现行国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T1591和《建筑结构用钢板》GB/T19879的规定。结构用钢板、热轧工字钢、槽钢、角钢、H型钢和钢管等型材产品的规格、外形、重量及允许偏差应符合国家现行相关标准的规定。4.1.2焊接承重高强钢结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时,其质量应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T5313的规定。4.1.3处于外露环境,且对耐腐蚀有特殊要求或处于侵蚀性介质环境中的承重高强钢结构,宜采用耐候高强度结构钢材,其质量应符合现行国家标准《耐候结构钢》GB/T4171的规定。4.1.4当采用本规程未列出的其他牌号高强度结构钢材时,应有充分可靠的依据。4.2连接材料型号及标准4.2.1高强钢结构用焊接材料应符合下列要求:1手工焊接所用的焊条,应符合现行国家标准《热强钢焊条》GB/T5118的规定,所选用的焊条型号应与主体金属力学性能相适应;2自动焊或半自动焊用焊丝应符合现行国家标准《熔化焊用钢丝》GB/T14957、《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T8110及《低合金钢药芯焊丝》GB/T17493的规定;3埋弧焊用焊丝和焊剂应符合现行国家标准《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》GB/T12470的规定。4.2.2高强钢结构用紧固件材料应符合下列要求:1主要承重结构宜采用钢结构用大六角高强度螺栓或扭剪型高强度螺栓;2钢结构用大六角高强度螺栓的质量应符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB/T1228、《钢结构用高强度大六角螺母》GB/T1229、《钢结构用高强度垫圈》GB/T1230、《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫13
圈技术条件》GB/T1231的规定。扭剪型高强度螺栓的质量应符合现行国家标准《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T3632的规定。4.1材料选用4.3.1设计选用高强度结构钢材时,应综合考虑结构的重要性、荷载特征、应力状态、板件厚度和工作环境、加工条件以及钢材性价比等要素,合理地选用钢材牌号、质量等级、性能指标和技术要求,并明确交货状态。4.3.2承重结构所用的高强度结构钢材应具有屈服强度、断后伸长率、抗拉强度和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳当量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的高强度结构钢材应具有冷弯试验的合格保证;对直接承受动力荷载或需验算疲劳的构件所用高强度结构钢材尚应具有冲击韧性的合格保证。4.3.3焊缝连接材料的选用应符合以下要求:1焊条或焊丝的型号和性能应与相应母材的性能相适应,其熔敷金属的力学性能应符合设计规定,且不应低于相应母材标准的下限值;2对直接承受动力荷载或需要验算疲劳的结构,以及低温环境下工作的厚板结构,宜采用低氢型焊条。4.2设计指标4.4.1高强度结构钢材的设计用强度指标,应根据钢材牌号、厚度或直径按表4.4.1采用。表4.4.1高强度结构钢材的设计用强度指标(N/mm2)钢材牌号钢材厚度或直径(mm)强度设计值钢材强度抗拉、抗压、抗弯抗剪端面承压(刨平顶紧)屈服强度抗拉强度最小值Q460≤16410235470460550>16,≤40390225440>40,≤63355205420>63,≤10034019540013
Q460GJ≤16410235470460550﹥16,≤35390225460﹥35,≤50380220450﹥50,≤100370215440Q500≤16435250520500610>16,≤40420240480>40,≤63410235510470600>63,≤80390225500450590>80,≤100385220460440540Q550≤16500290570550670>16,≤40480275530>40,≤63470270530520620>63,≤80450260510500600>80,≤100440255500490590Q620≤16540310605620710>16,≤40520300600>40,≤63510295585590690>63,≤80495285570570670Q690≤16600345655690770>16,≤40580335670>40,≤63570330640660750>63,≤80555320620640730注:1表中直径指实芯棒材,厚度系指计算点的钢材或钢管壁厚度,对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚度。2冷弯型材和冷弯钢管,其强度设计值应按现行国家标准《冷弯型钢结构技术规范》GB50018的规定采用。4.4.1焊缝的强度设计指标应按表4.4.2采用。表4.4.2焊缝强度设计指标(N/mm2)焊接方法和焊条型号构件钢材一级、二级对接焊缝强度设计值角焊缝强度设角焊缝抗拉、抗压和13
