Technical Guide En1993_prof.kf Chung.pdf

  • December 2019
  • PDF

This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA


Overview

Download & View Technical Guide En1993_prof.kf Chung.pdf as PDF for free.

More details

  • Words: 68,825
  • Pages: 264
          Technical Guide on   Effective Design and     Eurocodes:  

Construction to Structural

EN 1993-1-1 Design of Steel Structures      

Authors:  K.F. Chung, M.C.H. Yam and H.C. Ho  

 

 

The Hong Kong Polytechnic University

        Publisher:      Construction Industry Council, Hong Kong SAR    

Supporting Organisation:     Hong Kong Constructional Metal Structures Association     

             

Copyright © 2015 reserved by the Construction Industry Council.  All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted in any form  or by any means, electronic mechanical, photocopying, recording or otherwise, without the prior written permission of the  publisher. 

ISBN: 978-988-14432-0-5

i

          Technical Guide on   Effective Design and     Eurocodes:  

Construction to Structural

EN 1993-1-1 Design of Steel Structures      

K.F. Chung, M.C.H. Yam and H.C. Ho  

The Hong Kong Polytechnic University         Publisher:      Construction Industry Council, Hong Kong SAR    

Supporting Organisation:     Hong Kong Constructional Metal Structures Association     

             

Copyright © 2015 reserved by the Construction Industry Council.  All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted in any form  or by any means, electronic mechanical, photocopying, recording or otherwise, without the prior written permission of the  publisher. 

ISBN: 978-988-14432-0-5

i

Foreword        The Construction Industry Council (www.hkcic.org) (CIC) was formed on 1 February 2007 in  accordance with the Construction Industry Council Ordinance (Cap. 587) in Hong Kong.  The  main functions of the CIC are to forge consensus on long‐term strategic issues, to convey the  industry’s needs and aspirations to the Government as well as to provide a communication  channel for the Government to solicit advice on all construction‐related matters.    The  CIC  Research  Fund  was  established  in  September  2012  to  enhance  efficiency  and  competitiveness  of  the  local  construction  industry.    The  CIC  Research  Fund  encourages  research  and  development  activities  as  well  as  applications  of  innovative  techniques  that  directly  meet  the  needs  of  the  industry.    Moreover,  it  also  promotes  establishment  of  standards and good practices for the construction industry now and into the future.   The project leading to the publication of this document is the first project funded by the CIC  Research Fund announced in January 2013.  It aims to facilitate technological upgrading of  structural engineers and related construction professionals in Hong Kong to work effectively  and  efficiently  in  full  accordance  with  the  Structural  Eurocodes,  in  particular,  in  structural  steel design.  Owing to the wide adoption of the Structural Eurocodes in many parts of the  world  beyond  Member  States  of  the  European  Union,  the  use  of  Structural  Eurocodes  presents  huge  opportunities  for  Hong  Kong  structural  engineers  and  construction  professionals to work on large scale infrastructure projects overseas.  According to the World Steel Association (www.worldsteel.org), China has been the largest  steel  producer  in  the  world  since  early  2000s.    In  2013,  China  produces  about  779  million  metric tons (mmt) of steel materials, representing 49.2% of the world production.  With the  support  of  the  Chinese  Steel  Construction  Industry,  Hong  Kong  construction  professionals  will  be  able  to  export  their  professional  services  to  the  international  construction  markets  with quality structural steelwork through their international operation and practice. Hence,  this will facilitate Hong Kong as a whole to develop into the International Engineering Centre  for Design and Construction of Infrastructure for Asia and beyond.         

 

ii

Foreword        Since  their  official  release  in  2010,  the  Structural  Eurocodes  have  been  widely  adopted  in  construction projects throughout the Member States of the European Community as well as  a  number  of  countries  and  cities  in  Southeast  Asia  such  as  Singapore,  Malaysia  and  Hong  Kong.  Through effective design and construction using the Structural Eurocodes, designers,  contractors  and  building  materials  suppliers  are  able  to  contribute  to  the  international  construction market with minimal technical barriers in the Region and beyond.  The ability to  produce steel materials to precise specifications and the associated quality control systems  in addition to advanced skills in engineering design and construction will be essential.    Jointly  published  by  the  Construction  Industry  Council,  Hong  Kong  SAR,  the  Hong  Kong  Constructional Metal Structures Association and the Hong Kong Polytechnic University, the  Technical  Guide  entitled  “Effective  Design  and  Construction  to  Structural  Eurocodes:  EN  1993‐1‐1 Design of Steel Structures” is considered to be highly relevant to the current needs  of many design and construction engineers in Hong Kong as well as in many major cities in  the Region.  The Technical Guide provides detailed guidance on the design and construction  of structural steelwork using European steel materials and products.  More importantly, the  Technical  Guide  also  provides  specific  guidance  on  the  use  of  Chinese  steel  materials,  allowing  engineers  to  select  suitable  steel  materials  and  products  according  to  generic  project  requirements  on  time  and  on  budgets  in  meeting  various  specific  project  requirements.    Consequently, design and construction engineers in Hong Kong and the Region will find the  Technical Guide very helpful in providing practical advice on the selection of steel materials  and products as well as technical guidance on the engineering design of structural steelwork  conforming  to  Structural  Eurocodes.    It  is  expected  that  the  Technical  Guide  will  enable  engineers  to  exploit  new  opportunities  in  international  construction  markets,  striving  for  enhanced economic development of the construction industry in Hong Kong as well as in the  Region.      Mr Qing‐Rui YUE   President   Chinese National Engineering Research Centre  for Steel Construction  Beijing, China   

iii

Foreword         Roll forming is an established manufacturing process which has been developed for the mass  production  of  profiles  and  sections  over  the  past  100  years.    In  recent  years,  China  has  became  the  largest  producer  of  roll  formed  profiles  and  sections  in  the  world.    Its  annual  production  is  estimated  to  be  127  million  metric  tons  in  2013,  i.e.  over  50%  of  world  production.  The  majority  of  the  production  includes  thick  gauge  circular,  rectangular  and  square hollow sections and thin gauge profiles in various sizes and thicknesses with different  steel materials. The products are widely used as pipes and ducts in petroleum and chemical  refineries, structural members in offshore structures and building frames as well as deckings,  wall claddings and roof panels in buildings.  Comprehensive design rules for applications of  cold‐formed  sections  and  profiles  in  construction  are  now  available  in  the  Structural  Eurcodes.    The Technical Guide “Effective Design and Construction to Structural Eurocodes – EN 1993‐1‐ 1  Design  of  Steel  Structures”  jointly  published  by  the  Construction  Industry  Council,  Hong  Kong  SAR,  the  Hong  Kong  Constructional  Metal  Structures  Association  and  the  Hong  Kong  Polytechnic University is highly commendable.  The Technical Guide is a major contribution  to  the  Hong  Kong  Construction  Industry,  enabling  its  design  and  construction  skills  in  structural  steelwork  to  conform  also  to  the  Structural  Eurocodes.    In  particular,  the  use  of  Chinese cold formed hollow sections is clearly illustrated in the document, and Design Tables  are  provided  to  facilitate  adoption  of  Chinese  cold  formed  hollow  sections  in  construction  projects.     We  believe  that  the  Technical  Guide  will  promote  effective  design  and  construction  of  structural  steelwork  using  both  European  and  Chinese  steel  materials  and  products.  The  Technical Guide will soon be regarded as the definitive reference for engineering design of  cold  formed  hollow  sections  conforming  to  the  Structural  Eurocodes  in  many  parts  of  the  world,  making  a  positive  impact  to  the  export  of  Chinese  steel  materials  for  overseas  construction projects.                  Prof. Dr.‐Ing. Jing‐Tao Han              President    Chinese Confederation of Roll Forming Industry    Professor    University of Science and Technology Beijing    Beijing, China  iv

Preface        This document is compiled by Ir Professor K.F. Chung, Ir Dr. Michael C.H. Yam and Dr. H.C. Ho  of  the  Hong  Kong  Polytechnic  University.  The  project  leading  to  the  publication  of  this  document  is  fully  funded  by  the  CIC  Research  Fund  of  the  Construction  Industry  Council  (www.hkcic.org) (CIC) in Hong Kong.  It is also supported by the Hong Kong Constructional  Metal Structures Association (www.cmsa.org.hk).    This  document  aims  to  facilitate  the  technological  upgrading  of  structural  engineers  and  related  construction  professionals  in  Hong  Kong  to  work  effectively  and  efficiently  in  full  accordance  with  the  Structural  Eurocodes.    Moreover,  steel  materials  manufactured  to  selected European and Chinese steel materials specifications are covered in various chapters  of  the  document.    This  provides  a  level  playing  field  for  both  European  and  Chinese  steel  materials in the technical context of modern structural steel design.     The project is also supported by the following professional associations:    

the Steel Construction Institute (www.steel‐sci.org), the U.K. 



the Institution of Structural Engineers (www.istructe.org), the U.K., and 

 the Institution of Civil Engineers, Hong Kong Association (www.ice.org.hk).    An International Advisory Committee has been established to provide technical guidance for  the project, and a member list of the Committee is as follows:     The U.K.     Dr.  Graham Couchman  The Steel Construction Institute  Professor Leroy Gardner  Imperial College London  Professor Dennis S.H. Lam  Bradford University  Professor David A. Nethercot  Imperial College London  Mr. Y. K. Cheng  The Institution of Structural Engineers, U.K.  Mr. C.M. Lee  The Institution of Civil Engineers – Hong Kong Association      Singapore    Professor S.P. Chiew  Nanyang University of Technology  Mr. W.B. Ho  Singapore Structural Steel Society  Professor Richard J.Y. Liew  National University of Singapore  Mr. K. Thanabal  Building and Construction Authority    v

Hong Kong    Ir Professor Francis T.K. Au  The University of Hong Kong  Dr. C.M. Chan    The Hong Kong University of Science and Technology  Dr. T.M. Chan    The Hong Kong Polytechnic University  Ir Dr. Gary S.K. Chou    Chun Wo Construction and Engineering Co. Ltd.   Ir Dr. Goman W.M. Ho    Ove Arup & Partners Hong Kong Ltd.  Ir K.S. Kwan    Housing Department, the Government of Hong Kong SAR    Ir K.K. Kwan    Ove Arup & Partners Hong Kong Ltd.  Dr. Paul H.F. Lam    The City University of Hong Kong  Dr. Jackson C.K. Lau    Hong Kong Institute of Vocational Education (Tsing Yi)  Ir H.Y. Lee    Hong Kong Constructional Metal Structures Association  Ir M.K. Leung    Architectural Services Department, the Government of       Hong Kong SAR  Ir Alan H.N. Yau    AECOM Building Engineering Co. Ltd.      The manuscript of the document was prepared by Ir Professor K.F. Chung, Ir Dr. Michael C.H.  Yam and Dr. H.C. Ho  assisted  by Mr. K. Wang and Mr. T.Y.  Ma.  The  worked examples were   compiled by Ir Professor K.F. Chung and Dr. H.C. Ho, and checked by Ir Dr. Michael C.H. Yam  and  Dr.  T.M.  Chan.    All  the  Design  Tables  were  compiled  by  Mr.  K.  Wang  and  Dr.  H.C.  Ho  under the supervision of Ir Professor K.F. Chung.    During the compilation of the document, various drafts have been critically reviewed by the  Engineering  Technology  Committee  of  the  Hong  Kong  Constructional  Metal  Structures  Association  as  well  as  various  senior  engineers  and  experts  on  steel  construction.    Hence,  the  final  version  of  the  document  has  been  revised  according  to  all  of  these  technical  comments,  after  rigorous  consideration  to  attain  a  balanced  view  taking  into  account  international  trends,  local  practices,  levels  of  structural  accuracy  and  adequacy  as  well  as  user‐friendliness in practical design.     

    K.F. Chung, M.C.H. Yam and H.C. Ho  The Hong Kong Polytechnic University  Hong Kong Constructional Metal Structures Association

vi

EXECUTIVE SUMMARY        This document provides technical guidance on the key structural steel design rules for both  rolled  and  welded  sections  given  in  the  Structural  Eurocode  EN1993‐1‐1  Design  of  Steel  Structures  (2005)  and  the  associated  UK  National  Annex  together  with  relevant  non‐ contradictory complementary information (NCCI).      This  document  is  compiled  to  assist  structural  engineers  and  related  construction  professionals in Hong Kong and the neighbouring areas to perform modern structural steel  design  to  EN1993‐1‐1  in  an  effective  and  efficient  manner.    Technical  information  is  presented  in  the  context  of  the  local  construction  industry,  and  references  to  prevailing  regulations  and  codes  of  practice  are  made  whenever  necessary.    In  addition  to  European  steel  materials,  selected  Chinese  steel  materials  are  also  included  as  equivalent  steel  materials which are readily accepted for construction projects designed to EN 1993‐1‐1. This  provides a level playing field for both European and Chinese steel materials in the technical  context of modern structural steel design.     In  general,  all  the  key  design  rules  given  in  EN  1993‐1‐1  are  described  and  supplemented  with explanatory notes in the same sequence as that found in the Eurocode:     General   Basis of design   Materials   Durability   Structural analysis   Ultimate limit states   Serviceability limit states    In order to illustrate various structural design procedures, a total of 8 worked examples with  different  cross‐section  properties  and  resistances  as  well  as  different  member  buckling  resistances  are  provided.  Comprehensive  design  procedures  for  the  following  structural  members are also presented in a rational manner:     i) column members undergoing flexural buckling,   ii) beam members undergoing lateral torsional buckling, and   iii) beam‐column  members  undergoing  buckling  under  combined  compression  and  bending.    Detailed  design  information  and  parameters  are  also  presented  in  a  tabulated  format  for  easy reference.     A  complete  chapter  together  with  a  total  of  45  Design  Tables  is  compiled  to  facilitate  practical design of the following:  vii

  

Rolled sections of S275 and S355 steel materials   rolled I‐ and H‐sections   hot‐finished circular, rectangular and square hollow sections 

  

Equivalent welded sections of Q235, Q275, Q345 and Q460 steel materials   welded I‐ and H‐sections   cold‐formed circular, rectangular and square hollow sections 

  Hence, rolled sections complying to European steel materials specifications and equivalent  welded  sections  with  selected  Chinese  steel  materials  have  been  included  for  structural  engineers and related construction professionals to use in large scale construction projects  in Hong Kong and neighbouring cities whenever necessary.   

viii

 

 

ix

 

 Contents  Section 1   Adopting Structural Eurocodes   1.1  1.2  1.3  1.4  1.4.1  1.5  1.5.1  1.5.2  1.5.3  1.5.4  1.6  1.7  1.8  1.9 

Organization of Eurocodes  Composition of EN1993 Aims and Scope   Modern Structural Design Codes Modern design approach  Harmonized Design Rules Member buckling check for hot‐rolled steel sections  Member buckling check using normalized slenderness Member buckling check for composite columns  Member  buckling  check  for  steel  and  composite  columns  at  elevated temperatures  Symbols and Terminology  Conventions for Member Axes Format  Equivalent Steel Materials

1 2 2 5 6 7 7 9 11 13 15 16 17 17

 

Section 2   

Basis of Structural Design

2.1  2.1.1  2.1.2  2.1.3  2.2  2.2.1  2.2.2  2.2.3  2.3  2.3.1  2.3.2  2.3.3  2.4  2.4.1  2.4.2  2.4.3  2.4.3.1  2.4.3.2  2.4.4  2.4.5 

General Requirements Basic requirements  Reliability management Design working life  Principles of Limit State Design Design situations  Ultimate limit states Serviceability limit states  Basic Variables and Limit State Design  Actions and environmental influences Material and product properties  Limit state design Verification by Partial Factor Method  Design values  Ultimate limit states  Combination of actions at ULS General  Persistent or transient design situations  Serviceability Limit States  Combination of actions for SLS 

   

  x

22 22 23 24 24 24 25 25 26 26 26 27 27 27 29 29 29 29 32 32

Section 3   

Materials 

3.1  3.2  3.2.1  3.2.2  3.2.3  3.2.4  3.2.5  3.2.6  3.3  3.3.1  3.3.2 

General  Structural Steel  Material properties Ductility requirements  Fracture toughness Through‐thickness properties  Tolerances  Design values of material coefficients  Connecting Devices Fasteners  Welding consumables 

33 34 34 35 35 36 36 37 37 37 37

Durability 

38

 

Section 4   

 

Section 5   

Structural Analysis

5.1  5.1.1  5.2  5.2.1  5.2.2  5.3  5.3.1  5.4  5.4.1  5.4.2  5.4.3  5.5  5.5.1  5.5.2  5.6   

Structural Modeling for Analysis  Structural Modeling and basic assumptions  Global Analysis  Effects of deformed geometry of a structure  Structural stability of frames Imperfections  Basis  Methods of Analysis Allowing for Material Non‐linearities  General  Elastic global analysis  Plastic global analysis  Classification of Cross‐sections Basis  Classification  Cross‐section Requirements for Plastic Global Analysis   

   

 

x

40 40 40 40 42 42 42 43  43  44  44  45  45  45  46 

Section 6   

Ultimate Limit States

6.1  6.2  6.2.1  6.2.2  6.2.2.1  6.2.2.2  6.2.3  6.2.4  6.2.5  6.2.6  6.2.7  6.2.8  6.2.9  6.2.9.1  6.2.9.2  6.2.10  6.3  6.3.1  6.3.1.1  6.3.1.2  6.3.2  6.3.2.1  6.3.2.2  6.3.2.3 

Partial Factors for Resistances  Resistances of Cross‐sections General  Section properties Gross cross‐section  Net section  Tension force   Compression force  Bending moment  Shear force   Torsion  Bending and shear force  Bending and axial force Class 1 and 2 cross‐sections  Class 3 cross‐sections Bending, shear and axial forces  Buckling Resistances of Members  Uniform members in compression Buckling resistance  Buckling curves Uniform members in bending  Buckling resistance Lateral torsional buckling curves – general case  Lateral  torsional  buckling  curves  for  rolled  sections  or  equivalent welded sections  An  alternative  procedure  recommended  by  the  Steel  Designers’ Manual  Uniform members in bending and axial compression  Columns in simple construction

6.3.2.4  6.3.3  6.3.4     

 

Section 7   

Serviceability Limit States

7.1  7.2  7.2.1  7.2.2  7.2.3  7.3  7.4   

General  Serviceability Limit States for Buildings  Vertical deflections Horizontal deflections  Dynamic effects  Wind‐induced Oscillation  Wind Sensitive Buildings and Structures 

 

 

xii

49 49 49 50 50 50 50 51 51 52 54 54 56 56 57 58 59 59 59 59 63 63 64 65 67 72 73

75 75 75 75 75 77 77

Section 8   

Design Data for Rolled and Welded Sections

8.1  General  8.2  Design Strengths  8.3  Section Classification  8.4  Rolled Sections  8.5  Equivalent Welded Sections 8.5.1  Equivalent welded I‐sections  8.5.2  Equivalent welded H‐sections 8.5.3  Equivalent cold‐formed circular hollow sections  8.5.4  Equivalent cold‐formed rectangular and square hollow sections  8.6  Design Tables on Section Dimensions, Properties and Resistances  8.6.1  Section dimensions and properties 8.6.2  Section resistances  8.6.2.1  Moment resistances  8.6.2.2  Shear resistances 8.6.2.3  Axial compression resistances        Design  Tables  on  Section  Dimensions,  Properties  and  Resistances  for  Rolled  and  Welded Sections   

78 82 83 87 89 89 90 91 92 94 94 96 96 96 96 99 – 166

167

References     

Appendices    Appendix A 

Design procedure of a pinned‐pinned column to EN 1993 

A1

 

Appendix B   

Design procedures of an unrestrained beam to EN 1993  B1  Design  of  a  steel  beam  against  lateral  torsional  buckling  using  general design method to Clause 6.3.2.2 

 

B2  Design  of  a  steel  beam  against  lateral  torsional  buckling  using  alternative design method to Clause 6.3.2.3 

B7

 

B3  Design  of  a  steel  beam  against  lateral  torsional  buckling  for  rolled  or  equivalent  welded  sections  using  the  design  method  given in Steel Designer’s Manual 

B14

B1

 

Appendix C 

Design  procedure  of  a  column  member  under  combined  axial  compression and bending to EN 1993 

 

C1  Interaction  of  combined  axial  compression  and  bending  to  Clause 6.3.3 using the design method given in the U.K. National  Annex          xiii

C1

Appendix D 

Worked examples to BS EN 1993‐1‐1 

 

Part I  Section analysis and section resistance

 

Worked Example I‐1  Determination of section resistances 

D1

 

Worked Example I‐2  Cross  section  resistance  under  combined  bending and shear force 

D7

 

Worked Example I‐3  Cross  section  resistance  under  combined  bending and axial force 

D9

   

  Part II  Member design 

 

Worked Example II‐1 Design of a fully restrained steel beam 

D14

 

Worked Example II‐2                   

D17

 

Worked Example II‐3  Design of a steel column under axial          compression 

D26

 

Worked Example II‐4 Design of a beam‐column under combined         axial compression and bending 

D29

 

Worked Example II‐5  Column in simple construction 

D36

Design  of  an  unrestrained  steel  beam  against  lateral torsional buckling   Solution to Procedure B2  Solution to Procedure B3 

     

 

xiv

List of tables    Table 1.1 

Comparison on key symbols 

 

15

 

Table 1.2 

Important changes on terminology  

16

 

Table 1.3 

Difference in the notation of axes  

16

 

Table 2.1 

Partial factor for actions,  F

31

 

Table 2.2 

Values of    factors for buildings 

31

 

Table 2.3 

Values of    factors for bridges

31

 

Table 3.1a 

33

European Steel Materials   

Table 3.1b 

34

Chinese Steel Materials   

Table 3.2 

Choice of quality class according to EN 10164

36

 

Table 4.1 

39

Exposure conditions  

Table 5.1a 

Maximum c/t ratios of compression parts 

46

 

Table 5.1b 

Maximum c/t ratios of compression parts 

47

 

Table 5.1c 

Maximum c/t ratios of compression parts 

48

 

Table 6.1 

Imperfection factors for flexural buckling curves 

60

 

Table 6.2 

Selection of flexural buckling curve for a cross‐section 

61

 

Table 6.3 

Buckling curves for lateral torsion buckling 

64

 

Table 6.4 

Imperfection factors for lateral torsion buckling curves 

64

 

Table 6.5 

Selection  of  buckling  curves  for  rolled  sections  and  equivalent  welded sections 

65

 

Table 6.6 

Correction factors kc 

66

 

Table 6.7 

Values of 

1  and  C1  for various moment conditions  C1

68

(load is not destabilizing )   

Table 6.8 

Imperfection factors for lateral torsion buckling curves 

68

 

Table 6.9 

Recommendations  for  the  selection  of  lateral  torsional  buckling  curves 

69

 

Table 6.10 

Comparison  and  design  procedure  of  an  unrestrained  beam  to  EN  1993‐1‐1     

xv

69

Table 7.1 

Suggested limits for vertical deflection due to characteristic  combination (variable actions only) 

76

Table 8.1 

Ranges of rolled and welded sections 

78

Table 8.2 

Summary of design information for rolled sections 

80

Table 8.3 

Summary of design information for equivalent welded sections 

81

Table 8.4 

Design strengths of different steel grades of rolled sections   Class E1 Steel Materials with   Mc  1.0  

       

82

Table 8.5 

Design strengths of different steel grades of welded sections  Class E2 Steel Materials with   Mc  1.1  

       

82

Table 8.6 

Section classification rules for I‐ and H‐sections

83

Table 8.7 

Limiting ratios of section classification for I‐ and H‐sections 

84

Table 8.8 

Section classification of hollow sections 

85

Table 8.9 

Limiting ratios of section classification for hollow sections

86

Table 8.10 

Full ranges of typical rolled sections available for application 

88

Table 8.11 

Allowable corner radii of hot‐finished and cold‐formed RHS and SHS 

93

Table 8.12 

Corner radii and local residual strains in cold‐formed zones 

93

Table 8.13 

Proposed corner radii of EWRHS and EWSHS 

94

Table 8.14 

Full ranges of proposed equivalent welded sections for application 

95

Table 8.15 

Summary of Design Tables

97

 

List of figures    Figure 1.1 

Cross‐sections typical rolled sections and welded sections 

4

 

Figure 1.2 

Member buckling curves to BS5950 Part 1

8

 

Figure 1.3 

Member buckling curves to EN 1993‐1‐1 

11

 

Figure 1.4 

Member buckling curves to EN 1994‐1‐1

12

 

Figure 1.5 

Strength reduction factors at elevated temperatures 

13

 

Figure 1.6 

Harmonized design of member buckling at both normal and elevated  temperatures  

14

Figure 6.1 

Shear areas for various rolled and welded sections [Cl. 6.2.6 (3)]  

53

Figure 6.2 

Buckling curves for axial compression in members  

62

xvi

Figure 6.3 

Lateral torsional buckling curves for rolled sections 

70

Figure 6.4 

Lateral torsional buckling curves for welded sections 

70

Figure 8.1 

Cross‐sections of typical rolled sections and welded sections 

79

Figure 8.2 

Design method of equivalent welded I‐sections

89

Figure 8.3 

Design method of equivalent welded H‐sections

90

Figure 8.4 

Design method for equivalent cold‐formed circular hollow sections 

91

Figure 8.5 

Design method for equivalent cold‐formed rectangular hollow  sections 

92

Figure 8.6 

Design method for equivalent cold‐formed square hollow sections 

92

 

xvii

 

Section 1   Adopting Structural Eurocodes    (1)  The Structural Eurocodes are a new set of European design codes for building and civil  engineering  works.  Conceived  and  developed  over  the  past  40  years  with  the  combined expertise of the member states of the European Union, they are arguably  the  most  advanced  structural  codes  in  the  world.  The  Structural  Eurocodes  are  intended to be mandatory for European public works and likely to become the de‐facto  standard for the private sector – both in Europe and world‐wide. The Eurocodes had  been  available  as  European  pre‐standards  (ENVs)  for  several  years,  and all  of  them  were published as full European Standards (ENs) in 2007.     (2)  Owing to the withdrawal of various British structural design standards in March 2010,  the Works Department of the Government of Hong Kong SAR has been migrating to  the Eurocodes in stages, for the design of public works and civil engineering structures.   Mandatory  adoption  of  the  Eurocodes  will  commence  in  2015.  Since  a  number  of  countries  outside  the  European  Union,  in  particular  some  Asian  countries,  have  already  adopted  the  structural  Eurocodes  for  design  and  construction  of  building  structures, there is a growing need for design and construction engineers in Hong Kong  to acquire the new skills.    1.1  Organization of Eurocodes    (1) 

A total of 58 parts of the Eurocodes are published under 10 area headings:           

  (2) 

Eurocode 0 – EN 1990: Basis of Structural Design  Eurocode 1 – EN 1991: Actions on Structures  Eurocode 2 – EN 1992: Design of Concrete Structures  Eurocode 3 – EN 1993: Design of Steel Structures  Eurocode 4 – EN 1994: Design of Composite Steel and Concrete Structures  Eurocode 5 – EN 1995: Design of Timber Structures  Eurocode 6 – EN 1996: Design of Masonry Structures  Eurocode 7 – EN 1997: Geotechnical Design  Eurocode 8 – EN 1998: Design of Structures for Earthquake Resistance  Eurocode 9 – EN 1999: Design of Aluminium Structures 

It should be noted that  i)

the first two areas, namely, EN 1990 and EN 1991, are common to all designs – basis and actions;  ii) the other six areas, namely, from EN 1992 to EN 1996 and EN 1999, are material‐ specific  –  concrete,  steel,  composite  steel  and  concrete,  timber,  masonry,  aluminum; and  iii) the  other  two  areas,  namely,  EN  1997  and  EN  1998,  cover  geotechnical  and  seismic aspects.    (3) 

In order to avoid duplication of design rules as well as problems in updating various  parts at different times, one of the prevailing regulations in drafting the Eurocodes is 

1

that no design rule should be presented twice within the entire set of the Eurocodes.   As a consequence, there is extensive cross‐referencing.    1.2    (1)   

Composition of EN 1993  Various parts of EN 1993 are listed follows:  Part         

1‐1:   1‐2:   1‐3:   1‐4:   1‐5:  

 

1‐6:   1‐7:  

           

1‐8:   1‐9:   1‐10:  1‐11:  1‐12: 

General rules and rules for buildings  General – Structural fire design  General – Cold formed thin gauge members and sheeting  General – Structures in stainless steel  General – Strength and stability of planar plated structures without  transverse loading  General – Strength and stability of shell structures  General – Design values for plated structures subjected to out of plane  loading  General – Design of joints  General – Fatigue strength  General – Material toughness and through thickness assessment  General – Design of structures with tension components  General – Supplementary rules for high strength steels 

 

Part  2‐1:  

Bridges 

 

Part      Part     

3‐1:  3‐2:  

Towers, masts and chimneys – Towers and masts  Towers, masts and chimneys – Chimneys 

4‐1:   4‐2:   4‐3:  

Silos, tanks and pipelines – Silos  Silos, tanks and pipelines – Tanks  Silos, tanks and pipelines – Pipelines 

 

Part   5:  

Piling 

 

Part   6:     (2) 

  1.3    (1) 

Crane supporting structures 

As indicated by the name, Part 1.1 provides the general rules for structural steel design  which  are  formulated  for  direct  application  in  building  design  while  the  other  11  sections  in  Part  1  are  supplementary  to  Part  1.1  for  application  to  various  steel  structures. Owing to the importance of these sections within the Eurocodes, design  and construction engineers in Hong Kong need a good understanding of EN 1993‐1‐1  to make the most of the advantages offered by the Eurocodes.  Aims and Scope  This  document  provides  technical  guidance  on  key  design  rules  for  structural  steel  design for both the rolled and the welded sections given in the Structural Eurocode EN  1993‐1‐1  Design  of  Steel  Structures  (2005)  and  the  associated  UK  National  Annex  together  with  relevant  non‐contradictory  complementary  information.  Technical 

2

information  is  presented  in  the  context  of  the  local  construction  industry,  and  references  to  prevailing  regulations  and  codes  of  practice  are  made  whenever  necessary.    Figure  1.1  illustrates  various  cross‐sections  of  typical  welded  and  rolled  sections covered in this document.     (2) 

  (3) 

All the Nationally Determined Parameters (NDPs) recommended by the Works Bureau  of the Government of Hong Kong SAR and provided in the updated design manuals of  various government departments have been adopted. These items include load factors,  loads,  and  methods  for  calculating  certain  loads,  partial  safety  factors  and  advice  where a choice of design approach is allowed.   In  general,  all  the  key  design  rules  given  in  EN  1993‐1‐1  are  described  and  supplemented with explanatory notes in the same sequence as found in the Eurocode: 

       



  (4) 

General  Basis of design  Materials  - yield strengths   Durability  Structural analysis  Ultimate limit states  - resistances of cross‐sections under single actions  - resistances of cross‐sections under combined actions  - buckling resistances of members under single actions  - buckling resistances of members under combined actions  Serviceability limit states 

In  order  to  illustrate  various  design  procedures  for  structural  design,  a  total  of  8  worked  examples  with  different  cross‐section  properties  and  resistances  as  well  as  different  member  buckling  resistances  are  provided.    Comprehensive  design  procedures for the following buckling failure criteria are also provided:  i)   column members undergoing flexural buckling,   ii)   beam members undergoing lateral torsional buckling, and   iii)   beam‐column members undergoing buckling under combined compression and  bending   Detailed design information and parameters are also presented in tabulated format  for easy reference.     A complete section  together with a total  of 45 Design Tables has been compiled to  facilitate  the  practical  design  of  both  rolled  and  welded  sections  assuming  steel  materials of different yield strengths. 

3

Rolled sections:  z z

y

y

H-section

I-section z

z

z

y

y

y

Circular hollow section CHS

Rectangular hollow section RHS

Square hollow section SHS

Welded sections:  z z

y

y

Equivalent welded H-section EWH-section

Equivalent welded I-section EWI-section

 

z

z

z

y

Equivalent cold-formed circular hollow section EWCHS

Figure 1.1  

y

Equivalent cold-formed rectangular hollow section EWRHS

y

Equivalent cold-formed square hollow section EWSHS

Cross‐sections of typical rolled and welded sections 

4

(5) 

A complete section is compiled to facilitate practical design of the following:  

Rolled sections of S275 and S355 steel materials   rolled I‐ and H‐sections   hot‐finished circular, rectangular and square hollow sections 



Welded sections of Q235, Q275, Q345 and Q460 steel materials   welded I‐ and H‐sections   cold‐formed circular, rectangular and square hollow sections 

  (6) 

  1.4    (1) 

  (2) 

Hence,  rolled  sections  complying  to  European  steel  materials  specifications,  and  welded sections of selected Chinese steel materials have been included for design and  construction engineers to use on large scale construction projects in Hong Kong and  neighbouring cities.  Modern Structural Design Codes   Traditionally,  a  design  code  is  expected  to  provide  all  key  design  requirements  and  considerations  enabling  a  structural  engineer  to  perform  structural  design.    Proven  lower  bound  design  methods  are  also  provided  to  assist  the  structural  engineer  to  justify the structural adequacy of a structure in a prescriptive manner, i.e. if a structure  is designed and confirmed to satisfy all the design rules, structural adequacy of the  structure  is  deemed  to  be  achieved.    However,  there  is  an  overriding  implicit  assumption behind this, i.e. the structure being designed is assumed to behave in an  essentially similar fashion to those structures for which the design methods have been  developed and derived.  While the extreme situation of structural failure would have  been prevented, there is little information on how the structure is actually going to  behave in relation to some specific requirements, in particular, during serviceability  limit states.  A review of the organization of many modern structural design codes reveals a typical  layout as follows: 

 

a) Materials   Material types and manufacturing processes   Physical, chemical and mechanical properties   Requirements on structural performance   

b) Sections and dimensions   Typical shapes and sizes, limiting dimensions and scope of applications   

c) Cross‐section resistances    Cross‐section resistances under single actions    Cross‐section resistances under combined actions   

d) Member resistances   Member resistances under single actions   Member resistances under combined actions   

5

e) System behaviour   

f) Connection design   Force analysis methods   Basic resistances of fasteners, fixings and connectors   Resistances and deformations of joints   Detailing rules    (3) 

  (4) 

All these topics are considered to be essential for effective control of the design of a  structure, and the given layout is considered to be a simple, effective, and structured  arrangement to assist a structural engineer to perform his design in a straight forward  manner.  In  practice,  the  design  code  is  often  considered  to  be  a  legal  document  enabling  a  structural  engineer  to  perform  his  statutory  duty  to  his  client  as  well  as  to  the  regulatory authority.  Consequently, the design clauses in the code are often written  and  compiled  adopting  a  prescriptive  approach,  i.e.  everything  is  spelled  out  with  every  use  cautioned  and  every  limit  defined.    However,  while  most  of  the  design  clauses  are  well  controlled,  there  are  occasions  when  the  design  becomes  grossly  conservative  or  things  become  unnecessarily  complicated  when  interpretation  between  the  lines  of  the  design  clauses  is  required,  or  the  design  lies  outside  the  intended  use  of  the  design  clauses.    Hence,  the  prescriptive  approach  is  generally  considered to be restrictive, and little information is provided once the limits of the  design clauses are crossed.  Moreover, it is generally difficult to know how efficient the  design is. 

  1.4.1  Modern design approach    (1)  With recent  advances in  development of  structural design codes, the performance‐ based  approach  should  be  considered  a  major  advance  which  enables  the  rational  design  and  analysis  of  structural  behaviour  against  well‐defined  requirements  at  specific levels of acceptability.  This approach is commonly adopted in seismic design  as well as in fire resistant design of building structures and bridges whilst the levels of  structural responses and acceptability are explicitly defined for specific structures.  It  is obvious that adopting effective performance‐based design requires a high level of  understanding of the structural behaviour and the responses of structures.  Hence, the  structural examination of selected critical members is, in general, insufficient, and it is  necessary to perform a numerical simulation of the structural behaviour of the entire  structure under specific performance requirements. Supplementary member checks  may be carried out, whenever necessary.    (2)  Ideally, a design method in a modern design code should be formulated in such a way  that  a  structural  engineer  is  able  to  perform  the  design  while  understanding  the  underlying principles when  working through  the  design  procedures.  Moreover, the  design procedures should be  complied  with in a fashion that enables the structural  engineer to compromise on the calculation efforts he is prepared to make against the  structural  accuracy  and  economy  of  the  structure.    He  should  be  able  to  decide 

6

whether it is sufficient to adopt simple and yet conservative data, or if it is necessary  to  evaluate  specific  design  parameters  precisely,  depending  on  the  situation  he  is  dealing  with.   When  the  structural  engineer is making  choices  and  decisions  as the  design proceeds, he is able to control the design rationally, i.e. to engineer not just the  final product, but also the design process.    1.5     (1) 

Harmonized Design Rules  It is interesting to review the development of a number of national steel codes, and to  examine some of the design methods and clauses which have evolved over the years;  an illustration based on the checking of member buckling is given below.  It concerns  the  use  of  the  ‘slenderness’  parameter  of  a  member,  which  is  derived  from  elastic  buckling theory, to facilitate simple and direct evaluation of member resistances for  steel columns and beams as well as steel‐concrete composite columns. 

