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《高层民用建筑钢结构技术规程》

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公告

中华人民共和国行业标准

高层民用建筑钢结构技术规程

Technical specification for steel structure of tall building

JGJ 99-2015

批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部

施行日期:2016年5月1日

中华人民共和国住房和城乡建设部公告

第983号

住房城乡建设部关于发布行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》的公告

现批准《高层民用建筑钢结构技术规程》为行业标准,编号为JGJ 99-2015,自2016年5月1日起实施。其中,第3.6.1、3.7.1、3.7.3、5.2.4、5.3.1、5.4.5、6.1.5、6.4.1、6.4.2、6.4.3、6.4.4、7.5.2、7.5.3、8.8.1条为强制性条文,必须严格执行。原《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98同时废止。

本规程由我部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。

中华人民共和国住房和城乡建设部

2015年11月30日

前言


根据原建设部《关于印发<二〇〇四年度工程建设城建、建工行业标准制定、修订计划的通知>》(建标[2004]66号)的要求,规程编制组经广泛调查研究,认真总结工程实践经验,参考有关国际标准和国外先进标准,在广泛征求意见的基础上,修订了《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98。

本规程主要技术内容是:1.总则;2.术语和符号;3.结构设计基本规定;4.材料;5.荷载与作用;6.结构计算分析;7.钢构件设计;8.连接设计;9.制作和涂装;10.安装;11.抗火设计。

本规程修订的主要内容是:1.修改了适用范围;2.修改、补充了结构平面和立面规则性有关规定;3.调整了部分结构最大适用高度,增加了7度(0.15g)、8度(0.3g)抗震设防区房屋最大适用高度规定;4.增加了相邻楼层的侧向刚度比的规定;5.增加了抗震等级的规定;6.增加了结构抗震性能设计基本方法及抗连续倒塌设计基本要求;7.增加和修订了高性能钢材GJ钢和低合金高强度结构钢的力学性能指标;8.修改、补充了风荷载及地震作用有关内容;9.增加了结构刚重比的有关规定;10.修改、补充了框架柱计算长度的设计规定和框筒结构柱轴压比的限值;11.增加了伸臂桁架和腰桁架的有关规定;12.修改了构件连接强度的连接系数;13.修改了梁柱刚性连接的计算方法、设计规定和构造要求;14.修改了强柱弱梁的计算规定,增加了圆管柱和十字形截面柱的节点域有效体积的计算公式;15.修改了钢柱脚的计算方法和设计规定;16.增加了加强型的梁柱连接形式和骨式连接形式;17.增加了梁腹板与柱连接板采用焊接的有关内容;18.增加了钢板剪力墙、异形柱的制作允许偏差值的规定;19.增加了构件预拼装的有关内容。

本规程中以黑体字标志的条文为强制性条文,必须严格执行。

本规程由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释,由中国建筑标准设计研究院有限公司负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见和建议,请寄送中国建筑标准设计研究院有限公司(地址:北京市海淀区首体南路9号主语国际2号楼,邮编:100048)。

本规程主编单位:中国建筑标准设计研究院有限公司

本规程参编单位:哈尔滨工业大学

清华大学

浙江大学

同济大学

西安建筑科技大学

苏州科技大学

湖南大学

广州大学

中冶集团建筑研究总院

中国建筑科学研究院

宝钢钢构有限公司

中国新兴建设开发总公司钢结构工程公司

上海中巍结构设计事务所有限公司

浙江杭萧钢构股份有限公司

江苏沪宁钢机股份有限公司

深圳建升和钢结构建筑安装工程有限公司

浙江精工钢结构有限公司

舞阳钢铁有限责任公司

本规程主要起草人员:郁银泉 蔡益燕 钱稼茹 童根树 张耀春 李国强 柴昶 贺明玄 王康强 崔鸿超 舒兴平 苏明周 陈绍蕃 沈祖炎 王喆 张文元 孙飞飞 张艳明 顾强 周云 郭彦林 石永久 鲍广鉴 申林 何若全 胡天兵 宋文晶 李元齐 杨强跃 郭海山 易方民 常跃峰 王寅大 陈国栋 梁志远 刘中华 刘晓光 高继领

本规程主要审查人员:周绪红 范重 路克宽 娄宇 黄世敏 肖从真 徐永基 窦南华 冯远 戴国欣 方小丹 吴欣之 舒赣平 范懋达 贺贤娟 包联进

1总则

1.0.1 -1.0.2

1.0.1  为了在高层民用建筑中合理应用钢结构,做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量,制定本规程。


1.0.2  本规程适用于10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑钢结构的设计、制作与安装。非抗震设计和抗震设防烈度为6度至9度抗震设计的高层民用建筑钢结构,其适用的房屋最大高度和结构类型应符合本规程的有关规定。

  本规程不适用于建造在危险地段以及发震断裂最小避让距离内的高层民用建筑钢结构。


条文说明

1.0.1  本条是高层民用建筑工程中合理应用钢结构必须遵循的总方针。


1.0.2  《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98(以下简称98规程)没规定适用高度的下限。本次修订将适用范围修改为10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑,以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑,主要是为了设计人员便于掌握对规程的使用,同时也与我国现行有关标准协调。本条还规定,本规程不适用于建造在危险地段及发震断裂最小避让距离之内的高层民用建筑。大量地震震害及其他自然灾害表明,在危险地段及发震断裂最小避让距离之内建造房屋和构筑物较难幸免灾祸;我国也没有在危险地段和发震断裂的最小避让距离内建造高层民用建筑的工程实践经验和相应的研究成果,本规程也没有专门条款。发震断裂的最小避让距离应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定。

1.0.3 -1.0.5

1.0.3  高层民用建筑钢结构应注重概念设计,综合考虑建筑的使用功能、环境条件、材料供应、制作安装、施工条件因素,优先选用抗震抗风性能好且经济合理的结构体系、构件形式、连接构造和平立面布置。在抗震设计时,应保证结构的整体抗震性能,使整体结构具有必要的承载能力、刚度和延性。