计值抗剪强度牌号厚度或直径(mm)抗压抗拉抗剪抗拉、抗压和抗剪自动焊、半自动焊和E55、E62型Q460≤16410410235220(E55)255(E62)340(E55)360(E62)﹥16,≤40390390225﹥40,≤63355355205﹥63,≤100340340195Q460GJ≤16410410235220(E55)255(E62)340(E55)360(E62)﹥16,≤35390390225﹥35,≤50380380220﹥50,≤100370370215自动焊、半自动焊和E62、E69型焊条手工焊Q500≤16435435250255(E62)285(E69)360(E62)400(E69)>16,≤40420420240>40,≤63410410235>63,≤80390390225>80,≤100385385220Q550≤16500500290255(E62)285(E69)360(E62)400(E69)>16,≤40480480275>40,≤63470470270>63,≤80450450260>80,≤100440440255自动焊、半自动焊和E69、E76型焊条手Q620≤16540540310285(E69)310(E76)400(E69)440(E76)13
工焊>16,≤40520520300>40,≤63510510295>63,≤80495495285Q690≤16600600345285(E69)310(E76)400(E69)440(E76)>16,≤40580580335>40,≤63570570330>63,≤80555555320注:1焊缝质量等级应符合现行国家标准《钢结构焊接规范》GB50661的规定,其检验方法应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的规定,其中厚度小于6mm钢材的对接焊缝,不应采用超声波探伤确定焊缝质量等级。2对接焊缝在受压区的抗弯强度设计值取,在受拉区的抗弯强度设计值取。3表中厚度系指计算点的钢材厚度,对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚度。4计算下列情况的连接时,表中规定的强度设计值应乘以相应的折减系数;几种情况同时存在时,其折减系数应连乘:1)施工条件较差的高空安装焊缝乘以系数0.9;2)进行无垫板的单面施焊对接焊缝的连接计算应乘折减系数0.85。4.4.1高强度螺栓承压型连接的强度设计指标应按表4.4.3-1采用,高强度螺栓摩擦型连接的高强度结构钢材摩擦面抗滑移系数应按表4.4.3-2采用,单个高强度螺栓的预拉力设计取值应按表4.4.3-3采用。表4.4.3-1高强度螺栓承压型连接的强度设计指标(N/mm2)螺栓的性能等级和构件钢材的牌号抗拉抗剪承压高强度螺栓的抗拉强度最小值高强度螺栓连接副8.8级400250—83010.9级500310—104012.9级585365—1220连接处构件钢材牌号Q460——695—Q460GJ——695—Q500——770—Q550——845—Q620——895—13
Q690——970—表4.4.3-2高强度结构钢材摩擦面抗滑移系数连接处构件接触面的处理方法抗滑移系数Q460、Q460GJQ500、Q550、Q620、Q690钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制面0.40-抛丸(喷砂)0.400.40喷硬质石英砂或铸钢棱角砂0.450.45热喷涂锌、铝及其合金0.500.50喷砂除锈后电弧喷铝0.700.70注:1Q500、Q550、Q620、Q690除锈级别应达到GB/T8923.1规定的Sa3级别;2采用其它类型的接触面处理工艺,应当有可靠试验结果确定抗滑移系数。表4.4.3-3单个高强度螺栓的预拉力设计值(kN)螺栓的性能等级螺栓规格M16M20M22M24M27M308.8级8012515017523028010.9级10015519022529035512.9级11518022526034041513
1轴心受力构件5.1轴心受力构件的强度5.1.1计算轴心受拉构件时,当端部连接(及中部拼接)处组成截面的各板件都有连接件直接传力时,除采用高强度螺栓摩擦型连接者外,其截面强度计算应符合下列规定:毛截面屈服:(5.1.1-1)净截面断裂:(5.1.1-2)式中:——所计算截面的拉力设计值;——钢材抗拉强度设计值;——构件的毛截面面积;——构件的净截面面积,当构件多个截面有孔时,取最不利的截面;——钢材抗拉强度最小值。用高强螺栓摩擦型连接的构件,其截面强度计算应符合下列规定:1当构件为沿全长都有排列较密螺栓的组合构件时,其截面强度应按下式计算:(5.1.1-3)2除第1款的情形外,其毛截面强度计算应采用式(5.1.1-1),净截面强度应按下式计算:(5.1.1-4)式中:n——在节点或拼接处,构件一端连接的高强度螺栓数目;n1——所计算截面(最外列螺栓处)上高强度螺栓数目。5.1.2桁架(或塔架)的单角钢腹杆,当以一个肢连接于节点板时,可以按轴41
心受力构件计算受拉构件的截面强度,按式(5.1.1-1)和(5.1.1-2)计算,但计算时对拉力乘以放大系数1.15。(弦杆亦为单角钢,并位于节点板同侧者除外)注:本条强度计算针对构件中部截面,和5.1.4条规定的构件端部截面积折减并无联系。5.1.1计算轴心受压构件时,当端部连接(及中部拼接)处组成截面的各板件都有连接件直接传力时,截面强度应按式(5.1.1-1)计算。但含有虚孔的构件尚需对孔心所在截面按式(5.1.1-2)计算。5.1.2轴心受拉和轴心受压构件的组成板件在节点或拼接处并非全部直接传力时,应对危险截面的面积乘以有效截面系数,不同构件截面形式和连接方式的值应符合表5.1.4的规定。表5.1.4轴心受力构件节点或拼接处危险截面的有效截面系数构件截面形式连接形式图例角钢单边连接0.85工形、H形翼缘连接0.90腹板连接0.705.1轴心受压构件的稳定性5.2.1轴心受压构件的稳定性应按下式计算:(5.2.1)式中:——轴心受压构件的稳定系数(取截面两主轴稳定系数中的较小者),根据构件的长细比(或换算长细比)、钢材屈服强度和表5.2.1-1、表5.2.1-2的截面分类,按附录A采用。注:板件宽厚比超过5.3.1条规定的实腹式构件应按式(5.3.3-1)计算。41
