Ansi aisc 360-10 specification for structural steel buildings

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Ansi aisc 360-10 specification for structural steel buildings

  1. 1. Specification for Structural Steel Buildings June 22, 2010 Supersedes the Specification for Structural Steel Buildings dated March 9, 2005 and all previous versions of this specification Approved by the AISC Committee on Specifications AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION One East Wacker Drive, Suite 700 Chicago, Illinois 60601-1802 ANSI/AISC 360-10 An American National Standard
  2. 2. Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION AISC © 2010 by American Institute of Steel Construction All rights reserved. This book or any part thereof must not be reproduced in any form without the written permission of the publisher. The AISC logo is a registered trademark of AISC. The information presented in this publication has been prepared in accordance with recog- nized engineering principles and is for general information only. While it is believed to be accurate, this information should not be used or relied upon for any specific application without competent professional examination and verification of its accuracy, suitability and applicability by a licensed professional engineer, designer or architect. The publication of the material contained herein is not intended as a representation or warranty on the part of the American Institute of Steel Construction or of any other person named herein, that this information is suitable for any general or particular use or of freedom from infringement of any patent or patents. Anyone making use of this information assumes all liability arising from such use. Caution must be exercised when relying upon other specifications and codes developed by other bodies and incorporated by reference herein since such material may be modified or amended from time to time subsequent to the printing of this edition. The Institute bears no responsibility for such material other than to refer to it and incorporate it by reference at the time of the initial publication of this edition. Printed in the United States of America
  3. 3. 16.1–iii Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION PREFACE (This Preface is not part of ANSI/AISC 360-10, Specification for Structural Steel Buildings, but is included for informational purposes only.) This Specification is based upon past successful usage, advances in the state of knowledge, and changes in design practice. The 2010 American Institute of Steel Construction’s Specification for Structural Steel Buildings provides an integrated treatment of allowable stress design (ASD) and load and resistance factor design (LRFD), and replaces earlier Specifications. As indicated in Chapter B of the Specification, designs can be made accord- ing to either ASD or LRFD provisions. This Specification has been developed as a consensus document to provide a uniform practice in the design of steel-framed buildings and other structures. The intention is to pro- vide design criteria for routine use and not to provide specific criteria for infrequently encountered problems, which occur in the full range of structural design. This Specification is the result of the consensus deliberations of a committee of structural engineers with wide experience and high professional standing, representing a wide geo- graphical distribution throughout the United States. The committee includes approximately equal numbers of engineers in private practice and code agencies, engineers involved in research and teaching, and engineers employed by steel fabricating and producing compa- nies. The contributions and assistance of more than 50 additional professional volunteers working in ten task committees are also hereby acknowledged. The Symbols, Glossary and Appendices to this Specification are an integral part of the Specification. A non-mandatory Commentary has been prepared to provide background for the Specification provisions and the user is encouraged to consult it. Additionally, non- mandatory User Notes are interspersed throughout the Specification to provide concise and practical guidance in the application of the provisions. The reader is cautioned that professional judgment must be exercised when data or rec- ommendations in the Specification are applied, as described more fully in the disclaimer notice preceding this Preface. This Specification was approved by the Committee on Specifications: James M. Fisher, Chairman Louis F. Geschwindner Edward E. Garvin, Vice Chairman Lawrence G. Griffis Hansraj G. Ashar John L. Gross William F. Baker Jerome F. Hajjar John M. Barsom Patrick M. Hassett William D. Bast Tony C. Hazel Reidar Bjorhovde Mark V. Holland Roger L. Brockenbrough Ronald J. Janowiak Gregory G. Deierlein Richard C. Kaehler Bruce R. Ellingwood Lawrence A. Kloiber Michael D. Engelhardt Lawrence F. Kruth Shu-Jin Fang Jay W. Larson Steven J. Fenves Roberto T. Leon John W. Fisher James O. Malley Theodore V. Galambos Sanjeev R. Malushte
  4. 4. 16.1–iv PREFACE Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION David L. McKenzie Robert E. Shaw, Jr. Duane K. Miller Donald R. Sherman Larry S. Muir W. Lee Shoemaker Thomas M. Murray William A. Thornton R. Shankar Nair Raymond H. R. Tide Jack E. Petersen Chia-Ming Uang Douglas A. Rees-Evans Donald W. White Thomas A. Sabol Cynthia J. Duncan, Secretary The Committee gratefully acknowledges the following task committee members and staff for their contribution to this document: Allen Adams Brent Leu Farid Alfawakhiri J. Walter Lewis Susan Burmeister William Lindley Bruce M. Butler Stanley Lindsey Charles J. Carter LeRoy Lutz Helen Chen Bonnie Manley Bernard Cvijanovic Peter Marshall Robert Disque Margaret Matthew Carol Drucker Curtis L. Mayes W. Samuel Easterling William McGuire Duane Ellifritt Saul Mednick Marshall T. Ferrell James Milke Christopher M. Foley Heath Mitchell Steven Freed Patrick Newman Fernando Frias Jeffrey Packer Nancy Gavlin Frederick Palmer Amanuel Gebremeskel Dhiren Panda Rodney D. Gibble Teoman Pekoz Subhash Goel Clarkson Pinkham Arvind Goverdhan Thomas Poulos Kurt Gustafson Christopher Raebel Tom Harrington Thomas D. Reed Todd Helwig Clinton Rex Richard Henige Benjamin Schafer Stephen Herlache Thomas Schlafly Steve Herth Monica Stockmann Keith Hjelmstad James Swanson Nestor Iwankiw Steven J. Thomas William P. Jacobs, V Emile Troup Matthew Johann Brian Uy Daniel Kaufman Amit H. Varma Keith Landwehr Sriramulu Vinnakota Barbara Lane Ralph Vosters Michael Lederle Robert Weber Roberto Leon Michael A. West Andres Lepage Ronald D. Ziemian
  5. 5. 16.1–v Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION TABLE OF CONTENTS SYMBOLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxvii GLOSSARY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xliii SPECIFICATION A. GENERAL PROVISIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 A1. Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1. Seismic Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2. Nuclear Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 A2. Referenced Specifications, Codes and Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 A3. Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1. Structural Steel Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1a. ASTM Designations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1b. Unidentified Steel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1c. Rolled Heavy Shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1d. Built-Up Heavy Shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2. Steel Castings and Forgings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3. Bolts, Washers and Nuts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4. Anchor Rods and Threaded Rods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 5. Consumables for Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 6. Headed Stud Anchors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 A4. Structural Design Drawings and Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 B. DESIGN REQUIREMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 B1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 B2. Loads and Load Combinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 B3. Design Basis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1. Required Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2. Limit States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3. Design for Strength Using Load and Resistance Factor Design (LRFD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4. Design for Strength Using Allowable Strength Design (ASD) . . . . . . . . 11 5. Design for Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 6. Design of Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 6a. Simple Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 6b. Moment Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 7. Moment Redistribution in Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 8. Diaphragms and Collectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 9. Design for Serviceability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 10. Design for Ponding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 11. Design for Fatigue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 12. Design for Fire Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