1.0.4  抗震设计的高层民用建筑钢结构,当其房屋高度、规则性、结构类型等超过本规程的规定或抗震设防标准等有特殊要求时,可采用结构抗震性能化设计方法进行补充分析和论证。


1.0.5  高层民用建筑钢结构设计、制作与安装除应符合本规程外,尚应符合国家现行有关标准的规定。


条文说明

1.0.3  注重高层民用建筑钢结构的概念设计,保证结构的整体性,是国内外历次大地震及风灾的重要经验总结。概念设计及结构整体性能是决定高层民用建筑钢结构抗震、抗风性能的重要因素,若结构严重不规则,整体性差,则按目前的结构设计及计算技术水平,较难保证结构的抗震、抗风性能,尤其是抗震性能。


1.0.4  高层民用建筑采用抗震性能设计已是一种趋势。正确应用性能设计方法将有利于判断高层民用建筑钢结构的抗震性能,有针对性地加强结构的关键部位和薄弱部位,为发展安全、适用、经济的结构方案提供创造性的空间。本条提出了对有特殊要求的高层民用建筑钢结构可采用抗震性能设计方法进行分析和论证,具体的抗震性能设计方法见本规程第3.8节。

2术语和符号

条文说明

本章是根据标准编制要求增加的内容。
“高层民用建筑”是参照现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3的定义拟定的。
本规程中的“延性墙板”是指:带加劲肋的钢剪力墙板、无粘结内藏钢板支撑墙板和带竖缝混凝土剪力墙板。
“加强型连接”是使梁端预期出现的塑性铰外移,减小梁端的应力集中,防止梁端连接破坏的连接形式。本规程主要形式有:梁翼缘扩翼式、梁翼缘局部加宽式、梁翼缘盖板式和梁翼缘板式。
“骨式连接”是采用梁翼缘局部削弱来使预期塑性铰外移的梁柱连接形式。

2.1 术 语


2.1.1 -2.1.16

2.1.1  高层民用建筑  tall building

  10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑。


2.1.2  房屋高度  building height

  自室外地面至房屋主要屋面的高度,不包括突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。


2.1.3  框架  moment frame

  由柱和梁为主要构件组成的具有抗剪和抗弯能力的结构。


2.1.4  中心支撑框架  concentrically braced frame

  支撑杆件的工作线交汇于一点或多点,但相交构件的偏心距应小于最小连接构件的宽度,杆件主要承受轴心力。


2.1.5  偏心支撑框架  eccentrically braced frame

  支撑框架构件的杆件工作线不交汇于一点,支撑连接点的偏心距大于连接点处最小构件的宽度,可通过消能梁段耗能。


2.1.6  支撑斜杆  diagonal bracing

  承受轴力的斜杆,与框架结构协同作用以桁架形式抵抗侧向力。


2.1.7  消能梁段  link

  偏心支撑框架中,两根斜杆端部之间或一根斜杆端部与柱间的梁段。


2.1.8  屈曲约束支撑  buckling restrained brace

  支撑的屈曲受到套管的约束,能够确保支撑受压屈服前不屈曲的支撑,可作为耗能阻尼器或抗震支撑。


2.1.9  钢板剪力墙  steel plate shear wall

  将设置加劲肋或不设加劲肋的钢板作为抗侧力剪力墙,是通过拉力场提供承载能力。


2.1.10  无粘结内藏钢板支撑墙板  shear wall with unbonded bracing inside

  以钢板条为支撑,外包混凝土墙板为约束构件的屈曲约束支撑墙板。


2.1.11  带竖缝混凝土剪力墙  slitted reinforced  concrete shear wall

  将带有一段竖缝的钢筋混凝土墙板作为抗侧力剪力墙,是通过竖缝墙段的抗弯屈服提供承载能力。


2.1.12  延性墙板  shear wall with refined ductility

  具有良好延性和抗震性能的墙板。本规程特指:带加劲肋的钢板剪力墙,无粘结内藏钢板支撑墙板、带竖缝混凝土剪力墙。


2.1.13  加强型连接  strengthened beam-to-column connection

  采用梁端翼缘扩大或设置盖板等形式的梁与柱刚性连接。


2.1.14  骨式连接  dog-bone beam-to-column connection

  将梁翼缘局部削弱的一种梁柱连接形式。


2.1.15  结构抗震性能水准  seismic performance levels of structure

  对结构震后损坏状况及继续使用可能性等抗震性能的界定。


2.1.16  结构抗震性能设计  performance-based seismic design of structure

  针对不同的地震地面运动水准设定的结构抗震性能水准。

2.2 符号

2.2.1-2.2.4

2.2.1 作用和作用效应

a——加速度;

F——地震作用标准值;

G——重力荷载代表值;

H——水平力;

M——弯矩设计值;

N——轴心压力设计值;

Q——重力荷载设计值;

S——作用效应设计值;

T——周期;温度;

V——剪力设计值;

v——风速。


2.2.2 材料指标

c——比热;

E——弹性模量;

f——钢材抗拉、抗压、抗弯强度设计值;

fbc、fbt、fbv——螺栓承压、抗拉、抗剪强度设计值;

fwc、fwt、fwv——对接焊缝抗压、抗拉、抗剪强度设计值;

fce——钢材端面承压强度设计值;

fck、ftk——混凝土轴心抗压、抗拉强度标准值;

fbcu——螺栓连接板件的极限承压强度;

fwf——角焊缝抗拉、抗压、抗剪强度设计值;

ft——混凝土轴心抗拉强度设计值;

fat——锚栓抗拉强度设计值;

fu——钢材抗拉强度最小值;

fbu——螺栓钢材的抗拉强度最小值;

fv——钢材抗剪强度设计值;

fy——钢材屈服强度;

G——剪切模量;