  1.5.1  Member buckling check for hot‐rolled steel sections    (1)  Consider the member buckling check in the British Steel Code BS5950 published by  the British Standards  Institution (2000) and the “Code of Practice for the Structural  Use of Steel” published by the Buildings Department of the Government of Hong Kong  SAR (2011).  For a column susceptible to axial buckling, the slenderness of the column,  λ, has been established for many years, and is defined as follows:   

   





LE     ry

(1.1) 

where  L E   is the effective length of the column, depending on its boundary conditions;  and  ry   is the radius of gyration of the cross‐section of the column, a function of its  cross‐section geometry. 

  (2) 

  (3) 

It should be noted that λ is an important structural parameter of a column and is a  direct measure of the tendency of the column to undergo elastic buckling.  Through a  non‐linear  interaction  curve,  which  is  commonly  referred  as  the  Perry‐Robertson  formula, the effect of axial buckling in a real column is expressed as a reduction in its  design strength from its yield value, i.e. its compressive strength.   The  compressive  strength  of  a  real  column  with  material  and  geometrical  initial  imperfections  is  readily  obtained  using  a  specific  column  buckling  curve  after  considering material yielding and geometrical instability.  It should be noted that based  on section shapes and sizes as well as bending axes during buckling, the value of the  imperfection parameter, α , is determined after careful calibration against test data.  Thus, a total of four column buckling curves are established, and they are plotted onto  the same graph as shown in Figure 1.2a).  For columns with welded sections made of  thick  steel  plates,  the  design  methodology  is  the  same  although  the  design  yield  strengths of the columns should be reduced by 20 N/mm2 to allow for the presence of 

7

high residual stresses due to welding.    250

 a= 3.5  a= 5.5

200

  a= 8.0 150

100

50

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

140

160

180

200

Slenderness ratio, λ 

 a) Column buckling curves 

300

250

 a= 7.0

200

150

100

50

0 0

20

40

60

80

100

120

Equivalent slenderness ratio,LT 

b) Beam buckling curve Figure 1.2 

  (4) 

Design strength, py = 275 N/mm2 

  a= 2.0 

0

Bending strength, p b  Compressive

                                                           

Compressive strength, p   Compressive

300

Member buckling curves to BS5950 Part 1 

For a beam susceptible to lateral buckling, an equivalent slenderness of the beam,   LT ,  is devised and defined as follows:   

 LT



u v 

(1.2) 

 

 

where    u and v   

are secondary section properties of the beam related to lateral bending  and torsion. 

8

(5) 

  (6) 

  (7) 

The  adoption  of  the  equivalent  slenderness  beam  parameter  is  a  good  example  of  harmonized codification, and both design parameters, u and v, may be considered as  correction factors which enable the lateral buckling check of a beam to be performed  in a way similar to the axial buckling check of a column.  Hence, the effect of lateral  buckling in a real beam is expressed as a reduction in its design strength from its yield  value, i.e. its bending strength.  The bending strength of a real beam with material and  geometrical initial imperfections is readily obtained after considering material yielding  and geometrical instability, as shown in Figure 1.2b).    It  should  be  noted  that  in  BS5950,  there  is  only  one  beam  buckling  curve  while  different  design  coefficients  are  adopted  for  rolled  and  welded  beam  sections  in  calculating various parameters.  For standardized steel sections, tabulated values of u  and v are readily found in section dimensions and properties tables.  Hence,  it  is  demonstrated  that  in  buckling  checks  of  both  columns  and  beams,  the  design  methods  are  considered  to  be  highly  structured  and  rational,  and  all  design  parameters  and  coefficients  are  derived  explicitly  with  analytical  formulation.   However, it should be noted that the structural adequacy and economy of the design  methods often hinge on one single value, the effective length of the member.  Up to  the very present, there is still little or no effective means of examining the buckling  behaviour  of  a  particular  member  in  a  structure  except  through  advanced  finite  element modelling, and the determination of the effective length of the member, and  hence, the member slenderness, remains, otherwise, largely empirical. 

  1.5.2  Member buckling check using normalized slenderness    (1)  It is interesting to note that the harmonized design checks for both axial and lateral  buckling of steel members given in BS5950 have been adopted in EN 1993‐1‐1 (2005)  with a different formulation.  The design rules are re‐formulated in such a way that the  effect  of  member  buckling  in  real  steel  columns  and  beams  are  expressed  as  a  reduction to the resistances of the cross‐sections, i.e. a strength reduction factor,     multiplied  by  the  axial  compression  resistances of  the  cross‐sections  of  the  column  members, and a strength reduction factor,  b  multiplied by the moment resistances  of the cross‐sections of the beam members respectively.     (2)   

Moreover, modified slenderness ratios are adopted, which are defined as follows: 

 



N c,Rd  or      for axial or flexural buckling of columns  N cr 1

(1.3) 

and   

 LT 

M c,Rd  LT   or      for lateral buckling of beams  M cr 1

where 

9

 

 

(1.4) 

 

1  

is a material parameter given by: 

 

 

=  

   



is the elastic modulus of steel;  is the yield strength of steel; 

 

N c,Rd   is the  design axial resistance of the column;  

fy  

Ncr  

E   fy

is the elastic critical buckling resistance of the column;  EI =   2 2   L cr is the second moment of area of the cross‐section of the column;  is the buckling length; 

 

 

 

I L cr  

 

M c ,Rd   is the design moment resistance of the beam; and 

    (3) 

M cr   is the elastic critical buckling moment resistance of the beam 

  (4) 

 

It should be noted that the modified slenderness ratio,   , is defined either as a ratio  of the geometrical slenderness to the material parameter of the member, or a ratio of  the square root of the ratio of the cross‐sectional axial resistance of the member to its  corresponding  elastic  critical  buckling  resistance.    Hence,  the  design  methods  are  “normalized” against the mechanical properties of the members, and they are equally  applicable to other materials, such as other metal and timber members, provided that  calibration  against  geometrical  and  mechanical  initial  imperfections  has  been  performed.    As shown in Figure 1.3, there are five different buckling curves for columns and four  for beams.  The selection on the imperfection parameter, α , depends on section types  and sizes as well as bending axes, if applicable.   

10

Strength reduction factor, χ   Compressive

1.2

α = 0.13

1.0

 α = 0.21 0.8

α = 0.34 α = 0.49 

0.6

α = 0.76  0.4

0.2

0.0 0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

1.75

2.00

Slenderness ratio,  LT  a) Column buckling curves

1.2

Compressive

Strength reduction factor, χLT 

                                                                 

1.0

α = 0.21  α = 0.34

0.8

α = 0.49 0.6

α = 0.76 

0.4

0.2

0.0 0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

Equivalent slenderness ratio, LT b) Beam buckling curves 

Figure 1.3 Member buckling curves to EN 1993‐1‐1    1.5.3  Member buckling check for composite columns    (1)  For  composite  columns  of  concrete  encased  H  sections  or  concrete  in‐filled  hollow  sections, the same design methodology has been adopted in EN 1994‐1‐1 (2004), and  the  axial  buckling resistances  of  the  composite  columns are  based  on the  modified  slenderness ratio which is defined as follows: 



N pl,Rd N cr

 

for axial or flexural buckling of columns 

11

(1.5) 

where   

N pl,Rd   is the  design plastic resistance of the composite column, which is equal to the 

 

Ncr  

sum  of  the  section  capacities  of  the  individual  components:  concrete  core,  steel section and steel reinforcement;  is the elastic axial buckling resistance of the composite column; 

 

 

= 2

 

EIeff  is the effective flexural rigidity of the composite column, which is equal to the 

 

sum of the effective flexural rigidities of the individual components: concrete  core, steel section and steel reinforcement; and  is the buckling length. 

L cr  

   

(2) 

  (3) 

L2cr

 

1.2

1.0

Strength reduction factor,   Compressive

                               

EI eff

α = 0.21 α = 0.34 

0.8

α = 0.49 0.6

0.4

0.2

0.0 0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

Slenderness ratio,  

Figure 1.4   Member buckling curves to EN 1994‐1‐1  Hence, the effect of axial buckling in real composite columns is expressed as a strength  reduction  to  the  resistances  of  the  cross‐sections  of  the  column  members,  i.e.  a  strength reduction factor, χ , multiplied by the compression resistances of the cross‐ sections of the composite columns.  As shown in Figure 1.4, there are three different  column buckling curves. The selection depends on section types as well as bending  axes, if applicable.  Consequently, it is demonstrated that by adopting the same design methodology, i.e.  the  slenderness  ratio  of  a  member  or  its  associated  resistance  ratio,  the  effect  of  buckling is readily expressed as a strength reduction factor multiplied by the resistance  of  the  cross‐section  of  the  member.    The same  methodology is shown  to  be highly  satisfactory in steel beams and columns as well as composite columns.  Moreover, the  adoption  of  different  buckling  curves  enables  wide  coverage  of  the  many  cross‐ sections of different shapes and sizes as well as bending axes.  

12

1.5.4  Member buckling check for steel and composite columns at elevated temperatures    (1)  It should be noted that based on rigorous material tests of a number of constructional  materials  at  elevated  temperatures,  various  sets  of  strength  reduction  factors  are  given in EN 1993‐1‐2 (2005) and EN1994‐1‐2 (2005) for general use.  Figure 1.5 plots  these factors for different constructional materials for easy reference. It is interesting  to note that all of these materials retain only 50% of their original strengths when their  temperatures reach 500 to 600 oC.    1.1 Profiled steel decking (EN)

1.0

Reinforcement

Reduction  factor

0.9

Structural steel

0.8

Normal weight concrete (NWC)

0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900 1000 1100 1200

Temperature ( )

Figure 1.5  (2) 

  (3) 

Strength reduction factors at elevated temperatures 

 

Based  on  a  known  temperature  distribution  within  a  structural  member  obtained  either from fire tests or numerical heat transfer analyses, the resistance of the member  at elevated temperatures may be readily evaluated according to EN 1993‐1‐2 and EN  1994‐1‐2.  A flow chart of various design procedures on steel beams and columns as  well as composite columns at both normal and elevated temperatures is provided in  Figure 1.6 to facilitate the use of these design procedures in practical design.  Owing  to  the  effective  design  development  of  member  buckling  in  the  Structural  Eurocodes, the normalized slenderness ratios of steel beams and columns as well as  composite columns are shown to be effective in determining corresponding strength  reduction  factors  due  to  member  buckling,  as  shown  in  Figure  1.6.    Moreover,  the  same  design  formulation  for  member  buckling  design  of various  types  of structural  members is readily used at both normal and elevated temperatures with parameters  having different values according to the materials of the members. 

13

Design procedures 

Key design parameters Normal  temperatures 

Elevated  temperatures 

1.  Evaluate both the design  and the characteristic  resistances. 

a. Steel column: 

Ncr & N pl ,Rd

N fi , ,cr & N fi , ,Rd

b. Steel beam: 

Not applicable

Not applicable

c. Composite column: 

Ncr & N pl ,Rd

N fi , ,cr & N fi , ,Rd

2.  Evaluate various structural  parameters. 

a. Steel column: 

-

,

b. Steel beam: 

-



c. Composite column: 

(EI)eff

 

(EI)fi,eff

  3.  Evaluate the non‐ dimensional slenderness. 

a. Steel column: 

a. Steel column:  b. Steel beam:  c. Composite column: 

5.  Evaluate the buckling  resistance. 

 

b. Steel beam:  c. Composite column: 

4.  Determine the  imperfection factor and  the reduction factor. 

 

   

 

& & &

& &

&

a. Steel column:  b. Steel beam:  c. Composite column: 

   

  Figure 1.6   Harmonized design of member buckling at both normal and elevated temperatures 

14

1.6    (1) 

      (2)         

Symbols and Terminology  The  Eurocode  system  for  symbols  generally  adopts  a  common  notation  for  the  principal variables. Differentiation between related variables, such as axial force and  compression resistance, is achieved by the use of subscripts. Multiple subscripts are  used where necessary, for example to distinguish between design bending resistances  about the y‐y and the z‐z axes; each component is separated by a comma.  In general, the Eurocode system for symbols is particular and precise, being effective  in providing clarity and avoiding ambiguity.  In general, symbols are defined where they are used within the text.  A list of the most  common symbols used is given in Clause 1.6 of EN 1993‐1‐1 for easy reference.  Table 1.1 presents a comparison of some of the key symbols adopted in the U.K. and  Hong Kong to those adopted in EN 1993‐1‐1.  Table 1.1 

Comparison of key symbols 

 

U.K. and Hong Kong 

EN 1993‐1‐1 

U.K. and Hong Kong 

EN 1993‐1‐1 

A

A

P

N

Z

Wel

Mx

My

S

Wpl

V

V

Ix

Iy

H

Iw

Iy

Iz

J

It

U.K. and Hong Kong 

EN 1993‐1‐1 

py

fy

pb

 LT f y

pc

 fy

r

i





 

 

   

(3) 

In this document, a dot is used as the decimal separator, in line with the existing U.K.  and Hong Kong practice.  However, it should be noted that the Eurocodes themselves  use a comma as the separator. 

15

(4)     

  1.7    (1)            (2)           

The Eurocodes contain alternative terms to those familiar to the U.K. and Hong Kong  designers, and some important changes are summarized in Table 1.2.  Table 1.2 

Important changes on terminology 

U.K. and Hong Kong terms 

Eurocode terms 

Loads 

Actions 

Dead load 

Permanent action 

Imposed or live load; wind load 

Variable action 

Ultimate loads 

Design value of actions 

Check 

Verification 

Internal forces and bending  moments which result from the  application of the actions 

Effects of actions 

Capacity, or Resistance 

Resistance 

Second‐order effects 

Effects of deformed geometry 

Conventions for Member Axes  The convention for member axes is:  x – x axis   y – y axis   z – z axis  

along a member  major axis of a cross‐section  minor axis of a cross‐section 

For typical I‐ and H‐sections and structural hollow sections, the convention used for  cross‐section axes are:  y – y axis  z – z axis 

major axis of the cross‐section which is parallel to the flanges  minor axis of the cross‐section which is perpendicular to the flanges 

The  cross‐section  axes  of  typical  sections  are  illustrated  in  Figure  1.1.  Table  1.3  summarizes the differences in the notation of the axes in both members and cross‐ sections.    Table 1.3   Difference in the notation of axes   

U.K. and Hong Kong 

Eurocodes 

     X (?)



Major axis of a cross‐section 





Minor axis of a cross‐section 





Longitudinal axis along the member

16

1.8    (1)    (2) 

Format  All the clauses and paragraphs in this document are numbered consecutively.   In the Eurocodes, a distinction is made between Principles and Application Rules:    i. Principles are identified by the letter P following the paragraph number.    ii. Application Rules are generally recognized rules which comply with the Principles  and satisfy their requirements. 

      1.9    (1) 

This distinction is retained in this document.  Equivalent Steel Materials  For many years, almost all steel structures in Hong Kong were designed to the British  structural  steel  design  code,  BS5950,  and  all  the  steel  materials  were  specified  correspondingly to the British steel materials specifications such as BS4360.    However,  as early as the 1990s, non‐British steel materials found their way to Hong Kong as well  as Singapore and other neighbouring cities in Southeast Asia.  Occasionally, contractors  wanted to use non‐British steel materials, such as Japanese, Australian and Chinese  steel materials. The proposed changes ranged from merely adopting such materials for  some  members  of  temporary  structures  to  their  use  for  complete  beam‐column  frames of building structures. Over the years, many successful projects were reported  in  Hong Kong  which  benefited  from  good  quality non‐British steel  materials,  timely  supply and delivery as well as improved structural economy.  However, there were also  a  few  bad  examples  of  the  use  of  non‐British  steel  materials  having  inconsistent  chemical compositions, inadequate mechanical properties and lack of traceability. 

  (2) 

In the 2000s, owing to large fluctuations in the costs of steel materials on the global  markets,  Chinese  steel  materials  became  practical  alternatives  to  British  steel  materials  in  a  number  of  construction  projects  in  Asia,  in  particular,  in  Hong  Kong,  Macau and Singapore. During the drafting of the “Code of Practice for the Structural  Use of Steel” for the Buildings Department of the Government of Hong Kong SAR from  February 2003 to August 2005, it was decided necessary to devise a means to allow,  or more accurately, to formalize the use of Chinese steel materials as equivalent steel  materials  for  structures  which  were  originally  designed  to  BS5950.  Various  parts  of  Section 3 of the Hong Kong Steel Code provide basic principles and considerations for  accepting, as well as qualifying, steel materials manufactured to the following national  materials specifications: 

 

   

Australian / New Zealand standards,  Chinese standards,  Japanese standards, and  American standards. 

   

A practical classification system for non‐British steel materials is introduced in the Code 

17

in which the design strengths of these non‐British steel materials depend on a newly  defined factor, namely, the material class factor,  γ Mc  .     (3) 

  (4) 

   

  (5) 

Similar use of non‐British steel materials was also formally adopted in Singapore with  the  issue  of  a  technical  guide  entitled  “Design  Guide  on  Use  of  Alternative  Steel  Materials to BS5950” in 2008, and then its revised version entitled “Design Guide on  Use  of  Alternative  Structural  Steel  to  BS5950  and  Eurocode  3”  by  the  Building  and  Construction Authority of the Ministry of National Development. These Design Guides  aimed to provide technical guidelines and design information on the use of non‐British  steel materials, and the classification system for various steel materials given in the  “Code  of  Practice  for  the  Structural  Use  of  Steel”  was  adopted  after  modification.  Under  the  provisions  of  these  Design  Guides,  alternative  steel  materials  not  manufactured  to  British  and  European  steel  materials  standards  may  be  allowed  in  structural  design  based  on  the  Structural  Eurocodes  for  construction  projects  in  Singapore.  In  2014,  the  use  of  non‐British  steel  materials  in  Hong  Kong,  Singapore  and  other  neighbouring  cities  in  Asia  was  further  promoted  through  the  publication  of  a  Professional  Guide  on  “Selection  of  Equivalent  Steel  Materials  to  European  Steel  Materials Specifications” (Publication CMSA‐PG01).  The Professional Guide is jointly  published by the Hong Kong Constructional Metal Structures, Macau Society of Metal  Structures and Chinese National Engineering Research Centre for Steel Construction.  It presents essential technical guidance to design and construction engineers as well  as engineers from regulatory authorities on the selection of steel materials equivalent  to material requirements specified in the European steel materials specifications.  Through the use of the Professional Guide, selected steel materials manufactured to  the modern materials specifications of Australia/New Zealand, China, Japan, and the  United  States  of  America  are  fully  endorsed  to  be  equivalent  to  steel  materials  manufactured to the European steel materials specifications, provided that all of these  steel  materials  have  been  demonstrated  to  be  in  full  compliance  with  the  requirements  of  both  material  performance  and  quality  control  as  detailed  in  the  Professional  Guide.  Consequently,  these  equivalent  steel  materials  can  be  readily  employed on construction projects for which the structural steelwork is designed to  EN 1993 and EN 1994.  Given a satisfactory demonstration of both the material performance and the quality  assurance procedures adopted during their manufacturing processes, steel materials  with yield strengths from 235 to 690 N/mm2 are classified as follows: 

             

18



Class E1 Steel Materials with  γ Mc = 1.0    

 

Steel materials which are   

i)   manufactured  in  accordance  with  one  of  the  Acceptable  Materials  Specifications  listed  in  Appendix  A  of  the  Professional  Guide  with  a  fully  demonstrated compliance on their material performance, and   

ii)   manufactured  in  accordance  with  an  Acceptable  Quality  Assurance  System  with full demonstration of effective implementation.   

Thus,  compliance  with  all  the  material  requirements  has  been  demonstrated  through intensive routine testing conducted during the effective implementation  of a certificated Factory Production Control system which accords with European  steel  materials  specifications.  The  Factory  Production  Control  System  must  be  certified by an independent qualified certification body.   



Class E2 Steel Materials with  γ Mc = 1.1 

 

Steel materials which are   

i) manufactured  in  accordance  with  one  of  the  Acceptable  Materials  Specifications  listed  in  Appendix  A  of  the  Professional  Guide  with  a  fully  demonstrated compliance on their material performance, and   

ii) manufactured  in  accordance  with  an  effectively  implemented  quality  assurance system which is different to a Factory Control Production System.   

Thus,  the  steel  materials  are  manufactured  in  accordance  with  all  the  material  requirements given in one of the Acceptable Materials Specifications, but without a  certified  Factory  Production  Control  System  which  accords  with  European  steel  materials specifications.    

In general, although many steel manufacturers will have already established a form of  quality assurance during the manufacturing processes, the high level of consistency in  the material performance of the steel materials required in European steel materials  specifications  cannot  be  verified  in  the  absence  of  a  certified  Factory  Production  Control System. Hence, a demonstration of the conformity of the steel materials is  required, and additional material tests with sufficient sampling should be conducted  for various batches of supply to demonstrate full compliance with both the material  performance and the quality assurance requirements.     



Class E3 Steel Materials 

 

Steel materials for which they cannot be demonstrated they were   

i) manufactured  in  accordance  with  any  of  the  Acceptable  Materials  Specifications listed in Appendix A; nor   

ii) manufactured in accordance with an Acceptable Quality Assurance System.   

Hence, any steel material which cannot be demonstrated to be either Class E1 Steel  Material or Class E2 Steel Material will be classified as Class E3 Steel Material, and the  nominal  value  of  yield  strength  of  the  steel  material  is  limited  to  170  N/mm2  for 

19

structural  design;  no  additional  material  test  is  needed  in  general.  However,  the  design yield strength of the steel material may be increased if additional material tests  with sufficient sampling have been conducted for various  batches of supply before  use.     

(6) 

For details of specific requirements on material performance and quality assurance,  refer to the Professional Guide.  Also refer to Section 3.2.3 of the Professional Guide  for details of additional materials tests.    Table 1.4 summarizes the classification system applying to the various classes of steel  materials.   

  Table 1.4   

  (7) 

 

  Nominal  yield  strength     (N/mm2)         ≥ 235    and     ≤ 690 

Classification system for various classes of steel materials    Class 

Material class factor, MC  for  minimum  ultimate  yield  tensile  strength,   strength,   ReH  Rm 

Compliance  with   material  performance  requirements 

Compliance  with   quality  assurance  requirements 

Additional  material  tests 

E1 







1.0 

1.0 

E2 







1.1 

1.1 

  E3   







‐‐‐ 

‐‐‐ 

  A newly defined factor, namely, the material class factor, MC , is adopted as a result of  the  classification,  and  hence,  the  nominal  values  of  the  yield  strength  and  of  the  ultimate tensile strength of the equivalent steel materials are given as follows: 



Nominal value of yield strength 

 

 

 

fy  

=  

ReH  / MC 

 

 

 

 

 

 

(6a)  

 

 

 

 

(6b)  

 



Nominal value of ultimate tensile strength 

 

 

 

fu  

=  

Rm / MC 

 

 

 

       

where  ReH     Rm     MC  

is the minimum yield strength to product standards;   is the ultimate tensile strength to product standards; and  is the material class factor given in Table 1.4. 

It should be noted that   

a)  Plastic  analysis  and  design  is  permitted  for  Classes  E1  and  E2  Steel  Materials  assuming yield strengths not larger than 460 N/mm2.   

20

b)  For Classes E1 and E2 Steel Materials with yield strengths larger than 460 N/mm2  but smaller than or equal to 690 N/mm2, design rules given in EN 1993‐1‐12 should  be used.   

c)  Only elastic analysis and design should be used for Class E3 Steel Materials.   

21

  Section 2  Basis of Structural Design      This  Section  presents  the  key  principles  as  well  as  the  relevant  application  rules  in  EN 1990  that  relate  to  the  design  of  steel  structures  together  with  specific  requirements  given  in  EN  1993‐1‐1.    These  include  specific  rules  on  basic  requirements,  reliability  management,  principles  of  limit  state  design,  partial  factor  method  as  well  as  combinations  of  action.    It  is  important  to  be  familiar  with  the  various  terminologies  and  mathematical  formats  of  the  expressions,  formulae  and  equations adopted in the Eurocodes.    2.1  General Requirements      Design  of  a  structure  requires  the  demonstration  of  structural  adequacy  under  various effects of actions in extreme events,  i.e. the ultimate limit state, and of full  compliance  against  various  requirements  in  deformation,  vibration  and  durability  during its intended life, i.e. serviceability limit states.    2.1.1  Basic requirements    (1)P  A structure shall be designed and executed in such a way that during its intended life,  with  appropriate  degrees  of  reliability  and  in  an  economical  way,  it  will  sustain  all  actions  likely  to  occur  during  execution  and  use,  and  meet  specified  serviceability  requirements.    (2)P  A  structure  shall  be  designed  to  have  adequate  structural  resistance,  serviceability    and durability.    (3)P  In the case of fire, the structural resistance shall be adequate for the required period  of time.    (4)P   A structure shall be designed and executed in such a way that it will not be damaged  by events such as explosion, impact, and consequences of human errors, to an extent  disproportionate to the original cause.     (5)P   Potential damage shall be avoided or limited by appropriate choice of one or more of  the following:       –   avoiding, eliminating or reducing the hazards to which the structure can be       subjected;  – selecting a structural form which has low sensitivity to the hazards considered;   –  selecting a structural form and design that can survive adequately the accidental  removal  of  an  individual  member  or  a  limited  part  of  the  structure,  or  the  occurrence of acceptable localised damage;   –  avoiding structural systems that can collapse without warning;   –  tying structural members together.        

22

  (6) 

The  basic  requirements  should  be  met  by  the  use  of  appropriate  materials,  design  and detailing, and quality control. 

  2.1.2  Reliability management    (1)P  The reliability required for structures within the scope of EN 1990 shall be achieved  by:  a)  design in accordance with EN 1990 to EN 1999, and   b) appropriate execution and quality management measures.    (2)  Different levels of reliability may be adopted, among other things:     – for structural resistance;    – for serviceability.    (3)   The choice of the levels of reliability for a particular structure should take account of  various relevant factors, including:   –possible cause and mode of attaining a limit state;   – possible  consequences  of  failure  in  terms  of  risk  to  life,  injury,  potential    economical losses;   – public aversion to failure;   –expenses and procedures necessary to reduce the risk of failure.      (4)  The levels of reliability that apply to a particular structure may be specified in one or  both of the following ways:  ‐   by classification of the whole structure;  ‐   by classification of its individual components.    (5)  The  levels  of  reliability  relating  to  structural  resistance  and  serviceability  can  be  achieved by suitable combinations of:  a)  preventative protective measures;  b)  measures relating to design calculations:    ‐  representative values of actions;      ‐  choice of partial factors;  c)  measures relating to quality management;  d)  measures aimed  to reduce errors in design and execution of the structure, and  gross human errors  e)  other measures relating to the following design matters:    ‐  basic requirements;    ‐  degree of robustness (structural integrity)    ‐  durability, including the choice of the design working life;  ‐  extent and quality of preliminary investigations of soils and possible  environmental influences    ‐  accuracy of mechanical models;    ‐  detailing   

23

 

(6) 

  (7)    (8)     

f)  efficient execution, e.g. in accordance with the execution standards referred to in    EN 1991 to EN 1999.  g)  adequate  inspection  and  maintenance  according  procedures  specified  in  the  project documentation.    The  measures  to  prevent  potential  causes  of  failure  and  to  reduce  their  consequences may, in appropriate circumstances, be interchanged to a limited extent  provided that the required reliability levels are maintained.  The  level  of  reliability  should  be  achieved  by  the  use  of  appropriate  quality  management in design and execution.  In  general,  execution  should  be  performed  in  accordance  with  EN  1090‐2,  and  execution class EXC2 should be specified.  EN 1090‐2 gives 4 classes of requirements for execution of the structure as a whole  or  for  components  of  a  structure,  namely,  Classes  EXC1  to  EXC4,  with  increasing  strictness  requirements.  For  common  buildings  and  structures,  Class  EXC2  for  the  whole structure is normally considered to be sufficient. 

  2.1.3  Design working life    (1)  Common  building  structures  should  be  designed  for  a  working  life  of  at  least  50  years.    In general, 50 years is the normal design working life for building structures, and this  is  implicitly  adopted  in  the  usual  characteristic  values  of  actions  selected  together  with the various associated partial factors of safety.      2.2  Principles of Limit State Design    (1)  The  resistances  of  cross‐sections  and  members  specified  in  this  document  for  the  ultimate  limit states as  defined in  Section  3.3 of  EN  1991‐1‐3  are  based  on  tests  in  which  the  steel  materials  exhibited  sufficient  ductility  to  allow  to  application  of  simplified design methods.      Various  design  situations  are  introduced  which  should  be  considered  for  design  against both ultimate and serviceability limit states.     2.2.1  Design situations    (1)P   The relevant design situations shall be selected taking into account the circumstances  under which the structure is required to fulfill its function.      

 

24

  (2)P   

Design situations shall be classified as follows:   Persistent design situations  Transient design situations  Accidental design situations      Seismic design situations   

‐  ‐  ‐      ‐   

normal conditions of use  temporary conditions applicable to the structure  exceptional  conditions  applicable  to  the  structure  or to its exposure, e.g. to fire, explosion, impact or  the consequences of localised failure  conditions applicable to the structure when   subjected to seismic events 

  In  general,  the  persistent  design  situation  is  the  most  common  in  practice  while  transient  design  situations  occur  during  the  construction  stages  as  well  as  during  renovation and refurbishment.    (3)P   The  selected  design  situations  shall  be  sufficiently  severe  and  varied  so  as  to  encompass  all  conditions  that  can  reasonably  be  foreseen  to  occur  during  the  execution as well as the use of the structure.    2.2.2   Ultimate limit states    (1)P   The limit states that concern the safety of people and the safety of the structure shall  be classified as ultimate limit states.     (2)   In some circumstances, the limit  states that concern the protection of the  contents  should be classified as ultimate limit states.     (3)   States prior to structural collapse, which, for simplicity, are considered in place of the  collapse itself, may be treated as ultimate limit states.     (4)P   The following ultimate limit states shall be verified where they are relevant:  –  loss of equilibrium of the structure or any part of it, considered as a rigid body;  –   failure by excessive deformation, transformation of the structure or any part of it  into  a  mechanism,  rupture,  loss  of  stability  of  the  structure,  or  any  part  of  it,  including supports and foundations;  –   failure caused by fatigue or other time‐dependent effects.     Different sets of partial factors are associated with the various ultimate limit states.    2.2.3   Serviceability limit states     (1)P   The limit states that concern the functioning of a structure or its structural members  under  normal  use,  comfort  of  people,  and  deformation  of  construction  works  (leading to extensive cracking) shall be classified as serviceability limit states.    

25

  (2)P   A  distinction  shall  be  made  between  reversible  and  irreversible  serviceability  limit  states.    (3)   Verification  of  serviceability  limit  states  should  be  based  on  criteria  concerning  the  following aspects:     a) deformations that affect   –  appearance,   –  comfort of users, or   –  functioning  of  the  structure  (including  functioning  of  machines  or  services),   or that cause damages to finishes or non‐structural members;        b) vibrations that adversely affect  – comfort to people, or   – functional effectiveness of the structure;        c) damages that are likely to adversely affect   – appearance,   – durability, or   – functioning of the structure.      2.3   Basic Variables and Limit State Design     2.3.1  Actions and environmental influences    (1)  Actions  for  the  design  of  steel  structures  should  be  taken  from  EN  1991.    For  the  combination of actions and partial factors of actions, refer to Annex A to EN 1990.    (2)  The actions to be considered in the erection stage should be obtained from EN 1991‐ 1‐6.    (3)  Where  the  effects  of  predicted  absolute  and  differential  settlements  need  to  be  considered, best estimates of imposed deformations should be used.    2.3.2  Material and product properties    (1) Material  properties  for  steels  and  other  construction  products  and  the  geometrical  data  to  be  used for  design  should  be  those  specified  in  the  relevant  ENs, ETAGs  or  ETAs unless otherwise indicated in this document.         

26

   2.3.3  Limit state design    (1)P   Design  for  limit  states  shall  be  based  on  the  use  of  structural  and  load  models  for  relevant limit states.     (2)P   It shall be verified that no limit state is exceeded when relevant design values for     – actions,    – material properties, or     – product properties, and     – geometrical data     are used in these models.     (3)P  Verifications shall be carried out for all relevant design situations and load cases.    (4)  The  requirements  of  Clause  (1)P  above  should  be  achieved  by  the  partial  factor  method described in Clause 2.4 Verification by Partial Factor Method.     (5)   As an alternative, a design directly based on probabilistic methods may be used.     (6)P   The selected design situations shall be considered and critical load cases identified.     (7)   For  a  particular  verification,  load  cases  should  be  selected,  identifying  compatible  load  arrangements,  sets  of  deformations  and  imperfections  that  should  be  considered simultaneously with fixed variable and permanent actions.     (8)P   Possible  deviations  from  assumed  directions  or  positions  of  actions  shall  be  taken  into account.     (9)   Structural and load models can be either physical models or mathematical models.      2.4   Verification by Partial Factor Method    2.4.1   Design values    (1)  The design value Fd of an action F is expressed as:   

Fd   F  Fk  

 

where  F     Fk  

 

(2.1) 

is a partial factor for the action F;  is the combination factor and is equal to 1.0 for permanent actions, or to   0 1 , or   2  for variable actions; and  ,  is the characteristic value of the action, F. 

27

   

  (2)     

In general, the design value of an action is usually expressed as   F  Fk  rather than Fd  for clarity.  Moreover, permanent and variable actions are distinguished symbolically  by the use of  G k for permanent actions and  Q k for variable actions, i.e.   G  G k  and   Q  Q k  respectively.  The design value  X d  of a material property is expressed as:  X Xd  k   M where  X k   is a characteristic value of the material; and   M   is a partial factor for a material property. 

(2.2) 

   

In general, the design value of a material property is usually expressed as 

Xk rather  M  

than  X d  for clarity.      (3) 

Geometrical  data  for  cross‐sections  and  systems  may  be  taken  from  product  standards  hEN  or  drawings  for  the  execution  to  EN  1090  and  treated  as  nominal  values. 

  Design values of geometrical imperfections specified in this document are equivalent  geometric imperfections that take into account the effects of:  ‐ geometrical imperfections of members as governed by geometrical tolerances in  product standards or the execution standard;  ‐ structural imperfections due to fabrication and erection;  ‐ residual stresses; and  ‐ variation of yield strengths    (4)     

The  design  value  of  resistance  is  expressed  as  a  function  of  the  design  value  of  a  material property and a geometrical data:  X  R d  R  k ;a   (2.3a)   M  where  a 

is the geometric parameter. 

 

 

 

Alternatively, the design resistance may be obtained directly from the characteristic  value of a material by:  R (2.3b)  Rd  k   M where    Rk   is  the  characteristic  value  of  the  particular  resistance  determined  with  characteristic  or  nominal  values  for  the  material  properties  and  dimensions; and     M   is the global partial factor for the particular resistance. 

28

  2.4.2  Ultimate limit states    (1)P  The following ultimate limit states of a structure shall be verified:    EQU  Loss of static equilibrium of the structure or any part of it considered as a rigid  body.    STR  Failure  or  excessive  deformation  of  the  structure  or  its  structural  members  including supports where the strength of the structural material governs.      GEO  Failure or excessive deformation of the ground where the strengths of soils or  rocks are significant in providing resistances.    FAT  Fatigue failure of the structure or its structural members.      In general, the STR limit state is the only limit state that needs to be considered.     (2)P  When  considering  a  limit  state  of  rupture  or  excessive  deformation  of  a  section,  a  member or a connection, i.e. STR limit state, it shall be verified that:    Ed  R d     (2.4)      where    E d   is the design value of the effect of actions such as internal force, moment  or a vector representing several internal forces or moments; and  R d is the design value of the corresponding resistance.        2.4.3   Combination of actions at ULS    2.4.3.1 General    (1)  For  each  design  situation,  the  design  values  of the  effects  of  the  actions  should  be  determined from the combination of the actions that may occur simultaneously.    (2)  Each combination of actions should include a leading or main variable action, or an  accidental action.    2.4.3.2 Persistent or transient design situations    (1)  The combination of effects of actions to be considered should be based on:   the design value of the leading variable action, and   the design combination values of the accompanying variable actions.       