  6. 6. 16.1–vi TABLE OF CONTENTS Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 13. Design for Corrosion Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 14. Anchorage to Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 B4. Member Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1. Classification of Sections for Local Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1a. Unstiffened Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1b. Stiffened Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2. Design Wall Thickness for HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3. Gross and Net Area Determination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3a. Gross Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3b. Net Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 B5. Fabrication and Erection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 B6. Quality Control and Quality Assurance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 B7. Evaluation of Existing Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 C. DESIGN FOR STABILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 C1. General Stability Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1. Direct Analysis Method of Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2. Alternative Methods of Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 C2. Calculation of Required Strengths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1. General Analysis Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2. Consideration of Initial Imperfections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2a. Direct Modeling of Imperfections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2b. Use of Notional Loads to Represent Imperfections . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3. Adjustments to Stiffness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 C3. Calculation of Available Strengths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 D. DESIGN OF MEMBERS FOR TENSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 D1. Slenderness Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 D2. Tensile Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 D3. Effective Net Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 D4. Built-Up Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 D5. Pin-Connected Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1. Tensile Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2. Dimensional Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 D6. Eyebars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1. Tensile Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2. Dimensional Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 E. DESIGN OF MEMBERS FOR COMPRESSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 E1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 E2. Effective Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 E3. Flexural Buckling of Members without Slender Elements . . . . . . . . . . . . . . . 33 E4. Torsional and Flexural-Torsional Buckling of Members Without Slender Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 E5. Single Angle Compression Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
  7. 7. TABLE OF CONTENTS 16.1–vii Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION E6. Built-Up Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1. Compressive Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2. Dimensional Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 E7. Members with Slender Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1. Slender Unstiffened Elements, Qs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2. Slender Stiffened Elements, Qa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 F. DESIGN OF MEMBERS FOR FLEXURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 F1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 F2. Doubly Symmetric Compact I-Shaped Members and Channels Bent About Their Major Axis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 1. Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2. Lateral-Torsional Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 F3. Doubly Symmetric I-Shaped Members With Compact Webs and Noncompact or Slender Flanges Bent About Their Major Axis . . . . . . . . . . . 49 1. Lateral-Torsional Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2. Compression Flange Local Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 F4. Other I-Shaped Members With Compact or Noncompact Webs Bent About Their Major Axis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 1. Compression Flange Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2. Lateral-Torsional Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3. Compression Flange Local Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4. Tension Flange Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 F5. Doubly Symmetric and Singly Symmetric I-Shaped Members With Slender Webs Bent About Their Major Axis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 1. Compression Flange Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2. Lateral-Torsional Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3. Compression Flange Local Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4. Tension Flange Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 F6. I-Shaped Members and Channels Bent About Their Minor Axis . . . . . . . . . . 55 1. Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2. Flange Local Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 F7. Square and Rectangular HSS and Box-Shaped Members . . . . . . . . . . . . . . . . 56 1. Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2. Flange Local Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3. Web Local Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 F8. Round HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 1. Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2. Local Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 F9. Tees and Double Angles Loaded in the Plane of Symmetry . . . . . . . . . . . . . . 58 1. Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2. Lateral-Torsional Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3. Flange Local Buckling of Tees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4. Local Buckling of Tee Stems in Flexural Compression . . . . . . . . . . . . . 59
  8. 8. 16.1–viii TABLE OF CONTENTS Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION F10. Single Angles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 1. Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2. Lateral-Torsional Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3. Leg Local Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 F11. Rectangular Bars and Rounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 1. Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2. Lateral-Torsional Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 F12. Unsymmetrical Shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 1. Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2. Lateral-Torsional Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3. Local Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 F13. Proportions of Beams and Girders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 1. Strength Reductions for Members With Holes in the Tension Flange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2. Proportioning Limits for I-Shaped Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3. Cover Plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4. Built-Up Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5. Unbraced Length for Moment Redistribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 G. DESIGN OF MEMBERS FOR SHEAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 G1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 G2. Members With Unstiffened or Stiffened Webs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 1. Shear Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2. Transverse Stiffeners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 G3. Tension Field Action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 1. Limits on the Use of Tension Field Action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2. Shear Strength With Tension Field Action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 3. Transverse Stiffeners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 G4. Single Angles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 G5. Rectangular HSS and Box-Shaped Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71 G6. Round HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 G7. Weak Axis Shear in Doubly Symmetric and Singly Symmetric Shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 G8. Beams and Girders with Web Openings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 H. DESIGN OF MEMBERS FOR COMBINED FORCES AND TORSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 H1. Doubly and Singly Symmetric Members Subject to Flexure and Axial Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 1. Doubly and Singly Symmetric Members Subject to Flexure and Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2. Doubly and Singly Symmetric Members Subject to Flexure and Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3. Doubly Symmetric Rolled Compact Members Subject to Single Axis Flexure and Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