表5.2.1-1轴心受压构件的截面分类(板厚t<40mm)截面形式对x轴对y轴a类a类轧制a*类b类b类b类注:a*类含义为Q460、Q460GJ、Q500、Q550钢材取b类,Q620、Q690钢材取a类。表5.2.1-2轴心受压构件的截面分类(板厚t≥40mm)截面形式对x轴对y轴mmb类c类mmc类d类翼缘为焰切边b类b类翼缘为轧制或剪切边c类d类板件宽厚比b类b类板件宽厚比c类c类5.2.1轴心受压构件应按下式计算剪力设计值,并认为沿构件全长不变:(5.2.2)对格构式轴心受压构件,剪力V应由承受该剪力的缀材面(包括用整体板连接的面)分担。41
5.1实腹式轴心受压构件的局部稳定性和屈曲后强度5.3.1实腹式轴心受压构件要求不出现局部失稳时,其板件宽厚比应符合下列规定:1H形截面腹板当时:(5.3.1-1a)当时:(5.3.1-1b)式中:λ——构件绕截面两个主轴的较大长细比,大于120时取120;εk——钢号修正系数,其值为235与钢材牌号比值的平方根;h0——腹板的计算高度,对焊接H形截面为腹板净高,对轧制H形截面不应包括翼缘腹板过渡处圆弧段;tw——腹板的厚度。2H形截面翼缘当时:(5.3.1-2a)当时:(5.3.1-2b)式中:λ——构件绕截面两个主轴的较大长细比,大于120时取120;b、tf——分别为翼缘板自由外伸宽度和翼缘厚度。3箱形截面壁板当时:(5.3.1-3a)当时:41
(5.3.1-3b)式中:λ——构件绕截面两个主轴的较大长细比,大于120时取120;b0、t——分别为壁板间的距离和壁板厚度。1等边角钢肢件当时:(5.3.1-4a)当时:(5.3.1-4b)式中:——按角钢绕非对称主轴回转半径计算的长细比,大于120时取120。、——分别为角钢的平板宽度和厚度,可取为,为角钢宽度。2圆管压杆的外径与壁厚之比不应超过。5.3.1当轴心受压构件的轴心压力设计值N小于其稳定承载力时,可将其板件宽厚比限值由5.3.1节公式算得后乘以放大系数。5.3.2板件宽厚比超过5.3.1条规定的限值时,轴心受压构件的稳定性应按下式计算:(5.3.3-1)(5.3.3-2)式中:——构件的有效截面面积;——构件的毛截面面积;——稳定系数,应按由附录A表格查得;——有效截面系数,应根据截面形式按下列各款确定。1H形截面腹板41
(5.3.3-3)(5.3.3-4)式中:h0、tw——对焊接H型钢截面分别为腹板净高和厚度,对轧制H型钢截面不应包括翼缘腹板过渡处圆弧段。注:对Q460、Q460GJ钢材,当时,值应不小于。1H形截面翼缘(5.3.3-5)(5.3.3-6)式中:b、tf——分别为翼缘板自由外伸宽度和厚度。2箱形截面壁板(5.3.3-7)41
(5.3.3-8)式中:b、t——壁板的净宽度和厚度。注:对Q460、Q460GJ钢材,当时,值应不小于。1单角钢(5.3.3-9)(5.3.3-10)式中:、——分别为角钢的平板宽度和厚度,可取为,为角钢宽度。注:当时,值应不小于。41
1受弯构件6.1受弯构件的强度6.1.1在主平面内受弯的实腹构件,其受弯强度应按下式计算:(6.1.1)式中:、——同一截面处绕x轴和y轴的弯矩设计值;、——对x轴和y轴的净截面模量,当截面板件宽厚比等级达到受弯构件S4级要求时,取全截面模量,当截面板件宽厚比等级为受弯构件S5级时,取有效截面模量,截面分类和有效截面计算应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定采用;、——截面塑性发展系数,Q460和Q460GJ钢材按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定取值,其他牌号高强度结构钢材均取1.0。f——钢材的抗弯强度设计值。6.1.2在主平面内受弯的实腹构件,其受剪强度应按下式计算:(6.1.2)式中:V——计算截面沿腹板平面作用的剪力设计值;S——计算剪应力处以上(或以下)毛截面对中和轴的面积矩;I——构件的毛截面惯性矩;tw——构件的腹板厚度;fv——钢材的抗剪强度设计值。6.2受弯构件的整体稳定性6.2.1在最大刚度主平面内受弯的构件,当梁腹板满足稳定性要求,其整体稳定性应按下式计算:(6.2.1)式中:——绕强轴作用的最大弯矩设计值;41
——按受压最大纤维确定的梁毛截面模量;——梁的整体稳定性系数,按本规范第6.2.2条确定。6.2.1梁的整体稳定性系数应按下列公式计算:(6.2.2-1)(6.2.2-2)式中:——简支梁、悬臂梁或连续梁的弹性屈曲临界弯矩,按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定采用;——梁腹板受弯计算时起始正则化长细比,按表6.2.2采用;——梁腹板受弯计算时的正则化长细比;——指数,按表6.2.2采用。表6.2.2指数和起始正则化长细比截面类型简支梁承受线性变化弯矩的悬臂梁和连续梁焊接截面0.3注:表b1为工字形截面受压翼缘的宽度;hm为上下翼缘中面的距离;为区段的端弯矩,使构件产生同向曲率(无反弯点)时取同号,使构件产生反向曲率(有反弯点)时取异号,且;为460与钢材牌号中屈服点数值的比值的平方根。6.2.2当箱形截面简支梁截面尺寸(图6.2.3)满足和时,可不计算整体稳定性。41