29

   

 j1

       



G k , j ""  P P ""  Q ,1 0,1Q k ,1 ""

G, j

 

i 1

Q ,i

 0,i Q k ,i       (2.5) [Eqn. 6.10 of EN 1990] 

 i 1

Q ,i

 0,i Q k ,i  (2.5a) [Eqn. 6.10a of EN 1990] 

G k , j ""  P P ""  Q ,1Q k ,1""   Q ,i  0,i Q k ,i  

j G, j

j1

   



or  alternatively,  for  the  STR  limit  state,  the  less  favourable  of  the  two  following  expressions: 

j1

   

G k , j ""  P P ""  Q ,1Q k ,1 ""

G, j

 (2.5b) [Eqn. 6.10b of EN 1990] 

i 1

  where  “+”  implies “to be combined with”;     implies “the combined effect of”;  G k , j   are the characteristic values of the permanent actions; 

Q k ,1   is the characteristic value of one of the variable actions;  Q k ,i   are the characteristic values of the other variable actions; 

 G, j   is the partial factor for the permanent action  G k , j  ;   Q,i   is the partial factor for the variable action  Q k ,i  ;  0,i   is the   0 factor for the combination value of the variable action  Q k ,i  ; 

   

        (3) 

 

 

j  

is a reduction factor applied to unfavorable permanent actions (in 

 

Expression 6.10b of EN 1990);   = 0.925   according to NA of EN 1990. 

v  According to the Eurocodes approach, it is necessary to apply all variable actions to  the structure under consideration to examine the effects of actions on the structure.  It  should  be  noted  that  each  variable  action  is  in  turn  considered  as  the  “leading”  variable action while all the other variable actions are applied correspondingly with  each of them multiplied by a relevant factor.  It is thought that Expression (6.10) of EN  1990 gives a quick, but conservative approach when compared to Expressions (6.10a)  and (6.10b) of EN 1990, which are slightly more involved.  In  general,  it  is  expected  that  Expression  (6.10b)  of  EN  1990  will  normally  be  the  governing case. 

The  partial  factors  to  be  used  in  the  combination  of  actions  and  the  factors  on  accompanying  actions  are  given  in  Table  2.1  which  are  extracted  from  Tables  N.A.A1.2(a) and N.A.A1.2(b) of UK NA to EN 1990 and modified accordingly to local  practice.    The  corresponding  partial  factors  for  buildings  and  bridges  are  also  presented in Tables 2.2 and 2.3 for easy reference.    

30

  Table 2.1   Partial factors for actions,  F  

Ultimate  Limit State  EQU  STR 

Buildings  Permanent Actions Leading or Main   G, j   Variable Action   Q,1   Unfavorable  Favorable  1.40  1.40 

1.00  1.00 

Accompanying   Variable Action   Q,i  

1.60  1.60 

1.60  1.60 

  Civil engineering works  Permanent  Leading or Main  Traffic Actions  Rail   Wind  Actions  Variable Action  Traffic   (gr1a, gr1b,  Ultimate  Actions   G, j    Q,1   Actions  gr2, gr3, gr4,  Limit State      gr5, gr6)  Unfavorable  Favorable  EQU  1.05  0.95  1.35  To be agreed  2.10  STR  1.35  0.95  1.35  To be agreed  2.10  Note:  When variable actions are favourable,  Q k should be taken as zero.    For  building  structures,  reference  should  be  made  to  “Code  of  Practices  for  the  Structural Use of Steel 2011” for the detailed design values of actions.    For civil engineering works, reference should be made to “Structures Design Manual  for Highways and Railways 2013” for the detailed design values of actions. 

  Table 2.2  Values of   factors for buildings  Action  Permanent actions + General variable actions Permanent actions + Equivalent horizontal actions Permanent actions + Wind actions + General variable actions Temperature (non‐fire) in buildings 

 

0 0.875 0.875 0.75 0.75

1   0.75  0.75  0.75  0.75 

2 0.75 0.75 0.75 0.75

1  

2

a

On roofs, imposed loads should not be combined with wind loads. 

  Table 2.3  Values of   factors for bridges  0

Action 

Imposed loads in buildings, category (see “Structures Design Manual for Highways and Railways”) Traffic loads gr1a: TS, UDL  0.75 0.75  0.0 Traffic loads gr1b: Single axle  0.00 0.75  0.0 Traffic loads gr2:  Horizontal forces 0.00 0.00  0.0 Traffic loads gr3:  Pedestrain loads 0.00 0.40  0.0 Traffic loads gr4:  Crowd loading 0.00 ‐  0.0 Traffic loads gr5:  Vertical forces from SV and SOV vehicles 0.00 ‐  0.0 Traffic loads gr6:  Horizontal forces from SV and SOV vehicles 0.00 0.00  0.0

  Wind loads:  Permanent design situation Wind loads:  During erection  Thermal actions 

0.50 1.00  0.60 

   

 

 

31

0.20  ‐  0.60 

0.0 0.0  0.50 

  2.4.4   Serviceability limit states    (1)P  It shall be verified that:         

   

Ed  Cd  

(2.6) 

where  E d   is  the  design  value  of  the  effects  of  actions  specified  in  the  serviceability  criterion, determined on the basis of the relevant combination; and  C d   is the limiting design value of the relevant combination.    As the partial factors for actions  F are implicitly taken as 1.0, they are therefore not  shown in the expressions for the effects of actions for clarity. 

  2.4.5  Combination of actions for SLS    (1)  The combinations of actions for serviceability limit states are:     Characteristic   applicable for irreversible limit states;   Frequent   applicable for reversible limit states; and   Quasi‐permanent   applicable  for  long‐term  effects  and  the  appearance  of  the    structure.  (2)  The expressions for the effects due to the combinations of actions are:      Characteristic combination   

G j1

k, j

"" P "" Q k ,1 ""

 

Frequent combination 

 

G j1

k, j

 i 1

"" P "" 1,1Q k ,1 ""

 

Quasi‐permanent combination 

 

G j1

 

k, j

"" P ""

 i 1

2,i

0,i

Q k ,i  

 i 1

2,i

Q k ,i  

Q k ,i  

(2.7) 

(2.8) 

(2.9) 

where  1,1   is the factor for the frequent value of the variable action Q k , i (see Table 2.2)   2 ,1   is the factor for the quasi‐permanent value of the variable action  Q k , i (see 

Table 2.2).     

 

Advice on which combination to use is given in EN 1993‐1‐1 and its National Annex.  The  National  Annex  to  EN  1993‐1‐1  states  that  serviceability  deflections  should  be  based on the unfactored  variable  actions, and that permanent  actions need not be  included.  Refer to Section 7 of this document for further information. 

32

Section 3  Materials    3.1   General    (1)  The nominal values of material properties given in this Section should be adopted as  characteristic values in design calculations.      (2)  This  Part  of  EN  1993  covers  the  design  of  steel  structures  fabricated  from  steel  materials conforming to the steel grades listed in Table 3.1.    (3)  In general, EN 1993‐1‐1 covers steel materials conforming to EN 10025 Parts 2, 3, 4, 5  and 6, EN 10210‐1 and EN 10219‐1 in grades S235 to S460.        However,  for  quality  steel  materials  which  are  manufactured  to  other  materials  specifications  but  satisfy  both  material  performance  and  quality  assurance  requirements, they are readily considered to be equivalent steel materials.  Refer to  the Code of Practice for the Structural Use of Steel (2011) for further details.    (4)  Depending on the supply sources of these steel materials, if it can be demonstrated  that  these  steel  materials  satisfy  both  material  performance  and  quality  control  requirements as described in Section 1.9, they are then considered as Class E1 Steel  Materials, and the corresponding material class factor,   Mc , is taken to be 1.0.        However,  if  these  steel  materials  are  demonstrated  to  satisfy  only  the  material  performance requirements but not the quality control requirements as described in  Section  1.9,  they  are  then  considered  as  Class  E2  Steel  Materials,  and  the  corresponding material class factor,   Mc , is taken to be 1.1.    (5)  Table 3.1 presents all the steel grades given in Table 3.1 of EN 1993‐1‐1:      Table 3.1  European Steel Materials:  EN 10025 – 2  • S235  • S275  • S355  • S450 

EN 10025 – 3  • S275 N/NL  • S355 N/NL  • S420 N/NL  • S460 N/NL 

EN 10025 – 4  • S275 M/ML  • S355 M/ML  • S420 M/ML  • S460 M/ML 

EN 10210 – 1  • S235 H  • S275 H  • S355 H    • S275 NH/NLH  • S355 NH/NLH  • S420 NH/NHL  • S460 NH/NLH 

EN 10219 – 1  • S235 H    • S275 H  • S355 H    • S275 NH/NLH  • S355 NH/NLH  • S460 NH/NLH   

  • • • •

  S275MH/MLH  S355 MH/MLH  S420 MH/MLH  S460 MH/MLH 

     

33

EN 10025 – 5  • S235 W  • S355 W 

EN 10025 – 6  • S460  Q/QL/QL1 

(6) 

Table 3.2 presents commonly used Chinese steel grades which are considered to be  equivalent steel materials for adoption in structural design to EN 1993:    Table 3.2  Chinese steel materials:    GB/T 700‐2006  • Q235B/C/D  • Q275B/C/D 

GB/T 1591‐2008  • Q345B/C/D/E • Q390B/C/D/E  • Q420B/C/D/E  • Q460C/D/E   

GB/T 6725‐2008  • Q235  • Q345  • Q390   

GB/T 8162‐2008  • Q235 • Q275  • Q345  • Q390 

GB/T 4171‐2008  • Q265GNH • Q295GNH  • Q310GNH  • Q355GNH  • Q235NH  • Q295NH  • Q355NH  • Q415NH  • Q460NH 

GB/T 19879‐2005  • Q235GJB/C/D/E • Q345GJB/C/D/E   • Q390GJC/D/E  • Q420GJC/D/E  • Q460GJC/D/E 

 

   

  • Q420 • Q460 

 

Refer  to  the  Professional  Guide  entitled  “Selection  of  Equivalent  Steel  Materials  to  European Steel Materials Specifications” (2015) for further details on equivalent steel  materials manufactured to different materials specifications. 

    3.2  Structural Steel    3.2.1  Material properties     (1)  The  nominal  values  of  the  yield  strength f y  and  of  the  ultimate  strength  fu  for  structural steel should be obtained either by    a) adopting  the  values  of  f y  R eH  and  f u  R m directly  from  the  product  standard, or  b) using the values given in Table 3.1 of EN 1993‐1‐1.     

In  general,  both  fy  and  fu  are  material  strengths  of  the  steel  materials  measured  either along the longitudinal or in the transverse directions with respect to the rolling  direction  during  manufacturing.    Both  fy  and  fu  are  determined  in  standard  tensile  tests  to  EN  10002  which  specifies  details  of  testing  procedures  (material  sampling,  dimensions of coupon sizes, straining rates) and data analyses. 

         

34

3.2.2  Ductility requirements    (1)  For  steel  materials  for  which  a  minimum  ductility  is  required,  the  following  three  requirements should all be satisfied:     the ratio f u / f y :  f u / f y  1 .0  

where  

(3.1a)

 

 

fu   fy  

is the ultimate strength, and   is the yield strength. 

  

the elongation at failure :  elongation at failure    15% 

(3.1b) 

which is based on a standard gauge length of 5.65  A 0 where  A 0  is the original  cross‐sectional area of the coupon.      

the ultimate strain  u :  ε u  15 ε y  

where   u   y  

(3.1c) 

is the strain corresponding to the ultimate strength f u , and  is the yield strain, i.e.   y  f y / E . 

   

Ductility  is  one  of  the  most  important  mechanical  properties  of  modern  steel  materials  which  allow  steel  structures  to  undergo  large  deformations  without  fracture, especially in highly stressed parts of members or joints.  Moreover, ductility  facilitates  mobilization  of  cross‐sectional  resistances,  and  simplifies  the  determination of cross‐sectional resistances without the need to examine the actual  stress  distribution  within  a  cross‐section.    Hence,  these  three  limits  on  ductility  requirements are effective measures in providing a safety margin for steel structures  against failure by plastic collapse through large or even excessive deformations in the  strain‐hardening range of the steel materials.  

  3.2.3  Fracture toughness    (1)  The  material  should  have  sufficient  fracture  toughness  to  avoid  brittle  fracture  of  tension  elements  at  the  lowest  service  temperature  expected  to  occur  within  the  intended design life of the structure.      The lowest service temperature for building and civil engineering structures in Hong  Kong is 0  oC.  Refer to the Code of Practice for the Structural Use of Steel (2011) for  further details.     

35

3.2.4  Through‐thickness properties    (1)  Where  steel  materials  with  improved  through‐thickness  properties  are  necessary  according to EN 1993‐1‐10, steel materials according to the required quality class in  EN 10164 should be used.      Table 3.3  Choice of quality class according to EN 10164   

Target value of  Z Ed   according to EN 1993‐1‐10 

Required value of  Z Rd   expressed in terms of design  Z ‐values  according to EN 10164 

Z Ed  10  

‐ 

10  Z Ed  20  

Z15

20  Z Ed  30  

Z25

Z Ed  30  

Z35

   

The through‐thickness property is a measure of the ability of steel plates to ensure  integrity  against  lamination  (or  separation)  when  they  are  subject  to  high  tensile  stresses acting in the through‐thickness direction.  

   

For  those  welded  steel  plates  with  high  tensile  residual  stresses  induced  in  the  through‐thickness direction, lamination within the plate thickness may occur leading  to  extensive  local  cracks  in  the  welded  zones.    Hence,  it  is  necessary  to  specify  an  appropriate target value for the permissible reduction in cross‐sectional area of the  steel  material  in  the  through‐thickness  direction,  Z Ed .    Particular  care  should  be  given to welded beam‐to‐column connections, and welded end plates where there is  tension in the through‐thickness direction.   

    3.2.5   Tolerances    (1)  The dimensional and mass tolerances of plates, rolled sections, and hollow sections  should conform to the relevant product standards unless more severe tolerances are  specified.  (2)        (3)     

For welded components, the tolerances given in EN 1090 should be applied.  Refer to the Code of Practice for the Structural Use of Steel (2011) for further details.  For structural analysis and design, the nominal values of dimensions should be used.    

   

36

3.2.6  Design values of material coefficients    Modulus of elasticity  E = 210,000  N / mm2   Shear modulus  G = E /21          = 81,000  N / mm2   Poisson’s ratio   = 0.3 Coefficient of linear thermal expansion   = 14  10 6 C   Density  7850  kg / m3       3.3   Connecting Devices    3.3.1  Fasteners      Requirements for fasteners are given in EN 1993‐1‐8.  3.3.2  Welding consumables      Requirements for welding consumables are given in EN 1993‐1‐8.   

   

37

4    (1)     

Durability  The basic requirements for durability are set out in EN 1090.  The  durability  of  a  structure  is  its  ability  to  remain  fit  for  use  during  its  design  working life given appropriate maintenance  

   

According to EN 1990, a structure should be so designed that deterioration over its  design working life does not impair the performance of the structure.  Moreover, it is  essential for a designer to identify various requirements that need to be allowed for  during the design stage to achieve a high level of durability according to the expected  design working life of the structure.   

   

A  structure  should  be  designed  in  such  a  way,  and  provided  with  protection  as  necessary,  so  that  no  significant  deterioration  is  likely  to  occur  within  the  period  between  successive  inspections.  Critical  parts  of  the  structure  need  to  be  available  for inspection, without complicated dismantling.  

   

Other  interrelated  factors  that  need  to  be  taken  into  account  to  ensure  an  adequately durable structure are given below: 

 

        

  (2) 

intended and future use of the structure  required performance criteria  expected environmental influences  composition, properties and performance of materials  choice of structural system  shape of members, structural detailing, and buildability  quality of workmanship and level of control  particular protective measures  maintenance during the intended life 

The  means  of  executing  the  protective  treatment  undertaken  off‐site  and  on‐site  should be in accordance with EN 1090. 

  (3) 

Parts susceptible to corrosion, mechanical wear or fatigue should be designed such  that inspection, maintenance and reconstruction can be carried out satisfactorily and  access is available for in‐service inspection and maintenance. 

  (4)B 

For building structures, no fatigue assessment is normally required except as follows: 

 

a) b) c) d)  

members supporting lifting appliances or rolling loads  members subject to repeated stress cycles from vibrating machinery  members subject to wind‐induced vibrations  members subject to crowd‐induced oscillations. 

38

(5) 

For  elements  that  cannot  be  inspected,  an  appropriate  corrosion  allowance  should  be included. 

  (6)B 

Corrosion  protection  does  not  need  to  be  applied  to  internal  building  structures  if  the internal relative humidity does not exceed 80%.    The following factors should be taken into account in design of corrosion protective  systems  for  a  structure  in  order  to  ensure  its  durability  under  conditions  relevant  both to its intended use and to its design working life. 

   

   



 

The environment of the structure, whether bimetallic corrosion is possible and  the degree of exposure of the structure.  Accessibility of the structure for inspection and maintenance, (i.e. easy, difficult  or impossible). Access, safety and member shapes, and structural  detailing are  relevant.  The relationship between corrosion protection and fire protection systems.  

Typical examples of commonly occurring exposure conditions are given below.   

 

Table 4.1   Exposure conditions  Exposure  Class  1  2  3 

   

Type of Exposure 

Non‐corrosive  Mild  (typically internal)  Moderate  (internal or external) 



Severe 



Extreme 

Examples  Steelwork  in  an  internal  controlled  (i.e.  dry)  environment.   Steel piles driven into undisturbed and  non‐corrosive ground.  Steelwork in an internal humid environment.  Steelwork built into perimeter cladding.   External steelwork in a dry climate.  External steelwork exposed to rain and humidity.   Internal  steelwork  over  a  swimming  pool,  kitchen  or  water tank.  External steelwork in a marine environment.   Steel piles driven into corrosive ground.   Steelwork exposed to salt water. 

Refer to the Code of Practice for the Structural Use of Steel (2011) for further details. 

 

39

Section 5   Structural Analysis    5.1   Structural Modeling for Analysis    5.1.1   Structural Modeling and basic assumptions    (1)  Analysis  should  be  based  upon  calculation  models  of  the  structure  that  are  appropriate for the limit state under consideration.      Generally, a structural model is established in accordance with the geometry and the  member  configuration  of  a  structure.    An  allowance  for  inevitable  imperfections  present  within  a  structure  is  also  made.    It  should  be  noted  that  no  member  imperfection  is  incorporated  into  the  structural  model  since  these  are  implicitly  allowed for during structural design in accordance with Section 6.    (2)  The calculation model and the basic assumptions for the calculations should reflect  the  structural  behaviour  at  the  relevant  limit  state  with  appropriate  accuracy,  and  reflect the anticipated type of behaviour of the cross‐sections, members, joints and  bearings.    (3)  The method used for the analysis should be consistent with the design assumptions.       When a designer considers connections in a steel structure to be either pinned joints  or  rigid  joints  during  structural  analysis,  he  needs  to  design  these  connections  correspondingly.    For  a  nominally  pinned  base  of  a  structure,  a  10%  of  the  column   EI  stiffness     is  often  assumed  in  structural  analysis  at  ultimate  limit  state,  in  L particular, in assessing frame stability; and 20% at a serviceability limit state.    5.2   Global Analysis    5.2.1   Effects of deformed geometry of a structure    (1)  The  internal  forces  and  moments  within  a  structure  may  generally  be  determined  using either: 

  (2) 

   



first order analysis, using the initial geometry of the structure or 



second order analysis, taking into account the influence of the deformation of  the structure. 

The  effects  of  deformed  geometry  (or  the  second‐order  effects)  should  be  considered if they increase the action effects significantly or modify significantly the  structural behaviour.  In general, the effects of deformed geometry of a structure are considered to be non‐ advantageous owing to large reduction in the resistances of the members.   

40

(3) 

First  order  analysis  may  be  used  for  the  structure  if  the  increase  of  the  relevant  internal  forces  or moments or  any other change in the structural behaviour caused  by deformations can be neglected.  

       

 

(4)B 

This condition may be assumed to be fulfilled if the following criterion is satisfied:  F  cr  cr  10      for elastic analysis                (5.1a)  FEd or  F  cr  cr  15    for plastic analysis                  (5.1b)  FEd where   cr   is  the  factor  by  which  the  loading  would  have  to  be  increased  to  cause  elastic instability in a global mode;  FEd   is the design load acting on the structure; and 

Fcr   is the elastic critical buckling load for the global instability model based on  initial elastic stiffnesses.    Portal  frames  with  shallow  roof  slopes  and  regular  beam‐column  plane  frames  in  buildings may be checked for sway mode failure with first order analysis if Expression  (5.1) is satisfied for each storey.  

  In these structures,   cr  may be calculated using the following approximate formula,  provided that the axial compression in the beams or rafters is not significant:   H  h       cr   Ed    VEd   H , Ed 

 

 

 

 

 

 

 

          (5.2)

where:  H Ed   is the design value of the horizontal reaction at the bottom of the storey to  the  horizontal  loads  and  fictitious  horizontal  forces  (which  are  applied  to  produce  the  effects  of  sway  imperfections  to  the  structure  as  given  in  Clause 5.3.2);  VEd   is the total design vertical load on the structure acting at the bottom of the  storey;   H , Ed  is  the  horizontal  displacement  at  the  top  of  the  storey,  relative  to  the  bottom of the storey, when the frame is loaded with horizontal loads (e.g.  wind) and fictitious horizontal forces which are applied at each floor level;  and   is the storey height. 

 

h    In the U.K., Expression 5.2 above is considered to be inappropriate for portal frames.  A  modified  expression  for  portal  frames   cr ,est  should  be  calculated  following  the 

recommended  approach  given  in  the  paper  entitled  “Eurocode  3  and  the  in‐plane  stability of portal frames” which was published in the November 2005 issue of The  Structural Engineer. 

41

5.2.2  Structural stability of frames    (1)  If, according to Clause 5.2.1, the influence of the deformation of the structure has to  be  taken into  account, (2) to  (6) should be applied  to  consider these effects and to  verify its structural stability.    (2)  Verification of the structural stability of  frames or their  parts should be carried out  considering: i) imperfections, and ii) second order effects.    (3)  According  to  the  type  of  the  frame  and  of  the  global  analysis,  imperfections  and  second order effects may be accounted for by one of the following methods:    a) both totally by global analysis;  b) partially  by  global  analysis  and  partially  through  individual  stability  checks  of  members according to Clause 6.3; and  c) for basic cases by individual stability checks of equivalent members according to  Clause  6.3  using  appropriate  buckling  lengths  according  to  the  global  buckling  mode of the structure.  (4) 

  (5)B 

Second  order  effects  may  be  calculated  by  using  an  analysis  appropriate  to  the  structure  (including  step‐by‐step  or  other  iterative  procedures).    For  frames  where  the  first  sway  buckling  mode  is  predominant,  first  order  elastic  analysis  should  be  carried out  with  subsequent  amplification  of  relevant  action  effects  (e.g.  additional  bending moments) by appropriate factors.  For single storey frames designed on the basis of elastic global analysis, second order  sway  effects  due  to  vertical  loads  may  be  calculated  by  increasing  the  horizontal  loads  HEd  (e.g.  wind)  and  equivalent  loads  VEd  φ  due  to  imperfections  (see  Clause  5.3.2(7)),  and  other  possible  sway  effects  according  to  first  order  theory  by  the  factor: 

   

1 1 

1  cr

 

provided that αcr  ≥  3.0,  

(5.3) 

  where  cr  may  be  calculated  according  to  Expression  (5.2)  in  Clause  5.2.1(4)B,  provided that the roof slope is shallow and that the axial compression in the beams  or rafters is not significant as defined in Clause 5.2.1(4)B.   5.3  Imperfections    5.3.1  Basis     (1)  Appropriate allowances should be incorporated in the structural model to cover the  effects  of  imperfections,  including  residual  stresses  and  geometrical  imperfections  such  as  lack  of  verticality,  lack  of  straightness,  lack  of  flatness,  lack  of  fit  and  any  minor eccentricities present in joints of the unloaded structure. 

42

(2) 

  (3) 

Equivalent  geometric  imperfections  should  be  used  with  values  which  reflect  the  possible effects of all types of imperfections unless these effects are included in the  resistance formula for member design.  The following imperfections should be taken into account:  a) global imperfections for frames and bracing systems  b) local imperfections for individual members 

   It  is  essential  to  incorporate  imperfections  in  the  structural  model  of  a  structure.   Global  imperfections  may  be  taken  into  account  by  modelling  the  frame  out‐of‐ plumb,  or  by  a  series  of  equivalent  horizontal  forces  applied  to  a  frame  modelled  vertically.  In general, the latter approach is recommended.      It should be noted that i) imperfections in individual members may be modelled, or  ii) members may be modelled as straight whilst imperfections are implicitly allowed  for by verifying member resistances in accordance with Section 6.      5.4  Methods of Analysis Allowing for Material Non‐linearities    5.4.1  General    (1)  The internal forces and moments in a structure may be determined using either  a) elastic global analysis, or  b) plastic global analysis.    (2)    (3) 

   

  (4)B 

Elastic global analysis may be used in all cases.  Plastic global  analysis  may  be used  only where  the structure  has sufficient  rotation  capacity at the actual locations of the plastic hinges, whether this is in the members  or in the joints.      Where  a  plastic  hinge  occurs  in  a  member,  the  member  cross‐section  should  be  doubly symmetric or singly symmetric with a plane of symmetry in the same plane as  the rotation of the plastic hinge, and it should satisfy the requirements specified in  5.6. Where a plastic hinge occurs in a joint, the joint should have sufficient strength  to  ensure  the  hinge  remains  in  the  member,  i.e.  it  should  be  able  to  sustain  the  plastic resistance of the member for a sufficient rotation.  As a simplified method for a limited plastic re‐distribution of moments in continuous  beams  where  following  an  elastic  analysis,  some  peak  moments  exceed  the  plastic  bending  resistances  by  a  maximum  of  15%,  the  parts  in  excess  of  these  peak  moments may be re‐distributed in any member, provided that: 

   

43

a) the  internal  forces  and  moments  in  the  frame  remain  in  equilibrium  with  the  applied loads,  b) all the members in which the moments are reduced have Class 1 or Class 2 cross  sections, and  c) lateral torsional buckling of the members in prevented.    5.4.2  Elastic global analysis     (1)  Elastic  global  analysis  should  be  based  on  the  assumption  that  the  stress‐strain  behaviour of the material is linear, whatever the stress level is.    (2)  Internal  forces  and  moments  may  be  calculated  according  to  elastic  global  analysis  even if the resistance of a cross‐section is based on its plastic resistance.    (3)  Elastic  global  analysis  may  also  be  used  for  cross‐sections  of  which  the  resistances  are limited by local buckling.    5.4.3  Plastic global analysis     (1)  Plastic global analysis allows for the effects of material non‐linearity in calculating the  action  effects of a structural  system.    The  behaviour  should  be  modelled  by  one  of  the following methods:      ‐ by elastic‐plastic analysis with plastified sections and joints as plastic hinges,  ‐ by non‐linear plastic analysis considering the partial plastification of members in  plastic zones, or  ‐  by rigid plastic analysis neglecting the elastic behaviour between hinges.    (2)  Plastic  global  analysis  may  be  used  where  the  members  have  sufficient  rotation  capacity to enable the required re‐distributions of bending moments to develop.    (3)  Plastic global analysis should only be used where stability of the members at plastic  hinges can be assured.    (4)  A  bi‐linear  stress‐strain  relationship  may  be  used  for  the  grades  of  structural  steel  specified in Section 3.    (5)  Rigid  plastic  analysis  may  be  applied  if  no  effects  of  the  deformed  geometry  (e.g.  second‐order effects) have to be considered.  In this case, joints are classified only by  strengths.    (6)  The effects of deformed geometry of the structures and the corresponding structural  stability of the frame should be verified according to the principles in 5.2.          

44

5.5 

Classification of Cross‐sections 

5.5.1  Basis  (1) 

The role of cross section classification is to identify the extent to which the moment  resistances and the rotation capacities of the cross‐sections are limited by their local  buckling resistances. 

5.5.2  Classification  (1) 

Four classes of cross‐sections are defined, as follows:  

Class 1 cross‐sections are those which can form a plastic hinge with the rotation  capacity required for plastic analysis without reduction of the resistance. 



Class  2  cross‐sections  are  those  which  can  develop  their  plastic  moment  resistance,  but  which  have  limited  rotation  capacity  because  of  occurrence  of   local buckling. 



Class  3  cross‐sections  are  those  in  which  the  stresses  in  the  extreme  compression  parts  of  the  steel  member  assuming  an  elastic  distribution  of  stresses  can  reach  the  yield  strength,  but  local  buckling  is  liable  to  prevent  development of the plastic moment resistance. 



Class  4  cross‐sections  are  those  in  which  local  buckling  will  occur  before  the  attainment of yield strength in one or more parts of the cross‐sections.  Class 4 cross‐sections are outside the scope of this document. 

(2)    (3)    (4)    (5)       

Compression  parts  include  every  part  of  a  cross‐section  which  is  either  totally  or  partially in compression under the load combination considered.  A  cross‐section  is  classified  according  to  the  highest  (least  favourable)  class  of  its  compression parts.  The limiting proportions for Class 1, 2, and 3 compression parts should be obtained  from Table 5.1.  A part which fails to satisfy the limits for Class 3 should be taken as Class 4. 

 

45

5.6    (1) 

Cross‐section Requirements for Plastic Global Analysis  At plastic hinge locations, the cross‐section of the member which contains the plastic  hinge  should  have  a  rotation  capacity  of  not  less  than  that  required  at  the  plastic  hinge location. 

  (2) 

In a uniform member, sufficient rotation capacity may be assumed at a plastic hinge  if both the following requirements are satisfied: 

  a) The member has a Class 1 cross‐section at the plastic hinge location; and    b) Where a transverse force that exceeds 10% of the shear resistance of the cross‐ section is applied to the web at the plastic hinge location, web stiffeners should  be  provided  within  a  distance  along  the  member  of  h/2  from  the  plastic  hinge  location, where h is the height of the cross‐section at this location.    Table 5.1a   

Maximum c/t ratios of compression parts  Outstand flanges c

t

Class  Stress  distribution in  parts  (compression  positive) 

1  2  Stress  distribution in  parts  (compression  positive) 



           Rolled sections            Welded sections  Part subject to bending and compression  Part subject to compression  Tip in compression Tip in compression

v+

+

v+

v-

c  9 ε   t c  10 ε      t

v-

c 9 ε     t c 10 ε        t 

+

-

c 9 ε    t   c 10 ε        t      

+

c  21 ε k    t For  k   see EN 1993‐1‐5 

c  14 ε      t

 

46

+

-

Table 5.1b   

Maximum c/t ratios of compression parts  Internal compression parts

Axis of bending

c c

t t

t

Class  Stress  distribution in  parts  (compression  positive) 

Axis of bending

c

Part subject to  bending 

Part subject to  compression 

  Part subject to bending and compression 

+

+ +

-

-

 





Stress  distribution in  parts  (compression  positive) 



c  72    t

 

c  33    t

c  83    t

c  38    t

when    0.5  

396 c    t 13  1

when    0.5  

c 36    t 

when    0.5  

456 c    t 13  1

when    0.5  

c 41.5    t 

+

+

c

+

-

c  124    t

-

c  42    t

The values of    and    are given by 

N Ed  1  1   2  f y c t w  N (2)    Ed  1   A fy

(1)   

where  N Ed  is positive in compression. 

47

when    1  

c 42     t 0 .67  0 .33 

when    1  

c  62 1        t

Table 5.1c    

Maximum c/t ratios of compression parts 



d

t

d

  Class 

Section in bending and/or compression  d  50 ε 2   t d  70 ε 2   t d  90 ε 2   t

1  2  3 

48

Section 6  Ultimate Limit States    6.1  Partial Factors for Resistances    (1)  The  partial  factors   M should  be  applied  to  the  various  characteristic  values  of  resistances in this section as follows:   

Resistances Resistances of cross-section in tension, compression, shear, and

    6.2  

UKNA

Hong Kong

bending, and any of their combination,

 M0

1.0

1.0

1.0

Resistances of members to instability,

 M1

1.0

1.0

1.0

1.25

1.1

1.1

Resistances of cross-sections in tension to fracture,

 

EC3

M2

 M 2  is  used  with  ultimate  material  strengths,  for  example  when  verifying  net  areas  subject to tension (see Clause 6.2.3(3)(b)) and when verifying net areas subject to a  shear  force  in  connection  design.  A  different  value  of   M 2  is  used  when  calculating  the resistance of connection components.    Resistances of Cross‐Sections 

6.2.1  General    (1)P  The design value of an action effect in each cross‐section, Ed , should not exceed the  corresponding resistance, Rd.    Ed



Rd 

Ed  1  Rd

 

  

 

Design checking against a cross‐section resistance rather than a limiting stress within  the cross‐section allows economical design as the post‐yielding strength or even the  plastic  resistance  of  the  cross‐section  is  mobilized.    Moreover,  the  formulation  is  consistent for various degrees of strength mobilization including i) elastic, ii) elastro‐ plastic, and iii) plastic stress blocks.  

      (2) 

  (3) 

 

or 

 

 

(6.1) 

If  several  action  effects  act  simultaneously,  the  combined  effect  should  not  exceed  the resistance for that combination.  Shear lag effects and local buckling effects should be included by an effective width  according  to  EN  1993‐1‐5.    Shear  buckling  effects  should  also  be  considered  according to EN 1993‐1‐5.  The  design  values  of  resistances  should  depend  on  the  classification  of  the  cross‐ section. 

49

(4) 

  (5) 

Elastic verification according to the elastic resistance may be carried out for all cross  sectional  classes  provided  the  effective  cross  sectional  properties  are  used  for  the  verification of Class 4 cross sections.  The  plastic  resistance  of  cross  sections  should  be  verified  by  finding  a  stress  distribution  which  is  in  equilibrium  with  the  internal  forces  and  moments  without  exceeding the yield strength.  This stress distribution should be compatible with the  associated plastic deformations. 

  6.2.2   Section properties   

6.2.2.1 Gross cross‐section    (1)  The  properties  of  the  gross  cross‐section  should  be  determined  using  the  nominal  dimensions.        Section analysis should be performed to determine various section properties using  the nominal dimensions of the gross cross‐section, and typically these include:    

   

Cross‐sectional area, A;  Second moment of area, I;  Radius of gyration, i;  Section modulus – elastic, Wel and plastic, Wpl  

 

Refer to Appendix D for a worked example on section analysis of a rolled I‐section.    Holes for fasteners need not be deducted, but allowance should be made for larger  openings. Splice materials should not be included. 

  6.2.2.2 Net section   

(1)    (2) 

   

The  net  area  of  a  cross‐section  should  be  taken  as  its  gross  area  less  appropriate  deductions for all holes and other openings.  For calculating net section properties, the deduction for a single fastener hole should  be the gross cross‐sectional area of the hole in the plane of its axis. For countersunk  holes, appropriate allowance should be made for the countersunk portion.  For  deductions  where  the  holes  are  staggered,  refer  to  BS  EN  1993‐1‐1  Clause  6.2.2.2(4). 

  6.2.3  Tension force     (1)P  The design value of the tension force  N Ed  at each cross‐section should satisfy:   

N Ed N t ,Rd

 1.0  

(6.2) 

50

 (2) 

For  a  section  without  holes,  the  design  tension  resistance  N t , Rd  should  be  taken  as  the smaller of:  a)  the design plastic resistance of the gross cross‐section,  N pl,Rd , which should be 

 

 

determined as follows:   Af N pl,Rd  y    M0

(6.3a) 

b)  the  design  ultimate  resistance  of  the  net  cross‐section  at  holes  for  fasteners,  N u , Rd , which should be determined as follows:  

N u ,Rd      (3) 

   

 

0.9A net f u M2  

(6.3b) 

For an angle connected through one leg, see BS EN 1993‐1‐8 Clause  3.10.3. Similar  consideration  should  also  be  given  to  other  types  of  sections  connected  through  outstands.  As  the  action  is  applied  at  an  eccentricity  to  the  centroid  of  the  cross‐section,  additional moment is induced.  For simplicity, instead of designing the cross‐section  under combined axial force and bending, the cross‐sectional area is reduced instead. 

