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鋼結構作業守則-結構鋼材螺栓

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  • 螺栓
  • 普通螺栓

螺栓、螺母及墊圈應符合附錄 A1.3 所列認可標準和參考文獻中的規定。對於極限抗拉強度超過 1000N/mm2 的螺栓，除非有測試結果證明其可以用於

特定的設計用途，否則不可使用。

  • 高強摩擦錨夾螺栓或預緊螺栓

高強摩擦錨夾螺栓、螺母及墊圈應符合附錄 A1.3 所列認可標準和參考文獻中的規定。

9.3 節給予高強摩擦錨夾螺栓連接（包括繫緊程序）的設計規定。

鋼結構作業守則-結構鋼材避免脆裂

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3.1        避免脆裂

爲了避免脆裂，應確保結構裝配時並無顯著缺陷，及採用具有足夠韌性的鋼材，鋼材韌性性能可通過夏比衝擊測試來量化，測試時應考慮下列因素：

  • 最低使用溫度
  • 厚度
  • 鋼材強度等級
  • 結構細節的類型
  • 應力水平
  • 應變率或水平

此外，選擇焊接材料和焊接程序時應確保位於節點處的焊縫金屬和熱影響區鋼材的夏比衝擊測試特性等於或高於母材的最小值，參見 3.4 節。

在香港外露鋼框架中鋼材的最低使用溫度 Tmin 應取爲 0.1ºC。對於冷藏庫、承受異常低溫的部位或在其他國家建造的結構，Tmin 應取設計使用年限內鋼材可能受到的最低溫度。

選擇每一部件的鋼材品質使每一構件的厚度 t 滿足：

t £ Kt1

式中：

（3.1）

  • 爲考慮結構細節類型、總體應力水平、應力集中效應及應變情況的因數，參見表 3.8；

t1               在恰當的最低使用溫度 Tmin 時的厚度極限值。在已知鋼材強度等級和品質的情況下，t1 的值可按下式確定：

— 若 T27 J  £ Tmin ＋20ºC

(   )N ⎡ 355 ⎤1.4

t1  £ 50 1.2   ⎢Y ⎥                                                                 （3.2）

⎣   nom ⎦

— 若 T27 J  ³ Tmin ＋20ºC

(   ) ⎛ 35 + T     – T     ⎞⎡ 355 ⎤1.4

t £ 50 1.2 N ⎜

min

27 J ⎟⎢         ⎥                                    （3.3）

1                        ⎝          15           ⎠ Y

式中：

N = ⎛ Tmin – T27 J ⎞

⎣ nom ⎦

（3.4）

⎜                  ⎟

式中：

⎝      10       ⎠

Tmin       在結構設計使用年限內鋼材可能承受的最低使用溫度（單位：ºC）；

T27J       産品標準中規定的夏比測試最小衝擊值 Cv＝27J 時的試驗溫度（單位：ºC）。

Ynom       特定厚度下的名義屈服應力（單位：N/mm2），也可取為強度設計值

py。

表 3.7 列出了常見強度等級範圍內 t1 的值和 T27J 的值。

表 3.7  最低使用溫度(ºC)下的最大基本厚度 t1（mm）, 27J 夏比衝擊測試值和鋼材強度等級

強度等級 最小衝擊功 Cv＝27J 時夏比測試的特定溫度（ºC）
0 -20 -30 -50 -60
215 101 145 174 251 301
235 89 128 154 222 266
275 71 103 124 178 213
310 60 87 104 150 180
350 51 73 88 127 152
355 50 72 86 124 149
380 45 65 79 113 136
460 35 50 60 87 104