  9. 9. TABLE OF CONTENTS 16.1–ix Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION H2. Unsymmetric and Other Members Subject to Flexure and Axial Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 H3. Members Subject to Torsion and Combined Torsion, Flexure, Shear and/or Axial force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 1. Round and Rectangular HSS Subject to Torsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 2. HSS Subject to Combined Torsion, Shear, Flexure and Axial Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3. Non-HSS Members Subject to Torsion and Combined Stress . . . . . . . . 79 H4. Rupture of Flanges With Holes Subject to Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 I. DESIGN OF COMPOSITE MEMBERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 I1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 1. Concrete and Steel Reinforcement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 2. Nominal Strength of Composite Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 2a. Plastic Stress Distribution Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 2b. Strain Compatibility Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 3. Material Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4. Classification of Filled Composite Sections for Local Buckling . . . . . . 83 I2. Axial Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 1. Encased Composite Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 1a. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 1b. Compressive Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 1c. Tensile Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 1d. Load Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 1e. Detailing Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2. Filled Composite Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2a. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2b. Compressive Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2c. Tensile Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 2d. Load Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 I3. Flexure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 1. General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 1a. Effective Width . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 1b. Strength During Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2. Composite Beams With Steel Headed Stud or Steel Channel Anchors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2a. Positive Flexural Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2b. Negative Flexural Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2c. Composite Beams With Formed Steel Deck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 2d. Load Transfer Between Steel Beam and Concrete Slab . . . . . . . . . . . . . 90 3. Encased Composite Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4. Filled Composite Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4a. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4b. Flexural Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
  10. 10. 16.1–x TABLE OF CONTENTS Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION I4. Shear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 1. Filled and Encased Composite Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 2. Composite Beams With Formed Steel Deck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 I5. Combined Flexure and Axial Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 I6. Load Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 1. General Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 2. Force Allocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 2a. External Force Applied to Steel Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 2b. External Force Applied to Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 2c. External Force Applied Concurrently to Steel and Concrete . . . . . . . . . 94 3. Force Transfer Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3a. Direct Bearing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3b. Shear Connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3c. Direct Bond Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4. Detailing Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 4a. Encased Composite Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 4b. Filled Composite Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 I7. Composite Diaphragms and Collector Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 I8. Steel Anchors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 1. General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 2. Steel Anchors in Composite Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 2a. Strength of Steel Headed Stud Anchors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 2b. Strength of Steel Channel Anchors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 2c. Required Number of Steel Anchors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 2d. Detailing Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3. Steel Anchors in Composite Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100 3a. Shear Strength of Steel Headed Stud Anchors in Composite Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3b. Tensile Strength of Steel Headed Stud Anchors in Composite Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 3c. Strength of Steel Headed Stud Anchors for Interaction of Shear and Tension in Composite Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 3d. Shear Strength of Steel Channel Anchors in Composite Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3e. Detailing Requirements in Composite Components . . . . . . . . . . . . . . . 104 I9. Special Cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 J. DESIGN OF CONNECTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 J1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 1. Design Basis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 2. Simple Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 3. Moment Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 4. Compression Members With Bearing Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 5. Splices in Heavy Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
  11. 11. TABLE OF CONTENTS 16.1–xi Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 6. Weld Access Holes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 7. Placement of Welds and Bolts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 8. Bolts in Combination With Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 9. High-Strength Bolts in Combination With Rivets . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 10. Limitations on Bolted and Welded Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 J2. Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 1. Groove Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 1a. Effective Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 1b. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 2. Fillet Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 2a. Effective Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 2b. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3. Plug and Slot Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 3a. Effective Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 3b. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 4. Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 5. Combination of Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 6. Filler Metal Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 7. Mixed Weld Metal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 J3. Bolts and Threaded Parts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 1. High-Strength Bolts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 2. Size and Use of Holes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3. Minimum Spacing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 4. Minimum Edge Distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 5. Maximum Spacing and Edge Distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 6. Tensile and Shear Strength of Bolts and Threaded Parts . . . . . . . . . . . . 125 7. Combined Tension and Shear in Bearing-Type Connections . . . . . . . . 125 8. High-Strength Bolts in Slip-Critical Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 9. Combined Tension and Shear in Slip-Critical Connections . . . . . . . . . 127 10. Bearing Strength at Bolt Holes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 11. Special Fasteners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 12. Tension Fasteners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 J4. Affected Elements of Members and Connecting Elements . . . . . . . . . . . . . . 128 1. Strength of Elements in Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 2. Strength of Elements in Shear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129 3. Block Shear Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129 4. Strength of Elements in Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 5. Strength of Elements in Flexure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 J5. Fillers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 1. Fillers in Welded Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 1a. Thin Fillers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 1b. Thick Fillers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130 2. Fillers in Bolted Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