Mlp——消能梁段的全塑性受弯承载力;

Mpb——梁的全塑性受弯承载力;

Mpc——考虑轴力时,柱的全塑性受弯承载力;

Mu——极限受弯承载力;

NE——欧拉临界力;

Ny——构件的轴向屈服承载力;

Nat——单根锚栓受拉承载力设计值;

Nbt、Nbv——高强度螺栓仅承受拉力、剪力时,抗拉、抗剪承载力设计值;

Nbvu、Nbcu——1个高强度螺栓的极限受剪承载力和对应的板件极限承载力;

R——构件承载力设计值;

Vl、Vlc——消能梁段不计入轴力影响和计入轴力影响的受剪承载力;

Vu——受剪承载力;

ρ——材料密度。


2.2.3 几何参数

A——毛截面面积;

Abe——螺栓螺纹处的有效截面面积;

d——螺栓杆公称直径;

h0b——梁腹板高度,自翼缘中心线算起;

h0c——柱腹板高度,自翼缘中心线算起;

I——毛截面惯性矩;

Ie——有效截面惯性矩;

K1、K2——汇交于柱上端、下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值;

S——面积矩;

t——厚度;

Vp——节点域有效体积;

W——毛截面模量;

We——有效截面模量;

Wn、Wnp——净截面模量;塑性净截面模量;

Wp——塑性截面模量。


2.2.4 系数

α——连接系数;

αmax、αvmax——水平、竖向地震影响系数最大值;

γ0——结构重要性系数;

γRE——承载力抗震调整系数;

γx——截面塑性发展系数;

φ——轴心受压构件的稳定系数;

φb、φ′b——钢梁整体稳定系数;

λ——构件长细比;

λn——正则化长细比;

μ——计算长度系数;

ξ——阻尼比。

3结构设计基本规定

3.1 一般规定

3.1.1

高层民用建筑的抗震设防烈度必须按国家审批、颁发的文件确定。一般情况下,抗震设防烈度应采用根据中国地震动参数区划图确定的地震基本烈度。

条文说明

3.1.1  抗震设防烈度是按国家规定权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度,一般情况下取50年内超越概率为10%的地震烈度,我国目前分为6、7、8、9度,与设计基本加速度一一对应,见表1。
      表1  抗震设防烈度和设计基本地震加速度值的对应关系

3.1.2

抗震设计的高层民用建筑,应按现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223的规定确定其抗震设防类别。本规程中的甲类建筑、乙类建筑、丙类建筑分别为现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223中的特殊设防类、重点设防类、标准设防类的简称。


条文说明

3.1.2  建筑工程的抗震设防分类,是根据建筑遭遇地震破坏后,可能造成人员伤亡、直接和间接经济损失、社会影响程度以及建筑在抗震救灾中的作用等因素,对各类建筑所作的抗震设防类别划分。根据高层民用建筑钢结构的特点,具体分为特殊设防类、重点设防类、标准设防类,分别简称甲类、乙类和丙类。建筑抗震设防分类的划分应符合现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223的规定。

3.1.3 -3.1.4

3.1.3  抗震设计的高层民用建筑的结构体系应符合下列规定:

  1  应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径;

  2  应具有必要的承载能力,足够大的刚度,良好的变形能力和消耗地震能量的能力;

  3  应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力;

  4  对可能出现的薄弱部位,应采取有效的加强措施。


3.1.4  高层民用建筑的结构体系尚宜符合下列规定:

  1  结构的竖向和水平布置宜使结构具有合理的刚度和承载力分布,避免因刚度和承载力突变或结构扭转效应而形成薄弱部位;

  2  抗震设计时宜具有多道防线。

条文说明

3.1.3、3.1.4  这两条强调了高层民用建筑钢结构概念设计原则,宜采用规则的结构,不应采用严重不规则的结构。
规则结构一般指:体型(平面和立面)规则,结构平面布置均匀,对称并具有较好的抗扭刚度;结构竖向布置均匀,结构的刚度、承载力和质量分布均匀、无突变。
实际工程设计中,要使结构方案规则往往比较困难,有时会出现平面或竖向布置不规则的情况。本规程第3.3.1条~第3.3.4条分别对结构平面布置及竖向布置的不规则性提出了限制条件。若结构方案中仅有个别项目超过了条款中的规定,此结构属不规则结构,但仍按本规程的有关规定进行计算和采取相应的构造措施;若结构方案中有多项超过了条款中的规定或某一项超过较多,此结构属特别不规则结构,应尽量避免。若结构方案中有多项超过了条款中的规定而且超过较多,则此结构属严重不规则结构,必须对结构方案进行调整。
无论采用何种钢结构体系,结构的平面和竖向布置都应使结构具有合理的刚度、质量和承载力分布,避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位;对可能出现的薄弱部位,在设计中应采取有效措施,增强其抗震能力;结构宜具有多道防线,避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受水平风荷载、地震作用和重力荷载的能力。

3.1.5 -3.1.6

3.1.5  高层民用建筑的填充墙、隔墙等非结构构件宜采用轻质板材,应与主体结构可靠连接。房屋高度不低于150m的高层民用建筑外墙宜采用建筑幕墙。


3.1.6  高层民用建筑钢结构构件的钢板厚度不宜大于100mm。

条文说明

3.1.5  高层民用建筑钢结构层数较高,减轻填充墙体的自重是减轻结构总重量的有效措施,而且轻质板材容易实现与主体结构的连接构造,能适应钢结构层间位移角相对大的特点,减轻或防止其发生破坏。非承重墙体无论与主体结构采用刚性连接还是柔性连接,都应按非结构构件进行抗震设计。
幕墙包覆主体结构而使主体结构免受外界温度变化的影响,有效地减少了主体结构温度变化的不利影响。