注：這些厚度值應乘上表 3.8 中適當的系數 K，以得到相應強度等級鋼材的實際容許厚度。

此外，構件的最大厚度（ｔ），不應大於該産品類型和強度等級的鋼材，在全部夏比測試衝擊功下的最大厚度，並符合附錄 A1.1 中關於特定鋼材産品的相關認可標準。

採用軋製型鋼時，t 和 t1 和系數 K 的選取都對應於橫截面上的同一元件，而最大厚度則對應於橫截面上厚度最大的元件。

表 3.8  關於細節構造類型、應力水平和應變情況的系數 K

  細部構造類型或位置 設計荷載作用下的拉力構件 不受拉力的構件
應力³ 0.3Ynom 應力< 0.3Ynom
簡單鋼材應用 2 3 4
鑽孔或擴孔 1.5 2 3
衝孔（無擴大） 1 1.5 2
焰割邊 1 1.5 2
普通焊接 1 1.5 2
部份熔透和角焊焊接 0.8 1 1.5
未加勁翼緣板的焊接 0.5 0.75 1
端部蓋板的焊接 0.5 0.75 1
注 1：  當要求構件在最低使用溫度下能承受顯著塑性變形時（如防撞護欄或吊車制動）， K 值應減半。 注 2： 出於使用位置和運輸安全的考慮，與柱相連的底板應僅採用名義焊接，及界定為簡單鋼材應用。 注 3： 長度不超過 150mm 的焊接部件不可界定爲蓋板。 注 4： 焊縫金屬和HAZ 的夏比衝擊功應當與母材相匹配。應通過焊接程序試驗來證明其符合此規定。


鋼結構作業守則-結構鋼材無合格證書的鋼材

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1.1.1    無合格證書的鋼材
y  

如要採用類別３無合格證書的鋼材，應確保無表面缺陷，及符合所有幾何誤差的規定，並僅可於鋼材特定物理特性及可焊性不會影響結構的強度和可用性的情形下使用。此類鋼材的強度設計值 p 可取為 170N/mm2，但必須通過附錄Ｄ１描述的測試來驗證。

無合格證書的鋼材不能應用於多層建築物的主要結構構件或單層大跨建築物的主要結構中。主要結構構件的定義是指直接支承於柱上的主樑，跨距超過 6m 的樑，承托超過 25m2 樓板面積的柱，以及抗側向力的結構體系中的構件。

無合格證書的鋼材僅用於以彈性設計方法進行分析和計算截面承載力的結構。除非充足的測試去證明此類鋼材的機械特性，化學成分及其硬度適合燒焊， 否則不能進行焊接，參見 3.1.2 條和附錄 D1。

1.1.2    厚度方向的特性

各材料標準提供了鋼材縱向和橫向強度設計值。當沿鋼材厚度方向的抗拉應力超過強度設計值的 90％時，需要根據附錄 A1.1 中認可的參考標準所定義的厚度方向的特性，加以驗證以確保結構的強度足夠。對於較厚的 T 形對接焊或較厚的雙面角焊節點，應規定及保證鋼材厚度方向的抗拉特性，從而降低層狀撕裂的危險（同時參見 9.2.1 條）。

鋼材要有延性及硬度以避免斷裂，在垂直表面方向上具有足夠的變形能力是十分重要的。

1.1.3    其他特性

進行分析時可能會用到的以下的鋼材特性： 彈性模量  E=205000N/mm2

剪切模量          G=E/[2(1+n )]

泊松比            n =0.3

線性熱膨脹系數    a =14×10-6/℃ 密度       7850 kg/m3

鋼結構作業守則-結構鋼材通強度鋼材的強度設計值

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1.1.1    普通強度鋼材的強度設計值

鋼材的強度設計值 py 如下：

g  

p = Ys 且不大於 Us

y

m1

式中：

g m2

Ys               為屈服強度（即屈服強度高限 ReH），定義爲鋼材出現明顯屈服點時的初始屈服應力；或者

當鋼材沒有明顯屈服點時，取 0.2％的試驗應力，即 Rp 0.2 ；及0.5％總伸長時的應力，即 Rt 0.5 ，兩者中的較小值。在有爭議的情況下應取 0.2%的屈服應力 Rp0.2。

Us               最小抗拉強度（Rm）。

g m1 和g m2

爲表 4.1 給予的材料分項系數。對於類別 1 和類別 1H 鋼材，g m1

取爲 1.0，g m2

取爲 1.2。（這些材料分項系數是最小值，強度設

計值不能超過各自材料標準的指定值。）

對於類別 1 鋼材常用強度等級和厚度，表 3.2 至 3.6 分別列出了根據歐盟 BS EN、中國 GBJ、美國 ASTM、澳洲 AS 和日本 JIS 標準規定的熱軋鋼材的強度設計值 py 。此外強度設計值 py ，也可根據相關産品標準中最小屈服和抗拉強度，從上述算式計算出來，參見附錄 A1.1。（強度設計值不能超過各自材料標準的指定值）

本作業守則要求鋼材供應商生產截面的尺寸，必須在他們標定的標稱尺寸及規定的正負偏差容限內，以及確保平均截面面積和特性至少爲標稱值。負責工程師應確保所有採用的鋼材都能符合此要求，否則在設計中應考慮由此引起的所有不利因素。