图6.2.3箱形截面6.1受弯构件的局部稳定性6.3.1受弯构件翼缘宽厚比应符合以下规定:1工字形截面(6.3.1-1)2箱形截面(6.3.1-2)式中:——工字形截面的翼缘外伸宽度;b0——箱形截面壁板间的距离;tf——工字形截面的翼缘厚度;t——箱形截面的壁板厚度。当梁受弯强度计算取时,工字形截面宜减小至,箱形截面宜减小至。6.3.2采用高强度结构钢材的板件不考虑其屈曲后强度。承受静力荷载和间接承受动力荷载的焊接截面梁,当时,焊接截面梁应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定计算腹板的稳定性。轻、中级工作制吊车梁计算腹板的稳定性时,吊车轮压设计值可乘以折减系数0.9。6.3.3对于焊接截面梁,应按下列规定配置加劲肋:1当时,对有局部压应力的梁,应按构造配置横向加劲肋;当局部压应力较小时,可不配置加劲肋;41
1当时,应配置横向加劲肋。其中,当(受压翼缘扭转受到约束,如连有刚性铺板、制动板或焊有钢轨时)或(受压翼缘扭转未受到约束时),或按计算需要时,应在弯曲应力较大区格的受压区增加配置纵向加劲肋。局部压应力很大的梁,必要时尚宜在受压区配置短加劲肋。41
1压弯构件7.1压弯构件的强度7.1.1弯矩作用在两个主平面内的拉弯构件和压弯构件(圆管截面除外),其截面强度应按下列规定计算:(7.1.1-1)弯矩作用在两个主平面内的圆形截面压弯构件,其截面强度应按下列规定计算:(7.1.1-2)式中:、——与截面模量相应的截面塑性发展系数,Q460、Q460GJ钢材参照现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017,其他牌号高强度结构钢材均取1.0;——圆形构件的截面塑性发展系数,Q460、Q460GJ钢材参照现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017,其他牌号高强度结构钢材均取1.0;——构件的净截面面积;——构件的净截面模量,按本规程第6.1.1条的规定取值。7.2压弯构件的稳定性7.2.1弯矩作用在对称轴平面内(绕x轴)的实腹式压弯构件,其稳定性应按下列规定计算:1压弯构件弯矩作用平面内稳定性:(7.2.1-1)(7.2.1-2)式中:——所计算构件范围内轴心压力设计值;——参数,按式(7.2.1-2)计算;41
——弯矩作用平面内轴心受压构件稳定系数;——所计算构件段范围内的最大弯矩设计值;——修正系数,当时,取0.9;时,;——在弯矩作用平面内对受压最大纤维的毛截面模量;——等效弯矩系数,应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定取值。对于单轴对称压弯构件,当弯矩作用在对称平面内且使翼缘受压时,除应按式(7.2.1-1)计算外,尚应按下式计算:(7.2.1-3)式中:——无翼缘端的毛截面模量。1弯矩作用平面外稳定性:(7.2.1-4)式中:——弯矩作用平面外轴心受压构件稳定系数;——梁的整体稳定性系数,按本规范第6.2.2条确定;——所计算构件段范围内的最大弯矩设计值;——截面影响系数,闭口截面,其它截面。7.2.1弯矩绕虚轴(x轴)作用的格构式压弯构件,其弯矩作用平面内的整体稳定性应按《钢结构设计规范》GB50017的规定计算。7.2.2弯矩绕实轴作用的格构式压弯构件,其弯矩作用平面内和平面外的稳定性计算均与实腹式构件相同。但在计算弯矩作用平面外的整体稳定性时,长细比应取换算长细比,应取1.0。41
7.2.1当柱段中没有很大横向力或集中弯矩时,双向压弯圆管的整体稳定应按《钢结构设计规范》GB50017的规定计算。7.2.2弯矩作用在两个主平面内的双轴对称实腹式工字形(含H形)和箱形(闭口)截面的压弯构件,其稳定性应按下列公式计算:(7.2.5-1)(7.2.5-2)式中:、——对强轴x-x和弱轴y-y的轴心受压构件整体稳定系数。、——考虑弯矩变化和荷载位置影响的受弯构件整体稳定系数;对闭合截面,取;、——所计算构件段范围内对强轴和弱轴的最大弯矩设计值;、——对强轴和弱轴的毛截面模量;、——等效弯矩系数,应按本规范第7.2.1条弯矩作用平面内稳定计算的有关规定采用。7.2.3弯矩作用在两个主平面内的双肢格构式压弯构件,其稳定性应按应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定计算。7.2.4计算格构式缀件时,应取构件的实际剪力和现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017式(7.2.7)计算的剪力两者中的较大值进行计算。7.2.5用作减小压弯构件弯矩作用平面外计算长度的支撑,应将压弯构件的受压翼缘(对实腹式构件)或受压分肢(对格构式构件)视为轴心受压构件按本规范5.2节的规定计算各自的支撑力。7.1压弯构件的局部稳定性7.3.1压弯构件的腹板、翼缘宽厚比应符合以下规定:1H形截面腹板(7.3.1-1)41