3.1.6  自98规程公布以来,高层民用建筑钢结构和大跨度空间结构中,钢板厚度突破100mm的已不少见,但厚板不但制作安装难度较大,而且连接部位焊后受力复杂,作为设计标准仍希望大多数高层民用建筑钢结构将板厚控制在100mm以内,因此保留此规定,确有必要时可采用厚度大于100mm的钢板。

3.2 结构体系和选型

3.2.1

 高层民用建筑钢结构可采用下列结构体系:

  1  框架结构;

  2  框架-支撑结构:包括框架-中心支撑、框架-偏心支撑和框架-屈曲约束支撑结构;

  3  框架-延性墙板结构;

  4  筒体结构:包括框筒、筒中筒、桁架筒和束筒结构;

  5  巨型框架结构。

条文说明

3.2.1  高层民用建筑钢结构应根据房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别和施工技术条件等因素考虑其适宜的钢结构体系。
高层民用建筑钢结构采用的结构体系有:框架、框架-支撑体系、框架-延性墙板体系、筒体和巨型框架体系。这里所说的框架是具有抗弯能力的钢框架;框架-支撑体系中的支撑在设计中可采用中心支撑、偏心支撑和屈曲约束支撑;框架-延性墙板体系中的延性墙板主要指钢板剪力墙、无粘结内藏钢板支撑剪力墙板和内嵌竖缝混凝土剪力墙板等。筒体体系包括框筒、筒中筒、桁架筒、束筒,这些筒体采用钢结构容易实现。巨型框架主要是由巨型柱和巨型梁(桁架)组成的结构。

3.2.2

非抗震设计和抗震设防烈度为6度至9度的乙类和丙类高层民用建筑钢结构适用的最大高度应符合表3.2.2的规定。

表3.2.2  高层民用建筑钢结构适用的最大高度(m)

注:1  房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分);

      2  超过表内高度的房屋,应进行专门研究和论证,采取有效的加强措施;

      3  表内筒体不包括混凝土筒;

      4  框架柱包括全钢柱和钢管混凝土柱;

      5  甲类建筑,6、7、8度时宜按本地区抗震设防烈度提高1度后符合本表要求,9度时应专门研究。

条文说明

3.2.2  将框架-偏心支撑(延性墙板)单列,有利于促进它的推广应用。筒体和巨型框架以及框架-偏心支撑的适用最大高度,与国内现有建筑已达到的高度相比是保守的。AISC抗震规程对C抗震等级(大致相当于我国0.10g以下)的结构,不要求执行规定的抗震构造措施,明显放宽。据此,有必要对7度按设计加速度划分。对8度也按设计加速度作了划分。
对框架柱在附注中列明为全钢柱和钢管混凝土柱两种,以适合钢结构设计的需要。

3.2.3

高层民用建筑钢结构的高宽比不宜大于表3.2.3的规定。

表3.2.3  高层民用建筑钢结构适用的最大高宽比

 注:1  计算高宽比的高度从室外地面算起;

      2  当塔形建筑底部有大底盘时,计算高宽比的高度从大底盘顶部算起。

条文说明

3.2.3  高层民用建筑的高宽比,是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制;在结构设计满足本规程规定的承载力、稳定、抗倾覆、变形和舒适度等基本要求后,仅从结构安全角度讲高宽比限值不是必须满足的,主要影响结构设计的经济性。
98规程建议的高宽比限值参考了20世纪国外主要超高层建筑,本次根据发展情况作了相应修订。同时为方便大底盘高层民用建筑钢结构高宽比的计算,规定了底部有大底盘的房屋高度取法。设计人员可根据大底盘的实际情况合理确定。

3.2.4

房屋高度不超过50m的高层民用建筑可采用框架、框架-中心支撑或其他体系的结构;超过50m的高层民用建筑,8、9度时宜采用框架-偏心支撑、框架-延性墙板或屈曲约束支撑等结构。高层民用建筑钢结构不应采用单跨框架结构。


条文说明

3.2.4  本条按房屋高度和设防烈度给出了高层民用建筑钢结构房屋的结构选型要求。本次修订又增加了高层民用建筑钢结构不应采用单跨框架结构的要求。

3.3 建筑形体及结构布置的规则性

3.3.1

高层民用建筑钢结构的建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑方案应按规定采取加强措施;特别不规则的建筑方案应进行专门研究和论证,采用特别的加强措施;严重不规则的建筑方案不应采用。


条文说明

3.3.1  本条主要针对建筑方案的规则性提出了要求。建筑形体和结构布置应根据抗震概念设计划分为规则和不规则两大类;对于具有不规则的建筑,针对其不规则的具体情况,明确提出不同的要求;强调应避免采用严重不规则的设计方案。

3.3.2

高层民用建筑钢结构及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,并应具有良好的整体性;建筑的立面和竖向剖面宜规则,结构的侧向刚度沿高度宜均匀变化,竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小,应避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。建筑形体及其结构布置的平面、竖向不规则性,应按下列规定划分:

  1  高层民用建筑存在表3.3.2-1所列的某项平面不规则类型或表3.3.2-2所列的某项竖向不规则类型以及类似的不规则类型,应属于不规则的建筑。

  2  当存在多项不规则或某项不规则超过规定的参考指标较多时,应属于特别不规则的建筑。

表3.3.2-1  平面不规则的主要类型

表3.3.2-2  竖向不规则的主要类型


条文说明

3.3.2  本条结构布置要求、不规则定义和参考指标,与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定基本一致,只是作了文字修改,进一步明确了扭转位移比的含义和保留了偏心布置的不规则类型,偏心率的计算按本规程附录A的规定进行。在计算不规则项数时,表3.3.2-1中扭转不规则和偏心布置不重复计算。

3.3.3

 不规则高层民用建筑应按下列要求进行水平地震作用计算和内力调整,并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施:

  1  平面不规则而竖向规则的建筑,应采用空间结构计算模型,并应符合下列规定:

      1)扭转不规则或偏心布置时,应计入扭转影响,在规定的水平力及偶然偏心作用下,楼层两端弹性水平位移(或层间位移)的最大值与其平均值的比值不宜大于1.5,当最大层间位移角远小于规程限值时,可适当放宽。

      2)凹凸不规则或楼板局部不连续时,应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型;高烈度或不规则程度较大时,宜计入楼板局部变形的影响。

      3)平面不对称且凹凸不规则或局部不连续时,可根据实际情况分块计算扭转位移比,对扭转较大的部位应采用局部的内力增大。

  2  平面规则而竖向不规则的高层民用建筑,应采用空间结构计算模型,侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变的楼层,其对应于地震作用标准值的剪力应乘以不小于1.15的增大系数,应按本规程有关规定进行弹塑性变形分析,并应符合下列规定:

      1)竖向抗侧力构件不连续时,该构件传递给水平转换构件的地震内力应根据烈度高低和水平转换构件的类型、受力情况、几何尺寸等,乘以1.25~2.0的增大系数;

      2)侧向刚度不规则时,相邻层的侧向刚度比应依据其结构类型符合本规程第3.3.10条的规定;

      3)楼层承载力突变时,薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%。

  3  平面不规则且竖向不规则的高层民用建筑,应根据不规则类型的数量和程度,有针对性地采取不低于本条第1、2款要求的各项抗震措施。特别不规则时,应经专门研究,采取更有效的加强措施或对薄弱部位采用相应的抗震性能化设计方法。

条文说明

3.3.3  按不规则类型的数量和程度,采取了不同的抗震措施。不规则的程度和设计的上限控制,可根据设防烈度的高低适当调整。对于特别不规则的结构应进行专门研究。本条与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定一致。

3.3.4

高层民用建筑宜不设防震缝;体型复杂、平立面不规则的建筑,应根据不规则程度、地基基础等因素,确定是否设防震缝;当在适当部位设置防震缝时,宜形成多个较规则的抗侧力结构单元。

条文说明

3.3.4  提倡避免采用不规则建筑结构方案,不设防震缝。对体型复杂的建筑可分具体情况决定是否设防震缝。总体倾向是:可设缝、可不设缝时,不设缝。设置防震缝可使结构抗震分析模型较为简单,容易估计其地震作用和采取抗震措施,但需考虑扭转地震效应,并按本规程的规定确定缝宽。当不设置防震缝时,结构分析模型复杂,连接处局部应力集中需要加强,而且需仔细估计地震扭转效应等可能导致的不利影响。

3.3.5 -3.3.7

3.3.5  防震缝应根据抗震设防烈度、结构类型、结构单元的高度和高差情况,留有足够的宽度,其上部结构应完全分开;防震缝的宽度不应小于钢筋混凝土框架结构缝宽的1.5倍。


3.3.6  抗震设计的框架-支撑、框架-延性墙板结构中,支撑、延性墙板宜沿建筑高度竖向连续布置,并应延伸至计算嵌固端。除底部楼层和伸臂桁架所在楼层外,支撑的形式和布置沿建筑竖向宜一致。


3.3.7  高层民用建筑,宜采用有利于减小横风向振动影响的建筑形体。


条文说明

3.3.5  本条规定了防震缝设置的要求和防震缝宽度的最小值。


3.3.6  抗剪支撑在竖向连续布置,结构的受力和层间刚度变化都比较均匀,现有工程中基本上都采用竖向连续布置的方法。建筑底部的楼层刚度较大,顶层不受层间刚度比规定的限制,这是参考国外有关规定制订的。在竖向支撑桁架与刚性伸臂相交处,照例都是保持刚性伸臂连续,以发挥其水平刚臂的作用。


3.3.7  高层民用建筑钢结构的刚度较小,容易出现对舒适度不利的横风向振动,通过采用合适的建筑形体,可减小横风向振动的影响。


3.3.8 -3.3.9

3.3.8  高层民用建筑钢结构楼盖应符合下列规定:

  1  宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板、现浇钢筋桁架混凝土楼板或钢筋混凝土楼板,楼板应与钢梁有可靠连接;

  2  6、7度时房屋高度不超过50m的高层民用建筑,尚可采用装配整体式钢筋混凝土楼板,也可采用装配式楼板或其他轻型楼盖,应将楼板预埋件与钢梁焊接,或采取其他措施保证楼板的整体性;

  3  对转换楼层楼盖或楼板有大洞口等情况,宜在楼板内设置钢水平支撑。


3.3.9  建筑物中有较大的中庭时,可在中庭的上端楼层用水平桁架将中庭开口连接,或采取其他增强结构抗扭刚度的有效措施。


条文说明

3.3.8  压型钢板现浇钢筋混凝土楼板、现浇钢筋桁架混凝土楼板,整体刚度大,施工方便,是高层民用建筑钢结构楼板的主要形式。这里指的压型钢板是各种由钢板制成的楼承板的泛指。为加强建筑的抗震整体性,6、7度地区超过50m以及8度及以上地区的高层民用建筑钢结构,不应采用装配式楼板或其他轻型楼盖。


3.3.9  在多功能的高层民用建筑中,上部常常要求设置旅馆或者公寓,但这类房间的进深不能太大,因而必需设置中庭,在中庭上下端设置水平桁架是加强刚度的比较好的方法。

3.3.10

抗震设计时,高层民用建筑相邻楼层的侧向刚度变化应符合下列规定:

  1  对框架结构,楼层与其相邻上层的侧向刚度比γ1可按式(3.3.10-1)计算,且本层与相邻上层的比值不宜小于0.7,与相邻上部三层刚度平均值的比值不宜小于0.8。

                             

式中:γ1——楼层侧向刚度比;

        Vi、Vi+1——第i层和第i+1层的地震剪力标准值(kN);

