4.4.1  本条为强制性条文。对于钢材强度的设计取值，本次修订在大量调研和试验的基础上，新增了Q460钢材；钢材强度设计值按板厚或直径的分组，遵照现行钢材标准进行修改；对抗力分项系数作了较大的调整和补充。

    1  调研工作的内容

    为配合《钢结构设计标准》修编，确定各类钢材抗力分项系数和强度设计值，调研和试验工作包括以下五个方面：

        1)收集整理大型工程如中央电视台新址工程、国贸三期、国家游泳馆、深圳证券大楼、石家庄开元环球中心、锦州国际会展中心、新加坡圣淘沙名胜世界等所用钢材的质检报告和钢材的复检报告，其中包括Q235、Q345、Q390、Q420和Q460钢。钢材生产年限从2004年到2009年，厚度范围为5mm～100mm(少量为100mm～135mm)，数据既包括力学性能，还包括化学元素含量等，总计为14608组；

        2)从钢材生产厂舞钢、湘钢、首钢、武钢、太钢、鞍钢、安阳、新余、济钢、宝钢征集指定钢材牌号、规定钢板厚度的拉伸试件，板厚范围为16mm～100mm，牌号为Q345、Q390、Q420和Q460钢，集中后统一由独立的第三方进行试验，在人员、设备和方法一致的条件下，获得公正客观的数据，力学和化学分析数据合计为557组；

        3)对影响材性不定性的试验因素(如加载速度和试验机柔度)进行系统的测试分析，以3种牌号钢材、3种板厚、3种加载速度、2种刚度的试验机为试验参数，共进行245件试验；

        4)通过十一家钢结构制造厂(安徽鸿路、安徽富煌、江苏沪宁、上海宝冶、宝钢钢构、浙江恒达、东南网架、杭萧钢构、二十二冶、鞍钢建设、中建阳光)，测定钢厂生产的钢板、型钢和钢结构厂制作构件的厚度和几何尺寸偏差，共计25578组，进行截面几何参数不定性统计分析；

        5)其他试验及统计分析，如延伸率、屈强比、裂纹敏感性指数和碳当量、硫含量及厚度方向断面收缩率等。

    独立的第三方试验数据和工程调研数据相互印证，能够反映我国钢材生产的真实水平，在各钢材牌号、厚度组别一致时，二者的屈服强度平均值、标准差、统计标准值接近，可以以工程调研和独立试验的组合数据作为钢结构设计标准确定抗力分项系数和强度设计指标的基础。

    2  钢材力学性能统计分析结果

    本次钢材力学性能数据和此前各次相比，其统计分布情况有新的变化，且更为复杂。各牌号钢材质量情况如下：

        1)Q235钢的屈服强度平均值比1988年统计有明显增加，但其标准差却成倍增加，屈服强度波动范围加大，统计标准值变化不大，整体质量水平比以前稍有下降；

        2)Q345钢在板厚小于或等于16mm时，屈服强度平均值比旧统计值稍有增加，波动区间增大，统计标准差略增，计算标准值反而有些下降；当板厚大于16mm且不超过35mm时，屈服强度平均值、标准差、标准值与原统计值十分接近，基本符合《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-1994标准要求，也接近《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-2008标准要求；板厚在大于35mm且不超过50mm时，屈服强度平均值、标准值已超过《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-1994标准，接近《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-2008标准要求；当板厚大于50mm且不超过100mm时，屈服强度平均值和标准值均较高，超过《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-1994标准，并达到《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-2008标准要求。由2004～2009年生产的Q345钢厚板统计数据表明，Q345的实际质量水平已接近或达到《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-2008材料标准；

        3)Q390钢各厚度组屈服强度平均值普遍较高，强度波动较小，变异系数也普遍较低，屈服强度统计标准值都高于钢材标准规定值，各项指标全都符合要求；

        4)Q420钢板厚分为35mm～50mm(不包括35mm)、50mm～100mm(不包括50mm)两组，钢厂质检数据和工程复检数据中存在一定数量屈服强度低于标准较多的数据，不仅屈服强度平均值低、标准差大，并且统计标准值普遍低于材料标准的规定值，是各牌号钢材中最差的一组，因而使抗力分项系数增大，强度设计值仅略大于Q390钢相应厚度组；

        5)Q460钢板厚分为35mm～50mm(不包括35mm)、50mm～100mm(不包括50mm)两组，也存在少量屈服强度略低于标准规定的数据，屈服强度平均值稍低，个别统计标准值低于材料标准的规定，就整体而言，已接近合格标准。

    国产Q420、Q460钢在建筑中应用仅几年时间，基本上满足了国内重大钢结构工程关键部位的需要，统计结果表明，产品还不能全面达到《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-2008的要求。钢厂质检和工地复检也出现了不合格的事例，总体水平还有待提高，在工程使用中应加强复检。

    3  抗力分项系数取值

    《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-1994编制时，用户曾要求提高16Mn钢的强度，并减小厚度组别的强度级差，当时因炼钢、轧制技术和管理方面的差距，没有仿照国外同类标准缩小级差。《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-2008修改了厚度组距，并明确了屈服强度为下屈服强度。Q345钢的屈服强度普遍提高，各厚度组的屈服强度级差降为10N/mm2，其中63mm～80mm(不包括63mm)厚度组的屈服强度由275N/mm2提高至315N/mm2；80mm～100mm(不包括80mm)厚度组的屈服强度由275N/mm2提高到300N/mm2，分别提高了14.5％和10.9％。由于Q390、Q420和Q460钢与《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-1994相比，除厚度组距变化外，屈服强度值并未变化，因此原统计分析结果仍可适用。本统计钢材都是2009年前生产的，独立试验取样的钢板也是2009年～2010年按《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-1994标准生产的。从统计结果看，在厚度为40mm～100mm(不包括40mm)范围内，工程调研、独立试验的屈服强度都较高，与《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-1994标准相比有一定余量，且已达到《低合金高强度结构钢》GB/T 1591-2008标准要求。基于各牌号钢材和各厚度组别调研和试验数据，按照现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的要求进行数理统计和可靠度分析，并考虑设计使用方便，最终确定钢材的抗力分项系数值(见表6)。