  12. 12. 16.1–xii TABLE OF CONTENTS Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION J6. Splices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 J7. Bearing Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 J8. Column Bases and Bearing on Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 J9. Anchor Rods and Embedments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 J10. Flanges and Webs with Concentrated Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 1. Flange Local Bending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 2. Web Local Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 3. Web Local Crippling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 4. Web Sidesway Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 5. Web Compression Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 6. Web Panel Zone Shear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 7. Unframed Ends of Beams and Girders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 8. Additional Stiffener Requirements for Concentrated Forces . . . . . . . . 138 9. Additional Doubler Plate Requirements for Concentrated Forces . . . . 138 K. DESIGN OF HSS AND BOX MEMBER CONNECTIONS . . . . . . . . . . . . . . . 140 K1. Concentrated Forces on HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 1. Definitions of Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 2. Round HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 3. Rectangular HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 K2. HSS-to-HSS Truss Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 1. Definitions of Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 2. Round HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 3. Rectangular HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 K3. HSS-to-HSS Moment Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 1. Definitions of Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 2. Round HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 3. Rectangular HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 K4. Welds of Plates and Branches to Rectangular HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 L. DESIGN FOR SERVICEABILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 L1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 L2. Camber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 L3. Deflections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 L4. Drift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 L5. Vibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 L6. Wind-Induced Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 L7. Expansion and Contraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 L8. Connection Slip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 M. FABRICATION AND ERECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 M1. Shop and Erection Drawings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 M2. Fabrication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 1. Cambering, Curving and Straightening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 2. Thermal Cutting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
  13. 13. TABLE OF CONTENTS 16.1–xiii Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 3. Planing of Edges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 4. Welded Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 5. Bolted Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 6. Compression Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 7. Dimensional Tolerances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 8. Finish of Column Bases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 9. Holes for Anchor Rods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 10. Drain Holes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 11. Requirements for Galvanized Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 M3. Shop Painting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 1. General Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 2. Inaccessible Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 3. Contact Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 4. Finished Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 5. Surfaces Adjacent to Field Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 M4. Erection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 1. Column Base Setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 2. Stability and Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 3. Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 4. Fit of Column Compression Joints and Base Plates . . . . . . . . . . . . . . . 169 5. Field Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 6. Field Painting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 N. QUALITY CONTROL AND QUALITY ASSURANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 N1. Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 N2. Fabricator and Erector Quality Control Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 N3. Fabricator and Erector Documents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 1. Submittals for Steel Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 2. Available Documents for Steel Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 N4. Inspection and Nondestructive Testing Personnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 1. Quality Control Inspector Qualifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 2. Quality Assurance Inspector Qualifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 3. NDT Personnel Qualifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 N5. Minimum Requirements for Inspection of Structural Steel Buildings . . . . . 173 1. Quality Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 2. Quality Assurance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 3. Coordinated Inspection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 4. Inspection of Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 5. Nondestructive Testing of Welded Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 5a. Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 5b. CJP Groove Weld NDT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 5c. Access Hole NDT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 5d. Welded Joints Subjected to Fatigue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 5e. Reduction of Rate of Ultrasonic Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
  14. 14. 16.1–xiv TABLE OF CONTENTS Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 5f. Increase in Rate of Ultrasonic Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 5g. Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 6. Inspection of High-Strength Bolting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 7. Other Inspection Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 N6. Minimum Requirements for Inspection of Composite Construction . . . . . . 181 N7. Approved Fabricators and Erectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 N8. Nonconforming Material and Workmanship . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 APPENDIX 1. DESIGN BY INELASTIC ANALYSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 1.1. General Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 1.2. Ductility Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 1. Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 2. Cross Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 3. Unbraced Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 4. Axial Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 1.3. Analysis Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 1. Material Properties and Yield Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 2. Geometric Imperfections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 3. Residual Stress and Partial Yielding Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 APPENDIX 2. DESIGN FOR PONDING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 2.1. Simplified Design for Ponding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 2.2. Improved Design for Ponding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 APPENDIX 3. DESIGN FOR FATIGUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 3.1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 3.2. Calculation of Maximum Stresses and Stress Ranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 3.3. Plain Material and Welded Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 3.4. Bolts and Threaded Parts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 3.5. Special Fabrication and Erection Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 APPENDIX 4. STRUCTURAL DESIGN FOR FIRE CONDITIONS . . . . . . . . . 214 4.1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 4.1.1. Performance Objective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 4.1.2. Design by Engineering Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 4.1.3. Design by Qualification Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.1.4. Load Combinations and Required Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.2. Structural Design for Fire Conditions by Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.2.1. Design-Basis Fire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.2.1.1. Localized Fire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.2.1.2. Post-Flashover Compartment Fires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 4.2.1.3. Exterior Fires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 4.2.1.4. Active Fire Protection Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 4.2.2. Temperatures in Structural Systems under Fire Conditions . . . . . 216 4.2.3. Material Strengths at Elevated Temperatures . . . . . . . . . . . . . . . . 216