        △i、△i+1——第i层和第i+1层在地震作用标准值作用下的层间位移(m)。

  2  对框架-支撑结构、框架-延性墙板结构、筒体结构和巨型框架结构,楼层与其相邻上层的侧向刚度比γ2可按式(3.3.10-2)计算,且本层与相邻上层的比值不宜小于0.9;当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时,该比值不宜小于1.1;对结构底部嵌固层,该比值不宜小于1.5。

               

式中:γ2——考虑层高修正的楼层侧向刚度比;

        hi、hi+1——第i层和第i+1层的层高(m)。

条文说明

3.3.10  正常设计的高层民用建筑下部楼层侧向刚度宜大于上部楼层的侧向刚度,否则变形会集中于侧向刚度小的下部楼层而形成结构软弱层,所以应对下层与相邻上层的侧向刚度比值进行限制。
本次修订,参照现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3的相关规定增补了此条。

3.4 地基、基础和地下室

3.4.1 -3.4.3

3.4.1  高层民用建筑钢结构的基础形式,应根据上部结构情况、地下室情况、工程地质、施工条件等综合确定,宜选用筏基、箱基、桩筏基础。当基岩较浅、基础埋深不符合要求时,应验算基础抗拔。


3.4.2  钢框架柱应至少延伸至计算嵌固端以下一层,并且宜采用钢骨混凝土柱,以下可采用钢筋混凝土柱。基础埋深宜一致。


3.4.3  房屋高度超过50m的高层民用建筑宜设置地下室。采用天然地基时,基础埋置深度不宜小于房屋总高度的1/15;采用桩基时,不宜小于房屋总高度的1/20。


条文说明

3.4.1  筏基、箱基、桩筏基础是高层民用建筑常用的基础形式,可根据具体情况选用。


3.4.2  钢框架柱延伸至计算嵌固端以下一层,可作为柱脚;框架柱的竖向荷载宜直接传给基础。


3.4.3  规定基础最小埋置深度,目的是使基础有足够大的抗倾覆能力。抗震设防烈度高时埋置深度应取较大值。

3.4.4-3.4.6

3.4.4  当主楼与裙房之间设置沉降缝时,应采用粗砂等松散材料将沉降缝地面以下部分填实;当不设沉降缝时,施工中宜设后浇带。


3.4.5  高层民用建筑钢结构与钢筋混凝土基础或地下室的钢筋混凝土结构层之间,宜设置钢骨混凝土过渡层。


3.4.6  在重力荷载与水平荷载标准值或重力荷载代表值与多遇水平地震作用标准值共同作用下,高宽比大于4时基础底面不宜出现零应力区;高宽比不大于4时,基础底面与基础之间零应力区面积不应超过基础底面积的15%。质量偏心较大的裙楼和主楼,可分别计算基底应力。


条文说明

3.4.4  用粗砂等将沉降缝地面以下部分填实的目的是确保主楼基础四周的可靠侧向约束。


3.4.5  高层民用建筑钢结构下部若干层采用钢骨混凝土结构是日本常用做法,它将上部钢结构与钢筋混凝土基础连成整体,使传力均匀,并使框架柱下端完全固定,对结构受力有利。


3.4.6  为使高层民用建筑钢结构在水平力和竖向荷载作用下,其地基压应力不致过于集中,对基础底面压应力较小一端的应力状态作了限制。同时,满足本条规定时,高层民用建筑钢结构的抗倾覆能力有足够的安全储备,不需再验算结构的整体倾覆。对裙楼和主楼质量偏心较大的高层民用建筑,裙楼与主楼可分别进行基底应力验算。

3.5 水平位移限值和舒适度要求

3.5.1-3.5.2

3.5.1  在正常使用条件下,高层民用建筑钢结构应具有足够的刚度,避免产生过大的位移而影响结构的承载能力、稳定性和使用要求。


3.5.2  在风荷载或多遇地震标准值作用下,按弹性方法计算的楼层层间最大水平位移与层高之比不宜大于1/250。


条文说明

3.5.1  高层民用建筑层数多,高度大,为保证高层民用建筑钢结构具有必要的刚度,应对其楼层位移加以控制。侧向位移控制实际上是对构件截面大小,刚度大小的一个宏观指标。

在正常情况下,限制高层民用建筑钢结构层间位移的主要目的有:一是保证主体结构基本处于弹性受力状态;二是保证填充墙板,隔墙和幕墙等非结构构件的完好,避免产生明显损伤。


3.5.2  本规程采用层间位移角作为刚度控制指标,不扣除整体弯曲转角产生的侧移。本次修订采用了现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的层间位移角限值。

3.5.3 -3.5.4

3.5.3  高层民用建筑钢结构在罕遇地震作用下的薄弱层弹塑性变形验算,应符合下列规定:

  1  下列结构应进行弹塑性变形验算:

      1)甲类建筑和9度抗震设防的乙类建筑;

      2)采用隔震和消能减震设计的建筑结构;

      3)房屋高度大于150m的结构。

  2  下列结构宜进行弹塑性变形验算:

      1)本规程表5.3.2所列高度范围且为竖向不规则类型的高层民用建筑钢结构;

      2)7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度时乙类建筑。


3.5.4  高层民用建筑钢结构薄弱层或薄弱部位弹塑性层间位移不应大于层高的1/50。

条文说明

3.5.3  震害表明,结构如果存在薄弱层,在强烈地震作用下,结构薄弱部位将产生较大的弹塑性变形,会引起结构严重破坏甚至倒塌。本条对不同高层民用建筑钢结构的薄弱层弹塑性变形验算提出了不同要求,第1款所列的结构应进行弹塑性变形验算,第2款所列的结构必要时宜进行弹塑性变形验算。

3.5.5

房屋高度不小于150m的高层民用建筑钢结构应满足风振舒适度要求。在现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009规定的10年一遇的风荷载标准值作用下,结构顶点的顺风向和横风向振动最大加速度计算值不应大于表3.5.5的限值。结构顶点的顺风向和横风向振动最大加速度,可按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定计算,也可通过风洞试验结果判断确定。计算时钢结构阻尼比宜取0.01~0.015。