表6 Q235、Q345、Q390、Q420、Q460钢材抗力分项系数γR

    4  抗力分项系数变化原因分析

    根据国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001规定，本标准采用的最低可靠指标β值应为3.2，而原规范最低可靠指标β值可为3.2-0.25＝2.95。

    通过编程运算得出的抗力分项系数，一般以国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001新增加的荷载组合S＝1.35SGK＋1.4×0.7SQK在应力比ρ＝SGK/SQK＝0.25为最大。

    近年来，钢材屈服强度分布规律发生变化，突出表现在Q235、Q345钢屈服强度平均值提高的同时，离散性明显增大，变异系数成倍加大。而Q420、Q460钢厚板强度整体偏低，迫使增大抗力分项系数，还导致低合金钢及不同厚度组之间抗力分项系数有一定的差异。但为了方便设计使用，需要将其适当归并，为了保证安全度，归并后的抗力分项系数对于某些厚度组会偏大。

    钢板、型钢厚度负偏差情况较以往严重，在公称厚度较小时更为严重，存在超过现行国家标准《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T 709规定的现象。

    以上诸因素导致本次采用的抗力分项系数比《钢结构设计规范》GBJ 17-88(以下简称88版规范)和原规范普遍有所增大。

    本标准表4.4.1～表4.4.5的各项强度设计值是根据表7的换算关系并取5的修约成整倍数而得。

表7  强度设计值的换算关系

4.4.2  本条为新增条文，Q345GJ钢计算模式不定性KP的均值和变异系数仍采用88版规范16Mn的数据，故指标偏于保守。表4.4.2 Q345GJ钢抗力分项系数见表8。

表8 Q345GJ钢材料抗力分项系数

    根据国内Q345GJ钢强度设计值研究，提出了Q345GJ钢材的强度设计建议值(表9)，简要情况如下：

    2011年完成轴心受压构件足尺试验(试件12件)，计算模式不定性KP的均值和变异系数分别可取1.100和0.071；其抗力不定性的均值和变异系数经计算分别为1.15和0.09。2012年进行受弯构件足尺试验(试件32件)，试验数据稳定且优于预期。其计算模式不定性KP抗力不定性优于上述轴心受压构件。

     按照《结构可靠性总原则》(《General Principles on Relia-bility for Structures》)ISO 2394和现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的相关规定，材料性能、几何特征、计算模式三个主要影响因素的统计代表值均可通过Q345GJ试验获得。综合可靠性分析以后，出于慎重再将其分析结果适当降低，抗力分项系数取1.05，从而求得表9的数值，复核结果可靠度水平全部符合现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153和《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的强制规定。

表9 Q345GJ钢材的强度设计建议值(N/mm2)

    符合现行国家标准《建筑结构用钢板》GB/T 19879的GJ类钢材为高性能优质钢材，其性能明显好于符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700或《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的普通钢材，同等级GJ类钢材强度设计值理应高于普通钢材，戴国欣教授的研究结果也证明了这一点，但由于Q345GJ钢试件来源单一，数据量有限，因此本次修订暂不采用表9，当有可靠依据时，Q345GJ钢设计强度值可参考表9适当提高。

4.4.3  本条为新增强制性条文，由于现行国家标准《结构用无缝钢管》GB/T 8162中，钢管壁厚的分组、材料的屈服强度、抗拉强度均与现行国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T 1591有所不同，表4.4.3的强度设计值是由钢管材料标准中的屈服强度除以相应的抗力分项系数得出的。

4.4.4  本条为强制性条文。

4.4.5  本条为强制性条文，焊缝强度设计指标中，对接焊缝的抗拉强度采用了相匹配的焊条和焊丝二者的较小值。角焊缝的抗拉强度取对接焊缝的抗拉强度的58％。

4.4.6  本条为强制性条文，表中各项强度设计值的换算关系与原规范相同。增加了网架用高强度螺栓，螺栓球节点网架用的高强度螺栓的外形、连接副、受力机理、施工安装方法及强度设计值均与普钢钢结构用的高强度螺栓不同。增加了Q390钢作为锚栓，柱脚锚栓一般不能用于承受水平剪力(本标准第12.7.4条)；表中还增加了螺栓与Q460钢、Q345GJ钢构件连接的承压强度设计值，为适应钢结构抗震性能化设计要求增加了高强度螺栓的抗拉强度最小值。

    由于螺栓球网架一般采用根据内力选择螺栓的设计思路，因此螺栓球节点用高强度螺栓未给出抗拉强度最小值。高强度螺栓连接进入极限状态产生的破坏模式有两种：摩擦面滑移后螺栓螺杆和螺纹部分进入承压状态后出现螺栓或连接板剪切破坏。摩擦型连接和承压型连接在极限状态下破坏模式一致，因此，本标准给出的承压型高强度螺栓的抗拉强度最小值同样适用于摩擦型高强度螺栓连接。