   

6.2.4  Compression force    (1)P  The design value of the compression force  N Ed at each cross‐section should satisfy:  N Ed  1.0   (6.4)    N c,Rd   (2) 

      (3) 

The  design  resistance  of  the  cross‐section  for  uniform  compression  N c ,Rd should  be  determined as follows:  Af N c,Rd  y  N pl,Rd    for Class 1, 2 or 3 cross‐sections  (6.5)   M0 where  N pl,Rd  is the design plastic resistance of the cross‐section for compression.  Fastener holes, except for oversize and slotted holes as defined in EN 1090, need not  be allowed for in compression members, provided that they are filled by fasteners. 

  6.2.5  Bending moment    (1)P  The design value of the bending moment  M Ed  at each cross‐section should satisfy:  M Ed    1.0   (6.6)  M c,Rd  

where  M c ,Rd   is determined considering fastener holes, see (3) to (5). 

51

(2) 

The design resistance of the cross‐section for bending about one principal axis of the  cross‐section,  M c ,Rd , should be determined as follows: 

 

M c,Rd  M pl,Rd 

 

M c,Rd  M el,Rd 

 

where  Wel ,min  

Wplf y

 M0

 

Wel,min f y  M0

 

for Class 1 or 2 cross‐sections 

(6.7a) 

for Class 3 cross‐sections 

(6.7b) 

is  the  minimum  elastic  section  modulus  which  corresponds  with  the 

maximum elastic stress;  M pl,Rd     is the design plastic resistance for bending; and 

M el,Rd     (3)    (4) 

          (5) 

  (6) 

is the design elastic resistance for bending. 

For bending about both axes, the methods given in Clause 6.2.9 should be used.  Fastener  holes  in  the  tension  flange  may  be  ignored  in  determining  the  bending  resistance provided that for the tension flange: 

Af f y A f ,net 0.9f u    M2  M0 where  Af   A f ,net  

(6.8) 

is the area of the tension flange; and  is the net area of the tension flange. 

Fastener holes in the tension zone of the web need not be allowed for, provided that  the limit given in (4) is satisfied for the complete tension zone comprising the tension  flange plus the tension zone of the web.  Fastener holes, except for oversize and slotted holes, in the compression zone of the  cross‐section need not be allowed for, provided they are filled by fasteners. 

  6.2.6  Shear force    (1)P  The design value of the shear force  VEd at each cross‐section should satisfy:  VEd   (6.9)   1.0   V   c,Rd   where:  Vc,Rd   is the design shear resistance.    

For plastic design,  Vc,Rd  is the design plastic shear resistance,  Vpl ,Rd , as given in (2).   

 

For elastic design,  Vc,Rd  is the design elastic shear resistance calculated using (4) and  (5).   

 

52

In the absence of torsion, the design plastic resistance for shear,  Vpl, Rd , is given by: 

(2) 

Vpl,Rd 

 



Av fy / 3  M0

where  Av  

 

(6.10) 

is the shear area. 

  (3)   

The shear area Av should be determined as shown in Figure 6.1. 

tw + 2r 0.5tf hw

hw

tw

hw

tw

0.5tf b

Av =  a) Rolled I‐ and H‐sections, load parallel to web

h

w

t w where   1.0

b) Welded I, H and box sections, load parallel to web

  tf

tf

b

b

b

tf

Av  2 b tf

c) Rolled I‐ and H‐sections, load parallel to flange 

b

d) Welded I, H and box sections, load parallel to  flange 

h

b

h

e) Rolled rectangular hollow sections of uniform  thickness  

Figure 6.1  

f) Rolled circular hollow sections of uniform  thickness 

Shear areas for various rolled and welded sections [Cl. 6.2.6.(3)] 

   

53

(4) 

Shear buckling in webs without intermediate stiffeners is avoided if: 

 

hw tw

    (5)         



72    where  may be taken conservatively as 1.  

(6.11) 

Otherwise,  the  shear  buckling  resistance  must  be  verified  in  accordance  with  EN 1993‐1‐5.  Fastener  holes  need  not  be  allowed  for  in  shear  verification  except  in  verifying  the  design shear resistance at connection zones as given in EN 1991‐1‐8.  A  deduction  for  fastener  holes  is  made  when  checking  block  tearing  in  accordance  with EN 1991‐1‐8 Clause 3.10.2.  Refer  to  Worked  Example  I‐1  Determination  of  section  resistances  of  Part  I  of  Appendix D for details.  Also refer to Worked Example II‐1 Design of a fully restrained  steel beam of Part II of Appendix D for details.   

  6.2.7  Torsion    (1)  For  members  subject  to  torsion  for  which  distortional  deformations  may  be  disregarded,  the  design  value  of  the  torsional  moment,  TEd ,  at  each  cross‐section  should satisfy:          (2) 

   

TEd  1.0   TRd

(6.12) 

where   TRd  is the design torsional resistance of the cross‐section.  As a simplification, in the case of a member with a closed hollow cross‐section, such  as  a  structural  hollow  section,  it  may  be  assumed  that  the  effects  of  torsional  warping can be neglected.    Also as a simplification, in the case of a member with open cross‐section, such as a     I‐  or  a  H‐section,  it  may  be  assumed  that  the  effects  of  St.  Venant  torsion  can  be  neglected. 

  6.2.8  Bending and shear force    (1)  For a cross‐section under a shear force, allowance should be made for its effect on  the bending resistance of the cross‐section.    (2)  When  VEd  0.5Vpl,Rd  (see  Clause  6.2.6(2)),  the  effect  of  the  shear  force  on  the  bending  resistance  may  be  neglected,  except  where  shear  buckling  reduces  the  section resistance. See EN 1993‐1‐5.   

54

(3) 

When  VEd  0.5Vpl,Rd ,  the  reduced  moment  resistance,  M y ,V ,Rd  should  be  taken  as  the design resistance of the cross‐section, calculated using a reduced yield strength,  2

  1  f y ,  for  the  shear  area,  where     2V Ed  1 ,  and  V pl,Rd  is  obtained  from   V pl ,Rd  Clause 6.2.6 (2). 

  2

(4) 

 2VEd  When  torsion  is  present    should  be  obtained  from      1 ,  see  V   pl, T , Rd  Clause 6.2.7, but should be taken as 0 for  VEd  0.5Vpl, T , Rd . 

  (5) 

 

The reduced plastic moment resistance allowing for the effect of the shear force may  be  obtained  for  I‐sections  with  equal  flanges  and  bending  about  the  major  axis  as  follows:   A 2w   W pl , y  f y 4t w   M y ,V ,Rd     but  M y ,V ,Rd  M y ,c,Rd   (6.13)   M0 where:  M y ,c,Rd  is obtained from Clause 6.2.5(2) 

Aw  h w t w      

For  I‐  and  H‐sections  as  well  as  rectangular  and  square  hollow  sections,  the  interaction  of  bending  moments  and  shear  forces  is  not  severe  as  the  induced  stresses do not act along the same direction.  Hence,  



when  VEd  0.5Vpl,Rd , the webs are fully effective to resist both the shear forces  and  the  bending  moments.  The  flanges  are  fully  effective  to  resist  the  bending  moments. 



when  VEd  0.5Vpl,Rd ,  the  webs  are  primarily  assigned  to  resist  the  shear  forces  although they may also contribute to resist the bending moments together with  the flanges. 



when  VEd  Vpl, Rd ,  the  webs  are  fully  utilized  to  resist  the  shear  forces  with  no  contribution  to  resist  the  bending  moment.    The  flanges  remain  to  be  fully  effective to resist the bending moments. 

       

Refer to Worked Example I‐2 Cross section resistance under combined bending and  shear of Part I of Appendix D for details.   

55

6.2.9   Bending and axial force    6.2.9.1 Class 1 and 2 cross‐sections    (1)  When an axial force is present, allowance should be made for its effect on the plastic  moment resistance.    (2)P  For Class 1 and 2 cross‐sections, the following criteria should be satisfied:  M Ed  1  (6.14)    M N ,Rd     (3)      (4) 

 where  M N ,Rd   is the reduced design plastic moment resistance under the axial force  N Ed .  For a rectangular solid section without fastener holes,    N 2  M N ,Rd  M pl,Rd 1   Ed       N pl,Rd    

N Ed  0.25 N pl ,Rd  and 

 

N Ed 

    (5) 

, should be taken as:  (6.15) 

For  doubly  symmetric  I‐  and  H‐sections  or  other  flanged  sections,  allowance  need  not be made for the effect of the axial force on the plastic resistance moment about  the    y‐y axis when both the following are satisfied: 

 

 

,

(6.16a) 

0.5h w t w f y

  (6.16b)   M0 For doubly symmetrical I‐ and H‐sections, allowance need not be made for the effect  of the axial force on the plastic resistance moment about the z‐z axis when:  h t f N Ed  w w y   (6.16c)   M0 The  following  approximations  may  be  used  for  standard  rolled  I‐  or  H‐sections  and  for welded I‐ or H‐sections with equal flanges: 

1  n 

 

M N,y,Rd  Mpl,y,Rd

 

for  n  a : 

M N ,z ,Rd  M pl,z ,Rd  

(6.17a) 

 

for  n  a : 

  n  a 2  M N ,z ,Rd  M pl ,z ,Rd 1        1  a  

(6.17b) 

 

where 

 

n



 

a



1  0.5a 

  but  M N ,y,Rd  M pl,y ,Rd  

N Ed   N pl ,Rd

A  2bt f    but  a  0.5   A

56

(6.17) 

               

  (6) 

The following approximations may be used for rectangular structural hollow sections  of uniform thickness and for welded box sections with equal flanges and equal webs:  1 n M N,y,Rd  M pl,y,Rd  but  M N ,y,Rd  M pl,y ,Rd   (6.17c)  1  0.5a w 1 n M N ,z ,Rd  M pl,z ,Rd  but  M N ,z ,Rd  M pl,z ,Rd   (6.17d)  1  0.5a f where  A  2bt f   but  a w  0.5   aw  A A  2ht w   but  a f  0.5   af  A In general, the effect of combined bending and axial force is more pronounced than  that of the effect of combined bending and shear as the induced stresses act along  the same (longitudinal) direction.  The design formulation using plastic stress blocks  utilizes the cross‐section resistance more effectively.   For biaxial bending, the following criterion may be used:  

 



 M y ,Ed   M z ,Ed       1   M N ,y ,Rd   M N ,z ,Rd 

(6.18) 

   

in which   and    are constants and they may be taken as follows: 

 

  I‐ and H‐ sections  Circular hollow sections  Rectangular hollow sections

α 2  2  1.66 / (1‐1.13n2)

β 5n;   but  1  2  1.66 / (1‐1.13n2) 

 

 

where 

 

 

 

Refer to Worked Example I‐3 Cross section resistance under combined bending and  axial force of Part I of Appendix D for details. 

n



N Ed   N pl ,Rd

  6.2.9.2 Class 3 cross‐sections    (1)  For Class 3 cross‐sections, the maximum longitudinal stress due to moment and axial  force, taking account of fastener holes where relevant, should not exceed  f y /  M 0 .     

For Class 3 cross‐sections, linear elastic interaction of the bending moment with the  axial  force  should  be  used  to  determine  the  maximum  longitudinal  stress,  which  should not exceed the design yield strength,  f y /  M 0 , i.e. elastic design.  

 

57

6.2.10  Bending, shear and axial forces  (1)

Where shear and axial force are present in a cross-section, allowance should be made for the effect of both shear force and axial force on the moment resistance of the cross-section.

(2)

Where VEd  0.5Vpl, Rd , no reduction of the resistances defined for bending and axial force in 6.2.9 need be made, except where shear buckling reduces the section resistance, see EN 1993-1-5.

(3)

Where VEd  0.5Vpl, Rd , the design resistance of the cross-section to combinations of moment and axial force should be calculated using a reduced yield strength, 2

  1   f y , for the shear area, where    2VEd  1 , and Vpl , Rd is obtained from  Vpl, Rd  6.2.6 (2). Instead of reducing the yield strength, it is also possible to reduce the plate thickness of the relevant part of the cross-section. In general, this approach requires more calculation, but gives smaller reductions, when compared with a reduction in yield strength. 

58

6.3 

Buckling Resistances of Members 

6.3.1  Uniform members in compression      EN 1993‐1‐1 covers three modes of buckling when subject to axial compression: 

 



flexural buckling which may be critical in I‐ and H‐sections, and hollow sections 



torsional buckling which may be critical for cruciform sections with wide outstands 



torsional‐flexural buckling which may be critical for asymmetric sections 

In  general,  torsional  buckling  and  torsional  flexural  buckling  are  not  the  critical  buckling modes for doubly symmetric I‐ or H‐sections or hollow sections of practical  cross‐section  dimensions  and  member  lengths.    Flexural  buckling  is  also  commonly  known as axial buckling or Euler buckling. 

  6.3.1.1 Buckling resistance    (1)  A compression member should be verified against buckling as follows:   

N Ed  1.0   N b , Rd

   

where:  N Ed   is the design value of the compression force 

 

Nb,Rd   is the design buckling resistance of the compression member 

  (2) 

The design buckling resistance of a compression member should be taken as: 

 

N b, Rd  

Afy  M1

(6.19) 

   for Class 1, 2 and 3 cross‐sections 

(6.20) 

     

where:    is the reduction factor for the relevant buckling mode 

 

6.3.1.2 Buckling curves    (1)  For axial compression in members, the value of   for the appropriate non‐dimensional  slenderness    should be determined from the relevant buckling curve according to: 

1

 



 

where 

2  2    

   

2

but    1.0  

   





2  0.51     0.2        is an imperfection factor 

is the non‐dimensional slenderness 

59

(6.21) 

   (2) 

Lcr 1      i 



L cr   N cr

is the buckling length in the buckling plane considered is the radius of gyration about the relevant axis is the elastic critical force for the relevant buckling mode

N cr



i

   

Af y

 

N cr



for Class 1, 2 and 3 cross sections  

2 EI L2

for Class 1, 2 and 3 cross sections

  For rolled or welded I‐ and H‐sections, torsional and torsional‐flexural buckling modes  are not critical in practical cases.    The imperfection factor  corresponding to the appropriate buckling curve should be  obtained from Tables 6.1 and 6.2, and Figure 6.2. 

  Table 6.1 

 Imperfection factors for flexural buckling curves 

  Buckling curve  Imperfection factor  

a0  0.13 

a  0.21 

b  0.34 

c  0.49 

d  0.76 

  (3)     

The  values  of     corresponding  to  the  non‐dimensional  slenderness    may  be  obtained from Appendix A.  The values of    are tabulated in Table A1 of Appendix A for direct determination of  the buckling curves for various steel materials. 

  (4) 

For slenderness    0.2  or for  N Ed / Ncr  0.04 , the  buckling  effects  may  be ignored  and only cross‐sectional checks apply. 

         

For a column member with a slenderness     0.2 , the column behaves essentially as  a short column.  Hence, axial buckling is not critical.    Refer to Worked Example II‐3 Design of a steel column under axial compression of Part  II of Appendix D for details.    

60

Table 6.2 

Selection of flexural buckling curve for a cross‐section  Buckling curve  Buckling  about  axis 

S 235  S 275  S 355  S 420 

S460 

tf ≤ 40 mm 

y‐y  z‐z 

a  b 

a0  a0 

40 ≤ tf ≤ 100 mm 

y‐y  z‐z 

b  c 

a  a 

tf ≤ 100 mm 

y‐y  z‐z 

b  c 

a  a 

tf   > 100 mm 

y‐y  z‐z 

d  d 

c  c 

tf  ≤ 40 mm 

y‐y  z‐z 

b  c 

b  c 

tf  > 40 mm 

y‐y  z‐z 

c  d 

c  d 

hot‐finished 

any 



a0 

cold‐formed 

any 





generally applicable  except as below 

any 





thick welds:  a > 0.5 tf  b/tf   < 30  b/tw  < 30 

any 





Cross section 

z

h/b > 1.2

Rolled   sections 

tf

Limits 

y

h/b ≤ 1.2

y

z b

Welded  sections 

z

z

tf

y

y

y

tf y

z

Welded box sections 

Hollow  sections 

z

z h

y

tf y

tw z b

61

1.2

1.0

0.8 a0 Curve a0



Curve a

0.6

Curve b Curve c

0.4

Curve d 0.2

0.0 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

slenderness,  ̅

Figure 6.2 

Buckling curves for axial compression in members 

62

6.3.2  Uniform members in bending  6.3.2.1 Buckling resistance    (1)  A  laterally  unrestrained  member  subject  to  major  axis  bending  should  be  verified  against lateral‐torsional buckling as follows:   

M Ed  1.0   M b , Rd

   

where  MEd   is the design value of the moment 

 

M b , Rd   is the design buckling resistance moment. 

  (2) 

  (3) 

(6.22) 

Beams with sufficient restraint to the compression flange are not susceptible to lateral‐ torsional buckling.  In addition, beams with cross‐sections of circular or square hollow  section`s,  fabricated  circular  tubes  or  square  box  sections  are  not  susceptible  to  lateral‐torsional buckling.  The  design  buckling  moment  resistance  of  a  laterally  unrestrained  beam  should  be  taken as 

fy

 

Mb, Rd  LT Wy

   

where  Wy   is the appropriate section modulus as follows: 

 

 

Wy  Wpl, y  

for Class 1 and 2 cross‐sections 

 

 

Wy  Wel, y  

for Class 3cross‐sections 

 

LT  

is the reduction factor for lateral‐torsional buckling. 

 

The following three different design procedures for members in bending are presented: 

 

Procedure B1‐ Clause 6.3.2.2  Lateral torsional buckling curves – General case 

 

Procedure B2‐ Clause 6.3.2.3  Lateral  torsional  buckling  curves  for  rolled  sections  or  equivalent welded sections 

 

Procedure B3‐ An alternative procedure recommended by the Steel Designer’s Manual  

 

 M1

 

(6.23) 

 

63

6.3.2.2 Lateral torsional buckling curves ‐ general case    (1)  For  members  of  constant  cross‐sections  under  bending,  the  value  of    for  the  ̅ appropriate non‐dimensional slenderness  , should be determined from:    LT 

 

1 2

 LT   LT   LT

2

but   LT  1.0  

 

(6.24) 

where  2 LT  0.5 1   LT  LT  0.2   LT  



LT    LT 







is an imperfection factor  Wyf y M cr  

Mcr   is the elastic critical moment for lateral‐torsional buckling    Table 6.3   Buckling curves for lateral torsional buckling    Cross‐section 

Limits  h / b ≤ 2 h / b > 2  h / b ≤ 2 h / b > 2  ‐ 

Rolled I‐sections  Welded sections  Other cross‐sections 

Buckling curve  a b  c d  d 

  Table 6.4 

Imperfection factors for lateral torsional buckling curves   

Buckling curve  Imperfection factor    LT

a  0.21 

b  0.34 

c  0.49 

d  0.76 

 

(2)     

  M cr   is  based  on  the  gross  cross‐sectional  properties,  and  takes  into  account  the  loading conditions, the real moment distribution and the lateral restraints.  An expression to evaluate  M cr  is not given in EN 1993‐1‐1. Refer to Appendix B1 for  determination  of  M cr  .  Alternatively,  the  value  of    M cr   may  be  determined  using  standard software with eigenvalue analysis. 

  (3) 

For slenderness   LT   LT 0  or for 

M Ed   LT 0 2 , the lateral torsional buckling effects may  M cr

be ignored, and only cross‐sectional checks apply.     

For a beam member with a slenderness   LT   LT 0 , the beam behaves essentially as a  short beam.  Hence, lateral torsional buckling is not critical.  A similar conclusion may  be drawn for a beam with 

   

M Ed   LT 0 2 .  M cr

Refer  to  Worked  Example  II‐2  Design  of  an  unrestrained  steel  beam  against  lateral  torsional buckling of Part II of Appendix D for details.  64

6.3.2.3 Lateral torsional buckling curves for rolled sections or equivalent  welded sections    (1)  For  rolled  or  equivalent  welded  sections  in  bending,  the  value  of   LT   for  the  appropriate non‐dimensional slenderness   LT  should be determined from: 

 LT 

 

1 2

LT  LT    LT

2

  but   LT  1.0  and    LT 

1  LT

2

  

(6.25) 

where  2  LT  0.5 1   LT  LT   LT 0    LT  









LT0  0.40    (maximum value)  

 0.75    (minimum value) 

Table 6.5   Selection of buckling curves for rolled sections and equivalent welded sections    Cross‐section 

Limits  h / b ≤ 2  h / b > 2  h / b ≤ 2  h / b > 2 

Rolled I‐sections  Welded sections 

Buckling curve  b  c  c  d 

  Values of  LT  may be obtained from Figure 6.3.      (2) 

When taking into account the moment distribution between the lateral restraints of  members, the reduction factor  LT  may be modified as follows: 

 

 LT , mod 

 LT   f

but   LT, mod  1.0  

(6.26) 

           

where  f     f    kc 

is the correction factor for the moment distribution  1  0.5 1  k c  1  2.0  LT  0.8 2   is a correction factor according to Table B2.4 







Refer  to  Worked  Example  II‐2  Design  of  an  unrestrained  steel  beam  against  lateral  torsional buckling of Part II of Appendix D for details. 

65

Table 6.6   Correction factors kc    kc

Moment distribution     =1

1.0

 

1 1.33  0.33

 

1    1  

0.94

0.90

0.91 0.86

0.77

0.82

 

66

6.3.2.4 An alternative procedure recommended by the Steel Designers’ Manual  (1)    (2) 

As  an  alternative  to  calculating  M cr   and  hence   LT  ,  the  value  of   LT   may  be  calculated directly from the expression given below.  Where  loads  are  not  destabilising,  for  simply  supported  rolled  I‐,  H‐sections  and  channel sections, the non‐dimensional slenderness  LT  is given by:  1 UVD z  w   C1

 

 LT 

 

where:  1   is a parameter dependant on the shape of the bending moment diagram, which  C1

 

(6.27) 

may  conservatively be taken  as  1.0,  or  otherwise given  in  Table  6.7  for  loads  which are not destabilizing.     



is  a  section  property  which  is  given  in  section  property  tables,  or  may  conservatively be taken as 0.9. 

   



     

is a parameter related to slenderness, and for symmetric rolled sections where  the  loads  are  not  destabilising,  may  be  conservatively  taken  as  1.0  or  as    1 V  2  z  1 4 1   20  h / t f   

 

Conservatively, the product of U and V may be taken as 0.9. 

 

z



z





is the distance between points of lateral restraint; 

1  

is a material parameter; 

λ1

π

w



kL , in which k may conservatively be taken as 1.0 for beams supported and  iz restrained  against  twist  at  both  ends.  With  certain  additional  restraint  conditions, k may be less than 1.0. 

               

z   1

E  93.9 ε   fy

   

Wy Wpl,y

 

  67

It is conservative to assume that the product  UV  0.9  and that  w  1.0  

 (3)     

Where loads are destabilizing, a parameter D should be introduced in the expression  for  LT  .  The  value  of  D  should  be  taken  as  1.2  for  simply  supported  beams.    For  cantilever beams, the value of D may range from 1.7 to 2.5, depending on the restraints  provided at supports.  Refer to NCCI SN002 for details. 

  Table 6.7   

 

Values of 

1  and  C1  for various moment conditions  C1

(load is not destabilizing)  End Moment Loading

M

M 1

1



1 C1

C1

+1.00 

1.00 

1.00 

+0.75 

0.92 

1.17 

+0.50 

0.86 

1.36 

+0.25 

0.80 

1.56 

0.00 

0.75 

1.77 

‐0.25 

0.71 

2.00 

‐0.50 

0.67 

2.24 

‐0.75 

0.63 

2.49 

‐1.00 

0.60 

2.76 

 

 

0.94 

1.13 

0.62 

2.60 

0.86 

1.35 

0.77 

1.69 

Intermediate Transverse Loading 

2/3 1/3

   

The  value  of  the  imperfection  parameter  LT   corresponding  to  the  appropriate  buckling curve is given by Table 6.8. 

  Table 6.8 

Imperfection factors for lateral torsional buckling curves 

  Buckling curve  Imperfection factor   LT  

a  0.21 

  68

b  0.34 

c  0.49 

d  0.76 

 (4) 

Recommendations for the buckling curves are given in Table 6.9.  Table 6.9 

Recommendations for the selection of lateral torsional buckling curve 

Cross‐section 

Limits 

Rolled doubly symmetric I and H sections, and hot‐  finished hollow sections  Angles (for moments in the major principal plane)  All other hot‐rolled sections

h/b  2   h/b  2 

Cold‐formed hollow sections 

 

h/b  2   2  h / b  3 .1   h / b  3 .1    

Buckling  curve  b  c  d  d  d  c  d 

Values of the reduction factor  LT  for the appropriate non‐dimensional slenderness 

LT  may be obtained from Figures 6.3 and 6.4.        (5) 

Values of  LT  may alternatively be determined from Tables B2.4 and B2.5 in Appendix  B.  Refer  to  Worked  Example  II‐2  Design  of  an  unrestrained  steel  beam  against  lateral  torsional buckling of Part II of Appendix D for details. 

69

1.20

1.00 Curve b 0.80

Curve c Curve d

0.60

0.40

0.20

0.00 0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

Slenderness ratio,  ̅

Figure 6.3 

Lateral torsional buckling curves for rolled sections 

1.20

1.00 Curve b 0.80

Curve c Curve d

0.60

0.40

0.20

0.00 0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

Slenderness ratio,  ̅

Figure 6.4 

Lateral torsional buckling curves for welded sections 

70

2.00

Table 6.10   

Comparison and design procedure of an unrestrained beam to EN 1993‐1‐1 

Step 

Procedure B1 

Procedure B2 

Procedure B3 

Cl. 6.3.2.2  General case 

Cl. 6.3.2.3 Rolled sections or equivalent  welded sections 

Steel Designer’s Manual 



Mcr , Wyf y 2 

C1, U, V,  z , w  

M cr is based on gross sectional properties and taken into account 

C1 is based on the shape of the 

loading conditions, moment distributions and lateral restrainsts. 

 LT 



Wy f y

Rolled  I‐sections  Welded  sections 

h/b ≤ 2  h/b > 2  h/b ≤ 2  h/b > 2 

M cr

Buckling curves 



a  b  c  d 

Rolled  I‐sections  Welded  sections 

C1

h/b ≤ 2  h/b > 2  h/b ≤ 2  h/b > 2 

b  c  c  d 

h/b ≤ 2  2 < h/b ≤ 3.1  h/b > 3.1  h/b ≤ 2  h/b > 2 

Rolled  I‐sections  Welded  sections 









 LT  

0.21

0.34

0.49

0.76

 LT,0  0.20  

 LT,0  0.40  (max.) 

  1 .00  

  1 .00  (min.) 

b  c  d  c  d 

For rolled sections, hot‐finished  and cold‐formed hollow  sections, 

For rolled and equivalent  welded sections, 

 

UV z  w

Buckling curves 

Buckling curve 

For all sections, 



1

 LT 

Buckling curves  4 

bending moment diagram.

 LT,0  0.40     1 .00  

For welded sections, 

 LT,0  0.20     1 .00  







10 





 LT  0.5 1   LT  LT   LT 0    LT 2



 LT 

1 2

LT   LT   LT

M b,Rd   LT

-

Wy f y  M1

2

 LT 

1 2

 LT   LT    LT

 LT,mod 

2

 LT f

where  f  is based on the moment distribution  between lateral restraints of the  member.

M b,Rd   LT,mod

71

Wy f y  M1

  LT 

1  LT   LT 2    LT 2

M b,Rd   LT

-

Wy f y  M1

6.3.3  Uniform members in bending and axial compression  (1) 

  (2) 

For  members  of  structural  systems,  verification  of  buckling  resistance  of  doubly  symmetric  cross‐sections may be carried out on the basis of the individual single span members regarded  as cut out of the system. Second order effects of the sway system ( P   effects) should be  taken  into account,  either by considering the end moments  of the member or by means of  appropriate buckling lengths about each axis for the global buckling mode.  Members which are subjected to combined bending and axial compression should satisfy:  M y,Ed M z ,Ed N Ed  k yy  k yz 1 N b , y ,Rd M b ,Rd M cb ,z ,Rd M y ,Ed M z ,Ed N Ed  k zy  k zz 1 M cb ,z ,Rd N b ,z ,Rd M b ,Rd

 

 

 

where:    N Ed  ,  M y ,Ed  and  M z ,Ed   are  the  design  values  of  the  compression  force  and  the  maximum  moments  about  the  y‐y  and  the  z‐z  axes  along  the  member,  respectively  N b ,y ,Rd   and  N b ,z ,Rd   are  the  design  buckling  resistances  of  the  member  about  the 

 

       

  M b ,Rd  

major and the minor axes respectively from Clause 6.3.1.1 (2)  is the design buckling resistance moment from Clause 6.3.2.1(3) 

M cb,z ,Rd  



 



Wpl,z f y  M1 Wel,z f y

  

for Class 1 and 2 sections 

   for Class 3 sections   M1 k yy , k yz , k zy , k zz  are interaction factors, which may be determined from Annex A or B  of BS EN 1993‐1‐1.    The  above  criteria  are  based  on  the  expressions  in  Clause  6.3.3(4)  of  EN  1993‐1‐1,  interpreted in accordance with ECCS TC8 Rules for Member Stability in EN 1993‐1‐1  Background documentation and design guidelines.  Annex  B  is  recommended  as  the  simpler  approach  for  manual  calculations.  Use  of  either Annex is permitted by the National Annex.   In some cases, conservative values of the k factors may be sufficient for initial design.  The  following table  gives maximum  values,  based  on  Annex B of  the  Standard,  and  assuming  the  sections  are  susceptible  to  torsional  deformations  (i.e.  not  hollow  sections).         

72

Interaction factor 

k yy  

 

   

Maximum values Class 1 and 2  Class 3  Cmy  1.8   Cmy  1.6  

k yz  

0.6  k zz  

k zz  

k zy  

1.0

1.0

k zz  

C my  2.4  

C mz  2.4  

Appendix D summarizes all the equations necessary to calculate the interaction factors.  Alternatively, the values of the interaction factors may simply be read off from various  graphs.  Refer to Worked Example II‐4 Design of a beam‐column under combined compression  and major axis bending of Part II of Appendix D for details. 

6.3.4  Columns in simple construction    The  rules  in  this  clause  are  based  on  the  NCCI  in  Access  Steel  document  SN048  (available  from  www.access‐steel.com)  with  some  different  symbols  following  modifications to the design value given in Clause 6.3.3.    (1)  When the criteria given in Clause 6.3.4(2) are satisfied, a column in simple construction  subject to combined bending and axial compression may be verified against buckling  failure as follows:       

   

M y ,Ed M z ,Ed N Ed   1 .5  1  M cb,z ,Rd N min,b ,Rd M b,Rd

where:  N Ed , My,Ed and M z,Ed are the design values of the compression force and the maximum 

design bending moments about the y‐y and the z‐z axes along the member.   y Af y  z Af y N min,b ,Ed is the lesser of and    M1  M1

M b ,Rd

  LT

Wpl,y f y  M1

Wpl,z f y

 

M cb,z ,Rd   

(2)   

The following criteria must be satisfied to use the verification given in (1):       

 M1

 

The column is a rolled H‐section, or equivalent welded sections.  The cross‐section is Class 1, 2 or 3 under compression.  The bending moment diagram about each axis is linear.  The column is restrained laterally in both the y‐y and the z‐z directions at each floor,  but it is unrestrained between floors.    0.11   where    is the ratio of the moments at the two ends.  For  a  pin  ended  column  (   0  ),  the  following  alternative  criterion  must  be  satisfied to use the simplified interaction expression:  73

   

  (3)    (4)   

 

 y Af y N Ed  (the resistance in the major axis)   0.83  in which  N b,y,Rd   M1 N b ,y,Rd

Note:    0  if there is a true pin at one end of the column (such as a base). In this  case the simplified interaction expression is only valid if the axial force in the  column is less than 83% of its resistance in the major axis.  Where the criteria in Clause 6.3.4(2) are not satisfied, the method given in Clause 6.3.3  should be used.  The design bending moments should be determined by considering the vertical beam  reactions to act at a distance of 100 mm from the face of the column (web or flange).   

74

Section 7  Serviceability Limit States     7.1  General  (1) 

  (2) 

A  steel  structure  should  be  designed  and  constructed  such  that  all  relevant  serviceability criteria are satisfied.    Serviceability limit states consider service requirements for a structure or a structural  member  under  normally  applied  actions.  Examples  are  deflection,  human  induced  vibration, wind induced oscillation and durability.  The  basic  requirements  for  serviceability  limit  states  are  given  in  Clause  3.4  of  EN  1990. 

(3) 

Any  serviceability  limit  state  and  the  associated  loading  model  as  well  as  the  associated analysis model should be specified for a structure. 

(4) 

Where  plastic  global  analysis  is  used  for  ultimate  limit  state  design,  plastic  redistribution  of  forces  and  moments  at  the  serviceability  limit  state  should  be  considered accordingly. 

  The serviceability actions should be taken as the characteristic values of the actions,  i.e. unfactored.    7.2  Serviceability Limit States for Buildings    7.2.1  Vertical deflections    (1)  With  reference  to  EN  1990  –  Annex  1.4  limits  for  vertical  deflection  according  to  Figure A1.1 should be specified for each structure and agreed with the client.    7.2.2  Horizontal deflections    (1)  With reference to EN 1990 – Annex 1.4 limits for horizontal deflection according  to  Figure A1.2 should be specified for each structure and agreed with the client.    7.2.3  Dynamic effects    (1)  With  reference  to  EN  1990  –  Annex  1.4.4,  vibrations  of  structures  which  are  accessible to the public should be limited to avoid significant discomfort to users, and  limits should be specified for each structure and agreed with the client.    Deflections or deformations under all actions should not impair the resistance or the  effective functioning of a structure, a structural member, a supporting member or its  components,  nor  cause  damage  to  finishes.  For  typical  structures,  the  deflection  limits given in the following table are recommended.  

75

Table 7.1      

Suggested limits for vertical deflection due to characteristic combination   (variable actions only) 

a)   Deflection of profiled steel sheeting  Vertical deflection during construction when the  effects of ponding are not taken into account  Vertical deflection during construction when the effects of ponding are taken into account  Vertical deflection of roof cladding under self‐weight and  wind action  Lateral deflection of wall cladding under wind action

Span/180 (but ≤ 20 mm)  Span/130 (but ≤ 30 mm)  Span/90 (but ≤ 30 mm)  Span/120 (but ≤ 30 mm) 

b)   Vertical deflection of composite slab  Due to imposed actions  Due to the total actions plus due to prop removal (if any)  less due to self‐weight of the slab 

Span/350 (but ≤ 20 mm)  Span/250

c)   Vertical deflection of beams     ‐ due to imposed actions  Cantilevers   Beams carrying plasters or other brittle finishes   Other beams except purlins and sheeting rails  Purlins and sheeting rails 

Length/180  Span/360  Span/200 To suit cladding 

d)   Horizontal deflection of columns     ‐ due to imposed actions and wind actions  Horizontal drift at topmost storey of buildings   Horizontal drift at top of a single storey portal not   supporting human   Relative inter‐storey drift   Columns in portal frame buildings  Columns supporting crane runways 

Height/500  To suit cladding  Storey height/400  To suit cladding  To suit crane runway 

e)   Crane girders  Vertical deflection due to static vertical wheel actions  from overhead traveling cranes   Horizontal deflection (calculated on the top flange  properties alone) due to horizontal crane actions  

Span/600 Span/500

f)   Trusses  Typical trusses not carrying brittle panels  

Span/200 

 

Note:   Pre‐camber in an unloaded structural member may be used to reduce the calculated  deflection of that member under the loading conditions.       