表3.5.5  结构顶点的顺风向和横风向风振加速度限值

条文说明

3.5.5  对照国外的研究成果和有关标准,要求高层民用建筑钢结构应具有良好的使用条件,满足舒适度的要求。按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009规定的10年一遇的风荷载取值计算或进行风洞试验确定的结构顶点最大加速度a1im不应超过本规程表3.5.5的限值。这限值未变,主要是考虑计算舒适度时结构阻尼比的取值影响较大,一般情况下,对房屋高度小于100m的钢结构阻尼比取0.015,对房屋高度大于100m的钢结构阻尼比取0.01。
高层民用建筑的风振反应加速度包括顺风向的最大加速度、横风向最大加速度和扭转角速度。
关于顺风向最大加速度和横风向最大加速度的研究工作虽然较多,但各国的计算方法并不统一,互相之间也存在明显的差异。本次修订取消了98规程的计算公式,建议可按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的相关规定进行计算。

3.5.6

 圆筒形高层民用建筑顶部风速不应大于临界风速,当大于临界风速时,应进行横风向涡流脱落试验或增大结构刚度。顶部风速、临界风速应按下列公式验算:

式中:vn——圆筒形高层民用建筑顶部风速(m/s);

        μz——风压高度变化系数;

        w0——基本风压(kN/m2),按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定取用;

        vcr——临界风速(m/s);

        D——圆筒形建筑的直径(m);

        T1——圆筒形建筑的基本自振周期(s)。

条文说明

3.5.6  圆筒形高层民用建筑有时会发生横风向的涡流共振现象,此种振动较为显著,但设计是不允许出现横风向共振的,应予避免。一般情况下,设计中用房屋建筑顶部风速来控制,如果不能满足这一条件,一般可采用增加刚度使自振周期减小来提高临界风速,或者横风向涡流脱落共振验算,其方法可参考结构风工程著作,本条不作规定。

3.5.7

楼盖结构应具有适宜的舒适度。楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz,竖向振动加速度峰值不应大于表3.5.7的限值。楼盖结构竖向振动加速度可按现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3的有关规定计算。

表3.5.7  楼盖竖向振动加速度限值

注:楼盖结构竖向频率为2Hz~4Hz时,峰值加速度限值可按线性插值选取。

条文说明

3.5.7  本条主要针对大跨度楼盖结构。楼盖结构舒适度控制已成为钢结构设计的重要工作内容。
对于钢-混凝土组合楼盖结构,一般情况下,楼盖结构竖向频率不宜小于3Hz。以保证结构具有适宜的舒适度,避免跳跃时周围人群的不舒适。一般住宅、办公、商业建筑楼盖结构的竖向频率小于3Hz时,需验算竖向振动加速度。

3.6 构件承载力设计

3.6.1 已废止

【本条自2022年1月1日起废止】高层民用建筑钢结构构件的承载力应按下列公式验算:

式中:γ0——结构重要性系数,对安全等级为一级的结构构件不应小于1.1,对安全等级为二级的结构构件不应小于1.0;

        Sd——作用组合的效应设计值;

        Rd——构件承载力设计值;

        γRE——构件承载力抗震调整系数。结构构件和连接强度计算时取0.75;柱和支撑稳定计算时取0.8;当仅计算竖向地震作用时取1.0。

条文说明

3.6.1  本条是高层民用建筑钢结构构件承载力设计的原则规定,采用了以概率理论为基础、以可靠指标度量结构可靠度、以分项系数表达的设计方法。本条针对持久设计状况、短暂设计状况和地震设计状况下构件的承载力极限状态设计,与现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153和《建筑抗震设计规范》GB 50011保持一致。偶然设计状况(如结构连续倒塌设计)以及结构抗震性能设计时的承载力设计应符合本规程的有关规定,必要时可采用,不作为强制性内容。
结构构件作用组合的效应设计值应符合本规程第6.4.1条~第6.4.4条规定。由于高层民用建筑钢结构的安全等级一般不低于二级,因此结构重要性系数的取值不应小于1.0。按照现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153的规定,结构重要性系数不再考虑结构设计使用年限的影响。

3.7 抗震等级

3.7.1 已废止

各抗震设防类别的高层民用建筑钢结构的抗震措施应分别符合现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223和《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定。

条文说明

3.7.1  本条采用直接引用的方法,规定了各设防类别高层民用建筑钢结构采取的抗震措施(包括抗震构造措施),与现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223的规定一致。Ⅰ类建筑场地上高层民用建筑抗震构造措施放松要求与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定一致。

3.7.2

当建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时,对设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区,宜分别按抗震设防烈度8度(0.2g)和9度时各类建筑的要求采取抗震构造措施。


条文说明

3.7.2  历次大地震的经验表明,同样或相近的建筑,建造于Ⅰ类场地时震害较轻,建造于Ⅲ、Ⅳ类场地震害较重。对Ⅲ、Ⅳ类场地,本条规定对7度设计基本地震加速度为0.15g以及8度设计基本地震加速度0.30g的地区,宜分别按抗震设防烈度8度(0.20g)和9度时各类建筑的要求采取抗震构造措施。

3.7.3已废止

 抗震设计时,高层民用建筑钢结构应根据抗震设防分类、烈度和房屋高度采用不同的抗震等级,并应符合相应的计算和构造措施要求。丙类建筑的抗震等级应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定确定。对甲类建筑和房屋高度超过50m,抗震设防烈度9度时的乙类建筑应采取更有效的抗震措施。