1H形截面翼缘(7.3.1-2)2箱形截面(7.3.1-3)3T形截面腹板(7.3.1-4)4圆管(7.3.1-5)式中:b——H形截面的翼缘外伸宽度;b0——箱形截面壁板间的距离;h0——H形或T形截面的腹板计算高度,对焊接H形或T形截面为腹板净高,对轧制H形或T形截面不应包括翼缘腹板过渡处圆弧段;tf——H形截面的翼缘厚度;tw——H形或T形截面的腹板厚度;t——箱形或圆管截面壁板的厚度,T形截面的翼缘厚度;D——圆管截面的外径;——截面应力分布系数,按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定计算。7.3.1H形和箱形截面压弯构件的腹板高厚比超过现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017规定的S4级截面要求时其构件设计应符合下列规定:1应以有效截面代替实际截面按本条第2款计算杆件的承载力。1)腹板受压区的有效宽度应取为:(7.3.2-1)当时:(7.3.2-2a)当时:(7.3.2-2b)41
(7.3.2-3)(7.3.2-4)式中:——分别为腹板受压区宽度和有效宽度,当腹板全部受压时,;——有效宽度系数,按式(7.3.2-2)计算。1)腹板有效宽度应按下列公式计算:当截面全部受压,即时(图7.3.2a):(7.3.2-5)(7.3.2-6)当截面部分受拉,即时(图7.3.2b):(7.3.2-7)(7.3.2-8)图7.3.2有效宽度的分布2)箱形截面压弯构件翼缘宽厚比超限时也应按式(7.3.2-1)计算其有效宽度,计算时取。有效宽度分布在两侧均等。1应采用下列公式计算其承载力:强度计算:(7.3.2-9)41
平面内稳定计算:(7.3.2-10)平面外稳定计算:(7.3.2-11)式中:、——分别为有效净截面面积和有效毛截面面积;——有效截面的净截面模量;——有效截面对较大受压纤维的毛截面模量;——有效截面形心至原截面形心的距离。7.3.1压弯构件的板件当用纵向加劲肋加强以满足宽厚比限值时,加劲肋宜在板件两侧成对配置,其一侧外伸宽度不应小于板件厚度t的10倍,厚度不宜小于0.75t。41
1连接和节点8.1一般规定8.1.1高强钢结构可采用焊缝连接和螺栓连接,连接和节点设计以及构造要求除符合本章规定外,尚应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017连接和节点的设计要求。8.1.2高强钢结构当采用螺栓连接时应采用高强度螺栓摩擦型连接或承压型连接。8.1.3高强钢结构不应采用螺栓和焊缝并用连接。8.1.4连接设计和构造应与计算假设一致,应能传递所承受的作用效应,适应作用产生的变形。8.2焊缝连接8.2.1高强钢结构采用焊缝连接时,焊缝的坡口形式和焊缝连接的构造要求应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017和《钢结构焊接规范》GB50661的规定。8.2.2焊缝连接宜采用等强匹配焊接材料,不同牌号的结构钢材连接时可按屈服强度低的钢材匹配焊接材料。8.2.3焊接材料和焊缝设计强度指标应按表4.4.2采用。8.2.4焊缝计算应符合下列要求:1熔透对接焊缝、对接与角接组合焊缝强度按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定进行计算;2角焊缝强度计算应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定进行计算。8.2.5采用角焊缝的搭接焊接接头中,当焊缝计算长度lw超过60hf时,焊缝的抗剪承载力设计值应乘以折减系数,并不小于。焊缝计算长度lw不宜超过150hf。41
8.1高强度螺栓连接8.3.1高强度螺栓连接可按摩擦型连接或承压型连接设计,螺栓预拉力设计值应符合表4.4.3-3的规定。8.3.2高强度螺栓连接的构造要求应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定,并符合下列规定:1高强度螺栓摩擦型连接在非抗震设计时可采用标准孔、标准大圆孔或槽孔,抗震设计时应采用标准孔或开孔方向与受力方向垂直的槽孔,高强度螺栓承压型连接应采用标准孔,螺栓排布和构造要求应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定;2不同厚度钢板和构件拼接时,宜采用单层填板调整。8.3.3高强度螺栓连接计算应符合下列规定:1高强度螺栓摩擦型连接板件接触面的处理方法应在施工图中说明,抗滑移系数应按表4.4.3-2采用;2高强度螺栓摩擦型连接抗剪承载力计算应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定;大圆孔孔型系数取0.8,内力与槽孔长向垂直时取0.65;内力与槽孔长向平行时取0.6;3高强度螺栓承压型连接计算应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定,连接承压强度设计值应按表4.4.3-1采用。8.3.4在构件接头的一端,当螺栓沿轴向受力方向的连接长度l1(图8.3.4)大于15d0时(d0为孔径),应将螺栓的承载力设计值乘以折减系数,,当大于60d0时,折减系数取为定值。图8.3.4螺栓长接头41
