3.4 设计指标

3.4.1 本条对原规范规定的设计指标作了局部补充和修正，其原因是：
1 钢材的抗力分项系数γ_R有所调整。制定GBJ 17-88规范时，曾根据对TJ 17-74规范的校准β值和荷载分项系数用优化方法求得钢构件的抗力分项系数。此次对各牌号钢材的抗力分项系数γ_R值作出如下调整：对Q235钢，取γ_R＝1.087，与GBJ 17-88规范相同；对Q345钢、Q390钢、Q420钢，统一取γ_R＝1.111。这是由于当前的Q345钢(包括原标准中厚度较大的16Mn钢)、Q390钢和Q420钢的力学性能指标仍然处于统计资料不够充分的状况，此次修订时将原GBJ 17-88规范中16Mn钢的γ_R值由1.087改为1.111。
2 钢材和连接材料的国家标准已经更新。其中影响较大的变动是：现行钢材标准中按屈服强度不同的厚度分组已经改变，镇静钢的屈服强度已不再高于沸腾钢，其取值相同而各钢号的抗拉强度最小值f_u与厚度无关(旧标准的f_u按不同厚度取值)，普通螺栓已有国家标准，其常用钢号为4.6级和4.8级(C级)和5.6级与8.8级(A、B级)，不再用3号钢制作普通螺栓等等。
本规范中表3.4.1-1～表3.4.1-5的各项强度设计值是根据表3的换算关系并取5的整倍数而得。现将改变的主要内容介绍如下：

表3 强度设计值的换算关系

 

 

注：1 f_y为钢材或钢铸件的屈服点；f_u为钢材或钢铸件的最小抗拉强度；f^r_u为铆钉钢的抗拉强度；f^b_u为螺栓的抗拉强度(对普通螺栓为公称抗拉强度，对高强度螺栓为最小抗拉强度)；f^w_u为熔敷金属的抗拉强度。
2 见条文说明7.2.3条第3款。
1)将钢材厚度扩大到100mm，这是由于厚板使用日益广泛，同时亦与辅压稳定的d曲线相呼应，因d曲线用于t≥40mm的构件。但是厚板力学性能的统计资料尚不充分，在工程中使用时应注意厚板力学性能的复验。
2)焊缝强度设计值中，取消对接焊缝的“抗弯”强度设计值，这是因为抗弯中的受压部分属“抗压”，受拉部分按“抗拉”强度设计值取用。另外，E50型焊条熔敷金属的f^w_u＝490N/mm²已正好等于Q390钢的最小f_u值。按理Q390钢可用E50型焊条，但基于熔敷金属强度要略高于基本金属的原则，故规定Q390钢仍采用E55型焊条。Q420钢的f_u＝520N/mm²，用E55型焊条正合适。
表3.4.1-3注2是因为现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB 11345-89仅适用于厚度不小于8mm的钢材，施工单位亦认为厚度小于8mm的钢材，其对接焊缝用超声波检验的结果不大可靠。此时应采用X射线探伤，否则，t＜8mm钢材的对接焊缝其强度设计值只能按三级焊缝采用。
3)普通螺栓由于钢号改变，C级螺栓的f_u由370N/mm²改为400N/mm²，其抗剪和抗拉强度设计值是参照前苏联1981年规范确定的。C级螺栓的抗剪和承压强度设计值系指两个及以上螺栓的平均强度而言；当仅有一个螺栓时，其强度设计值可提高10％。A级与B级螺栓的等级(5.6级与8.8级)及其抗剪和抗拉强度设计值(一个或多个螺栓)亦是参照前苏联1981年规范取用的。
表3.4.1-4注1是为了提醒使用人员注意，根据现行国家标准GB/T 5782-2000将A级和B级螺栓的适用范围补上的。
4)增加了承压型连接高强度螺栓的抗拉强度设计值，其取值方法与普通螺栓相同。
5)铆钉连接在现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205中已无有关条文。鉴于在旧结构的修复工程中或有特殊需要处仍有可能遇到铆钉连接，故本规范予以保留。原规范(GBJ 17-88)在确定铆钉连接的承压强度f^r_c时，认为只与构件钢材强度有关，取f^r_c＝1.20f_u(Ⅰ类孔)或0.98f_u(Ⅱ类孔)为了避免钉杆先于孔壁破坏，故承压强度只列出构件为3号钢和16Mn钢的值。考虑到现行钢材标准中Q345钢的f_u＝470N/mm²，Q390钢的f_u＝490N/mm²，按此计算Q390钢Ⅰ类孔的f^r_c＝590N/mm²，还小于原规范中16Mn钢(t≤16mm)的f^r_c＝610N/mm²，故这次将Q390钢增加列入。
另外，表3.4.1-5中的数值是根据BL2铆钉(f^r_u＝335N/mm²)算得的，BL3铆钉(f^r_u＝370N/mm²)虽然强度较高，但塑性较差，在工程中亦不常用，为安全计，将其强度设计值取与BL2铆钉相同。
有关铆钉孔的分类，因无新的规定，仍按原规范不变。
其中碳钢铸件的强度设计值，由于资料不足，近来亦未见新的科研成果，故仍按原规范不变。所引国家标准GB/T 11352-89中虽还有ZG 340-640的牌号，但因其塑性太差(δ₅＝10％)，冲击功亦低(A_kv＝10J)，故未列入。
3.4.2 第3.4.1条所规定的强度设计值是结构处于正常工作情况下求得的，对一些工作情况处于不利的结构构件或连接，其强度设计值应乘以相应的折减系数，兹说明如下：
1 单面连接的受压单角钢稳定性。实际上，单面连接的受压单角钢是双向压弯的构件。为计算简便起见，习惯上将其作为轴心受压构件来计算，并用折减系数以考虑双向压弯的影响。
近年来，根据开口薄壁杆件几何非线性理论，应用有限单元法，并考虑残余应力、初弯曲等初始缺陷的影响，对单面连接的单角钢进行弹塑性阶段的稳定分析。这一理论分析方法得到了一系列实验结果的验证，证明具有足够的精确性。根据这一方法，可以得到本规范条文中规定的折减系数，即：
等边单角钢：0.6＋0.0015λ，但不大于1.0；
短边相连的不等边角钢：0.5＋0.0025λ，但不大于1.0；
长边相连的不等边角钢：0.70。
按上述规定的计算结果与理论值相比较见表4。

表4 单面连接单角钢压杆强度设计值折减系数与理论值的比较

(有关单面连接的受压单角钢研究参见沈祖炎写的“单角钢压杆的稳定计算”，载于《同济大学学报》，1982年3月)。
2　无垫板的单面施焊对接焊缝。一般对接焊缝都要求两面施焊或单面施焊后再补焊根。若受条件限制只能单面施焊，则应将坡口处留足间隙并加垫板(对钢管的环形对接焊缝则加垫环)才容易保证焊满焊件的全厚度。当单面施焊不加垫板时，焊缝将不能保证焊满，其强度设计值应乘以折减系数0.85。
3 施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接。当安装的连接部位离开地面或楼面较高，而施工时又没有临时的平台或吊框设施等，施工条件较差，焊缝和铆钉连接的质量难以保证，故其强度设计值需乘以折减系数0.90。
4　沉头和半沉头铆钉连接。沉头和半沉头铆钉与半圆头铆钉相比，其承载力较低，特别是其抵抗拉脱时的承载力较低，因而其强度设计值要乘以折减系数0.80。