  15. 15. TABLE OF CONTENTS 16.1–xv Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 4.2.3.1. Thermal Elongation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 4.2.3.2. Mechanical Properties at Elevated Temperatures . . . . . . . . . . . . . 217 4.2.4. Structural Design Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 4.2.4.1. General Structural Integrity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 4.2.4.2. Strength Requirements and Deformation Limits . . . . . . . . . . . . . . 218 4.2.4.3. Methods of Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 4.2.4.3a. Advanced Methods of Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 4.2.4.3b. Simple Methods of Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 4.2.4.4. Design Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 4.3. Design by Qualification Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 4.3.1. Qualification Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 4.3.2. Restrained Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 4.3.3. Unrestrained Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 APPENDIX 5. EVALUATION OF EXISTING STRUCTURES . . . . . . . . . . . . . . 223 5.1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 5.2. Material Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 1. Determination of Required Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 2. Tensile Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 3. Chemical Composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 4. Base Metal Notch Toughness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 5. Weld Metal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 6. Bolts and Rivets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 5.3. Evaluation by Structural Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 1. Dimensional Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 2. Strength Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 3. Serviceability Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 5.4. Evaluation by Load Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 1. Determination of Load Rating by Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 2. Serviceability Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 5.5. Evaluation Report . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 APPENDIX 6. STABILITY BRACING FOR COLUMNS AND BEAMS . . . . . . 227 6.1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 6.2. Column Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 1. Relative Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 2. Nodal Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 6.3. Beam Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 1. Lateral Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 1a. Relative Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 1b. Nodal Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 2. Torsional Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 2a. Nodal Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 2b. Continuous Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
  16. 16. 16.1–xvi TABLE OF CONTENTS Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 6.4 Beam-Column Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 APPENDIX 7. ALTERNATIVE METHODS OF DESIGN FOR STABILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 7.1. General Stability Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 7.2. Effective Length Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 1. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 2. Required Strengths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 3. Available Strengths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 7.3 First-Order Analysis Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 1. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 2. Required Strengths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 3. Available Strengths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 APPENDIX 8. APPROXIMATE SECOND-ORDER ANALYSIS . . . . . . . . . . . . . 237 8.1. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 8.2. Calculation Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 1. Multiplier B1 for P-δ Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 2. Multiplier B2 for P-Δ Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 COMMENTARY INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 COMMENTARY SYMBOLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 COMMENTARY GLOSSARY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 A. GENERAL PROVISIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 A1. Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 A2. Referenced Specifications, Codes and Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 A3. Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 1. Structural Steel Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 1a. ASTM Designations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 1c. Rolled Heavy Shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 2. Steel Castings and Forgings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 3. Bolts, Washers and Nuts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 4. Anchor Rods and Threaded Rods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 5. Consumables for Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 A4. Structural Design Drawings and Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 B. DESIGN REQUIREMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 B1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 B2. Loads and Load Combinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 B3. Design Basis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 1. Required Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 2. Limit States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
  17. 17. TABLE OF CONTENTS 16.1–xvii Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 3. Design for Strength Using Load and Resistance Factor Design (LRFD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 4. Design for Strength Using Allowable Strength Design (ASD) . . . . . . . 260 5. Design for Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 6. Design of Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 7. Moment Redistribution in Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 8. Diaphragms and Collectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 10. Design for Ponding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 12. Design for Fire Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 13. Design for Corrosion Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 B4. Member Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 1. Classifications of Sections for Local Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 2. Design Wall Thickness for HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 3. Gross and Net Area Determination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 3a. Gross Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 3b. Net Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 C. DESIGN FOR STABILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 C1. General Stability Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 C2. Calculation of Required Strengths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 1. General Analysis Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 2. Consideration of Initial Imperfections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 3. Adjustments to Stiffness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 C3. Calculation of Available Strengths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 D. DESIGN OF MEMBERS FOR TENSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 D1. Slenderness Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 D2. Tensile Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 D3. Effective Net Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 D4. Built-Up Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 D5. Pin-Connected Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 1. Tensile Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 2. Dimensional Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 D6. Eyebars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .288 1. Tensile Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 2. Dimensional Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .288 E. DESIGN OF MEMBERS FOR COMPRESSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 E1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 E2. Effective Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 E3. Flexural Buckling of Members Without Slender Elements . . . . . . . . . . . . . . 292 E4. Torsional and Flexural-Torsional Buckling of Members Without Slender Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 E5. Single Angle Compression Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 E6. Built-Up Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