8.1销轴连接8.4.1耳板宜采用Q460及以上强度等级的结构钢材,销轴表面与耳板孔周表面宜进行机加工。8.4.2销轴连接的构造应符合下列要求:1销轴孔中心应位于耳板的中心线上,其孔径与销轴直径相差应不大于1mm;2耳板两侧宽厚比不宜大于4;3销轴长度与直径之比不宜大于3。8.4.3连接耳板应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定进行抗拉、抗剪强度计算。8.4.4销轴连接应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定进行抗剪、承压以及同时受弯受剪组合受力计算,并按式(8.4.4)计算销轴的抗弯强度:(8.4.4)式中:d——销轴直径;——销轴的抗弯强度设计值。8.2框架连接节点8.5.1高强钢结构宜考虑节点刚度的影响。8.5.2梁柱节点区柱腹板加劲肋或隔板应满足下列要求:1柱腹板加劲肋或隔板的截面尺寸应经计算确定,其厚度不宜小于梁翼缘厚度;其宽度应符合传力、构造和板件宽厚比限值的要求,加劲肋的材料强度等级宜与梁翼缘相匹配;2柱腹板加劲肋或隔板应以焊透对接焊缝与柱翼缘连接。当梁与H形截面柱弱轴方向刚接时,横向加劲肋与柱腹板的连接宜采用焊透对接焊缝,焊接材料宜与加劲肋或隔板相匹配。8.5.3框架节点的最低承载力应满足如下要求:抗弯连接应能承受被连接构件抗弯承载力设计值的50%,抗剪连接应能承受被连接构件抗剪承载力设计值的20%,抗拉(压)连接应能承受被连接构件抗拉(压)承载力设计值的30%。41
附录A轴心受压构件的稳定系数表A-1a类截面轴心受压构件的稳定系数012345678901.0001.0001.0001.0000.9990.9990.9980.9980.9970.996100.9950.9940.9930.9920.9910.9890.9880.9860.9850.983200.9810.9790.9770.9760.9740.9720.9700.9680.9660.964300.9630.9610.9590.9570.9540.9520.9500.9480.9460.944400.9410.9390.9370.9340.9320.9290.9270.9240.9210.918500.9160.9130.9100.9070.9030.9000.8970.8930.8900.886600.8830.8790.8750.8710.8670.8620.8580.8540.8490.844700.8390.8340.8290.8240.8180.8130.8070.8010.7950.789800.7830.7760.7700.7630.7560.7490.7420.7350.7280.721900.7130.7060.6980.6910.6830.6760.6680.6600.6530.6451000.6370.6300.6220.6140.6070.5990.5920.5840.5770.5691100.5620.5550.5480.5410.5340.5270.5200.5130.5070.5001200.4940.4870.4810.4750.4690.4630.4570.4510.4450.4391300.4340.4280.4230.4170.4120.4070.4020.3970.3920.3871400.3820.3780.3730.3680.3640.3600.3550.3510.3470.3431500.3390.3350.3310.3270.3230.3190.3160.3120.3080.3051600.3020.2980.2950.2920.2880.2850.2820.2790.2760.2731700.2700.2670.2640.2610.2590.2560.2530.2500.2480.2451800.2430.2400.2380.2350.2330.2310.2280.2260.2240.2221900.2190.2170.2150.2130.2110.2090.2070.2050.2030.2012000.1990.1970.1960.1940.1920.1900.1880.1870.1850.1832100.1820.1800.1780.1770.1750.1740.1720.1710.1690.1682200.1660.1650.1630.1620.1610.1590.1580.1570.1550.1542300.1530.1510.1500.1490.1480.1470.1450.1440.1430.1422400.1410.1400.1390.1370.1360.1350.1340.1330.1320.1312500.130——————————————————注:见表A-4注。41
表A-2b类截面轴心受压构件的稳定系数012345678901.0001.0001.0000.9990.9990.9980.9970.9960.9950.994100.9920.9910.9890.9870.9850.9830.9810.9780.9760.973200.9700.9670.9630.9600.9570.9530.9500.9460.9430.939300.9360.9320.9290.9250.9210.9180.9140.9100.9060.903400.8990.8950.8910.8860.8820.8780.8740.8700.8650.861500.8560.8520.8470.8420.8370.8330.8280.8230.8180.812600.8070.8020.7960.7910.7850.7800.7740.7680.7620.757700.7510.7450.7380.7320.7260.7200.7130.7070.7010.694800.6870.6810.6740.6680.6610.6540.6480.6410.6340.628900.6210.6140.6070.6010.5940.5870.5810.5740.5680.5611000.5550.5480.5420.5350.5290.5230.5170.5110.5040.4981100.4920.4870.4810.4750