76

7.3 

7.4 

Wind‐induced Oscillation    Vibration and oscillation of a structure should be limited to avoid discomfort to users  and  damage  to  contents.  For  special  structures,  including  long‐span  bridges,  large  stadium roofs and chimneys, wind tunnel model tests are recommended to provide  data for wind resistant design to meet serviceability limits.    Wind Sensitive Buildings and Structures    A design procedure which incorporates dynamic analysis in addition to static analysis  should be undertaken for wind sensitive buildings and structures. Structures with low  natural  frequencies  or  large  height‐to‐least  dimension  ratios  should  receive  special  checking.  Reference should be made to the Code of Practice on Wind Effects in Hong  Kong (2004).    For  slender,  flexible  and  lightly  damped  tall  buildings  and  structures,  those  with  a  long  afterbody or complex geometry, and those with an eccentricity between mass  and  stiffness  centres,  aeroelastic  instabilities  such  as  lock‐in,  galloping  and  flutter  may  cause  large  amplitude  crosswind  responses.  Specialist  advice  and  wind  tunnel  model  test  are  recommended  to  provide  data  for  wind  resistant  design  to  meet  serviceability limits.    Refer to the Code of Practice for the Structural Use of Steel (2011) for details. 

 

77

Section 8  Design Data for Rolled and Welded Sections    8.1  General  Tabulated  design  data  are  essential  for  practicing  engineers  to  perform  structural  design.  For  structural  steel  design,  section  dimensions  are  the  basic  data,  and  rational use of these data gives important structural quantities, i.e. section properties  and  resistances  of  both  rolled  and  welded  sections,  enabling  designers  to  establish  structural adequacy against strength requirements in ultimate limit states as well as  structural performance against deformation or vibration in serviceability limit states.    In this Section, design data on section dimensions and properties as well as section  resistances  of  both  rolled  and  welded  sections  with  practical  steel  materials  are  provided  to  assist  structural  engineers  to  perform  effective  structural  steel  design.   Table  8.1  presents  the  types  of  rolled  and  welded  sections  covered  in  the  present  Section.  Typical cross‐sections of these rolled and welded sections are illustrated in  Figure 8.1.     

Table 8.1  

Ranges of rolled and welded sections 

Rolled sections  Rolled I‐section:     I‐section  Rolled H‐section:     H‐section  Hot‐finished     circular hollow section:     CHS  Hot‐finished     rectangular hollow section:     RHS  Hot‐finished     square hollow section:     SHS 

Welded sections  Equivalent welded I‐section:     EWI‐section  Equivalent welded H‐section:     EWH‐section  Equivalent cold‐formed     circular hollow section:    EWCHS  Equivalent cold‐formed     rectangular hollow section:     EWRHS  Equivalent cold‐formed     square hollow section:     EWRHS 

  Rolled Sections  It should be noted that both I‐ and H‐sections are manufactured to BS 4‐1 while all  the hot‐finished hollow sections are manufactured to EN 10210‐2. All rolled I‐ and H‐ sections given in BS 4‐1 have been included in the present Section, but only selected  hot‐finished  hollow  sections  specified  in  EN  10210‐2  with  a  dimension  larger  than  100 mm are considered. All of these rolled sections are assumed to be manufactured  to  EN  10025  and  EN10210‐1,  and  hence,  they  are  commonly  considered  as  steel  Class E1 Steel Materials with a material class factor,   Mc  = 1.0 as discussed in Section  1.9.  Resistances of all these sections with common steel grades, i.e. S275 and S355  steel materials, are tabulated in a systematic manner for practical design. Table 8.2  summarizes  various  design  information  provided  for  the  rolled  sections  covered  in  this Section. 

78

Rolled sections:  I‐ and H‐sections to:  ‐ ‐

EN 10025 on materials  BS4‐1 on dimensions 

  CHS, RHS and SHS to:  I‐section   

Circular hollow section  CHS 

‐ ‐

H‐section 

EN 10210‐1 on materials  EN 10210‐2 on dimensions 

Rectangular hollow section  RHS

Square hollow section  SHS

Welded sections:  EWIS and EWHS to: ‐ GB/T 700 & GB/T 1591 on materials   ‐ design methods in Section 8.4   

 

EWCHS, EWRHS and EWSHS to:  Equivalent welded   I‐section    EWI‐section 

Equivalent welded  H‐section  EWH‐section 

Equivalent cold‐formed   Equivalent cold‐formed  rectangular  circular  hollow section  hollow section  EWRHS  EWCHS 

‐ GB/T 6725 & GB/T 8162 on materials  ‐ design methods in Section 8.4 as well as     GB/T 6728 & GB/T 17395 on dimensions. 

Equivalent cold‐formed   square  hollow section  EWSHS 

Figure 8.1 Cross‐sections of typical rolled and welded sections    Detailing rules of welding for I‐ and H‐sections    (1)    The height of the weld root, r, is assumed to be equal to the thickness of the web, tw, or  at least 0.7 times the flange thickness, i.e. 0.7  tf , whichever is smaller.     (2)   To ensure welding quality, r should not be smaller than 8.0 mm nor larger than 16.0 mm.    

 

79

 

Table 8.2   Summary of design information for rolled sections     

I‐section z

H‐section

CHS

RHS 

SHS

z

z

z

z

y

y

y

y

y

  Dimensions and  properties   Resistances for      S275 steel  Resistances for      S355 steel 

72  sections 

31  sections 

55  sections 

44  sections 

32  sections 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Note:   All these rolled sections are assumed to be Class E1 Steel Materials with a material class factor 

 Mc  1.0  as discussed in Section 1.9. 

    Welded sections    Equivalent welded I‐ and H‐sections  All the equivalent welded I‐ and H‐sections are  fabricated with steel plates to GB/T  700  and  GB/T  1591  with  standard  thicknesses.  For  simplicity,  the  following  plate  thicknesses are assumed:      6.0 mm    8.0 mm  10.0 mm  12.0 mm  16.0 mm  20.0 mm  25.0 mm  30.0 mm 40.0 mm  50.0 mm  60.0 mm  80.0 mm    It  is  envisaged  that  with  a  rational  combination  of  these  plate  thicknesses  in  the  flanges and the webs of the sections, a series of welded sections with similar section  depths and flange widths are readily manufactured covering a wide range of section  properties  and  resistances  for  practical  design.  These  section  properties  and  resistances  are  similar  to  those  rolled  sections  in  the  same  series  of  section  designations.  Moreover, resistances of all these sections with common steel grades,  i.e.  Q235,  Q275,  Q345  and  Q460  steel  materials,  are  tabulated  in  a  systematic  manner for practical design.    Equivalent cold formed hollow sections  All the equivalent cold‐formed hollow sections are manufactured with steel plates to  GB/T  6725  and  GB/T  8162  while  their  dimensions  are  manufactured  to  GB/T  6728  and GB/T 17395.  The following plate thicknesses are assumed:      6.0 mm    8.0 mm  10.0 mm  12.0 mm  16.0 mm 20.0 mm   

80

Depending on the performance of material properties as well as the demonstration  of  quality  assurance  system  during  manufacturing,  Chinese  Steel  Materials  may  be  classified  as  Class  E1  or  E2  Steel  Materials  with  a  material  class  factor,   Mc  1.0  or  1.1  respectively  as  discussed  in  Section  1.9.  Resistances  of  all  these  sections  with  common steel grades, i.e.  Q275, Q345 and Q460 steel materials,  are tabulated in a  systematic manner for practical design.    All  of  these  welded  sections  are  proposed  as  equivalent  welded  sections  to  those  rolled  sections  based  on  various  structural  requirements,  such  as  compression  and  bending  resistances.    Standard  welding  procedures  are  assumed  to  be  applied  effectively  during  their  fabrication.  Table  8.3  summarizes  various  items  of  design  information provided for the equivalent welded sections covered in this Section.    Table 8.3   Summary of design information for equivalent welded sections      EWI‐ EWH‐ EWCHS  EWRHS  EWSHS  section section        z

z

z

y

y

y

z

z

y

y

  Dimensions and  properties 

72  sections 

31   sections 

55  sections 

44  sections 

32  sections 

Resistances  for  Q235 steel 

 

 

‐‐‐ 

‐‐‐ 

‐‐‐ 

Resistances  for  Q275 steel 

 

 

 

 

 

Resistances  for  Q345 steel 

 

 

 

 

 

Resistances  for  Q460 steel 

 

 

 

 

 

 

Note:   Depending  on  the  performance  of  material  properties  as  well  as  the  demonstration  of  quality assurance system during manufacturing, Chinese Steel Materials may be classified as  Class  E1  or  E2  Steel  Materials  with  a  material  class  factor,   Mc =  1.0  or  1.1  respectively,  as  discussed in Section 1.9.      For  ease  of  presentation,  all  welded  sections  presented  in  Design  Tables  19  to  45  are  conservatively assumed to be made of  Class E2 Steel Materials.   However,  if Class E1 Steel  Materials  are  used  in  the  welded  sections,   Mc should  then  be  taken  as  1.0  and  all  the  resistances  presented  in  Design  Tables  19  to  45  should  be  increased  by  a  factor  of  1.1  accordingly. 

 

81

8.2 

Design strengths    For rolled sections with S275 and S355 Class E1 Steel Materials, the design strengths  of  the  steel  sections  with  steel  plates  of  various  thicknesses  are  presented  in  Table 8.4.    Table 8.4    Design strengths of different steel grades of rolled sections      Class E1 Steel Materials with  Mc  1.0   Steel grade 

S275 

S355 

Thickness, t  (mm)  t   16  16 < t   40  40 < t  63 63 < t   80  t   16  16 < t  40 40 < t   63  63 < t   80 

Design strength  (N/mm2)  275  265  255  245  355  345  335  325 

 

  For welded sections with Q235, Q275, Q345 and Q460 Class E2 Steel Materials, the  design  strengths  of  the  steel  sections  with  steel  plates  of  different  thicknesses  are  presented in Table 8.5.    Table 8.5    Design strengths of different steel grades of welded sections      Class E2 Steel Materials with   Mc  1.1   Design strength, fy  Thickness, t  (N/mm2)  (mm)  t   16  213.6  16 < t   40  204.5  Q235  40 < t  60 195.5  60 < t   80  195.5  t   16  250.0  16 < t   40  240.9  Q275  40 < t  60 231.8  60 < t   80  222.7  t   16  313.6  16 < t  40 304.5  Q345  40 < t  63 295.5  63 < t   80  286.4  t   16  418.2  16 < t  40 400.0  Q460  40 < t   63  381.8  63 < t   80  363.6  Note:   For ease of presentation, all welded sections are conservatively assumed to be made  of  Class  E2  Steel  Materials.  However,  if  Class  E1  Steel  Materials  are  used  in  the  Steel grade 

welded sections,   Mc  should then be taken as 1.0 and all the resistances presented  in Design Tables 19 to 45 should be increased by a factor of 1.1 accordingly. 

82

8.3 

Section Classification    Section  classification  of  all  the  rolled  and  the  welded  sections  are  performed  according to Clause 5.5 of EN 1993‐1‐1.  Depending on the susceptibility of various  plate  elements  of  the  sections  against  local  buckling  under  compression,  plastic  or  elastic cross‐section resistances may be readily mobilized for Class 1, 2 or 3 sections.   For  Class  4  sections,  elastic  properties  are  not  applicable,  and  provisions  given  in  EN 1993‐1‐8 should be considered.      Table  8.6  presents  the  section  classification  rules  given  in  Table  5.2  of  EN  1993‐1‐1  for I‐ and H‐sections while Table 8.7 presents various limiting ratios of the geometric  parameters of the sections, namely, cf / tf and d / tw for section classification under      i) compression, ii) bending about the major axis, and iii) bending about the minor axis.    Table 8.6  Section classification rules for I‐ and H‐sections  z  z



cf



d



cf 

Rolled I‐section 

Rolled H‐section 

z  z

y  cf 

cf



Plate element  Internal part under compression, d/tw  Internal part under bending, d/tw Outstanding part under compression, cf / tf 

ε =  235/fy  

Class 1 ≤ 33 ε ≤ 72 ε ≤ 9 ε



Class 2 ≤ 38 ε ≤ 83 ε ≤ 10 ε

fy  (N/mm2) 

235 

275 

345 

355 

460 

ε 

1.00 

0.92 

0.83 

0.81 

0.71 

 

83



Class 3  ≤ 42 ε  ≤ 124 ε  ≤ 14 ε 

Class 4 >  42 ε > 124 ε >14 ε

Table 8.7   Limiting ratios of section classification for I‐ and H‐sections    I‐ and H‐sections under compression  Plate element  Geometrical   parameter    Section classification    S275  Rolled  section  S355  Q235  Q275  Welded  section  Q345  Q460 

Flange cf / tf 

Web  d / tw 

Class 1 

Class 2 

Class 3 

Class 1 

Class 2 

Class3 

8.3  7.3  9.0 8.3 7.4  6.4 

9.3  8.1  10.0 9.2 8.3  7.1 

12.9  11.4  14.0 12.9 11.6  10.0 

30.5  26.8  33.0 30.5 27.2  23.6 

35.1  30.9  38.0  35.1  31.4  27.2 

38.8  34.2  42.0 38.8 34.7  30.0 

I‐ and H‐sections under bending about the major axis  Plate element  Geometrical  parameter    Section classification    S275  Rolled  section  S355  Q235  Q275  Welded  section  Q345  Q460 

Flange cf / tf

Web  d / tw 

Class 1 

Class 2 

Class 3 

Class 1 

Class 2 

Class3 

8.3  7.3  9.0 8.3 7.4 6.4

9.2  8.1  10.0 9.2 8.3 7.1

12.9  11.4  14.0 12.9 11.6 10.0

66.6  58.6  72.0 66.6 59.4 51.5

76.7  67.5  83.0  76.7  68.5  59.3 

114.6  100.9  124.0 114.6 102.3 88.6

I‐ and H‐sections under bending about the minor axis   Plate element  Geometrical  parameter    Section classification    S275  Rolled  section  S355  Q235  Q275  Welded  section  Q345  Q460       

Flange cf / tf

Web  d / tw 

Class 1 

Class 2 

Class 3 

8.3 7.3  9.0 8.3  7.4 6.4 

9.2 8.1  10.0 9.2  8.3 7.1 

12.8 11.2  13.8 12.8  11.4 9.9 

 

84

Class 1 

Class 2 

Class3 

Not applicable 

Not applicable 

Table  8.8  presents  the  section  classification  rules  given  in  Table  5.2  of  EN  1993‐1‐1  for  hot‐finished  and  cold‐formed  hollow  sections  while  Table  8.9  presents  various  limiting ratios of the geometric parameters of the hollow sections, namely, cf / t and  cw / t for section classification under i) compression, ii) bending about the major axis,  and iii) bending about the minor axis.    Table 8.8     Section classification of hollow sections    z



z  y



cw

cw 

h

cf 

cf

t  d 

b

Hot‐finished            circular hollow section  CHS 

Hot‐finished           rectangular hollow section  RHS 

t

Hot‐finished               square hollow section    SHS 

z





  z 

cw 

y

cw

h



 

cf

  d 

t

b

Equivalent cold‐formed  circular hollow section  EWCHS 



Equivalent cold‐formed square hollow section  EWSHS 

Equivalent cold‐formed rectangular hollow section  EWRHS

Plate element  Internal parts under compression, cf / t Internal parts under bending, cw / t 

Class 1 ≤ 33 ε ≤ 72 ε

Class 2 ≤ 38 ε ≤ 83 ε

Class 3  ≤ 42 ε  ≤ 124 ε 

Class 4 > 42 ε > 124 ε

Circular section under compression and / or  bending, d / t 

≤ 50ε2

≤ 70ε2

≤ 90ε2 

> 90ε2

 

ε =  235/fy  

fy  (N/mm2) 

235 

275 

345 

355 

460 

ε 

1.00 

0.92 

0.83 

0.81 

0.71 

85

Table 8.9     Limiting ratios of section classification for hollow sections    a)  Rectangular and square hollow sections    Rectangular and square hollow sections under compression  Plate element  Geometrical  parameter  Section classification  S275  Rolled  section  S355  Q235  Q275  Welded  section  Q345  Q460 

Class 1  30.5  26.8  33.0  30.5  27.2  23.6 

Flange 

Web 

cf / t 

cw / t 

Class 2 35.1 30.9 38.0  35.1  31.4  27.2 

Class 3 38.8 34.2 42.0  38.8  34.7  30.0 

Class 1 30.5 26.8 33.0  30.5  27.2  23.6 

Class 2  35.1  30.9  38.0  35.1  31.4  27.2 

Class 3 38.8 34.2 42.0  38.8  34.7  30.0 

Rectangular and square hollow sections under bending about the major axis  Plate element  Geometrical  parameter  Section classification  S275  Rolled  section  S355  Q235 Q275 Welded  section  Q345 Q460 

Class 1  30.5  26.8  33.0  30.5  27.2  23.6 

Flange 

Web 

cf / t 

cw / t 

Class 2 35.1  30.9  38.0 35.1 31.4 27.2 

Class 3 38.8  34.2  42.0 38.8 34.7 30.0 

Class 1 66.6  58.6  72.0 66.6 59.4 51.5 

Class 2  76.7  67.5  83.0  76.7  68.5  59.3 

Class 3 114.6  100.9  124.0 114.6 102.3 88.6 

Rectangular and square hollow sections under bending about the minor axis  Plate element  Geometrical  parameter  Section classification  S275  Rolled  section  S355  Q235  Q275 Welded  section  Q345 Q460    

Class 1  30.5  26.8  33.0  30.5  27.2  23.6 

Web

Flange 

cw / t 

cf / t 

Class 2 35.1 30.9 38.0  35.1 31.4 27.2

Class 3 38.8 34.2 42.0  38.8 34.7 30.0

 

86

Class 1 66.6 58.6 72.0  66.6 59.4 51.5

Class 2  76.7  67.5  83.0  76.7  68.5  59.3 

Class3 114.6 100.9 124.0  114.6 102.3 88.6

b)   

Circular hollow sections 

Circular hollow sections under i) compression, and ii) bending  Plate element 

Circular section 

Geometrical parameter  Section classification  Rolled section 

Welded section 

S275  S355  Q235  Q275  Q345  Q460 

d / t  Class 1 

Class 2 

Class 3 

42.7  33.1  50.0  42.7  34.1  25.5 

59.8  46.3  70.0  59.8  47.7  35.8 

76.9  59.6  90.0  76.9  61.3  46.0 

        8.4 

Rolled Sections    A  wide  range  of  rolled  sections  covered  in  this  Section  for  application  are  summarized in Table 8.10.  It should be noted that     i) all  rolled  I‐sections  available  in  BS  4‐1  are  included  in  the  Design  Tables,  i.e.  I‐ sections  from  127  x  76  x  13  kg/m  to  914  x  419  x  388  kg/m  with  a  total  of  72 sections.    ii) all rolled H‐sections available in BS 4‐1 are included in the Design Tables, i.e. H‐ sections  from  152  x152  x  23  kg/m  to  356  x  406  x  634  kg/m  with  a  total  of  31 sections.    iii) selected  hot‐finished  circular  hollow  sections  with  standard  plate  thicknesses  available in EN 10210‐2 are included in the Design Tables, i.e. CHS from 139.7 x  6.3 mm to 813.0 x 20.0 mm with a total of 55 sections.    iv) selected hot‐finished rectangular hollow sections with standard plate thicknesses  available in EN 10210‐2 are included in the Design Tables, i.e. RHS from 120 x 80  x 6.3 mm to 500 x 300 x 20.0 mm with a total of 44 sections.    v) selected  hot‐finished  square  hollow  sections  with  standard  plate  thicknesses  available in EN 10210‐2 are included in the Design Tables, i.e. SHS from 100 x 100  x 6.3 mm to 400 x 400 x 20.0 mm with a total of 32 sections.     

87

Table 8.10    

Full ranges of typical rolled sections available for application  

I-section

H-section

914x419x388# x343# 914x305x289# x253# x224# x201# 838x292x226# x194# x176# 762x267x197 x173 x147 x134 686x254x170 x152 x140 x125 610x305x238 x179 x149 610x229x140 x125 x113 x101 533x210x122 x109 x101 x92 x82

457x191x98 x89 x82 x74 x67 457x152x82 x74 x60 x60 x52 406x178x74 x67 x60 x54 406x140x46 x39 356x171x67 x57 x51 x45 356x127x39 x33 305x165x54 x46 x40 305x127x48 x42 x37 305x102x33 x28 x25 254x146x43 x37 x31 254x102x28 x25 x22 203x133x30 x26 203x102x23 178x102x19 152x89x16 127x76x13

29

43

Number of sections: Total:

72

356x406x634# x551# x467# x393# x340# x287# x235# 356x368x202# x177# x153# x129# 305x305x283 x240 x198 x158 x137 x118 x97 254x254x167 x132 x107 x89 x73 203x203x86 x71 x60 x52 x46 152x152x37 x30 x23

31

Hot-finished circular hollow section 139.7x6.3 x8.0 x10.0 168.3x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 219.1x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 273.0x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 323.9x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 355.6x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 406.4x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 457.0x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 508.0x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 610.0x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 711.0x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 813.0x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

Hot-finished rectangular hollow section 120x80x6.3 x8.0 160x80x6.3 x8.0 x10.0 200x100x6.3 x8.0 x10.0 200x150x6.3 x8.0 x10.0 250x150x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 260x180x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 300x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 350x250x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 400x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 450x250x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 500x300x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

55

44

Hot-finished square hollow section 100x100x6.3 x8.0 150x150x6.3 x8.0 x10.0 200x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 220x220x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 250x250x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 300x300x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 350x350x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 400x400x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

32 234

#  Limited availability.  Full series of I‐ and H‐sections have been  provided while only selected hot‐finished circular, rectangular and  square  hollow  sections  are  included.    Section  resistances  for  S275  and  S355  steel  materials  are  tabulated  separately. 

88

8.5 

Equivalent Welded Sections    Design data on equivalent welded sections are provided to assist structural engineers  to  use  welded  sections  readily  whenever  necessary.    The  design  methods  for  equivalent welded sections are described in the following sections.  

  8.5.1   Equivalent welded I‐Sections    (1)  The  section  depth  h  of  the  welded  I‐sections  is  selected  to  be  equal  to  that  of  the  rolled I‐sections under consideration plus a maximum of 5 mm.    (2)  The plate thicknesses of the flanges and the webs of the welded I‐sections are:   

6.0 mm  12.0 mm  25.0 mm    (3) 

 8.0 mm  16.0 mm  30.0 mm

10.0 mm  20.0 mm  40.0 mm 

In  most  cases,  both  the  web  thickness  and  the  flange  thickness  of  the  equivalent  welded I‐sections are taken to be larger than those of the rolled I‐sections as far as  rational, as shown in Figure 8.2.  Moreover, the flange width of the welded I‐sections  is selected in such a way as to achieve a value of cross‐sectional area which is at least  10% larger than that of the rolled I‐sections.   z

z  tf  

tf 5 max. 

y





h 5 max. 

tw 5 max. 

tw 

b 30 typ. 



Equivalent welded I‐section 

Typical rolled I‐section 

Figure 8.2 Design method of equivalent welded I‐sections  (4) 

  For  a  rolled  I‐section  with  a  web  thickness  or  a  flange  thickness  of  odd  values,  for  example, tw = 8.7 mm or tf = 13.2 mm, the web thickness and the flange thickness of  the welded I‐section are then selected to be 8.0 mm and 12.0 mm (rather than 10.0  mm  and  16.0  mm)  respectively,  i.e.  of  thinner  plates.    In  order  to  achieve  equivalency,  the  flange  width  of  the  welded  I‐section  will  then  be  increased  significantly, when compared with that of the rolled I‐section, in order to acquire a  larger moment resistance of that of the rolled I‐section. 

89

 

8.5.2  Equivalent welded H‐sections   

(1)    (2) 

The section depth h of the welded H‐sections is selected to be equal to that of the  rolled H‐sections under consideration plus a maximum of 5 mm.  The plate thicknesses of the flanges and the webs of the welded H‐sections are: 

 

6.0 mm  12.0 mm  25.0 mm  50.0 mm 

  (3) 

 8.0 mm  16.0 mm  30.0 mm  60.0 mm

10.0 mm  20.0 mm  40.0 mm  80.0 mm 

In  most  cases,  both  the  web  thickness  and  the  flange  thickness  of  the  welded  H‐ sections are taken to be larger than those of the rolled H‐sections as far as rational,  as  shown  in  Figure  8.3.  Moreover,  the  flange  width  of  the  welded  H‐sections  is  selected in such a way as to achieve a value of cross‐sectional area which is at least  10% larger than that of the rolled H‐sections.  z

z

tf

tf+10 max.

hw

y

O

hw

h

h + 5 max. O

tw + 5 

tw

b

b 50 typ.

Typical rolled H‐section

Equivalent welded H‐section

Figure 8.3 Design method of equivalent welded H‐sections (4) 

   

y

 

As  there  is  a  significant  reduction  in  the  yield  strengths  of  thick  steel  plates,  especially  when  tf  ≥  40  mm,  the  flange  thicknesses  of  the  proposed  welded  H‐ sections may be significantly larger than those of the rolled H‐sections.  Nevertheless,  the maximum increase in the flange thickness is limited to 10 mm.   

90

8.5.3  Equivalent cold‐formed circular hollow sections   

(1) 

(2) 

The  external  diameter  d  of  the  EWCHS  is  selected  to  be  equal  to  that  of  the  hot‐ finished CHS under consideration plus a maximum of 5 mm.    The plate thicknesses of the EWCHS are: 

 

 6.0 mm  12.0 mm 

8.0 mm 16.0 mm 

10.0 mm  20.0 mm 

  It should be noted that the plate thickness of the EWCHS is selected to be equal to  that of the hot‐finished CHS under consideration ± 0.5 mm, as shown in Figure 8.4.  z 

z

t

t  0.5 max 

y

y

                d

d  5 max

Typical hot‐finished  circular hollow  section                 CHS 

Equivalent                   cold‐formed circular  hollow section           EWCHS

Figure 8.4   Design method for equivalent cold‐formed circular hollow sections (3) 

  It  should  be  noted  that  the  largest  EWCHS  covered  in  GB/T  6728  has  an  external  diameter  equal  to  610.0  mm.    For  those  EWCHS  with  external  diameters  equal  to  711.0 and 813.0 mm, refer to GB/T 21835 for details.     

 

 

91

8.5.4  Equivalent cold‐formed rectangular and square hollow sections    (1)  The external dimensions, h and b, of the EWRHS and the EWSHS are selected to be  equal to those of the hot‐finished sections under consideration, as shown in Figures  8.5 and 8.6.    (2)  The plate thicknesses of the EWRHS and the EWSHS are:   

  6.0 mm  12.0 mm 

 8.0 mm 16.0 mm 

10.0 mm  20.0 mm  z

r

ro

cf

r

ro 

cw 

y

y  h 

h

t





b

Typical hot‐finished  rectangular           hollow section            RHS 

Equivalent cold‐formed  rectangular                  hollow section                EWRHS

Figure 8.5 Design method for equivalent cold‐formed rectangular hollow sections  z ri 



ro

cf 

ri 

ro 

cw



y  h 

h t 

t  0.5  b  Equivalent cold‐formed  square                     hollow section               EWSHS 

b  Typical Hot‐finished        square                    hollow section             SHS 

Figure 8.6 Design method for equivalent cold‐formed square hollow sections     

92

 

(3) 

   

   

It should be noted that both the inner and the outer corner radii, ri and ro , for cold‐ formed  RHS  and  SHS  given  in  EN  10219‐2  are  considered  to  be  very  stringent,  as  shown  in  Table  8.11.    In  some  cases,  these  limiting  values  are  even  smaller  than  those given in EN 10210‐2 for hot‐finished RHS and SHS.   Table 8.11  Allowable corner radii of hot‐finished and cold‐formed RHS and SHS    EN 10210‐2:   Hot‐finished structural hollow sections of non‐alloy and fine grain steels  Thickness  All range  Hot finished  ri  2.0 t RHS, SHS  ro  3.0 t EN 10219‐2:   Cold‐formed welded structural hollow sections of non‐alloy and fine grain steels Thickness  t = 6 mm  t = 8, 10 mm  t = 12, 16, 20 mm  Cold‐formed  ri  0.6 t ~ 1.4 t  1.0 t ~ 2.0 t  1.4 t ~ 2.6 t  RHS, SHS  ro  1.6 t ~ 2.4 t  2.0 t ~ 3.0 t  2.4 t ~ 3.6 t  GB/T 6728:   Cold‐formed steel hollow sections of general structures    Thickness t = 6, 8, 10 mm t = 12, 16, 20 mm ri  1.0 t ~ 2.0 t  1.0 t ~ 2.5 t  Q235  Q275  ro  2.0 t ~ 3.0 t  2.0 t ~ 3.5 t  Q345   ri  1.0 t ~ 2.5 t  1.5 t ~ 3.0 t  Q460  ro  2.0 t ~ 3.5 t  2.5 t ~ 4.0 t      Moreover,  according  to  Table  8.12,  large  local  strains  are  always  induced  in  the  corners  of  the  cold‐formed  RHS  and  SHS  with  small  corner radii.  Hence,  welding in  the immediate vicinity of the corners requires caution, otherwise significant cracking  may be induced.      Table 8.12  Corner radii and local residual strains in cold‐formed zones    BS EN 1993‐1‐8: Design of steel structures: Design of joints Maximum thickness (mm)  Residual  ri / t  strain  Static load control  Fatigue control  Killed steel   25  ≤ 2% Any Any Any  10  ≤ 5%  Any  16  Any   3.0  ≤ 14%  24  12  24   2.0  ≤ 20%  12  10  12   1.5  ≤ 25% 8 8 8   1.0  ≤ 33%  4  4  4  Note: Conflict with EN 10219 will be assumed satisfied if t ≤ 12.5 mm.     

93

  (4) 

Table 8.13 presents the proposed corner radii of EWRHS and EWSHS for various steel  grades. It should be noted that these corner radii are less stringent when compared  to those given in Table 8.11 for both hot‐finished and cold‐formed RHS and SHS to  EN10210‐2 and 10219‐2 respectively.  Nevertheless, these corner radii are permitted  according to GB/T 6728. 

  Table 8.13  Proposed corner radii of EWRHS and EWSHS    Equivalent cold‐formed  Corner radii  t = 6, 8, 10 mm  hollow sections    2.5 t  ri  EWRHS 

t = 12, 16, 20 mm  3.0 t 

 

EWSHS    (5)    (6)    8.6 

ro 

3.5 t 

4.0 t 

  For further details on the dimensions of cold‐formed rectangular and square hollow  sections, refer to GB/T 6728.  A full list of the rolled and of the welded sections are presented in Tables 8.10 and  8.14 respectively.    Design Tables on Section Dimensions, Properties and Resistances    According  to  the  comprehensive  design  rules  given  in  EN  1993‐1‐1,  a  total  of  45  Design  Tables  are  compiled  to  assist  structural  engineers  to  use  both  rolled  and  welded  sections  whenever  appropriate  in  practical  design.  These  Design  Tables  include:   

  

12 Design Tables on section dimensions and properties;   12 Design Tables on section resistances of rolled sections; and  21 Design Tables on section resistances of welded sections. 

  Section resistances for a total of 468 rolled and welded sections are calculated and  tabulated for a wide range of section types and dimensions as well as a wide range of  steel materials with different yield strengths.    Table 8.15 summarizes various key design parameters of structural steel design of the  Design Tables.    8.6.1  Section dimensions and properties     For  details  on  the  selection  of  section  dimensions  for  various  rolled  and  welded  sections, refer to Sections 8.4 and 8.5 respectively.    Expressions  for  the  calculations  of  various  section  properties  are  fully  presented  in  Steel Building Design: Design Data (2013).   

94

Table 8.14    

Full ranges of proposed equivalent welded sections for application 

Welded I-section

Welded H-section

920x450x420 x353 920x360x312 x282 x249 x218 840x350x246 x214 x184 760x320x220 x194 x167 x147 690x280x198 x173 x151 x133 620x330x258 x186 x160 610x260x158 x138 x122 x112 540x250x148 x128 x113 x104 x88

460x190x102 x94 x83 x76 x64 460x160x85 x75 x68 x59 x54 405x180x76 x70 x59 x53 400x140x45 x39 355x180x72 x61 x54 x49 355x170x44 x38 305x160x58 x44 x38 305x125x50 x42 x39 305x110x36 x32 x26 265x140x43 x38 x30 265x100x28 x25 x22 205x135x30 x26 205x100x25 180x100x19 150x90x17 125x75x14

29

43

Number of sections Total

72

420x480x716 x563 x532 x456 x368 x300 x275 360x440x218 x217 x172 x167 370x330x316 x260 x213 x177 x152 x142 x114 270x310x184 x151 x121 x116 x93 210x230x101 x85 x73 x58 x50 170x170x42 x34 x29

Cold-formed circular hollow section 140x6.0 x8.0 x10.0 170x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 220x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 270x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 320x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 360x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 400x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 460x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 500x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 610x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 710x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 810x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

Cold-formed rectangular hollow section 120x80x6.0 x8.0 160x80x6.0 x8.0 x10.0 200x100x6.0 x8.0 x10.0 200x150x6.0 x8.0 x10.0 250x150x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 260x180x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 300x200x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 350x250x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 400x200x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 450x250x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 500x300x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

Cold-formed square hollow section 100x100x6.0 x8.0 150x150x6.0 x8.0 x10.0 200x200x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 220x220x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 250x250x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 300x300x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 350x350x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 400x400x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

55

44

32

31

234

Notes:  (1)  All equivalent welded sections are proposed to match the structural performance of those rolled  sections given in Table 8.10.  (2)  Design data for welded sections with Q235, Q275, Q345 and Q460 steel materials are tabulated. 

95

8.6.2  Section resistances    The  resistances  of  the  cross‐sections  of  various  rolled  and  welded  sections  against  bending  moments,  shear  forces  and  axial  compression  forces  have  been  calculated  and tabulated.    It should be noted that for all the Design Tables, Class E1 Steel Materials are assumed  in all rolled sections while Class E2 Steel Materials are assumed in all welded sections.   If  Class  E1  Steel  Materials  are  used  in  the  welded  sections,   Mc  should  be  taken  as  1.0, and all the resistances should be increased by a factor of 1.1 accordingly.    8.6.2.1 Moment resistances    All rolled and welded sections are doubly symmetrical, and most of them have two  distinctive moment resistances, namely  i) ii)

My,Rd about the major y‐y axis, and   Mz,Rd about the minor z‐z axis. 

However,  only  a  moment  resistance,  MRd,  is  provided  for  both  circular  and  square  hollow sections.      The  corresponding  flexural  rigidities  as  well  as  the  section  classifications  of  the  sections  for  bending  about  the  major  and  the  minor  axes  are  also  given  as  appropriate.  However, it should be noted that no resistance is given for any Class 4  section  owing  to  the  occurrence  of  local  buckling  in  plate  elements  of  the  section,  leading to low structural efficiency.    8.6.2.2 Shear resistances    The shear resistances of the sections are calculated conservatively with the factor for  shear area, η , being taken to 1.0 as recommended in Clause 6.2.6(3) of EN1993‐1‐1.  Hence,  there  is  no  need  to check against shear  buckling  in  the  web  plate  elements  when the following conditions apply:  i) ii)

d  72      t hw  72     t

 

 

for rolled sections 

 

 

for welded sections 

It  should  be  noted  that  only  the  shear  resistances  of  the  sections  acting  along  the  direction of the webs of the sections are provided.    8.6.2.3 Axial compression resistances    In  most  sections,  the  gross  areas  of  the  sections  are  fully  effective  owing  to  the  stocky  nature  of  the  plate  elements.  Hence,  full  compression  resistances  of  these  sections are readily mobilized. 