  18. 18. 16.1–xviii TABLE OF CONTENTS Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 1. Compressive Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 2. Dimensional Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 E7. Members with Slender Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 1. Slender Unstiffened Elements, Qs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 2. Slender Stiffened Elements, Qa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 F. DESIGN OF MEMBERS FOR FLEXURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 F1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 F2. Doubly Symmetric Compact I-Shaped Members and Channels Bent About Their Major Axis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 F3. Doubly Symmetric I-Shaped Members With Compact Webs and Noncompact or Slender Flanges Bent About Their Major Axis . . . . . . . . . . 310 F4. Other I-Shaped Members with Compact or Noncompact Webs Bent About Their Major Axis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 F5. Doubly Symmetric and Singly Symmetric I-Shaped Members with Slender Webs Bent About Their Major Axis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312 F6. I-Shaped Members and Channels Bent About Their Minor Axis . . . . . . . . . 312 F7. Square and Rectangular HSS and Box-Shaped Members . . . . . . . . . . . . . . . 312 F8. Round HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 F9. Tees and Double Angles Loaded in the Plane of Symmetry . . . . . . . . . . . . . 314 F10. Single Angles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 1. Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 2. Lateral-Torsional Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 3. Leg Local Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 F11. Rectangular Bars and Rounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 F12. Unsymmetrical Shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 F13. Proportions of Beams and Girders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 1. Strength Reductions for Members With Holes in the Tension Flange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 2. Proportioning Limits for I-Shaped Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 3. Cover Plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 5. Unbraced Length for Moment Redistribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 G. DESIGN OF MEMBERS FOR SHEAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 G1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 G2. Members With Unstiffened or Stiffened Webs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 1. Shear Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 2. Transverse Stiffeners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 G3. Tension Field Action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 1. Limits on the Use of Tension Field Action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 2. Shear Strength With Tension Field Action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 3. Transverse Stiffeners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 G4. Single Angles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 G5. Rectangular HSS and Box-Shaped Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
  19. 19. TABLE OF CONTENTS 16.1–xix Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION G6. Round HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 G7. Weak Axis Shear in Doubly and Singly Symmetric Shapes . . . . . . . . . . . . . 330 G8. Beams and Girders with Web Openings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 H. DESIGN OF MEMBERS FOR COMBINED FORCES AND TORSION . . . . 331 H1. Doubly and Singly Symmetric Members Subject to Flexure and Axial Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 1. Doubly and Singly Symmetric Members Subject to Flexure and Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 2. Doubly and Singly Symmetric Members in Flexure and Tension . . . . . 335 3. Doubly Symmetric Rolled Compact Members Subject to Single Axis Flexure and Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 H2. Unsymmetric and Other Members Subject to Flexure and Axial Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 H3. Members Subject to Torsion and Combined Torsion, Flexure, Shear and/or Axial Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 1. Round and Rectangular HSS Subject to Torsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 2. HSS Subject to Combined Torsion, Shear, Flexure and Axial Force . . 342 3. Non-HSS Members Subject to Torsion and Combined Stress . . . . . . . 343 H4. Rupture of Flanges With Holes Subject to Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 I. DESIGN OF COMPOSITE MEMBERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344 I1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 1. Concrete and Steel Reinforcement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 2. Nominal Strength of Composite Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346 2a. Plastic Stress Distribution Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346 2b. Strain-Compatibility Aproach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 3. Material Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 4. Classification of Filled Composite Sections for Local Buckling . . . . . 348 I2. Axial Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 1. Encased Composite Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 1a. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 1b. Compressive Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 1c. Tensile Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 2. Filled Composite Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 2a. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 2b. Compressive Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 2c. Tensile Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 I3. Flexure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 1. General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 1a. Effective Width . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 1b. Strength During Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 2. Composite Beams With Steel Headed Stud or Steel Channel Anchors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
  20. 20. 16.1–xx TABLE OF CONTENTS Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2a. Positive Flexural Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 2b. Negative Flexural Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 2c. Composite Beams With Formed Steel Deck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 2d. Load Transfer Between Steel Beam and Concrete Slab . . . . . . . . . . . . 360 3. Encased Composite Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 4. Filled Composite Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 I4. Shear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 1. Filled and Encased Composite Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 2. Composite Beams With Formed Steel Deck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 I5. Combined Flexure and Axial Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 I6. Load Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 1. General Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 2. Force Allocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 3. Force Transfer Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 3a. Direct Bearing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 3b. Shear Connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 3c. Direct Bond Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 4. Detailing Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 I7. Composite Diaphragms and Collector Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 I8. Steel Anchors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 1. General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 2. Steel Anchors in Composite Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377 2a. Strength of Steel Headed Stud Anchors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377 2b. Strength of Steel Channel Anchors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 2d. Detailing Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 3. Steel Anchors in Composite Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 I9. Special Cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 J. DESIGN OF CONNECTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 J1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 1. Design Basis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 2. Simple Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 3. Moment Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 4. Compression Members With Bearing Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 5. Splices in Heavy Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 6. Weld Access Holes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386 7. Placement of Welds and Bolts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 8. Bolts in Combination With Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 9. High-Strength Bolts in Combination With Rivets . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 10. Limitations on Bolted and Welded Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 J2. Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 1. Groove Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 1a. Effective Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