条文说明

3.7.3  本条采用引用的办法,将抗震等级的划分按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定执行。将不同层数所规定的“作用效应调整系数”和“抗震构造措施”共7种,归纳、整理为四个不同要求,称之为抗震等级。将《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001(以下简称01抗规)以12层为界改为50m为界。对6度高度不超过50m的钢结构,与01抗规相同,其“作用效应调整系数”和“抗震构造措施”可按非抗震设计执行。
不同的抗震等级,体现不同的抗震要求。因此,当构件的承载力明显提高时,允许降低其抗震等级。
对于7度(0.15g)和8度(0.30g)设防且处于Ⅲ、Ⅳ类场地的高层民用建筑钢结构,宜分别按8度和9度确定抗震等级。甲、乙类设防的高层民用建筑钢结构,其抗震等级的确定按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定处理。
在执行时,为了确保结构安全,应按构件受力情况采取相应构造措施,对50m以下房屋,表列等级偏宽。一般说来,耗能构件应从严,非耗能构件可稍宽。框架体系应从严,支撑框架体系可稍宽;高层从严,多层可稍宽;8、9度从严,6、7度可稍宽。
不同结构体系的抗震性能差别较大,破坏后果也不同,在执行时应考虑此影响。

3.8 结构抗震性能化设计

条文说明

本节是参照现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3的相关规定,结合高层民用建筑钢结构构件的特点拟定的。

3.8.1

结构抗震性能化设计应根据结构方案的特殊性、选用适宜的结构抗震性能目标,并采取满足预期的抗震性能目标的措施。

  结构抗震性能目标应综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等各项因素选定。结构抗震性能目标可分为A、B、C、D四个等级,结构抗震性能可分为1、2、3、4、5五个水准,每个性能目标均与一组在指定地震地面运动下的结构抗震性能水准相对应,具体情况可按表3.8.1划分。

表3.8.1  结构抗震性能目标

3.8.2

 结构抗震性能水准可按表3.8.2进行宏观判别。

表3.8.2  各性能水准结构预期的震后性能状况的要求

注:关键构件是指该构件的失效可能引起结构的连续破坏或危及生命安全的严重破坏;普通竖向构件是指关键构件之外的竖向构件;耗能构件包括框架梁、消能梁段、延性墙板及屈曲约束支撑等。

3.8.3

不同抗震性能水准的结构可按下列规定进行设计:

  1  第1性能水准的结构,应满足弹性设计要求。在多遇地震作用下,其承载力和变形应符合本规程的有关规定;在设防烈度地震作用下,结构构件的抗震承载力应符合下式规定:

式中:Rd、γRE——分别为构件承载力设计值和承载力抗震调整系数,同本规程第3.6.1条;

        SGE——重力荷载代表值的效应;

        S*Ehk——水平地震作用标准值的构件内力,不需考虑与抗震等级有关的增大系数;

        S*Evk——竖向地震作用标准值的构件内力,不需考虑与抗震等级有关的增大系数;

        γG、γEh、γEv——分别为上述荷载或作用的分项系数。

  2  第2性能水准的结构,在设防烈度地震或预估的罕遇地震作用下,关键构件及普通竖向构件的抗震承载力宜符合式(3.8.3-1)的规定;耗能构件的抗震承载力应符合下式规定:

式中:Rk——截面极限承载力,按钢材的屈服强度计算。

  3  第3性能水准的结构应进行弹塑性计算分析,在设防烈度地震或预估的罕遇地震作用下,关键构件及普通竖向构件的抗震承载力应符合式(3.8.3-2)的规定,水平长悬臂结构和大跨度结构中的关键构件的抗震承载力尚应符合式(3.8.3-3)的规定;部分耗能构件进入屈服阶段,但不允许发生破坏。在预估的罕遇地震作用下,结构薄弱部位的最大层间位移应符合本规程第3.5.4条的规定。

4  第4性能水准的结构应进行弹塑性计算分析,在设防烈度地震或预估的罕遇地震作用下,关键构件的抗震承载力应符合式(3.8.3-2)的规定,水平长悬臂结构和大跨度结构中的关键构件的抗震承载力尚应符合式(3.8.3-3)的规定;允许部分竖向构件以及大部分耗能构件进入屈服阶段,但不允许发生破坏。在预估的罕遇地震作用下,结构薄弱部位的最大层间位移应符合本规程第3.5.4条的规定。

  5  第5性能水准的结构应进行弹塑性计算分析,在预估的罕遇地震作用下,关键构件的抗震承载力宜符合式(3.8.3-2)的规定;较多的竖向构件进入屈服阶段,但不允许发生破坏且同一楼层的竖向构件不宜全部屈服;允许部分耗能构件发生比较严重的破坏;结构薄弱部位的层间位移应符合本规程第3.5.4条的规定。


3.9 抗连续倒塌设计基本要求

条文说明

本节是参照现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3的相关规定,结合高层民用建筑钢结构构件的特点拟定的。

3.9.1 -3.9.3

3.9.1  安全等级为一级的高层民用建筑钢结构应满足抗连续倒塌概念设计的要求,有特殊要求时,可采用拆除构件方法进行抗连续倒塌设计。


3.9.2  抗连续倒塌概念设计应符合下列规定:

  1  应采取必要的结构连接措施,增强结构的整体性;

  2  主体结构宜采用多跨规则的超静定结构;

  3  结构构件应具有适宜的延性,应合理控制截面尺寸,避免局部失稳或整个构件失稳、节点先于构件破坏;

  4  周边及边跨框架的柱距不宜过大;

  5  转换结构应具有整体多重传递重力荷载途径;

  6  框架梁柱宜刚接;

  7  独立基础之间宜采用拉梁连接。


3.9.3  抗连续倒塌的拆除构件方法应符合下列规定:

  1  应逐个分别拆除结构周边柱、底层内部柱以及转换桁架腹杆等重要构件;

  2  可采用弹性静力方法分析剩余结构的内力与变形;

  3  剩余结构构件承载力应满足下式要求:

式中:Sd——剩余结构构件效应设计值,可按本规程第3.9.4条的规定计算;

        Rd——剩余结构构件承载力设计值,可按本规程第3.9.6条的规定计算;

        β——效应折减系数,对中部水平构件取0.67,对其他构件取1.0。

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