.4690.4640.4580.4530.4470.4421200.4360.4310.4260.4210.4160.4110.4060.4010.3960.3921300.3870.3830.3780.3740.3690.3650.3610.3570.3520.3481400.3440.3400.3370.3330.3290.3250.3220.3180.3140.3111500.3080.3040.3010.2970.2940.2910.2880.2850.2820.2791600.2760.2730.2700.2670.2640.2620.2590.2560.2530.2511700.2480.2460.2430.2410.2380.2360.2340.2310.2290.2271800.2250.2220.2200.2180.2160.2140.2120.2100.2080.2061900.2040.2020.2000.1980.1960.1950.1930.1910.1890.1882000.1860.1840.1830.1810.1790.1780.1760.1750.1730.1722100.1700.1690.1670.1660.1640.1630.1620.1600.1590.1582200.1560.1550.1540.1520.1510.1500.1490.1470.1460.1452300.1440.1430.1420.1410.1390.1380.1370.1360.1350.1342400.1330.1320.1310.1300.1290.1280.1270.1260.1250.1242500.123—————————注:见表A-4注。41
表A-3c类截面轴心受压构件的稳定系数012345678901.0001.0001.0000.9990.9990.9980.9970.9960.9950.993100.9920.9900.9880.9860.9830.9810.9780.9760.9730.970200.9660.9590.9530.9470.9400.9340.9280.9210.9150.909300.9020.8960.8900.8830.8770.8710.8650.8580.8520.845400.8390.8330.8260.8200.8130.8070.8000.7940.7870.781500.7740.7680.7610.7550.7480.7420.7350.7280.7220.715600.7090.7020.6950.6890.6820.6750.6690.6620.6560.649700.6420.6360.6290.6230.6160.6100.6030.5970.5910.584800.5780.5720.5650.5590.5530.5470.5410.5350.5290.523900.5170.5110.5050.4990.4940.4880.4830.4770.4710.4671000.4620.4580.4530.4490.4450.4400.4360.4320.4270.4231100.4190.4150.4110.4070.4020.3980.3940.3900.3860.3831200.3790.3750.3710.3670.3630.3600.3560.3520.3490.3451300.3420.3380.3350.3320.3280.3250.3220.3180.3150.3121400.3090.3060.3030.3000.2970.2940.2910.2880.2850.2821500.2790.2770.2740.2710.2690.2660.2630.2610.2580.2561600.2530.2510.2480.2460.2440.2410.2390.2370.2350.2321700.2300.2280.2260.2240.2220.2200.2180.2160.2140.2121800.2100.2080.2060.2040.2030.2010.1990.1970.1950.1941900.1920.1900.1890.1870.1850.1840.1820.1810.1790.1782000.1760.1750.1730.1720.1700.1690.1670.1660.1650.1632100.1620.1610.1590.1580.1570.1550.1540.1530.1520.1512200.1490.1480.1470.1460.1450.1440.1420.1410.1400.1392300.1380.1370.1360.1350.1340.1330.1320.1310.1300.1292400.1280.1270.1260.1250.1240.1230.1230.1220.1210.1202500.119—————————注:见表A-4注。41