普通強度鋼材的基本規定爲：

  • 強度：

強度設計值應取最小屈服強度，且不大於最小抗拉強度除以 1.2。

  • 抵抗脆裂的能力：

為確保有足夠的韌性，鋼材在規定設計溫度下進行夏比衝擊測試的最小平均能量，應符合本作業守則 3.2 節中的要求。

  • 延性：


在標距爲 5.65 積。

  • 可焊性：

時，伸長率不小於 15％，其中 S0 爲截面的橫截面面

類別 1 的鋼材的化學成份以及最大的碳當量應分別符合附錄 A1.1 的參考材料標準。類別 2 及在焊接環境下的類別 3 的鋼材的最小化學成份要求如下：進行鐵水取板包樣分析時，最大的碳當量不應該超過 0.48%且碳含量不能超過 0.24%。在一般情況下，最大含硫量不應超過 0.03％， 最大含磷量不應超過 0.03％。當鋼材厚度品質（Z 品質）需要作出規範時，含硫量不應超過 0.01％。不同等級鋼材的化學成分應同時符合鋼材生産國家標準中的規定。

對於 11.1 至 11.6 中規定的冷成型開口鋼材及板材，只須符合 3.8.1.1 段和

3.8.1.2 段的強度和延性的基本規定便可。3.8.1.1 段給出了冷成型開口鋼材及板材的典型強度設計值。

對於 11.7 中所規定的冷成型空心鋼材，只需符合本條款所規定的強度及延

性的基本要求。冷彎鋼板樁則需滿足 11.8 中基本的強度和延性要求。

鋼結構作業守則-結構鋼材

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1.1       結構鋼材

1.1.1    概要

本節適用於下列其中一類別且強度設計值不超過 460N/mm2 的一般強度鋼材，作為設計建築物的建築材料：

類別 1： 符合附錄 A1.1 中的其中一項參考材料標準或 3.1.2 條所列的基本規定，並且由持有認可品質保證的廠商生産的鋼材。

類別 2： 未能符合附錄 A1.1 中的其中一項參考材料標準，不過由持有認可品質保證的廠商生産的鋼材。使用前需要對這些鋼材進行測試以確保其符合附錄 A1.1 中的其中一項參考標準。附錄 D1 列出了有關測試取樣率的規定。

類別 3： 無合格證書的鋼材；類別 1 和類別 2 以外的鋼材。使用前應對這些鋼材進行拉伸測試，以證明其能夠符合預期設計目的。附錄 D1 列出了有關測試取樣率的規定。這些材料的用途需加以規管和限制，參見

3.1.4 條。

  • 節適用於熱軋型鋼和冷成型鋼管，而 3.8 節適用於冷成型開口型鋼和壓型鋼板。

根據 3.1.3 條列出的額外規定和限制條件，本章還包含了一款由持有認可品質保證的廠商生産，屈服強度大於 460N/mm2 並不超過 690N/mm2 的高強鋼材類別：

類別 1H： 屈服強度大於 460N/mm2 但小於或等於 690N/mm2 並符合附錄 A1.1 所列的其中一項參考材料標準的高強鋼材。3.1.3 條列出了有關該類鋼材及供應商的基本規定。附錄 D1 列出了有關測試的規定。

類別 UH： 本章不適用於屈服強度大於 690N/mm2 的超高強鋼材。根據建築事務監督的批准，該類鋼材可以以高強拉桿或拉筋形式，用作螺栓拉力連接，或者其他用途。在此情況下，負責工程師應呈交建築事務監督完整的證明文件，以確保該鋼材能夠符合所有規定。

本作業守則包括彈性和塑性分析與設計。塑性分析和設計不適用於無合格證書或屈服強度大於 460N/mm2 的鋼材。在某些極限狀態情況，採用高強鋼材可能有利於其他鋼材，但對於改善壓曲承載能力，效果並不顯著。採用高強鋼材並不能改善疲勞和正常使用極限狀態下的性能。

於同一個建築項目中，採用同一廠商生產的鋼材是一個良好的做法。

表 3.1  強度等級總表

強度等級 類別 認可品質保證 符合有關參考材料 標準 附加測試要求 備註
Ys £ 460 1 Y Y N 一般用途
2 Y N Y 須測試滿意方可使用
3 N － Y 用途有所限制
460 < Ys £ 690 1H Y Y Y 須符合基本規定。 用途有所限制

注：相關材料標準可參照澳洲、中國、日本、美國和歐盟（英國版本）的認可標準。關於測試的數量及頻率，參見附錄D1。