96

However, for both rolled and welded I‐sections, RHS and CHS with large d / t values  under  high  compressive  stress  levels,  local  buckling  in  the  plate  elements  of  these  cross‐sections  is  critical.    Hence,  they  are  taken  as  Class  4  sections,  and  effective  areas  should  be  used,  instead  of  their  gross  areas,  in  the  calculation  of  the  cross‐ section resistances against axial compression forces.  These resistances are printed in  italics  in  the  Design  Tables.  Refer  to  Section  4.4  of  EN  1993‐1‐5  for  details  of  the  design  rule  for  evaluation  of  effective  areas  using  the  reduction  factor  for  plate  buckling, ρ .  As a whole, the Design Tables provide practical design data for structural engineers to  assess the structural performance of various sections against material yielding as well  as member buckling during practical design.    Table 8.15   Summary of Design Tables    Rolled  Section type  Design Table  sections  I‐section  01A / 01B  02A / 02B  Dimensions  H‐section 03A / 03B and  CHS  04 properties  RHS  05 SHS  06 Steel materials  Section  resistances   Mc = 1.0 

  Welded  sections  Dimensions  and  properties 

S355 

07  08  09  10 11 12

13  14  15  16  17  18 

I‐section  H‐section  CHS  RHS  SHS  Section type 

Design Table 

EWI‐section 

19A / 19B  20A / 20B  21A / 21B 22 23 24

EWH‐section EWCHS  EWRHS  EWSHS  Steel materials 

Section  resistances   Mc = 1.1 

S275 

EWI‐section  EWH‐section  EWCHS  EWRHS  EWSHS 

Q235 

Q275 

Q345 

Q460 

25  26 27 

28  29 30  31  32  33 

34  35  36  37  38  39 

40  41  42  43  44  45 

Not  applicable

 

97

 

98

Design Tables on Section Dimensions, Properties and Resistances for Rolled and Welded Sections

99

Rolled sections Table No. Design Table 01A Design Table 01B Design Table 02A Design Table 02B Design Table 03A Design Table 03B Design Table 04 Design Table 05 Design Table 06

Title Section dimensions of rolled I-sections (1) Section properties of rolled I-sections (1) Section dimensions of rolled I-sections (2) Section properties of rolled I-sections (2) Section dimensions of rolled H-sections Section properties of rolled H-sections Section dimensions and properties of hot-finished CHS Section dimensions and properties of hot-finished RHS Section dimensions and properties of hot-finished SHS

Design Table 07 Design Table 08 Design Table 09 Design Table 10 Design Table 11 Design Table 12

Section resistances of rolled I-sections: S275 steel (1) Section resistances of rolled I-sections: S275 steel (2) Section resistances of rolled H-sections: S275 steel Section resistances of hot-finished CHS: S275 steel Section resistances of hot-finished RHS: S275 steel Section resistances of hot-finished SHS: S275 steel

114 115 116 117 118 119

Design Table 13 Design Table 14 Design Table 15 Design Table 16 Design Table 17 Design Table 18

Section resistances of rolled I-sections: S355 steel (1) Section resistances of rolled I-sections: S355 steel (2) Section resistances of rolled H-sections: S355 steel Section resistances of hot-finished CHS: S355 steel Section resistances of hot-finished RHS: S355 steel Section resistances of hot-finished SHS: S355 steel

122 123 124 125 126 127

100

Page 104 105 106 107 108 109 110 111 112

Welded sections Table No. Design Table 19A Design Table 19B Design Table 20A Design Table 20B Design Table 21A Design Table 21B Design Table 22 Design Table 23 Design Table 24

Title Section dimensions of welded I-sections (1) Section properties of welded I-sections (1) Section dimensions of welded I-sections (2) Section properties of welded I-sections (2) Section dimensions of welded H-sections Section properties of welded H-sections Section dimensions and properties of cold-formed CHS Section dimensions and properties of cold-formed RHS Section dimensions and properties of cold-formed SHS

Page 130 131 132 133 134 135 136 137 138

Design Table 25 Design Table 26 Design Table 27

Section resistances of welded I-sections: Q235 steel (1) Section resistances of welded I-sections: Q235 steel (2) Section resistances of welded H-sections: Q235 steel

140 141 142

Design Table 28 Design Table 29 Design Table 30 Design Table 31 Design Table 32 Design Table 33

Section resistances of welded I-sections: Q275 steel (1) Section resistances of welded I-sections: Q275 steel (2) Section resistances of welded H-sections: Q275 steel Section resistances of cold-formed CHS: Q275 steel Section resistances of cold-formed RHS: Q275 steel Section resistances of cold-formed SHS: Q275 steel

144 145 146 147 148 149

Design Table 34 Design Table 35 Design Table 36 Design Table 37 Design Table 38 Design Table 39

Section resistances of welded I-sections: Q345 steel (1) Section resistances of welded I-sections: Q345 steel (2) Section resistances of welded H-sections: Q345 steel Section resistances of cold-formed CHS: Q345 steel Section resistances of cold-formed RHS: Q345 steel Section resistances of cold-formed SHS: Q345 steel

152 153 154 155 156 157

Design Table 40 Design Table 41 Design Table 42 Design Table 43 Design Table 44 Design Table 45

Section resistances of welded I-sections: Q460 steel (1) Section resistances of welded I-sections: Q460 steel (2) Section resistances of welded H-sections: Q460 steel Section resistances of cold-formed CHS: Q460 steel Section resistances of cold-formed RHS: Q460 steel Section resistances of cold-formed SHS: Q460 steel

160 161 162 163 164 165

101

102

Design Tables 01 to 06 for Section Dimensions and Properties of Rolled Sections  I-sections  H-sections  CHS  RHS  SHS

103

Design Table 01A Section dimensions of rolled I-sections (1) tf

z

r y

tw

d h

cf

b Mass per Depth Width Meter of Section of Section I-Sections

914x419x388# x343# 914x305x289# x253# x224# x201# 838x292x226# x194# x176# 762x267x197 x173 x147 x134 686x254x170 x152 x140 x125 610x305x238 x179 x149 610x229x140 x125 x113 x101 533x210x122 x109 x101 x92 x82

#

kg/m 388.0 343.3 289.1 253.4 224.2 200.9 226.5 193.8 175.9 196.8 173.0 146.9 133.9 170.2 152.4 140.1 125.2 238.1 179.0 149.2 139.9 125.1 113.0 101.2 122.0 109.0 101.0 92.1 82.2

mm 921.0 911.8 926.6 918.4 910.4 903.0 850.9 840.7 834.9 769.8 762.2 754.0 750.0 692.9 687.5 683.5 677.9 635.8 620.2 612.4 617.2 612.2 607.6 602.6 544.5 539.5 536.7 533.1 528.3

mm 420.5 418.5 307.7 305.5 304.1 303.3 293.8 292.4 291.7 268.0 266.7 265.2 264.4 255.8 254.5 253.7 253.0 311.4 307.1 304.8 230.2 229.0 228.2 227.6 211.9 210.8 210.0 209.3 208.8

Thickness Web tw mm 21.4 19.4 19.5 17.3 15.9 15.1 16.1 14.7 14.0 15.6 14.3 12.8 12.0 14.5 13.2 12.4 11.7 18.4 14.1 11.8 13.1 11.9 11.1 10.5 12.7 11.6 10.8 10.1 9.6

Root Radius

Depth between Fillets

r mm 24.1 24.1 19.1 19.1 19.1 19.1 17.8 17.8 17.8 16.5 16.5 16.5 16.5 15.2 15.2 15.2 15.2 16.5 16.5 16.5 12.7 12.7 12.7 12.7 12.7 12.7 12.7 12.7 12.7

d mm 799.6 799.6 824.4 824.4 824.4 824.4 761.7 761.7 761.7 686.0 686.0 686.0 686.0 615.1 615.1 615.1 615.1 540.0 540.0 540.0 547.6 547.6 547.6 547.6 476.5 476.5 476.5 476.5 476.5

Flange tf mm 36.6 32.0 32.0 27.9 23.9 20.2 26.8 21.7 18.8 25.4 21.6 17.5 15.5 23.7 21.0 19.0 16.2 31.4 23.6 19.7 22.1 19.6 17.3 14.8 21.3 18.8 17.4 15.6 13.2

Limited availability.

104

Ratios for Local Buckling

Surface Area per Meter per Tonne

cf/tf

d/tw

4.8 5.5 3.9 4.5 5.2 6.2 4.5 5.6 6.4 4.3 5.1 6.3 7.1 4.4 5.0 5.6 6.5 4.1 5.5 6.6 4.3 4.9 5.5 6.5 4.1 4.6 5.0 5.6 6.6

37.4 41.2 42.3 47.7 51.8 54.6 47.3 51.8 54.4 44.0 48.0 53.6 57.2 42.4 46.6 49.6 52.6 29.3 38.3 45.8 41.8 46.0 49.3 52.2 37.5 41.1 44.1 47.2 49.6

m2 3.44 3.42 3.01 2.99 2.97 2.96 2.81 2.79 2.78 2.55 2.53 2.51 2.51 2.35 2.34 2.33 2.32 2.45 2.41 2.39 2.11 2.09 2.08 2.07 1.89 1.88 1.87 1.86 1.85

m2 8.87 10.0 10.4 11.8 13.2 14.7 12.4 14.4 15.8 13.0 14.6 17.1 18.7 13.8 15.4 16.6 18.5 10.3 13.5 16.0 15.1 16.7 18.4 20.5 15.5 17.2 18.5 20.2 22.5

Design Table 01B Section properties of rolled I-sections (1) z

tf r y

d h tw

cf b

I-Sections 914x419x388# x343# 914x305x289# x253# x224# x201# 838x292x226# x194# x176# 762x267x197 x173 x147 x134 686x254x170 x152 x140 x125 610x305x238 x179 x149 610x229x140 x125 x113 x101 533x210x122 x109 x101 x92 x82

#

 

Second Moment of Area

Elastic Modulus

cm4 720000 626000 504000 436000 376000 325000 340000 279000 246000 240000 205000 169000 151000 170000 150000 136000 118000 209000 153000 126000 112000 98600 87300 75800 76000 66800 61500 55200 47500

cm3 15600 13700 10900 9500 8270 7200 7980 6640 5890 6230 5390 4470 4020 4920 4370 3990 3480 6590 4930 4110 3620 3220 2870 2520 2790 2480 2290 2070 1800

,

cm4 45400 39200 15600 13300 11200 9420 11400 9070 7800 8170 6850 5460 4790 6630 5780 5210 4380 15800 11400 9310 4510 3930 3430 2910 3390 2940 2690 2390 2010

,

cm3 2160 1870 1010 871 739 621 773 620 535 610 514 411 362 518 455 409 346 1020 743 611 391 343 301 256 320 279 256 228 192

Plastic Modulus ,

cm3 17700 15500 12600 10900 9530 8350 9160 7640 6810 7170 6200 5160 4640 5630 5000 4560 3990 7490 5550 4590 4140 3680 3280 2880 3200 2830 2610 2360 2060

Buckling Parameter

Torsional Index

Warping Constant

Torsional Constant

Area of Section

26.7 30.1 31.9 36.2 41.3 46.9 35.0 41.6 46.5 33.1 38.0 45.2 49.8 31.8 35.4 38.6 43.8 21.3 27.7 32.7 30.6 34.0 38.0 43.0 27.6 30.9 32.8 36.4 41.6

dm6 88.9 75.8 31.2 26.4 22.1 18.4 19.3 15.2 13.0 11.3 9.39 7.40 6.46 7.42 6.42 5.72 4.80 14.5 10.2 8.17 3.99 3.45 2.99 2.52 2.32 1.99 1.81 1.60 1.33

cm4 1730 1190 926 626 427 291 514 306 221 404 267 159 119 308 220 169 116 785 340 200 216 154 111 77 178 126 101 75.7 51.5

cm2 494 437 368 323 286 256 289 247 224 251 220 187 171 217 194 178 159 303 228 190 178 159 144 129 155 139 127 117 105

A

,

cm3 3340 2890 1600 1370 1160 982 1210 974 842 958 807 647 570 811 710 638 542 1570 1140 937 611 535 469 400 500 436 399 355 300

Limited availability.

 

105

0.885 0.883 0.867 0.865 0.866 0.853 0.869 0.862 0.856 0.869 0.865 0.858 0.853 0.872 0.871 0.872 0.863 0.886 0.885 0.886 0.875 0.875 0.870 0.863 0.878 0.875 0.874 0.873 0.863

Design Table 02A Section dimensions of rolled I-sections (2) z

tf r y

d h tw

cf b Mass per Depth Width Meter of Section of Section I-Sections

457x191x98 x89 x82 x74 x67 457x152x82 x74 x60 x60 x52 406x178x74 x67 x60 x54 406x140x46 x39 356x171x67 x57 x51 x45 356x127x39 x33 305x165x54 x46 x40 305x127x48 x42 x37 305x102x33 x28 x25 254x146x43 x37 x31 254x102x28 x25 x22 203x133x30 x26 203x102x23 178x102x19 152x89x16 127x76x13

kg/m 98.3 89.3 82.0 74.3 67.1 82.1 74.2 67.2 59.8 52.3 74.2 67.1 60.1 54.1 46.0 39.0 67.1 57.0 51.0 45.0 39.1 33.1 54.0 46.1 40.3 48.1 41.9 37.0 32.8 28.2 24.8 43.0 37.0 31.1 28.3 25.2 22.0 30.0 25.1 23.1 19.0 16.0 13.0

Mm 467.2 463.4 460.0 457.0 453.4 465.8 462.0 458.0 454.6 449.8 412.8 409.4 406.4 402.6 403.2 398.0 363.4 358.0 355.0 351.4 353.4 349.0 310.4 306.6 303.4 311.0 307.2 304.4 312.7 308.7 305.1 259.6 256.0 251.4 260.4 257.2 254.0 206.8 203.2 203.2 177.8 152.4 127.0

mm 192.8 191.9 191.3 190.4 189.9 155.3 154.4 153.8 152.9 152.4 179.5 178.8 177.9 177.7 142.2 141.8 173.2 172.2 171.5 171.1 126.0 125.4 166.9 165.7 165.0 125.3 124.3 123.4 102.4 101.8 101.6 147.3 146.4 146.1 102.2 101.9 101.6 133.9 133.2 101.8 101.2 88.7 76.0

Root Radius

Thickness Web tw mm 11.4 10.5 9.9 9.0 8.5 10.5 9.6 9.0 8.1 7.6 9.5 8.8 7.9 7.7 6.8 6.4 9.1 8.1 7.4 7.0 6.6 6.0 7.9 6.7 6.0 9.0 8.0 7.1 6.6 6.0 5.8 7.2 6.3 6.0 6.3 6.0 5.7 6.4 5.7 5.4 4.8 4.5 4.0

Flange tf mm 19.6 17.7 16.0 14.5 12.7 18.9 17.0 15.0 13.3 10.9 16.0 14.3 12.8 10.9 11.2 8.6 15.7 13.0 11.5 9.7 10.7 8.5 13.7 11.8 10.2 14.0 12.1 10.7 10.8 8.8 7.0 12.7 10.9 8.6 10.0 8.4 6.8 9.6 7.8 9.3 7.9 7.7 7.6

 

106

Depth between Fillets

Ratios for Local Buckling

Surface Area per Meter per Tonne

r mm 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 8.9 8.9 8.9 8.9 8.9 8.9 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6

d mm 407.6 407.6 407.6 407.6 407.6 407.6 407.6 407.6 407.6 407.6 360.4 360.4 360.4 360.4 360.4 360.4 311.6 311.6 311.6 311.6 311.6 311.6 265.2 265.2 265.2 265.2 265.2 265.2 275.9 275.9 275.9 219.0 219.0 219.0 225.2 225.2 225.2 172.4 172.4 169.4 146.8 121.8 96.6

cf/tf

d/tw

4.1 4.6 5.0 5.6 6.3 3.3 3.7 4.2 4.7 5.7 4.1 4.7 5.2 5.8 5.1 6.7 4.6 5.5 6.3 7.4 4.6 5.8 5.2 6.0 6.9 3.5 4.1 4.6 3.7 4.6 5.8 4.9 5.7 7.3 4.0 4.8 5.9 5.9 7.2 4.4 5.1 4.5 3.7

35.8 38.8 41.2 45.3 48.0 38.8 42.5 45.3 50.3 53.6 33.1 37.9 41.0 45.6 53.0 56.3 34.2 38.5 42.1 44.5 47.2 51.9 33.6 39.6 44.2 29.5 33.2 37.4 41.8 46.0 47.6 30.4 34.8 36.5 35.7 37.5 39.5 26.9 30.2 31.4 30.6 27.1 24.2

m2 1.67 1.66 1.65 1.64 1.63 1.51 1.50 1.50 1.49 1.48 1.51 1.50 1.49 1.48 1.34 1.33 1.38 1.37 1.36 1.36 1.18 1.17 1.26 1.25 1.24 1.09 1.08 1.07 1.01 1.00 0.992 1.08 1.07 1.06 0.904 0.897 0.890 0.923 0.915 0.790 0.738 0.638 0.537

m2 17.0 18.6 20.1 22.1 24.3 18.4 20.2 22.3 24.9 28.3 20.4 22.3 24.8 27.3 29.1 34.1 20.6 24.1 26.7 30.2 30.2 35.4 23.3 27.1 30.8 22.7 25.8 28.9 30.8 35.5 40.0 25.1 28.9 34.0 31.9 35.7 40.5 30.8 36.5 34.2 38.7 40.0 41.4

Design Table 02B Section properties of rolled I-sections (2) z

tf r y

d h tw

cf b Second Moment of Area I-Sections

457x191x98 x89 x82 x74 x67 457x152x82 x74 x60 x60 x52 406x178x74 x67 x60 x54 406x140x46 x39 356x171x67 x57 x51 x45 356x127x39 x33 305x165x54 x46 x40 305x127x48 x42 x37 305x102x33 x28 x25 254x146x43 x37 x31 254x102x28 x25 x22 203x133x30 x26 203x102x23 178x102x19 152x89x16 127x76x13

Elastic Modulus ,

,

Plastic Modulus ,

Buckling Parameter

Torsional Index

Warping Constant

Torsional Constant

Area of Section A

dm6

cm4

cm2

1.18 1.04 0.922 0.818 0.705 0.591 0.518 0.448 0.387 0.311 0.608 0.533 0.466 0.392 0.207 0.155 0.412 0.330 0.286 0.237 0.105 0.081 0.234 0.195 0.164 0.102 0.0846 0.0725 0.0442 0.0349 0.0270 0.103 0.0857 0.0660 0.0280 0.0230 0.0182 0.0374 0.0294 0.0154 0.00990 0.00470 0.00200

121 90.7 69.2 51.8 37.1 89.2 65.9 47.7 33.8 21.4 62.8 46.1 33.3 23.1 19.0 10.7 55.7 33.4 23.8 15.8 15.1 8.79 34.8 22.2 14.7 31.8 21.1 14.8 12.2 7.40 4.77 23.9 15.3 8.55 9.57 6.42 4.15 10.3 5.96 7.02 4.41 3.56 2.85

125 114 104 94.6 85.5 105 94.5 85.6 76.2 66.6 94.5 85.5 76.5 69.0 58.6 49.7 85.5 72.6 64.9 57.3 49.8 42.1 68.8 58.7 51.3 61.2 53.4 47.2 41.8 35.9 31.6 54.8 47.2 39.7 36.1 32.0 28.0 38.2 32.0 29.4 24.3 20.3 16.5

,

cm4

cm4

cm3

cm3

cm3

cm3

45700 41000 37100 33300 29400 36600 32700 28900 25500 21400 27300 24300 21600 18700 15700 12500 19500 16000 14100 12100 10200 8250 11700 9900 8500 9570 8200 7170 6500 5370 4460 6540 5540 4410 4000 3410 2840 2900 2340 2100 1360 834 473

2350 2090 1870 1670 1450 1180 1050 913 795 645 1550 1360 1200 1020 538 410 1360 1110 968 811 358 280 1060 896 764 461 389 336 194 155 123 677 571 448 179 149 119 385 308 164 137 89.8 55.7

1960 1770 1610 1460 1300 1570 1410 1260 1120 950 1320 1190 1060 930 778 629 1070 896 796 687 576 473 754 646 560 616 534 471 416 348 292 504 433 351 308 266 224 280 230 207 153 109 74.6

243 218 196 176 153 153 136 119 104 84.6 172 153 135 115 75.7 57.8 157 129 113 94.8 56.8 44.7 127 108 92.6 73.6 62.6 54.5 37.9 30.5 24.2 92.0 78.0 61.3 34.9 29.2 23.5 57.5 46.2 32.2 27.0 20.2 14.7

2230 2010 1830 1650 1470 1810 1630 1450 1290 1100 1500 1350 1200 1050 888 724 1210 1010 896 775 659 543 846 720 623 711 614 539 481 403 342 566 483 393 353 306 259 314 258 234 171 123 84.2

379 338 304 272 237 240 213 187 163 133 267 237 209 178 118 90.8 243 199 174 147 89.0 70.2 196 166 142 116 98.4 85.4 60.0 48.4 38.8 141 119 94.1 54.8 46.0 37.3 88.2 70.9 49.7 41.6 31.2 22.6

 

107

0.881 0.878 0.879 0.877 0.873 0.872 0.872 0.868 0.868 0.859 0.882 0.880 0.880 0.871 0.871 0.858 0.886 0.882 0.881 0.874 0.871 0.863 0.889 0.890 0.889 0.873 0.872 0.872 0.867 0.859 0.846 0.891 0.890 0.879 0.873 0.866 0.856 0.882 0.876 0.888 0.886 0.890 0.894

25.8 28.3 30.8 33.8 37.8 27.4 30.1 33.6 37.5 43.8 27.5 30.4 33.7 38.3 39.0 47.4 24.4 28.8 32.1 36.8 35.2 42.1 23.6 27.1 31.0 23.3 26.5 29.7 31.6 37.3 43.4 21.1 24.3 29.6 27.5 31.4 36.3 21.5 25.6 22.4 22.6 19.5 16.3

Design Table 03A Section dimensions of rolled H-sections z 

tf r h

y

tw  d h 

cf

b Mass per Depth Width Meter of Section of Section H-Sections

356x406x634# x551# x467# x393# x340# x287# x235# 356x368x202# x177# x153# x129# 305x305x283 x240 x198 x158 x137 x118 x97 254x254x167 x132 x107 x89 x73 203x203x86 x71 x60 x52 x46 152x152x37 x30 x23

#

 

kg/m 633.9 551.0 467.0 393.0 339.9 287.1 235.1 201.9 177.0 152.9 129.0 282.9 240.0 198.1 158.1 136.9 117.9 96.9 167.1 132.0 107.1 88.9 73.1 86.1 71.0 60.0 52.0 46.1 37.0 30.0 23.0

mm 474.6 455.6 436.6 419.0 406.4 393.6 381.0 374.6 368.2 362.0 355.6 365.3 352.5 339.9 327.1 320.5 314.5 307.9 289.1 276.3 266.7 260.3 254.1 222.2 215.8 209.6 206.2 203.2 161.8 157.6 152.4

mm 424.0 418.5 412.2 407.0 403.0 399.0 394.8 374.7 372.6 370.5 368.6 322.2 318.4 314.5 311.2 309.2 307.4 305.3 265.2 261.3 258.8 256.3 254.6 209.1 206.4 205.8 204.3 203.6 154.4 152.9 152.2

Thickness Web tw mm 47.6 42.1 35.8 30.6 26.6 22.6 18.4 16.5 14.4 12.3 10.4 26.8 23.0 19.1 15.8 13.8 12.0 9.9 19.2 15.3 12.8 10.3 8.6 12.7 10.0 9.4 7.9 7.2 8.0 6.5 5.8

Root Radius

Depth between Fillets

r mm 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 12.7 12.7 12.7 12.7 12.7 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 7.6 7.6 7.6

d mm 290.2 290.2 290.2 290.2 290.2 290.2 290.2 290.2 290.2 290.2 290.2 246.7 246.7 246.7 246.7 246.7 246.7 246.7 200.3 200.3 200.3 200.3 200.3 160.8 160.8 160.8 160.8 160.8 123.6 123.6 123.6

Flange tf mm 77.0 67.5 58.0 49.2 42.9 36.5 30.2 27.0 23.8 20.7 17.5 44.1 37.7 31.4 25.0 21.7 18.7 15.4 31.7 25.3 20.5 17.3 14.2 20.5 17.3 14.2 12.5 11.0 11.5 9.4 6.8

Ratios for Local Buckling

Surface Area per Meter per Tonne

Limited availability.

 

108

cf/tf

d/tw

2.3 2.6 3.0 3.5 4.0 4.7 5.7 6.1 6.9 7.9 9.4 3.0 3.5 4.2 5.3 6.1 7.1 8.6 3.5 4.4 5.4 6.4 7.8 4.3 5.1 6.2 7.0 8.0 5.7 7.0 9.7

6.1 6.9 8.1 9.5 10.9 12.8 15.8 17.6 20.2 23.6 27.9 9.2 10.7 12.9 15.6 17.9 20.6 24.9 10.4 13.1 15.6 19.4 23.3 12.7 16.1 17.1 20.4 22.3 15.5 19.0 21.3

m2 2.52 2.47 2.42 2.38 2.35 2.31 2.28 2.19 2.17 2.16 2.14 1.94 1.91 1.87 1.84 1.82 1.81 1.79 1.58 1.55 1.52 1.50 1.49 1.24 1.22 1.21 1.20 1.19 0.912 0.901 0.889

m2 3.98 4.48 5.18 6.06 6.91 8.05 9.70 10.8 12.3 14.1 16.6 6.86 7.96 9.44 11.6 13.3 15.4 18.5 9.46 11.7 14.2 16.9 20.4 14.4 17.2 20.2 23.1 25.8 24.7 30.0 38.7

Design Table 03B Section properties of rolled H-sections z 

tf r h

y

tw  d h 

cf

b

H-Sections

Second Moment of Area

Elastic Modulus ,

356x406x634# x551# x467# x393# x340# x287# x235# 356x368x202# x177# x153# x129# 305x305x283 x240 x198 x158 x137 x118 x97 254x254x167 x132 x107 x89 x73 203x203x86 x71 x60 x52 x46 152x152x37 x30 x23

#

cm4 275000 227000 183000 147000 123000 99900 79100 66300 57100 48600 40200 78900 64200 50900 38700 32800 27700 22200 30000 22500 17500 14300 11400 9450 7620 6130 5260 4570 2210 1750 1250

cm4 98100 82700 67800 55400 46900 38700 31000 23700 20500 17600 14600 24600 20300 16300 12600 10700 9060 7310 9870 7530 5930 4860 3910 3130 2540 2070 1780 1550 706 560 400

cm3 11600 9960 8380 7000 6030 5070 4150 3540 3100 2680 2260 4320 3640 3000 2370 2050 1760 1450 2080 1630 1310 1100 898 850 706 584 510 450 273 222 164

,

cm3 4630 3950 3290 2720 2330 1940 1570 1260 1100 948 793 1530 1280 1040 808 692 589 479 744 576 458 379 307 299 246 201 174 152 91.5 73.3 52.6

Buckling Parameter

Plastic Modulus ,

cm3 14200 12100 10000 8220 7000 5810 4690 3970 3460 2960 2480 5110 4250 3440 2680 2300 1960 1590 2420 1870 1480 1220 992 977 799 656 567 497 309 248 182

Torsional Index

Warping Constant

Torsional Constant

Area of Section

5.46 6.05 6.86 7.86 8.85 10.2 12.1 13.4 15.0 17.0 19.9 7.65 8.74 10.2 12.5 14.2 16.2 19.3 8.49 10.3 12.4 14.5 17.3 10.2 11.9 14.1 15.8 17.7 13.3 16.0 20.7

dm6 38.8 31.1 24.3 18.9 15.5 12.3 9.54 7.16 6.09 5.11 4.18 6.35 5.03 3.88 2.87 2.39 1.98 1.56 1.63 1.19 0.898 0.717 0.562 0.318 0.250 0.197 0.167 0.143 0.0399 0.0308 0.0212

cm4 13700 9240 5810 3550 2340 1440 812 558 381 251 153 2030 1270 734 378 249 161 91.2 626 319 172 102 57.6 137 80.2 47.2 31.8 22.2 19.2 10.5 4.63

A cm2 808 702 595 501 433 366 299 257 226 195 164 360 306 252 201 174 150 123 213 168 136 113 93.1 110 90.4 76.4 66.3 58.7 47.1 38.3 29.2

,

cm3 7110 6060 5030 4150 3540 2950 2380 1920 1670 1430 1200 2340 1950 1580 1230 1050 895 726 1140 878 697 575 465 456 374 305 264 231 140 112 80.1

Limited availability.

109

0.843 0.841 0.839 0.837 0.836 0.835 0.834 0.844 0.844 0.844 0.844 0.855 0.854 0.854 0.851 0.851 0.850 0.850 0.851 0.850 0.848 0.850 0.849 0.850 0.853 0.846 0.848 0.847 0.848 0.849 0.840

Design Table 04 Section dimensions and properties of hot-finished CHS z 





CHS dxt mmxmm 139.7x6.3 x8.0 168.3x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 219.1x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 273.0x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 323.9x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 355.6x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 406.4x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 457.0x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 508.0x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 610.8x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 711.0x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 813.0x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

Mass per Area of Meter Section m A kg/m 20.7 26.0 25.2 31.6 39.0 48.0 33.1 41.6 51.6 63.7 41.4 52.3 64.9 80.3 49.3 62.3 77.4 96.0 121 54.3 68.6 85.2 106 134 78.6 97.8 121 154 191 88.6 110 137 174 216 98.6 123 153 194 241 119 148 184 234 291 173 215 274 349 198 247 314 391

cm2 26.4 33.1 32.1 40.3 49.7 61.2 42.1 53.1 65.7 81.1 52.8 66.6 82.6 102 62.9 79.4 98.6 122 155 69.1 87.4 109 135 171 100 125 155 196 243 113 140 175 222 275 126 156 195 247 307 151 188 235 299 371 173 215 274 341 252 314 401 498



Ratio for Local Second Moment Buckling of Area d/t I 22.2 17.5 26.7 21.0 16.8 13.5 34.8 27.4 21.9 17.5 43.3 34.1 27.3 21.8 51.4 40.5 32.4 25.9 20.2 56.4 44.5 35.6 28.4 22.2 50.8 40.6 32.5 25.4 20.3 57.1 45.7 36.6 28.6 22.9 63.5 50.8 40.6 31.8 25.4 76.3 61.0 48.8 38.1 30.5 71.1 56.9 44.4 35.6 81.3 65.0 50.8 40.7

cm4 589 720 1050 1300 1560 1870 2390 2960 3600 4350 4700 5850 7150 8700 7930 9910 12200 14800 18400 10500 13200 16200 19900 24700 19900 24500 30000 37400 45430 28400 35100 43100 54000 65680 39300 48500 59800 74900 91400 84900 104800 118000 131800 161500 135300 167300 211000 259400 203400 251900 318200 391900

Elastic Modulus Wel cm3 84.3 103 125 154 186 222 218 270 328 397 344 429 524 637 490 612 751 917 1140 593 742 912 1120 1390 978 1210 1480 1840 2240 1250 1540 1890 2360 2870 1550 1910 2350 2950 3600 2250 2780 3450 4320 5300 3810 4710 5940 7300 5000 6200 7830 9640

110

Plastic Modulus Wpl cm3 112 139 165 206 251 304 285 357 438 534 448 562 692 849 636 799 986 1210 1520 769 967 1200 1470 1850 1270 1570 1940 2440 2989 1610 2000 2470 3110 3822 2000 2480 3070 3870 4770 2900 3600 4460 5650 6970 4914 6100 7730 9550 6450 8010 10200 12600

Torsional Constants IT Wt cm4 1180 1440 2110 2600 3130 3740 4770 5920 7200 8690 9390 11700 14300 17400 15900 19800 24300 29700 36800 21100 26400 32400 39700 49300 39700 49000 60100 74900 90860 56900 70200 86300 108000 131000 78600 97000 120000 150000 182900 137100 169700 209600 263600 323000 270600 334700 422100 518700 406800 503700 636400 783800

cm3 169 206 250 308 372 444 436 540 657 793 688 857 1050 1270 979 1220 1500 1830 2270 1190 1490 1830 2230 2770 1960 2410 2960 3690 4470 2490 3070 3780 4720 5750 3090 3820 4710 5900 7199 4495 5564 6869 8641 10590 7612 9415 11870 14590 10010 12390 15660 19280

Surface Area per Meter m2 0.439 0.439 0.529 0.529 0.529 0.529 0.688 0.688 0.688 0.688 0.858 0.858 0.858 0.858 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 1.44 1.44 1.44 1.44 1.44 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60 1.90 1.90 1.90 1.90 1.90 2.23 2.23 2.23 2.23 2.55 2.55 2.55 2.55

per Tonne m2 21.2 16.9 21.0 16.7 13.6 11.0 20.8 16.5 13.3 10.8 20.7 16.4 13.2 10.7 20.6 16.3 13.1 10.6 8.41 20.6 16.3 13.1 10.5 8.34 16.2 13.1 10.6 8.29 6.68 16.2 13.1 10.5 8.25 6.65 16.2 13.0 10.4 8.23 6.62 16.1 12.9 10.4 8.19 6.59 12.9 10.4 8.15 6.40 12.9 10.3 8.13 6.53

Design Table 05 Section dimensions and properties of hot-finished RHS z 

cw

y

h

cf b RHS bxhxt mmxmmxmm 120x80x6.3 x8.0 160x80x6.3 x8.0 x10.0 200x100x6.3 x8.0 x10.0 200x150x6.3 x8.0 x10.0 250x150x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 260x180x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 300x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 350x250x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 400x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 450x250x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 500x300x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

   

Mass per Meter m kg/m 17.2 21.0 21.2 26.0 31.2 27.1 33.5 40.6 32.0 39.8 48.4 37.0 46.1 56.3 68.3 40.9 51.1 62.6 76.2 93.9 46.9 58.6 72.0 88.0 109 56.8 71.2 87.7 108 134 56.8 71.2 87.7 108 134 83.8 103 127 159 96.3 119 147 184 225

Area of Section A cm2 21.9 26.7 26.9 33.1 39.7 34.5 42.7 51.7 40.8 50.7 61.7 47.1 58.7 71.7 87.0 52.1 65.1 79.7 97.0 120 59.7 74.7 91.7 112 139 72.3 90.7 112 137 171 72.3 90.7 112 137 171 107 132 162 203 123 152 187 235 287

Ratio for Local Buckling cw/t cf/t 13.0 9.0 19.4 14.0 10.0 25.7 19.0 14.0 25.7 19.0 14.0 33.7 25.3 19.0 14.0 35.3 26.5 20.0 14.8 10.3 41.6 31.5 24.0 18.0 12.8 49.6 37.8 29.0 22.0 15.9 57.5 44.0 34.0 26.0 19.0 50.3 39.0 30.0 22.1 56.5 44.0 34.0 25.3 19.0

6.7 4.0 6.7 4.0 2.0 9.9 6.5 4.0 17.8 12.8 9.0 17.8 12.8 9.0 6.0 22.6 16.5 12.0 8.4 5.3 25.7 19.0 14.0 10.0 6.5 33.7 25.3 19.0 14.0 9.6 25.7 19.0 14.0 10.0 6.5 25.3 19.0 14.0 9.6 31.5 24.0 18.0 12.8 9.0

Second Moment of Area Iy cm4 394 451 821 959 1080 1700 2030 2340 2290 2760 3250 3940 4790 5670 6600 4950 6040 7200 8450 9860 7540 9250 11100 13100 15500 12800 15800 19100 22900 27500 15200 18700 22600 27000 32400 29000 35300 42500 51500 42400 51700 62700 76600 90700

Iz cm4 210 240 279 324 362 581 688 790 1480 1780 2080 1800 2180 2570 2990 2820 3440 4090 4790 5570 4070 4980 5960 7040 8290 7680 9480 11400 13700 16400 5250 6450 7760 9240 11000 11800 14300 17200 20800 19500 23700 28600 34900 41200

 

111

Elastic Modulus Wel,y cm3 65.6 75.2 103 120 135 170 203 234 229 276 325 315 383 454 528 381 465 554 650 758 503 617 740 873 1030 731 903 1090 1310 1570 760 935 1130 1350 1620 1290 1570 1890 2290 1700 2070 2510 3060 3630

Wel,z cm3 52.5 60.0 69.8 81.0 90.5 116 138 158 197 237 277 240 291 343 399 313 382 454 532 619 407 498 596 704 829 614 758 912 1100 1310 525 645 776 924 1100 944 1140 1380 1660 1300 1580 1910 2330 2750

t Plastic Modulus Wpl,y cm3 83.3 98.2 132 158 183 216 261 309 277 338 404 386 475 570 677 458 565 682 814 974 605 748 907 1090 1320 870 1080 1320 1600 1950 935 1160 1420 1710 2090 1580 1930 2340 2880 2050 2510 3070 3800 4560