  21. 21. TABLE OF CONTENTS 16.1–xxi Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 1b. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 2. Fillet Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 2a. Effective Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 2b. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 3. Plug and Slot Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 3a. Effective Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 3b. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 4. Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 5. Combination of Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 6. Filler Metal Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 7. Mixed Weld Metal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 J3. Bolts and Threaded Parts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 1. High-Strength Bolts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 2. Size and Use of Holes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401 3. Minimum Spacing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 4. Minimum Edge Distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 5. Maximum Spacing and Edge Distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 6. Tension and Shear Strength of Bolts and Threaded Parts . . . . . . . . . . . 402 7. Combined Tension and Shear in Bearing-Type Connections . . . . . . . . 404 8. High-Strength Bolts in Slip-Critical Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 9. Combined Tension and Shear in Slip-Critical Connections . . . . . . . . . 410 10. Bearing Strength at Bolt Holes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410 12. Tension Fasteners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 J4. Affected Elements of Members and Connecting Elements . . . . . . . . . . . . . . 411 1. Strength of Elements in Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 2. Strength of Elements in Shear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 3. Block Shear Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 4. Strength of Elements in Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 J5. Fillers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 J7. Bearing Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 J8. Column Bases and Bearing on Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414 J9. Anchor Rods and Embedments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414 J10. Flanges and Webs with Concentrated Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415 1. Flange Local Bending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 2. Web Local Yielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417 3. Web Local Crippling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417 4. Web Sidesway Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418 5. Web Compression Buckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418 6. Web Panel-Zone Shear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419 7. Unframed Ends of Beams and Girders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 8. Additional Stiffener Requirements for Concentrated Forces . . . . . . . . 422 9. Additional Doubler Plate Requirements for Concentrated Forces . . . . 423
  22. 22. 16.1–xxii TABLE OF CONTENTS Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION K. DESIGN OF HSS AND BOX MEMBER CONNECTIONS . . . . . . . . . . . . . . . 425 K1. Concentrated Forces on HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425 1. Definitions of Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425 2. Round HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425 3. Rectangular HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425 K2. HSS-to-HSS Truss Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428 1. Definitions of Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 2. Round HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 3. Rectangular HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 K3. HSS-to-HSS Moment Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 K4. Welds of Plates and Branches to Rectangular HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437 L. DESIGN FOR SERVICEABILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 L1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 L2. Camber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440 L3. Deflections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440 L4. Drift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441 L5. Vibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442 L6. Wind-Induced Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443 L7. Expansion and Contraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444 L8. Connection Slip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444 M. FABRICATION AND ERECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 M1. Shop and Erection Drawings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 M2. Fabrication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 1. Cambering, Curving and Straightening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 2. Thermal Cutting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 4. Welded Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 5. Bolted Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 10. Drain Holes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 11. Requirements for Galvanized Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447 M3. Shop Painting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 1. General Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 3. Contact Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 5. Surfaces Adjacent to Field Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 M4. Erection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 2. Stability and Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 4. Fit of Column Compression Joints and Base Plates . . . . . . . . . . . . . . . 448 5. Field Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449 N. QUALITY CONTROL AND QUALITY ASSURANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 N1. Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 N2. Fabricator and Erector Quality Control Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451 N3. Fabricator and Erector Documents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452 1. Submittals for Steel Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
  23. 23. TABLE OF CONTENTS 16.1–xxiii Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2. Available Documents for Steel Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452 N4. Inspection and Nondestructive Testing Personnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453 1. Quality Control Inspector Qualifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453 2. Quality Assurance Inspector Qualifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453 3. NDT Personnel Qualifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453 N5. Minimum Requirements for Inspection of Structural Steel Buildings . . . . . 454 1. Quality Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454 2. Quality Assurance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454 3. Coordinated Inspection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455 4. Inspection of Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .456 5. Nondestructive Testing of Welded Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460 5a. Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460 5b. CJP Groove Weld NDT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460 5c. Access Hole NDT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 5d. Welded Joints Subjected to Fatigue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 5e. Reduction of Rate of Ultrasonic Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 5f. Increase in Rate of Ultrasonic Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463 6. Inspection of High-Strength Bolting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463 7. Other Inspection Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464 N6. Minimum Requirements for Inspection of Composite Construction . . . . . . 