表A-4d类截面轴心受压构件的稳定系数012345678901.0001.0000.9990.9990.9980.9960.9940.9920.9900.987100.9840.9810.9780.9740.9690.9650.9600.9550.9490.944200.9370.9270.9180.9090.9000.8910.8830.8740.8650.857300.8480.8400.8310.8230.8150.8070.7980.7900.7820.774400.7660.7580.7510.7430.7350.7270.7200.7120.7050.697500.6900.6820.6750.6680.6600.6530.6460.6390.6320.625600.6180.6110.6050.5980.5910.5850.5780.5710.5650.559700.5520.5460.5400.5340.5280.5210.5160.5100.5040.498800.4920.4870.4810.4760.4700.4650.4590.4540.4490.444900.4390.4340.4290.4240.4190.4140.4090.4050.4010.3971000.3930.3900.3860.3830.3800.3760.3730.3690.3660.3631100.3590.3560.3530.3500.3460.3430.3400.3370.3340.3311200.3280.3250.3220.3190.3160.3130.3100.3070.3040.3011300.2980.2960.2930.2900.2880.2850.2820.2800.2770.2751400.2720.2700.2670.2650.2620.2600.2570.2550.2530.2501500.2480.2460.2440.2420.2390.2370.2350.2330.2310.2291600.2270.2250.2230.2210.2190.2170.2150.2130.2110.2101700.2080.2060.2040.2020.2010.1990.1970.1960.1940.1921800.1910.1890.1870.1860.1840.1830.1810.1800.1780.1771900.1750.1740.1730.1710.1700.1680.1670.1660.1640.1632000.162—————————注:1表A-1至表A-4中的值按下列公式算得:当时:当时:2当构件的值超出表A-1至表A-4的范围时,则值按注1所列的公式计算。41
表A-5系数、、截面类别a类0.410.9860.152b类0.650.9650.3c类≤1.050.730.9060.595>1.051.2160.302d类≤1.051.350.8680.915>1.051.3750.43241
本规程用词说明1为便于在执行本规程条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:1)表示很严格,非这样做不可的:正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:正面词采用“应”,反面词采用“不应”或“不得”;3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先这样做的:正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”;4)表示有选择,在一定条件下可以这样做的,可采用“可”。2条文中指明应按其他有关标准执行的写法为:“应符合……的规定”或“应按……执行”。41
引用标准名录1、《钢结构设计规范》GB500172、《工程结构可靠性设计统一标准》GB501533、《建筑结构可靠度设计统一标准》GB500684、《钢结构工程施工质量验收规范》GB502055、《建筑结构荷载规范》GB500096、《建筑抗震设计规范》GB500117、《冷弯型钢结构技术规范》GB500188、《钢结构焊接规范》GB506619、《建筑结构设计术语和符号标准》GB/T5008310、《低合金高强度结构钢》GB/T159111、《建筑结构用钢板》GB/T1987912、《厚度方向性能钢板》GB/T531313、《耐候结构钢》GB/T417114、《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T70915、《热轧H型钢和剖分T型钢》GB/T1126316、《热强钢焊条》GB/T511817、《熔化焊用钢丝》GB/T1495718、《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T811019、《低合金钢药芯焊丝》GB/T1749320、《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》GB/T1247021、《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB/T122822、《钢结构用高强度大六角螺母》GB/T122923、《钢结构用高强度垫圈》GB/T123024、《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T123125、《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T363226、《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定第1部分:未涂覆过的钢材表面和全面清除原有涂层后的钢材表面的锈蚀等级和处理等级》41
GB/T8923.11、《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T3098.12、《热喷涂金属和其他无机覆盖层锌、铝及其合金》GB/T97933、《钢结构高强度螺栓连接技术规程》JGJ8241'
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