Wpl,z cm3 63.1 74.2 81.6 97.3 112 133 161 190 228 278 332 273 335 402 476 357 440 531 633 756 460 568 689 826 997 693 862 1050 1270 1550 582 722 879 1060 1290 1060 1290 1570 1930 1450 1780 2170 2680 3210

Surface Area per Meter m2 0.384 0.379 0.464 0.459 0.454 0.584 0.579 0.574 0.684 0.679 0.674 0.784 0.779 0.774 0.768 0.860 0.860 0.850 0.850 0.840 0.984 0.979 0.974 0.968 0.962 1.180 1.180 1.170 1.170 1.160 1.18 1.18 1.17 1.17 1.16 1.38 1.37 1.37 1.36 1.58 1.57 1.57 1.56 1.55

per Tonne m2 21.1 16.8 20.9 16.6 13.5 20.8 16.5 13.3 20.7 16.4 13.2 20.6 16.4 13.2 10.6 23.8 19.0 15.4 12.5 10.0 20.6 16.3 13.1 10.6 8.7 17.3 13.7 11.1 9.0 7.1 20.4 16.2 13.0 10.5 7.1 16.1 12.9 10.4 8.21 16.1 12.9 10.4 8.17 6.59

Design Table 06 Section dimensions and properties of hot-finished SHS z  y c  t 

b Mass per Area of Meter Section bxbxt m A

SHS

mmxmmxmm 100x100x6.3 x8.0 150x150x6.3 x8.0 x10.0 200x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 220x220x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 250x250x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 300x300x6.0 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 350x350x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 400x400x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

kg/m 17.2 21.0 27.1 33.5 40.6 37.0 46.1 56.3 68.3 40.9 51.1 62.6 76.2 93.9 46.9 58.6 72.0 88.0 109 56.8 71.2 87.7 108 134 83.8 103 127 159 96.3 119 147 184 225

cm2 21.9 26.7 34.5 42.7 51.7 47.1 58.7 71.7 87.0 52.1 65.1 79.7 97.0 120 59.7 74.7 91.7 112 139 72.3 90.7 112 137 171 107 132 162 203 123 152 187 235 287

Ratio for Local Buckling c/t

Second Moment of Area I

9.9 6.5 17.8 12.8 9.0 25.7 19.0 14.0 10.0 28.9 21.5 16.0 11.6 7.8 33.7 25.3 19.0 14.0 9.63 41.6 31.5 24.0 18.0 12.8 37.8 29.0 22.0 15.9 44.0 34.0 26.0 19.0 14.0

cm4 304 349 1150 1370 1590 2880 3500 4150 4840 3890 4750 5660 6650 7760 5810 7130 8550 10100 12000 10300 12700 15300 18300 22000 20500 24900 30000 36400 31000 37800 45800 56000 66400

 

112

Elastic Modulus Wel cm3 60.7 69.7 153 183 212 288 350 415 484 354 432 515 605 706 465 570 684 808 960 687 847 1020 1220 1470 1170 1420 1710 2080 1550 1890 2290 2800 3320

Plastic Modulus Wpl cm3 74.4 87.8 182 221 262 338 415 499 592 413 509 614 733 878 540 668 810 974 1180 790 982 1200 1450 1770 1360 1660 2020 2480 1790 2200 2680 3320 3990

Surface Area per Meter m2 0.368 0.359 0.568 0.559 0.548 0.768 0.759 0.748 0.736 0.848 0.839 0.828 0.816 0.798 0.968 0.959 0.948 0.936 0.918 1.17 1.16 1.15 1.14 1.12 1.36 1.35 1.34 1.32 1.56 1.55 1.54 1.52 1.50

per Tonne m2 21.4 17.1 21.0 16.7 13.5 20.8 16.5 13.3 10.8 20.7 16.4 13.2 10.7 8.50 20.6 16.4 13.2 10.6 8.42 20.6 16.3 13.1 10.6 8.34 16.2 13.0 10.5 8.28 16.2 13.0 10.5 8.23 6.65

Design Tables 07 to 12 for Section Resistances of Rolled Sections: S275 steel  I-sections  H-sections  CHS  RHS  SHS

113

Design Table 07 Section resistances of rolled I-sections: S275 steel (1) z

tf r y

d h tw

cf b I-Sections 914x419x388# x343# 914x305x289# x253# x224# x201# 838x292x226# x194# x176# 762x267x197 x173 x147 x134 686x254x170 x152 x140 x125 610x305x238 x179 x149 610x229x140 x125 x113 x101 533x210x122 x109 x101 x92 x82

Flexural Rigidity EIy 103*kNm2 1510 1310 1060 916 790 683 714 586 517 504 431 355 317 357 315 286 248 439 321 265 235 207 183 159 160 140 129 116 100

EIz 103*kNm2 95.3 82.3 32.8 27.9 23.5 19.8 23.9 19.0 16.4 17.2 14.4 11.5 10.1 13.9 12.1 10.9 9.20 33.2 23.9 19.6 9.47 8.25 7.20 6.11 7.12 6.17 5.65 5.02 4.22

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

 

114

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 4690 885 4110 766 3340 424 2890 363 2530 307 2210 260 2430 321 2020 258 1800 223 1900 254 1640 214 1370 171 1280 157 1490 215 1330 188 1210 169 1060 144 1980 416 1470 302 1220 248 1100 162 975 142 869 124 792 110 848 133 750 116 692 106 649 97.6 567 82.5

Shear Resistance Vz,Rd kN 3240 2920 2900 2570 2350 2210 2220 2000 1890 1950 1760 1560 1520 1630 1470 1370 1280 1890 1440 1200 1300 1170 1090 1060 1110 1020 921 909 865

Axial Resistance Na,Rd kN 13000 11200 9340 7930 6840 5990 7130 5910 5260 6310 5390 4420 4100 5520 4810 4340 3790 8030 5960 4790 4540 3960 3520 3210 4060 3560 3200 3010 2650

Design Table 08 Section resistances of rolled I-sections: S275 steel (2) z

tf r y

d h tw

cf b I-Sections 457x191x98 x89 x82 x74 x67 457x152x82 x74 x60 x60 x52 406x178x74 x67 x60 x54 406x140x46 x39 356x171x67 x57 x51 x45 356x127x39 x33 305x165x54 x46 x40 305x127x48 x42 x37 305x102x33 x28 x25 254x146x43 x37 x31 254x102x28 x25 x22 203x133x30 x26 203x102x23 178x102x19 152x89x16 127x76x13

Flexural Rigidity EIy 103*kNm2 93.7 84.1 76.1 68.3 60.3 75.0 67.0 59.2 52.3 43.9 56.0 49.8 44.3 38.3 32.2 25.6 40.0 32.8 28.9 24.8 20.9 16.9 24.0 20.3 17.4 19.6 16.8 14.7 13.3 11.0 9.14 13.4 11.4 9.04 8.20 6.99 5.82 5.95 4.80 4.31 2.79 1.71 0.970

EIz 103*kNm2 4.82 4.28 3.83 3.42 2.97 2.42 2.15 1.87 1.63 1.32 3.18 2.79 2.46 2.09 1.10 0.841 2.79 2.28 1.98 1.66 0.734 0.574 2.17 1.84 1.57 0.945 0.797 0.689 0.398 0.318 0.252 1.39 1.17 0.918 0.367 0.305 0.244 0.789 0.631 0.336 0.281 0.184 0.114

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

115

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 591 100 533 89.6 485 80.6 454 74.8 404 65.2 480 63.6 432 56.4 399 51.4 355 44.8 303 36.6 398 70.8 371 65.2 330 57.5 289 49.0 244 32.5 199 25.0 333 66.8 278 54.7 246 47.9 213 40.4 181 24.5 149 19.3 233 53.9 198 45.7 171 39.1 196 31.9 169 27.1 148 23.5 132 16.5 111 13.3 94.1 10.7 156 38.8 133 32.7 108 25.9 97.1 15.1 84.2 12.7 71.2 10.3 86.4 24.3 71.0 19.5 64.4 13.7 47.0 11.4 33.8 8.60 23.2 6.20

Shear Resistance Vz,Rd kN 852 789 729 693 650 798 721 697 624 578 640 612 549 529 473 438 568 501 455 425 408 366 422 357 319 474 420 372 350 315 299 321 280 260 283 265 248 231 204 197 157 130 102

Axial Resistance Na,Rd kN 3310 2960 2670 2460 2190 2730 2400 2220 1920 1630 2470 2280 1990 1780 1460 1200 2350 1970 1720 1500 1280 1050 1890 1580 1360 1680 1470 1280 1100 921 797 1510 1300 1090 990 868 749 1050 880 809 668 558 454

Design Table 09 Section resistances of rolled H-sections: S275 steel z 

tf r tw  d h 

h

y

cf

b H-Sections 356x406x634# x551# x467# x393# x340# x287# x235# 356x368x202# x177# x153# x129# 305x305x283 x240 x198 x158 x137 x118 x97 254x254x167 x132 x107 x89 x73 203x203x86 x71 x60 x52 x46 152x152x37 x30 x23

#

Flexural Rigidity EIy 103*kNm2 578 477 384 309 258 210 166 139 120 102 84.4 166 135 107 81.3 68.9 58.2 46.6 63.0 47.3 36.8 30.0 23.9 19.8 16.0 12.9 11.0 9.60 4.64 3.68 2.63

EIz 103*kNm2 206 174 142 116 98.5 81.3 65.1 49.8 43.1 37.0 30.7 51.7 42.6 34.2 26.5 22.5 19.0 15.4 20.7 15.8 12.5 10.2 8.21 6.57 5.33 4.35 3.74 3.26 1.48 1.18 0.840

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3

Limited availability.

116

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 3480 1960 2960 1670 2550 1380 2100 1140 1790 974 1540 811 1240 655 1050 528 917 459 784 393 599 218 1300 644 1130 536 912 435 710 338 610 289 519 246 437 200 641 314 496 241 392 192 323 158 273 128 259 125 212 103 180 83.9 156 72.6 137 63.5 85.0 38.5 68.2 30.8 45.1 14.5

Shear Resistance Vz,Rd kN 3040 2630 2290 1920 1640 1440 1150 1030 907 772 645 1490 1320 1070 871 756 657 558 903 705 577 467 407 475 371 352 298 269 226 184 158

Axial Resistance Na,Rd kN 19800 17200 15200 12800 11000 9700 7920 6810 5990 5170 4350 9180 8110 6680 5330 4610 3980 3380 5640 4450 3600 2990 2560 2920 2400 2100 1820 1610 1300 1050 803

Design Table 10 Section resistances of hot-finished CHS: S275 steel z 







S275 CHS dxt mmxmm 139.7x6.3 x8.0 168.3x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 219.1x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 273.0x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 323.9x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 355.6x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 406.4x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 457.0x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 508.0x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 610.8x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 711.0x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 813.0x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

Flexural rigidity EIy 103*kNm2 1.24 1.51 2.21 2.73 3.28 3.93 5.02 6.22 7.56 9.14 9.87 12.3 15.0 18.3 16.7 20.8 25.6 31.1 38.6 22.1 27.7 34.0 41.8 51.9 41.8 51.5 63.0 78.5 95.4 59.6 73.7 90.5 113 138 82.5 102 126 157 192 178 220 248 277 339 284 351 443 545 427 529 668 823

Section Classification

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 1 1 3 2 1 1 1 3 3 2 1 1 3 2 2 1 4 3 2 1

Moment Resistance My,Rd kNm 30.8 38.2 45.4 56.7 69.0 83.6 78.4 98.2 120 147 123 155 190 233 175 220 271 333 418 211 266 330 404 509 349 432 534 671 792 443 550 679 855 1010 426 682 844 1060 1260 619 765 1230 1550 1850 1050 1680 2130 2530 1710 2810 3340

117

Shear Resistance Vz,Rd kN 267 335 324 407 502 619 426 537 664 820 534 673 835 1031 636 803 997 1230 1570 698 883 1100 1360 1730 1010 1260 1570 1980 2370 1140 1420 1770 2240 2680 1270 1580 1970 2500 2990 1530 1900 2380 3020 3610 1750 2170 2770 3320 3170 4050 4850

Axial Resistance Na,Rd kN 726 910 883 1110 1370 1680 1160 1460 1810 2230 1450 1830 2270 2810 1730 2180 2710 3360 4260 1900 2400 3000 3710 4700 2750 3440 4260 5390 6440 3110 3850 4810 6110 7290 3470 4290 5360 6790 8140 4150 5170 6460 8220 9830 4760 5910 7540 9040 8640 11000 13200

Design Table 11 Section resistances of hot-finished RHS: S275 steel z 

cw

y

h

cf t

b S275 RHS hxbxt mmxmmxmm 120x80x6.3 x8.0 160x80x6.3 x8.0 x10.0 200x100x6.3 x8.0 x10.0 200x150x6.3 x8.0 x10.0 250x150x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 260x180x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 300x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 350x250x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 400x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 450x250x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 500x300x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

Flexural rigidity EIy 103*kNm2 0.827 0.948 1.72 2.01 2.27 3.57 4.26 4.91 4.81 5.80 6.83 8.27 10.1 11.9 13.9 10.4 12.7 15.1 17.7 20.7 15.8 19.4 23.3 27.5 32.6 26.9 33.2 40.1 48.1 57.8 31.9 39.3 47.5 56.7 68.0 60.9 74.1 89.3 108 89.0 109 132 161 190

EIz 103*kNm2 0.441 0.504 0.586 0.680 0.760 1.22 1.44 1.66 3.11 3.74 4.37 3.78 4.58 5.40 6.28 5.92 7.22 8.59 10.1 11.7 8.55 10.5 12.5 14.8 17.4 16.1 19.9 23.9 28.8 34.4 11.0 13.5 16.3 19.4 23.1 24.8 30.0 36.1 43.7 41.0 49.8 60.1 73.3 86.5

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1 2 1 1 1 1 1 1 2 4 1 3 1 1 1 1 1 1 1 4 1 4 1 2 1 1 1 1 1 4 1 4 1 1 1 1 2 4 1 4 1 2 1 1 1 1

Moment resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 22.9 17.3 27.0 20.4 36.3 22.5 43.5 26.7 50.4 30.9 59.3 36.7 71.9 44.4 84.8 52.2 76.0 62.6 93.0 76.5 111 91.2 106 75.0 131 92.1 157 111 186 131 126 86.2 155 121 187 146 224 174 268 208 166 206 156 250 189 300 227 363 274 239 297 209 363 289 440 349 536 426 257 319 391 242 470 292 575 355 435 531 644 432 792 531 564 690 844 597 1050 737 1210 851

         

   

118

Shear Resistance

Axial Resistance

Vz,Rd kN 209 254 285 350 420 365 452 547 370 460 560 467 582 712 864 489 611 748 910 1120 569 712 874 1070 1320 670 840 1030 1270 1580 765 960 1180 1450 1810 1090 1340 1650 2070 1220 1510 1860 2330 2740

Na,Rd kN 602 734 741 910 1090 949 1170 1420 1120 1390 1700 1300 1610 1970 2390 1430 1790 2190 2670 3290 1600 2050 2520 3080 3820 1880 2470 3070 3770 4700 1810 2390 3070 3770 4700 2750 3560 4460 5580 3100 4020 5140 6460 7600

Design Table 12 Section resistances of hot-finished SHS: S275 steel z 

y c  b



S275 SHS bxbxt mmxmmxmm 100x100x6.3 x8.0 150x150x6.3 x8.0 x10.0 200x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 220x220x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 250x250x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 300x300x6.0 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 350x350x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 400x400x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

Flexural rigidity EIy 103*kNm2 0.638 0.732 2.42 2.88 3.34 6.05 7.35 8.72 10.2 8.17 10.0 11.9 14.0 16.3 12.2 15.0 18.0 21.2 25.2 21.6 26.7 32.1 38.4 46.2 43.1 52.3 63.0 76.4 65.1 79.4 96.2 118 139

Section Classification Bending y-y 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 4 2 1 1 1 3 1 1 1 4 2 1 1 1

Moment Resistance My,Rd kNm 20.5 24.1 50.1 60.9 72.0 92.8 114 137 163 114 140 169 202 241 149 184 223 268 324 270 330 399 487 322 457 556 682 605 737 913 1060

   

119

Shear Resistance Vz,Rd kN 174 212 274 339 410 374 466 569 691 414 517 633 770 950 474 593 728 889 1100 574 720 887 1090 1360 847 1050 1290 1610 974 1200 1480 1860 2280

Axial Resistance Na,Rd kN 602 734 949 1170 1420 1300 1610 1970 2390 1430 1790 2190 2670 3290 1640 2050 2520 3080 3820 1900 2490 3070 3770 4700 2880 3620 4460 5580 3180 4170 5140 6460 7890

120

Design Tables 13 to 18 for Section Resistances of Rolled Sections: S355 steel  I-sections  H-sections  CHS  RHS  SHS

121

Design Table 13 Section resistances of rolled I-sections: S355 steel (1) z

tf r y

d h tw

cf b I-Sections 914x419x388# x343# 914x305x289# x253# x224# x201# 838x292x226# x194# x176# 762x267x197 x173 x147 x134 686x254x170 x152 x140 x125 610x305x238 x179 x149 610x229x140 x125 x113 x101 533x210x122 x109 x101 x92 x82

#

Flexural Rigidity EIy 103*kNm2 1510 1310 1060 916 790 683 714 586 517 504 431 355 317 357 315 286 248 439 321 265 235 207 183 159 160 140 129 116 100

EIz 103*kNm2 95.3 82.3 32.8 27.9 23.5 19.8 23.9 19.0 16.4 17.2 14.4 11.5 10.1 13.9 12.1 10.9 9.20 33.2 23.9 19.6 9.47 8.25 7.20 6.11 7.12 6.17 5.65 5.02 4.22

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Limited availability. 

122

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 6110 1150 5350 997 4350 552 3760 473 3290 400 2880 339 3160 417 2640 336 2420 299 2470 331 2140 278 1780 223 1600 197 1940 280 1730 245 1570 220 1380 187 2580 542 1910 393 1630 333 1430 211 1270 185 1130 162 1020 142 1140 178 1000 155 927 142 838 126 731 107

Shear Resistance Vz,Rd kN 4220 3800 3780 3350 3060 2870 2900 2610 2460 2530 2290 2040 1970 2120 1920 1790 1670 2460 1880 1570 1690 1520 1420 1370 1450 1330 1200 1170 1120

Axial Resistance Na,Rd kN 16500 14200 11800 10000 8590 7500 8980 7430 6590 7950 6770 5540 5090 6960 6060 5460 4760 10500 7570 6080 5740 5000 4430 3990 5130 4500 4040 3760 3310

Design Table 14 Section resistances of rolled I-sections: S355 steel (2)  z

tf r y

tw d h cf b

I-Sections 457x191x98 x89 x82 x74 x67 457x152x82 x74 x60 x60 x52 406x178x74 x67 x60 x54 406x140x46 x39 356x171x67 x57 x51 x45 356x127x39 x33 305x165x54 x46 x40 305x127x48 x42 x37 305x102x33 x28 x25 254x146x43 x37 x31 254x102x28 x25 x22 203x133x30 x26 203x102x23 178x102x19 152x89x16 127x76x13

Flexural Rigidity EIy 103*kNm2 93.7 84.1 76.1 68.3 60.3 75.0 67.0 59.2 52.3 43.9 56.0 49.8 44.3 38.3 32.2 25.6 40.0 32.8 28.9 24.8 20.9 16.9 24.0 20.3 17.4 19.6 16.8 14.7 13.3 11.0 9.14 13.4 11.4 9.04 8.20 6.99 5.82 5.95 4.80 4.31 2.79 1.71 0.970

EIz 103*kNm2 4.82 4.28 3.83 3.42 2.97 2.42 2.15 1.87 1.63 1.32 3.18 2.79 2.46 2.09 1.10 0.841 2.79 2.28 1.98 1.66 0.734 0.574 2.17 1.84 1.57 0.945 0.797 0.689 0.398 0.318 0.252 1.39 1.17 0.918 0.367 0.305 0.244 0.789 0.631 0.336 0.281 0.184 0.114

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

123

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 792 135 693 117 631 105 586 96.6 522 84.1 643 85.2 562 73.5 515 66.4 458 57.9 391 47.2 533 94.8 479 84.1 426 74.2 373 63.2 315 41.9 257 32.2 430 86.3 359 70.6 318 61.8 275 52.2 234 31.6 193 24.9 300 69.6 256 58.9 221 50.4 252 41.2 218 34.9 191 30.3 171 21.3 143 17.2 121 13.8 201 50.1 171 42.2 140 33.4 125 19.5 109 16.3 91.9 13.2 111 31.3 91.6 25.2 83.1 17.6 60.7 14.8 43.7 11.1 29.9 8.02

Shear Resistance Vz,Rd kN 1110 1030 949 895 839 1040 938 899 806 747 833 790 709 683 611 566 733 646 587 549 527 472 545 461 411 612 542 481 452 407 386 415 361 336 365 341 320 299 263 254 203 167 131

Axial Resistance Na,Rd kN 4200 3770 3380 3100 2750 3460 3040 2780 2400 2040 3140 2870 2510 2230 1830 1500 2990 2480 2170 1890 1600 1310 2420 2010 1720 2170 1880 1610 1380 1150 992 1950 1650 1370 1250 1090 938 1360 1140 1040 863 721 586

Design Table 15 Section resistances of rolled H-sections: S355 steel    tf



h

y

r tw  d h 

cf

b H-Sections 356x406x634# x551# x467# x393# x340# x287# x235# 356x368x202# x177# x153# x129# 305x305x283 x240 x198 x158 x137 x118 x97 254x254x167 x132 x107 x89 x73 203x203x86 x71 x60 x52 x46 152x152x37 x30 x23

#

Flexural Rigidity EIy 103*kNm2 578 477 384 309 258 210 166 139 120 102 84.4 166 135 107 81.3 68.9 58.2 46.6 63.0 47.3 36.8 30.0 23.9 19.8 16.0 12.9 11.0 9.60 4.64 3.68 2.63

EIz 103*kNm2 206 174 142 116 98.5 81.3 65.1 49.8 43.1 37.0 30.7 51.7 42.6 34.2 26.5 22.5 19.0 15.4 20.7 15.8 12.5 10.2 8.21 6.57 5.33 4.35 3.74 3.26 1.48 1.18 0.840

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 3 3

Limited availability.

124

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 4620 2520 3930 2150 3350 1790 2750 1470 2350 1260 2000 1050 1620 821 1370 662 1190 576 1020 493 780 274 1710 784 1470 673 1190 545 925 424 794 362 676 309 515 170 835 393 645 303 511 240 421 198 352 165 337 157 276 129 233 108 201 93.7 176 82.0 110 49.7 88.0 39.8 58.2 18.7

Shear Resistance Vz,Rd kN 4040 3490 3000 2520 2160 1870 1500 1340 1180 1000 839 1950 1710 1400 1130 984 856 721 1180 918 751 607 525 619 483 455 385 347 292 238 204

Axial Resistance Na,Rd kN 26300 22800 19900 16800 14500 12600 10300 8870 7800 6730 5660 12100 10600 8690 6930 6000 5180 4370 7350 5800 4690 3900 3310 3800 3120 2710 2350 2080 1670 1360 1040

Design Table 16 Section resistances of hot-finished CHS: S355 steel  z 







S355 CHS dxt mmxmm 139.7x6.3 x8.0 168.3x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 219.1x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 273.0x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 323.9x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 355.6x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 406.4x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 457.0x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 508.0x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 610.8x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 711.0x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 813.0x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

Flexural rigidity EIy 103*kNm2 1.24 1.51 2.21 2.73 3.28 3.93 5.02 6.22 7.56 9.14 9.87 12.3 15.0 18.3 16.7 20.8 25.6 31.1 38.6 22.1 27.7 34.0 41.8 51.9 41.8 51.5 63.0 78.5 95.4 59.6 73.7 90.5 113 138 82.5 102 126 157 192 178 220 248 277 339 284 351 443 545 427 529 668 823

Section Classification

1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 2 1 1 3 2 1 1 1 3 2 2 1 1 3 2 1 1 1 3 2 2 1 1 4 3 2 1 1 4 4 3 2 1 4 3 2 2 4 4 3 2

Moment Resistance My,Rd kNm 39.8 49.3 58.6 73.1 89.1 108 101 127 155 190 159 200 246 301 174 284 350 430 540 211 343 426 522 657 347 557 689 866 1060 444 710 877 1100 1360 678 1090 1370 1690 1220 2010 2470 1670 2740 3390 3420 4470

125

Shear Resistance Vz,Rd kN 344 432 419 526 649 799 549 693 857 1060 689 869 1080 1330 821 1040 1290 1590 2020 902 1140 1420 1760 2230 1300 1630 2020 2560 3170 1470 1830 2280 2900 3590 2040 2540 3220 4010 3070 3900 4840 2810 3580 4450 5230 6500

Axial Resistance Na,Rd kN 937 1180 1140 1430 1760 2170 1490 1890 2330 2880 1870 2360 2930 3620 2230 2820 3500 4330 5500 2450 3100 3870 4790 6070 3550 4440 5500 6960 8630 4010 4970 6210 7880 9760 5540 6920 8770 10900 8340 10600 13200 7630 9730 12100 14200 17700

Design Table 17 Section resistances of hot-finished RHS: S355 steel  z 

cw

y

h cf t 

b S355 RHS hxbxt mmxmmxmm 120x80x6.3 x8.0 160x80x6.3 x8.0 x10.0 200x100x6.3 x8.0 x10.0 200x150x6.3 x8.0 x10.0 250x150x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 260x180x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 300x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 350x250x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 400x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 450x250x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 500x300x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

Flexural rigidity EIy 103*kNm2 0.827 0.948 1.72 2.01 2.27 3.57 4.26 4.91 4.81 5.80 6.83 8.27 10.1 11.9 13.9 10.4 12.7 15.1 17.7 20.7 15.8 19.4 23.3 27.5 32.6 26.9 33.2 40.1 48.1 57.8 31.9 39.3 47.5 56.7 68.0 60.9 74.1 89.3 108 89.0 109 132 161 190

EIz 103*kNm2 0.441 0.504 0.586 0.680 0.760 1.22 1.44 1.66 3.11 3.74 4.37 3.78 4.58 5.40 6.28 5.92 7.22 8.59 10.1 11.7 8.55 10.5 12.5 14.8 17.4 16.1 19.9 23.9 28.8 34.4 11.0 13.5 16.3 19.4 23.1 24.8 30.0 36.1 43.7 41.0 49.8 60.1 73.3 86.5

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1 3 1 1 1 1 1 1 3 4 1 4 1 2 1 1 1 1 1 4 1 4 1 3 1 1 1 1 1 4 1 4 1 2 1 1 3 4 1 4 1 3 1 1 1 1

Moment resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 29.6 22.4 34.9 26.4 46.9 29.0 56.1 34.5 65.0 39.9 76.5 47.4 92.8 57.3 110 67.4 98.2 80.8 120 98.7 143 118 137 85.2 169 119 203 143 240 169 163 201 156 242 188 289 225 346 269 215 266 177 322 244 387 293 469 354 260 383 469 373 568 451 692 550 332 412 504 276 607 376 742 458 561 685 831 557 1020 685 604 891 1090 678 1350 951 1570 1110

   

126

Shear Resistance

Axial Resistance

Vz,Rd kN 269 328 368 452 543 472 583 707 478 594 723 603 752 919 1120 632 788 965 1180 1450 734 919 1130 1380 1710 865 1080 1340 1640 2040 988 1240 1530 1870 2330 1410 1740 2140 2670 1570 1940 2400 3010 3670

Na,Rd kN 778 948 957 1170 1410 1230 1520 1840 1450 1800 2190 1650 2080 2550 3090 1810 2310 2830 3450 4240 2020 2650 3260 3980 4930 2350 3120 3970 4870 6060 2280 3010 3900 4870 6060 3470 4490 5750 7200 3910 5060 6540 8330 10200

Design Table 18 Section resistances of hot-finished SHS: S355 steel z 

y c  b



S355 SHS bxbxt mmxmmxmm 100x100x6.3 x8.0 150x150x6.3 x8.0 x10.0 200x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 220x220x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 250x250x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 300x300x6.0 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 350x350x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 400x400x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

Flexural rigidity EIy 103*kNm2 0.638 0.732 2.42 2.88 3.34 6.05 7.35 8.72 10.2 8.17 10.0 11.9 14.0 16.3 12.2 15.0 18.0 21.2 25.2 21.6 26.7 32.1 38.4 46.2 43.1 52.3 63.0 76.4 65.1 79.4 96.0 118 139

Section Classification Bending y-y 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 3 1 1 1 1 4 3 1 1 1 4 2 1 1 4 3 1 1 1

Moment Resistance My,Rd kNm 26.4 31.2 64.7 78.6 92.9 120 147 177 210 147 181 218 260 312 165 237 288 346 418 301 426 515 628 589 717 880 671 951 1180 1380

 

127

Shear Resistance Vz,Rd kN 225 274 354 438 530 483 601 735 892 534 667 817 990 1230 612 765 940 1150 1420 741 929 1140 1400 1750 1090 1350 1660 2080 1260 1550 1920 2410 2860

Axial Resistance Na,Rd kN 778 948 1230 1520 1840 1670 2080 2550 3090 1850 2310 2830 3450 4240 2080 2650 3260 3980 4930 2360 3210 3970 4860 6060 3590 4680 5750 7200 3940 5260 6640 8330 9610

128

Design Tables 19 to 24 for Section Dimensions and Properties of Welded Sections  I-sections (EWIS)  H-sections (EWHS)  EWCHS  EWRHS  EWSHS

129

Design Table 19A Section dimensions of welded I-sections (1) z 

tf  r  y 

d h tw

cf  b

I-Sections

914x419x388# x343# 914x305x289# x253# x224# x201# 838x292x226# x194# x176# 762x267x197 x173 x147 x134 686x254x170 x152 x140 x125 610x305x238 x179 x149 610x229x140 x125 x113 x101 533x210x122 x109 x101 x92 x82

#

EWIS

920x450x420 x353 920x360x312 x282 x249 x218 840x350x246 x214 x184 760x320x220 x194 x167 x147 690x280x198 x173 x151 x133 620x330x258 x186 x160 610x260x158 x138 x122 x112 540x250x148 x128 x113 x104 x88

Mass per Meter kg/m 420.8 352.5 312.4 282.4 249.4 217.9 245.8 213.5 184.4 220.1 194.0 166.5 147.4 198.2 172.6 150.5 133.3 257.5 185.5 159.6 158.0 137.6 121.7 111.5 147.5 127.9 112.6 103.5 87.8

Depth Width of of Section Section mm 920 915 930 920 910 900 850 840 840 770 760 750 750 690 690 680 680 640 620 610 620 610 610 600 550 540 540 530 530

mm 450 450 360 360 350 340 360 350 340 320 320 310 310 290 280 280 280 340 330 330 260 260 260 260 250 250 250 250 250

Thickness Web Flange tw tf mm mm 20 40 20 30 20 30 20 25 16 25 16 20 16 25 16 20 12 20 16 25 16 20 12 20 12 16 16 25 16 20 12 20 12 16 20 30 12 25 12 20 12 25 12 20 12 16 10 16 12 25 12 20 12 16 10 16 10 12

Limited availability.

130

Depth Fillet between Height Fillets

Ratios for Local Buckling

Surface Area per Meter per Tonne

r mm 16 16 16 16 16 14 16 14 12 16 14 12 11 16 14 12 11 20 12 12 12 12 11 10 12 12 11 10 8

d mm 808 823 838 838 828 832 768 772 776 688 692 686 696 608 622 616 626 540 546 546 546 546 556 548 476 476 486 478 490

b/tf

d/tw

5.0 6.6 5.1 6.2 6.0 7.4 6.2 7.7 7.6 5.4 6.9 6.9 8.6 4.8 5.9 6.1 7.7 4.7 5.9 7.4 4.5 5.6 7.1 7.2 4.3 5.4 6.8 6.9 9.3

42.0 42.8 43.5 43.5 53.8 53.8 50.0 50.0 66.7 45.0 45.0 59.2 59.8 40.0 40.6 53.3 54.0 29.0 47.5 47.5 47.5 47.5 48.2 56.8 41.7 41.7 42.3 49.8 50.6

m2 3.60 3.59 3.26 3.24 3.19 3.13 3.11 3.05 3.02 2.79 2.77 2.72 2.72 2.51 2.47 2.46 2.46 2.60 2.54 2.52 2.26 2.24 2.24 2.22 2.08 2.06 2.06 2.04 2.04

m2 8.60 10.3 10.5 11.5 12.8 14.4 12.6 14.3 16.4 12.7 14.3 16.3 18.4 12.7 14.3 16.3 18.4 10.1 13.7 15.8 14.3 16.3 18.4 19.9 14.1 16.1 18.3 19.7 23.2

Design Table 19B Section properties of welded I-sections (1) z 

tf  r  y 

d h tw

cf  b Second Moment of Area I-Sections

914x419x388# x343# 914x305x289# x253# x224# x201# 838x292x226# x194# x176# 762x267x197 x173 x147 x134 686x254x170 x152 x140 x125 610x305x238 x179 x149 610x229x140 x125 x113 x101 533x210x122 x109 x101 x92 x82

#

EWIS

920x450x420 x353 920x360x312 x282 x249 x218 840x350x246 x214 x184 760x320x220 x194 x167 x147 690x280x198 x173 x151 x133 620x330x258 x186 x160 610x260x158 x138 x122 x112 540x250x148 x128 x113 x104 x88

Elastic Modulus ,

cm4 796000 633000 547000 470000 428000 348000 375000 304000 280000 272000 225000 201000 171000 195000 162000 148000 126000 222000 165000 133000 134000 109100 92700 86200 98700 80100 68000 63100 51100

cm4 60800 45600 23400 19500 17900 13130 19500 14310 13110 13670 10940 9940 7950 10180 7330 7320 5860 19700 15000 11980 7330 5860 4690 4690 6510 5210 4170 4170 3120

cm3 17300 13800 11800 10220 9410 7730 8820 7240 6670 7060 5920 5360 4560 5650 4700 4350 3710 6940 5320 4360 4320 3580 3040 2870 3590 2970 2520 2380 1930

Plastic Modulus ,

,

cm3 2700 2030 1300 1083 1023 772 1083 818 771 854 684 641 513 702 524 523 419 1159 909 726 564 451 361 361 521 417 334 334 250

cm3 19600 15800 13700 12100 10900 9110 10200 8450 7610 8220 6950 6140 5270 6620 5570 5020 4310 8130 5960 4950 4920 4120 3540 3290 4100 3420 2930 2730 2230

Limited availability.