466 N7. Approved Fabricators and Erectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466 APPENDIX 1. DESIGN BY INELASTIC ANALYSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468 1.1. General Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468 1.2. Ductility Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470 1. Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471 2. Cross Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471 3. Unbraced Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472 4. Axial Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473 1.3. Analysis Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473 1. Material Properties and Yield Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474 2. Geometric Imperfections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474 3. Residual Stresses and Partial Yielding Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474 APPENDIX 2. DESIGN FOR PONDING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476 APPENDIX 3. DESIGN FOR FATIGUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479 3.1. General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479 3.2. Calculation of Maximum Stresses and Stress Ranges . . . . . . . . . . . . . . 479 3.3. Plain Material and Welded Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480 3.4. Bolts and Threaded Parts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481 3.5. Special Fabrication and Erection Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482 APPENDIX 4. STRUCTURAL DESIGN FOR FIRE CONDITIONS . . . . . . . . . 483 4.1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483
  24. 24. 16.1–xxiv TABLE OF CONTENTS Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 4.1.1. Performance Objective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483 4.1.2. Design by Engineering Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483 4.1.4. Load Combinations and Required Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484 4.2. Structural Design for Fire Conditions by Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485 4.2.1. Design-Basis Fire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485 4.2.1.1. Localized Fire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485 4.2.1.2. Post-Flashover Compartment Fires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485 4.2.1.3. Exterior Fires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486 4.2.1.4. Active Fire Protection Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486 4.2.2. Temperatures in Structural Systems Under Fire Conditions . . . . . 486 4.2.3. Material Strengths at Elevated Temperatures . . . . . . . . . . . . . . . . 490 4.2.4. Structural Design Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 4.2.4.1. General Structural Integrity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 4.2.4.2. Strength Requirements and Deformation Limits . . . . . . . . . . . . . . 491 4.2.4.3. Methods of Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 4.2.4.3a. Advanced Methods of Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 4.2.4.3b. Simple Methods of Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492 4.2.4.4. Design Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492 4.3. Design by Qualification Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493 4.3.1. Qualification Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493 4.3.2. Restrained Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493 4.3.3. Unrestrained Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494 Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495 APPENDIX 5. EVALUATION OF EXISTING STRUCTURES . . . . . . . . . . . . . . 497 5.1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497 5.2. Material Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497 1. Determination of Required Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497 2. Tensile Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497 4. Base Metal Notch Toughness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498 5. Weld Metal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498 6. Bolts and Rivets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498 5.3. Evaluation by Structural Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498 2. Strength Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498 5.4. Evaluation by Load Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499 1. Determination of Load Rating by Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499 2. Serviceability Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499 5.5. Evaluation Report . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500 APPENDIX 6. STABILITY BRACING FOR COLUMNS AND BEAMS . . . . . . 501 6.1. General Provisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501 6.2. Column Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504 6.3. Beam Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505 1. Lateral Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 2. Torsional Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506
  25. 25. TABLE OF CONTENTS 16.1–xxv Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 6.4 Beam-Column Bracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508 APPENDIX 7. ALTERNATIVE METHODS OF DESIGN FOR STABILITY . . 509 7.2. Effective Length Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509 7.3. First-Order Analysis Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518 APPENDIX 8. APPROXIMATE SECOND-ORDER ANALYSIS . . . . . . . . . . . . . 520 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
  26. 26. 16.1–xxvi TABLE OF CONTENTS Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION
  27. 27. 16.1–xxvii Specification for Structural Steel Buildings, June 22, 2010 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION SYMBOLS Some definitions in the list below have been simplified in the interest of brevity. In all cases, the definitions given in the body of the Specification govern. Symbols without text defini- tions, used only in one location and defined at that location are omitted in some cases. The section or table number in the right-hand column refers to the Section where the symbol is first used. Symbol Definition Section ABM Cross-sectional area of the base metal, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J2.4 Ab Nominal unthreaded body area of bolt or threaded part, in.2 (mm2 ) . . . . . J3.6 Abi Cross-sectional area of the overlapping branch, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . K2.3 Abj Cross-sectional area of the overlapped branch, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . K2.3 Ac Area of concrete, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I2.1b Ac Area of concrete slab within effective width, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . I3.2d Ae Effective net area, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D2 Ae Summation of the effective areas of the cross section based on the reduced effective width, be, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E7.2 Afc Area of compression flange, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G3.1 Afg Gross area of tension flange, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F13.1 Afn Net area of tension flange, in. 2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F13.1 Aft Area of tension flange, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G3.1 Ag Gross cross-sectional area of member, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B3.7 Ag Gross area of composite member, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I2.1 Agv Gross area subject to shear, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J4.3 An Net area of member, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B4.3 An Area of the directly connected elements, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . Table D3.1 Ant Net area subject to tension, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J4.3 Anv Net area subject to shear, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J4.3 Apb Projected area in bearing, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J7 As Cross-sectional area of steel section, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I2.1b Asa Cross-sectional area of steel headed stud anchor, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . I8.2a Asf Area on the shear failure path, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D5.1 Asr Area of continuous reinforcing bars, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I2.1 Asr Area of adequately developed longitudinal reinforcing steel within the effective width of the concrete slab, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . I3.2d At Net area in tension, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . App. 3.4 Aw Area of web, the overall depth times the web thickness, dtw, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G2.1 Awe Effective area of the weld, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J2.4 Awei Effective area of weld throat of any ith weld element, in.2 (mm2 ) . . . . . . . J2.4 A1 Loaded area of concrete, in.2 (mm2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I6.3a A1 Area of steel concentrically bearing on a concrete support, in.2 (mm2 ) . . . . J8

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