131

Buckling Torsional Warping Torsional Area of Parameter Index Constant Constant Section A

,

cm3 4140 3130 2040 1710 1590 1216 1680 1280 1190 1330 1080 989 797 1100 831 810 653 1810 1380 1110 868 699 564 557 802 646 521 514 389

0.896 0.878 0.868 0.859 0.872 0.855 0.876 0.860 0.878 0.876 0.861 0.879 0.864 0.876 0.859 0.880 0.864 0.881 0.899 0.887 0.894 0.880 0.866 0.878 0.896 0.884 0.869 0.883 0.864

24.4 32.3 33.5 38.3 39.9 47.2 36.9 43.7 46.3 33.4 39.4 41.2 49.8 29.8 35.8 37.2 45.1 22.2 26.2 32.4 26.9 33.2 40.3 40.8 23.5 29.0 35.3 35.6 45.1

dm6 117.7 89.3 47.4 39.0 35.0 25.4 33.2 24.1 22.0 19.0 14.98 13.24 10.71 11.25 8.23 7.97 6.46 18.3 13.3 10.43 6.49 5.10 4.14 4.00 4.49 3.52 2.86 2.75 2.09

cm4 2140 1040 880 607 482 299 484 296 227 432 269 206 126 389 238 186 114 767 377 209 304 171 104 89.9 289 162 97.5 84.9 45.7

mm2 533 446 395 359 318 278 313 272 235 280 247 212 188 253 220 192 170 328 236 203 201 175 155 142 188 163 143 132 112

Design Table 20A Section dimensions of welded I-sections (2) z 

tf  r  y 

tw

d h

cf  b

I-Sections

457x191x98 x89 x82 x74 x67 457x152x82 x74 x60 x60 x52 406x178x74 x67 x60 x54 406x140x46 x39 x67 x57 x51 x45 356x127x39 x33 305x165x54 x46 x40 305x127x48 x42 x37 305x102x33 x28 x25 254x146x43 x37 x31 254x102x28 x25 x22 203x133x30 x26 203x102x23 178x102x19 152x89x16 127x76x13

EWIS

460x220x112 x104 x90 x83 x70 460x180x91 x80 x73 x62 x56 410x210x85 x78 x65 x59 400x150x49 x43 355x180x73 x62 x54 x49 355x170x44 x38 310x160x59 x45 x39 310x140x54 x45 x41 310x110x37 x33 x28 260x170x48 x43 x33 260x130x33 x29 x25 210x150x34 x29 200x110x27 180x100x19 150x100x18 130x80x15

Mass per Meter kg/m 111.8 103.6 90.4 83.1 69.8 91.1 80.4 73.1 62.3 56.3 84.8 77.5 64.8 58.5 48.9 42.5 72.5 61.3 53.8 48.7 43.5 38.1 58.7 44.6 39.3 53.6 45.3 40.6 36.8 33.3 28.4 47.9 42.8 33.4 32.7 28.8 24.7 33.5 28.5 26.8 18.7 17.8 14.6

Depth Width of of Section Section mm 470 460 460 460 460 460 460 460 460 450 420 410 410 410 400 400 360 360 355 355 355 350 310 310 300 310 310 300 315 310 305 260 260 250 260 260 255 210 200 200 180 150 130

mm 220 220 220 220 220 180 180 180 180 180 210 210 210 210 160 150 180 180 170 170 170 170 160 160 160 140 140 140 110 110 110 170 170 170 130 130 130 150 150 110 100 100 80

Thickness Web tw mm 12 10 10 8 8 10 10 8 8 8 10 8 8 8 6 6 10 10 8 8 6 6 8 6 6 8 8 8 8 8 6 8 8 6 6 6 6 6 6 6 4 4 4

             

132

Flange tf mm 20 20 16 16 12 20 16 16 12 10 16 16 12 10 12 10 16 12 12 10 10 8 16 12 10 16 12 10 10 8 8 12 10 8 10 8 6 10 8 10 8 8 8

Fillet Height

Depth between Fillets

r mm 12 10 10 8 8 10 10 8 8 8 10 8 8 8 8 8 10 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

d mm 406 400 408 412 420 400 408 412 420 414 368 362 370 374 360 364 308 320 315 319 319 318 262 270 264 262 270 264 279 278 273 220 224 218 224 228 227 174 168 164 148 118 98

Ratios for Local Buckling

Surface Area per Meter per Tonne

b/tf 4.6 4.8 5.9 6.1 8.2 3.8 4.7 4.9 6.5 7.8 5.6 5.8 7.8 9.3 5.8 6.4 4.7 6.4 6.1 7.3 7.4 9.3 4.3 5.8 6.9 3.6 4.8 5.8 4.3 5.4 5.5 6.1 7.3 9.3 5.4 6.8 9.0 6.4 8.0 4.4 5.0 5.0 3.8

d/tw 31.8 38.0 38.8 49.5 50.5 38.0 38.8 49.5 50.5 49.8 34.8 43.3 44.3 44.8 57.3 58.0 28.8 30.4 37.4 37.9 50.5 50.3 30.8 42.3 41.3 30.8 31.8 31.0 32.9 32.8 42.8 25.5 26.0 33.7 34.7 35.3 35.2 26.3 25.3 24.7 33.0 25.5 20.5

m2 1.80 1.78 1.78 1.78 1.78 1.62 1.62 1.62 1.62 1.60 1.66 1.64 1.64 1.64 1.43 1.39 1.42 1.42 1.37 1.37 1.38 1.37 1.24 1.25 1.23 1.16 1.16 1.14 1.05 1.04 1.04 1.18 1.18 1.17 1.028 1.028 1.018 1.008 0.988 0.828 0.752 0.692 0.572

m2 16.1 17.2 19.7 21.5 25.5 17.8 20.2 22.2 26.1 28.5 19.6 21.2 25.4 28.1 29.2 32.7 19.6 23.2 25.5 28.2 31.7 35.9 21.2 28.0 31.2 21.7 25.7 28.2 28.6 31.4 36.5 24.7 27.7 35.0 31.4 35.7 41.2 30.1 34.7 31.0 40.2 38.9 39.1

Design Table 20B Section properties of welded I-sections (2) z 

tf  r  d h

y  tw

cf  b Second Moment of Area I-Sections

Elastic Modulus

Buckling Torsional Warping Torsional Area of Parameter Index Constant Constant Section

EWIS ,

457x191x98 x89 x82 x74 x67 457x152x82 x74 x60 x60 x52 406x178x74 x67 x60 x54 406x140x46 x39 x67 x57 x51 x45 356x127x39 x33 305x165x54 x46 x40 305x127x48 x42 x37 305x102x33 x28 x25 254x146x43 x37 x31 254x102x28 x25 x22 203x133x30 x26 203x102x23 178x102x19 152x89x16 127x76x13

Plastic Modulus

460x220x112 x104 x90 x83 x70 460x180x91 x80 x73 x62 x56 410x210x85 x78 x65 x59 400x150x49 x43 355x180x73 x62 x54 x49 355x170x44 x38 310x160x59 x45 x39 310x140x54 x45 x41 310x110x37 x33 x28 260x170x48 x43 x33 260x130x33 x29 x25 210x150x34 x29 200x110x27 180x100x19 150x100x18 130x80x15

,

,

cm4

cm3

cm3

cm3

cm3

50500 49200 40000 38600 31100 43100 36700 33600 27300 23000 29400 28400 22100 19400 17100 12600 21300 17300 15800 13900 12000 10100 12500 9690 8420 10080 8220 7250 6570 5340 4550 6980 5770 5170 4420 3560 2950 3450 2480 2540 1440 847 496

3090 3090 2130 2130 1600 1940 1550 1310 985 685 1560 1550 1160 974 552 367 1550 1160 984 820 819 656 1090 820 683 522 392 327 223 135 97.7 676 458 367 168 134 100 563 293 222 178 114 56.3

2150 2090 1700 1640 1320 1830 1560 1430 1160 979 1400 1350 1050 924 855 630 1150 935 854 751 676 569 806 625 543 650 530 468 424 345 294 517 427 383 327 264 219 329 236 242 160 112 75.4

294 294 213 213 160 216 172 154 116 85.6 173 172 129 108 78.8 56.4 172 129 116 96.5 96.4 77.1 136 102 85.4 83.5 62.7 52.3 40.6 26.9 21.7 90.1 65.5 56.4 33.5 26.8 20.1 75.1 45.1 40.4 32.3 24.1 15.0

2510 2390 1980 1860 1530 2120 1830 1650 1360 1170 1660 1580 1220 1080 1029 748 1340 1090 992 879 776 666 925 713 624 760 629 561 516 433 366 601 505 447 401 322 274 384 279 286 188 134 93.2

459 453 333 328 248 336 272 239 181 136 276 271 202 169 128 88.6 269 204 180 151 148 119 210 157 131 130 99.2 83.6 66.0 45.6 35.8 140 103 87.5 54.9 43.0 33.0 116 70.1 62.9 49.7 37.2 23.6

133

dm6

cm4

A mm2

1.56 1.56 1.10 1.10 0.839 0.982 0.799 0.675 0.516 0.362 0.637 0.632 0.483 0.409 0.208 0.139 0.486 0.372 0.315 0.266 0.244 0.197 0.236 0.182 0.154 0.113 0.0870 0.0735 0.0502 0.0307 0.0223 0.1125 0.0775 0.0620 0.0283 0.0230 0.0175 0.0563 0.0299 0.0222 0.01313 0.00577 0.00210

137 126 69.2 62.1 30.7 110 63.8 53.9 27.2 18.3 71.5 62.1 27.5 18.8 28.7 11.4 60.4 32.3 25.5 17.3 13.7 8.24 48.4 20.5 12.8 38.9 19.3 13.3 12.3 8.43 5.19 21.5 13.6 10.47 10.93 5.24 3.30 13.2 5.83 8.70 4.10 3.53 2.80

138 129 110 100 85.0 117 103 90.7 77.8 69.3 107 98.4 76.2 69.3 72.5 50.1 93.4 79.1 69.8 63.3 55.4 48.8 74.7 56.8 50.7 63.5 54.2 49.5 46.5 40.8 33.3 57.0 49.3 42.3 41.3 32.5 28.8 46.5 33.7 34.7 25.4 21.8 17.8

,

cm4

0.883 0.893 0.879 0.891 0.875 0.887 0.874 0.886 0.866 0.850 0.866 0.879 0.874 0.861 0.848 0.869 0.883 0.862 0.877 0.865 0.885 0.872 0.897 0.897 0.887 0.890 0.872 0.860 0.853 0.833 0.848 0.882 0.869 0.886 0.856 0.861 0.843 0.869 0.876 0.888 0.898 0.897 0.897

25.2 25.3 31.8 32.1 42.4 25.8 32.1 32.7 43.1 49.7 27.4 28.3 37.8 43.7 34.3 45.4 24.5 31.2 32.9 38.3 38.5 47.0 20.3 27.6 33.2 20.9 27.8 32.2 32.4 36.9 42.6 23.4 27.5 29.1 28.1 36.3 43.3 20.8 27.0 22.2 23.8 19.6 17.1

Design Table 21A Section dimensions of welded H-sections tf



r h

y

  tw  d h 

cf  b

H-Sections

356x406x634# x551# x467# x393# x340# x287# x235# 356x368x202# x177# x153# x129# 305x305x283 x240 x198 x158 x137 x118 x97 254x254x167 x132 x107 x89 x73 203x203x86 x71 x60 x52 x46 152x152x37 x30 x23

#

EWHS

420x480x716 x563 x532 x456 x368 x300 x275 360x440x218 x217 x172 x167 370x330x316 x260 x213 x177 x152 x142 x114 270x310x184 x151 x121 x116 x93 210x230x101 x85 x73 x58 x50 170x170x42 x34 x29

Mass per Meter

kg/m 716 563 532 456 368 300 275 218 217 172 167 316 260 213 177 152 142 114 184 151 121 116 93.2 101 84.8 73.3 57.9 49.8 42.2 33.8 28.5

Depth Width of of Section Section

mm 470 460 440 420 400 390 380 380 370 360 360 370 350 340 330 320 320 310 290 280 270 260 260 220 220 210 210 200 170 160 160

mm 470 480 480 480 480 490 490 440 440 440 440 330 340 350 350 360 360 360 300 300 310 310 310 210 220 230 240 240 170 170 170

Thickness Web tw mm 50 40 30 30 25 25 16 16 16 12 10 25 20 20 16 16 12 10 20 16 12 10 8 12 10 10 8 8 8 6 6

Limited availability.

     

 

134

Flange tf mm 80 60 60 50 40 30 30 25 25 20 20 50 40 30 25 20 20 16 30 25 20 20 16 25 20 16 12 10 12 10 8

Fillet Height

Depth between Fillets

r mm 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 12 10 20 16 12 10 8 12 10 10 8 8 8 8 8

d mm 278 308 288 288 288 298 288 298 288 288 288 238 238 248 248 248 256 258 190 198 206 200 212 146 160 158 170 164 130 124 128

Ratios for Local Buckling

Surface Area per Meter per Tonne

cf/tf

d/tw

2.4 3.4 3.5 4.2 5.3 7.2 7.4 7.8 7.8 9.9 10.0 2.7 3.6 5.0 6.0 7.8 8.1 10.3 4.0 5.0 6.9 7.0 8.9 3.5 4.8 6.3 9.0 10.8 6.1 7.4 9.3

5.6 7.7 9.6 9.6 11.5 11.9 18.0 18.6 18.0 24.0 28.8 9.5 11.9 12.4 15.5 15.5 21.3 25.8 9.5 12.4 17.2 20.0 26.5 12.2 16.0 15.8 21.3 20.5 16.3 20.7 21.3

m2 2.72 2.72 2.66 2.58 2.51 2.49 2.47 2.37 2.33 2.30 2.30 2.09 2.04 2.02 1.99 1.97 1.98 1.94 1.72 1.69 1.68 1.64 1.64 1.28 1.30 1.28 1.30 1.26 1.00 0.97 0.97

m2 3.80 4.83 5.00 5.66 6.82 8.31 9.0 10.9 10.7 13.3 13.7 6.61 7.85 9.5 11.3 12.9 13.9 17.0 9.36 11.2 13.8 14.1 17.6 12.7 15.3 17.5 22.5 25.3 23.8 28.2 33.2

Design Table 21B Section properties of welded H-sections tf

z  h

y

r   tw  d h 

cf  b

Second Moment of Area H-Sections

Elastic Modulus

#

Buckling Torsional Warping Torsional Area of Parameter Index Constant Constant Section

EWHS ,

356x406x634# x551# x467# x393# x340# x287# x235# 356x368x202# x177# x153# x129# 305x305x283 x240 x198 x158 x137 x118 x97 254x254x167 x132 x107 x89 x73 203x203x86 x71 x60 x52 x46 152x152x37 x30 x23

Plastic Modulus

420x480x716 x563 x532 x456 x368 x300 x275 360x440x218 x217 x172 x167 370x330x316 x260 x213 x177 x152 x142 x114 270x310x184 x151 x121 x116 x93 210x230x101 x85 x73 x58 x50 170x170x42 x34 x29

,

,

,

cm4

cm4

cm3

cm3

cm3

cm3

302000 245000 218000 173000 132000 103000 94600 74200 69900 54200 53700 89300 69000 54300 43700 35400 34600 26700 32600 26100 20600 18800 15600 10500 9310 7410 6080 4720 2750 2050 1720

139000 111000 110700 92200 73800 58900 58800 35500 35500 28400 28400 30000 26200 21500 17900 15600 15600 12400 13500 11300 9930 9930 7940 3860 3550 3240 2760 2300 983 819 655

12900 10700 9910 8240 6600 5280 4980 3910 3780 3010 2980 4830 3940 3190 2650 2210 2160 1720 2250 1860 1530 1450 1200 955 846 706 579 472 324 256 215

5910 4620 4610 3840 3080 2400 2400 1610 1610 1290 1290 1820 1540 1230 1020 864 864 691 901 750 641 641 512 368 323 282 230 192 116 96 77

15900 12800 11800 9730 7630 6050 5630 4420 4280 3380 3330 5800 4650 3720 3050 2540 2430 1910 2690 2180 1740 1630 1330 1130 978 810 651 532 374 293 247

9050 7060 6990 5840 4670 3660 3630 2450 2450 1950 1950 2770 2350 1870 1560 1320 1310 1050 1390 1150 972 968 773 560 490 429 349 292 177 146 118

Limited availability.

 

135

A 0.811 0.813 0.802 0.786 0.775 0.759 0.752 0.804 0.794 0.791 0.794 0.857 0.845 0.829 0.827 0.809 0.816 0.809 0.823 0.820 0.805 0.794 0.802 0.848 0.844 0.819 0.812 0.794 0.840 0.833 0.829

5.0 6.8 6.5 7.6 9.2 12.0 12.0 14.7 14.2 17.6 17.6 6.6 8.0 10.7 12.7 15.3 15.5 19.0 9.0 10.6 12.9 12.4 15.7 8.1 10.4 12.6 17.0 19.3 13.7 15.7 19.7

dm6

cm4

cm2

52.8 44.3 40.0 31.6 23.9 19.1 18.0 11.2 10.6 8.21 8.21 7.68 6.29 5.17 4.16 3.50 3.50 2.69 2.28 1.83 1.55 1.43 1.18 0.367 0.355 0.305 0.271 0.208 0.0614 0.0461 0.0379

17300 7640 7200 4290 2210 1050 926 503 502 253 245 2890 1520 705 403 230 208 108 601 344 179 173 88.5 229 123.3 68.7 30.8 19.1 22.1 12.3 6.84

912 717 677 581 469 382 350 278 276 220 213 403 331 271 225 194 180 145 234 192 154 148 119 128 108 93.4 73.8 63.7 53.8 43.7 37.1

Design Table 22 Section dimensions and properties of cold-formed CHS z 





Area of Section

dxt

Mass per Meter m

mm 140x6.0 x8.0 x10.0 170x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 220x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 270x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 320x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 360x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 400x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 460x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 500x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 610x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 710x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 810x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

kg/m 19.8 26.0 32.1 24.3 32.0 39.5 46.8 31.7 41.8 51.8 61.6 39.1 51.7 64.1 76.3 100 46.5 61.6 76.4 91.1 120 52.4 69.4 86.3 103 136 77.3 96.2 115 152 187 89.2 111 133 175 217 97.1 121 144 191 237 119 148 177 234 291 173 207 274 340 197 236 313 390

cm2 25.3 33.2 40.8 30.9 40.7 50.3 59.6 40.3 53.3 66.0 78.4 49.8 65.8 81.7 97.3 128 59.2 78.4 97.4 116 153 66.7 88.5 110 131 173 98.5 123 146 193 239 114 141 169 223 276 124 154 184 243 302 151 188 225 299 371 220 263 349 434 251 301 399 496

EWCHS CHS

139.7x6.3 x8.0 x10.0 168.3x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 219.1x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 273.0x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 323.9x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 355.6x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 406.4x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 457.0x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 508.0x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 610.0x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 711.0x10.0 x12.5 x16.0 x20.0 813.0x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

A

Ratio for Local Buckling d/t

23.3 17.5 14.0 28.3 21.3 17.0 14.2 36.7 27.5 22.0 18.3 45.0 33.8 27.0 22.5 16.9 53.3 40.0 32.0 26.7 20.0 60.0 45.0 36.0 30.0 22.5 50.0 40.0 33.3 25.0 20.0 57.5 46.0 38.3 28.8 23.0 62.5 50.0 41.7 31.3 25.0 76.3 61.0 50.8 38.1 30.5 71.0 59.2 44.4 35.5 81.0 67.5 50.6 40.5



Second Moment of Area I cm4 568 725 868 1041 1340 1610 1870 2310 3000 3640 4250 4340 5660 6910 8110 10300 7300 9500 11700 13800 17700 10460 13700 16900 19900 25600 18900 23300 27600 35600 43200 29000 35800 42400 55100 67000 37400 46200 54800 71300 87000 68500 84800 100800 131800 161000 135000 160000 210000 258000 201000 240000 315000 387000

136

Elastic Modulus

Plastic Modulus

Wel

Wpl

cm3 81.1 104 124 122 158 189 220 210 273 331 386 321 419 512 601 766 456 594 731 863 1110 581 761 939 1110 1420 945 1170 1380 1780 2160 1260 1560 1840 2400 2910 1500 1850 2190 2850 3480 2250 2780 3300 4320 5280 3800 4510 5920 7270 4960 5930 7780 9560

cm3 108 139 169 161 210 256 300 275 360 441 519 418 549 676 799 1030 592 779 961 1140 1480 752 991 1230 1450 1890 1230 1520 1810 2360 2890 1630 2030 2410 3150 3870 1940 2400 2860 3750 4610 2900 3600 4290 5650 6960 4900 5850 7710 9520 6400 7640 10100 12500

Torsional Constants IT cm4 1140 1450 1740 2080 2680 3220 3740 4620 6000 7280 8500 8680 11300 13800 16200 20700 14600 19000 23400 27600 35400 20900 27400 33800 39800 51200 37800 46600 55200 71200 86400 58000 71600 84800 110000 134000 74800 92400 110000 143000 174000 137000 170000 202000 264000 322000 270000 320000 420000 516000 402000 480000 630000 774000

Wt cm3 162 207 248 245 315 379 440 420 545 662 773 643 839 1020 1200 1530 913 1190 1460 1730 2220 1160 1520 1880 2220 2840 1890 2340 2760 3560 4320 2520 3120 3680 4800 5820 3000 3700 4380 5700 6960 4500 5560 6600 8640 10560 7600 9020 11800 14500 9920 11900 15600 19100

Surface Area per Meter m2 0.440 0.440 0.440 0.535 0.535 0.535 0.535 0.692 0.692 0.692 0.692 0.849 0.849 0.849 0.849 0.849 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01 1.13 1.13 1.13 1.13 1.13 1.26 1.26 1.26 1.26 1.26 1.45 1.45 1.45 1.45 1.45 1.57 1.57 1.57 1.57 1.57 1.92 1.92 1.92 1.92 1.92 2.23 2.23 2.23 2.23 2.55 2.55 2.55 2.55

per Tonne m2 22.2 16.9 13.7 22.0 16.7 13.6 11.4 21.9 16.5 13.4 11.2 21.7 16.4 13.2 11.1 8.47 21.7 16.3 13.2 11.0 8.39 21.6 16.3 13.1 11.0 8.33 16.3 13.1 10.9 8.30 6.71 16.2 13.0 10.9 8.25 6.66 16.2 13.0 10.9 8.23 6.64 16.1 13.0 10.8 8.18 6.59 12.9 10.8 8.15 6.56 12.9 10.8 8.12 6.53

Design Table 23 Section dimensions and properties of cold-formed RHS z 



h

cw cf

t

b

hxb

t

Mass per Meter m

mm 120x80

mm x6.0 x8.0 x6.0 x8.0 x10.0 x6.0 x8.0 x10.0 x6.0 x8.0 x10.0 x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

kg/m 16.5 21.0 20.3 26.0 31.2 25.9 33.5 40.6 30.6 39.8 48.4 35.3 46.1 56.3 64.0 39.1 51.1 62.6 71.6 44.8 58.6 72.0 82.9 105 54.2 71.2 87.7 102 131 54.2 71.2 87.7 102 131 83.8 103 121 156 96.3 119 139 181 220

EWRHS RHS

120x80x6.3 x8.0 160x80x6.3 x8.0 x10.0 200x100x6.3 x8.0 x10.0 200x150x6.3 x8.0 x10.0 250x150x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 260x180x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 300x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 350x250x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 400x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 450x250x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 500x300x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

160x80 200x100 200x150 250x150

260x180

300x200

350x250

400x200

450x250

500x300

Area of Section A cm2 21.0 26.7 25.8 33.1 39.7 33.0 42.7 51.7 39.0 50.7 61.7 45.0 58.7 71.7 81.6 49.8 65.1 79.7 91.2 57.0 74.7 91.7 106 134 69.0 90.7 112 130 166 69.0 90.7 112 130 166 107 132 154 198 123 152 178 230 280

Ratio for Local Buckling cw/t cf/t 14.0 9.0 20.7 14.0 10.0 27.3 19.0 14.0 27.3 19.0 14.0 35.7 25.3 19.0 12.8 37.3 26.5 20.0 13.7 44.0 31.5 24.0 17.0 10.8 52.3 37.8 29.0 21.2 13.9 60.7 44.0 34.0 25.3 17.0 50.3 39.0 29.5 20.1 56.5 44.0 33.7 23.3 17.0

7.3 4.0 7.3 4.0 2.0 10.7 6.5 4.0 19.0 12.8 9.0 19.0 12.8 9.0 4.5 24.0 16.5 12.0 7.0 27.3 19.0 14.0 8.7 4.5 35.7 25.3 19.0 12.8 7.6 27.3 19.0 14.0 8.7 4.5 25.3 19.0 12.8 7.6 31.5 24.0 17.0 10.8 7.0

137

Second Moment of Area Iy Iz cm4 382 451 793 959 1080 1640 2030 2340 2200 2760 3250 3780 4790 5670 5980 4750 6040 7200 7730 7220 9250 11090 12100 14400 12300 15800 19100 21300 25900 14500 18700 22600 25100 30400 29000 35300 39700 49000 42400 51700 58900 73600 85800

cm4 204 240 270 324 362 560 688 790 1420 1780 2080 1730 2180 2570 2740 2710 3440 4090 4420 3900 4980 5960 6540 7750 7360 9480 11400 12800 15500 5030 6450 7760 8660 10500 11800 14300 16200 19900 19500 23700 27100 33800 39300

Elastic Modulus

Plastic Modulus

Wel,y

Wel,z

Wpl,y

Wpl,z

cm3 63.6 75.2 99.2 120 135 164 203 234 220 276 325 302 383 454 478 365 465 554 595 481 617 739 807 960 703 903 1091 1217 1480 725 935 1130 1260 1520 1290 1570 1760 2180 1700 2070 2360 2940 3430

cm3 51.0 60.1 67.4 80.9 90.4 112 138 158 189 237 277 231 291 343 365 301 382 454 491 390 498 596 654 775 589 758 912 1020 1240 503 645 776 866 1050 940 1140 1300 1590 1300 1580 1810 2250 2620

cm3 80.3 98.2 127 158 183 207 261 309 265 338 404 370 475 570 623 439 565 682 753 578 748 907 1010 1240 830 1080 1320 1500 1870 893 1160 1420 1600 1990 1580 1930 2200 2780 2050 2510 2900 3680 4380

cm3 60.9 74.2 78.6 97.3 112 128 161 190 218 278 332 261 335 402 440 342 440 531 588 440 568 689 772 946 663 862 1050 1190 1490 556 722 879 1000 1240 1060 1290 1480 1860 1450 1780 2050 2610 3100

Surface Area per Meter m2 0.369 0.359 0.449 0.439 0.428 0.569 0.559 0.548 0.669 0.659 0.648 0.769 0.759 0.748 0.718 0.849 0.839 0.828 0.798 0.969 0.959 0.948 0.918 0.890 1.17 1.16 1.15 1.12 1.09 1.17 1.16 1.15 1.12 1.09 1.36 1.35 1.32 1.29 1.56 1.55 1.52 1.49 1.46

per Tonne m2 22.4 17.1 22.2 16.9 13.7 22.0 16.7 13.5 21.8 16.6 13.4 21.8 16.5 13.3 11.2 21.7 16.4 13.2 11.1 21.7 16.4 13.2 11.1 8.44 21.6 16.3 13.1 11.0 8.35 21.6 16.3 13.1 11.0 8.35 16.2 13.0 10.9 8.28 16.2 13.0 10.9 8.24 6.66

Design Table 24 Section dimensions and properties of cold-formed SHS  



y c  b

EWSHS SHS

100x100x6.3 x8.0 150x150x6.3 x8.0 x10.0 200x200x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 220x220x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 250x250x6.3 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 300x300x6.0 x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 350x350x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 400x400x8.0 x10.0 x12.5 x16.0 x20.0

b mm 100 150 200

220

250

300

350

400

t mm x6.0 x8.0 x6.0 x8.0 x10.0 x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

Mass per Meter m kg/m 16.5 21.0 25.9 33.5 40.6 35.3 46.1 56.3 64.0 39.1 51.1 62.6 71.6 90.4 44.8 58.6 72.0 82.9 105 54.2 71.2 87.7 102 131 83.8 103 121 156 96.3 119 139 181 220

Area of section A cm2 21.0 26.7 33.0 42.7 51.7 45.0 58.7 71.7 81.6 49.8 65.1 79.7 91.2 115.2 57.0 74.7 91.7 105.6 134.4 69.0 90.7 112 130 166 107 132 154 198 123 152 178 230 280

Ratio for Local Buckling c/t 10.7 6.5 19.0 12.8 9.0 27.3 19.0 14.0 8.7 30.7 21.5 16.0 10.3 5.8 35.7 25.3 19.0 12.8 7.6 44.0 31.5 24.0 17.0 10.8 37.8 29.0 21.2 13.9 44.0 34.0 25.3 17.0 12.0

138

Second Moment of area Iy cm4 294 349 1110 1370 1590 2770 3500 4150 4410 3730 4750 5660 6110 7110 5570 7130 8550 9380 11160 9820 12700 15300 17100 20800 20500 24900 28200 34900 31000 37800 43200 54000 63200



Elastic Modulus

Plastic Modulus

Wel cm3 58.9 69.7 148 183 212 277 350 415 441 339 432 515 555 646 446 570 684 750 893 655 847 1020 1140 1390 1170 1420 1610 1990 1550 1890 2160 2700 3160

Wpl cm3 71.8 87.8 175 221 262 323 415 499 546 395 509 614 680 822 516 668 810 908 1110 755 982 1200 1360 1700 1360 1660 1900 2400 1790 2200 2530 3220 3840

Surface Area per Meter m2 0.369 0.359 0.569 0.559 0.548 0.769 0.759 0.748 0.718 0.849 0.839 0.828 0.798 0.770 0.969 0.959 0.948 0.918 0.890 1.17 1.16 1.15 1.12 1.09 1.36 1.35 1.32 1.29 1.56 1.55 1.52 1.49 1.46

per Tonne m2 22.4 17.1 22.0 16.7 13.5 21.8 16.5 13.3 11.2 21.7 16.4 13.2 11.1 8.52 21.7 16.4 13.2 11.1 8.44 21.6 16.3 13.1 11.0 8.35 16.2 13.0 10.9 8.28 16.2 13.0 10.9 8.24 6.66

Design Tables 25 to 27 for Section Resistances of Welded Sections: Q235 steel  EWI-sections (EWIS)  EWH-sections (EWHS)

139

Design Table 25 Section resistances of welded I-sections: Q235 steel (1) z 

tf  r  y 

d h tw

cf  b EWI-Sections 920x450x420 x353 920x360x312 x282 x249 x218 840x350x246 x214 x184 760x320x220 x194 x167 x147 690x280x198 x173 x151 x133 620x330x258 x186 x160 610x260x158 x138 x122 x112 540x250x148 x128 x113 x104 x88

Flexural Rigidity EIy EIz 103*kNm2 103*kNm2 1670 128 1330 95.8 1150 49.1 987 41.0 899 37.6 731 27.6 788 41.0 638 30.1 588 27.5 571 28.7 473 23.0 422 20.9 359 16.7 410 21.4 340 15.4 311 15.4 265 12.3 466 41.4 347 31.5 279 25.2 281 15.4 229 12.3 195 9.85 181 9.85 207 13.7 168 10.9 143 8.76 133 8.76 107 6.55

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 4010 847 3230 640 2800 417 2480 350 2230 325 1860 249 2080 344 1730 262 1560 243 1680 273 1420 220 1260 202 1130 170 1350 225 1140 170 1030 166 921 139 1660 370 1220 282 1010 228 1010 178 843 143 756 120 703 119 839 164 700 132 626 111 583 110 476 83.0

   

140

Shear Resistance Vz,Rd kN 2170 2160 2200 2170 1720 1700 1610 1590 1190 1450 1440 1060 1110 1300 1300 964 1010 1510 879 864 879 864 903 740 779 765 799 654 654

Axial Resistance Na,Rd kN 10700 8920 7840 7100 5970 5140 6020 5170 4200 5530 4850 3910 3550 5120 4430 3630 3310 6710 4670 3990 3950 3420 3120 2770 3790 3280 2990 2660 2220

Design Table 26 Section resistances of welded I-sections: Q235 steel (2) z 

tf  r  y 

d h tw

cf  b EWI-Sections 460x220x112 x104 x90 x83 x70 460x180x91 x80 x73 x62 x56 410x210x85 x78 x65 x59 400x150x49 x43 355x180x73 x62 x54 x49 355x170x44 x38 310x160x59 x45 x39 310x140x54 x45 x41 310x110x37 x33 x28 260x170x48 x43 x33 260x130x33 x29 x25 210x150x34 x29 200x110x27 180x100x19 150x100x18 130x80x15

Flexural Rigidity EIy EIz 103*kNm2 103*kNm2 110 7.46 102 7.46 86.5 5.96 83.8 5.96 67.2 4.47 86.1 4.07 73.3 3.26 70.6 3.26 57.1 2.44 47.7 2.04 67.8 5.19 62.4 5.19 50.0 3.89 43.7 3.23 35.9 1.70 29.8 1.18 42.0 3.26 34.0 2.44 30.2 2.06 26.5 1.72 25.2 1.70 20.6 1.37 26.3 2.29 20.3 1.70 16.4 1.43 23.4 1.53 18.9 1.16 15.4 0.945 14.3 0.462 12.0 0.357 10.7 0.357 15.0 2.06 13.1 1.70 9.70 1.37 10.0 0.756 8.44 0.609 6.57 0.462 7.01 1.18 5.29 0.945 4.77 0.462 2.79 0.273 1.85 0.273 1.09 0.126

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 532 103 495 102 440 85.4 419 84.4 340 63.7 423 68.8 380 58.0 357 57.0 295 43.2 254 36.3 378 77.8 348 76.8 284 58.0 250 48.6 210 33.7 176 24.9 276 57.5 226 43.5 201 38.4 178 32.2 166 31.7 140 25.5 198 44.9 152 33.5 128 28.0 177 34.6 146 26.3 124 22.1 113 14.1 97.7 11.5 86.5 11.1 135 38.0 119 31.9 91.0 25.3 91.1 18.7 78.3 15.1 63.7 11.5 78.2 24.6 62.5 19.7 57.4 13.4 37.3 8.81 29.9 8.79 20.9 5.69

 

141

Shear Resistance Vz,Rd kN 666 543 567 454 454 543 567 454 454 444 518 405 405 405 296 296 444 444 350 350 263 259 306 229 222 306 306 296 311 306 226 257 257 185 192 192 189 155 148 148 88.8 74.0 64.1

Axial Resistance Na,Rd kN 2910 2710 2470 2180 1810 2380 2200 1910 1600 1440 2320 2080 1730 1550 1240 1060 1990 1680 1470 1330 1130 984 1610 1200 1060 1470 1240 1110 1010 912 759 1310 1170 914 896 789 676 918 781 733 513 487 401

Design Table 27 Section resistances of welded H-sections: Q235 steel tf



r y

h

cf 

  tw 

d h 

b EWH-Sections 420x480x716 x563 x532 x456 x368 x300 x275 360x440x218 x217 x172 x167 370x330x316 x260 x213 x177 x152 x142 x114 270x310x184 x151 x121 x116 x93 210x230x101 x85 x73 x58 x50 170x170x42 x34 x29

Flexural Rigidity EIy EIz 103*kNm2 103*kNm2 634 291 515 233 458 232 363 194 277 155 216 124 199 123 156 74.6 147 74.6 114 59.6 113 59.6 188 63.0 145 55.0 114 45.2 91.8 37.6 74.3 32.7 72.7 32.7 56.1 26.1 68.5 28.4 54.8 23.6 43.3 20.9 39.5 20.9 32.8 16.7 22.1 8.11 19.6 7.46 15.6 6.80 12.8 5.80 9.91 4.83 5.78 2.06 4.31 1.72 3.61 1.38

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 1 2 2

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 3110 1770 2500 1380 2310 1370 1900 1140 1560 955 1240 749 1150 743 904 501 875 501 691 399 681 399 1130 541 951 481 761 383 624 319 520 270 497 268 367 148 550 284 446 235 356 199 333 198 284 165 231 115 200 100 173 91.7 139 74.7 101 40.9 79.9 37.7 62.6 31.3 51.7 25.1

142

Shear Resistance Vz,Rd kN 2650 2080 1490 1420 1180 1150 718 718 699 510 425 1040 827 803 624 605 453 382 685 529 383 307 257 312 260 259 207 197 168 118 118

Axial Resistance Na,Rd kN 17800 14000 13200 11400 9600 7810 7170 5680 5650 4490 4360 7870 6770 5550 4600 3970 3690 3100 4790 3930 3160 3030 2540 2620 2210 2000 1580 1360 1150 933 793

 

Design Tables 28 to 33 for Section Resistances of Welded Sections: Q275 steel  EWI-sections (EWIS)  EWH-sections (EWHS)  EWCHS  EWRHS  EWSHS

143

Design Table 28 Section resistances of welded I-sections: Q275 steel (1) z 

tf  r  d h

y  tw

cf  b EWI-Sections 920x450x420 x353 920x360x312 x282 x249 x218 840x350x246 x214 x184 760x320x220 x194 x167 x147 690x280x198 x173 x151 x133 620x330x258 x186 x160 610x260x158 x138 x122 x112 540x250x148 x128 x113 x104 x88

Flexural Rigidity EIy EIz 103*kNm2 103*kNm2 1670 128 1330 95.8 1150 49.1 987 41.0 899 37.6 731 27.6 788 41.0 638 30.1 588 27.5 571 28.7 473 23.0 422 20.9 359 16.7 410 21.4 340 15.4 311 15.4 265 12.3 466 41.4 347 31.5 279 25.2 281 15.4 229 12.3 195 9.85 181 9.85 207 13.7 168 10.9 143 8.76 133 8.76 107 6.55

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 4750 1000 3830 756 3320 491 2920 414 2630 383 2190 293 2450 405 2040 309 1830 286 1980 321 1670 259 1480 238 1320 199 1590 265 1340 200 1210 195 1080 163 1960 436 1440 332 1190 268 1190 209 993 168 885 141 823 139 988 193 824 156 733 130 683 129 483 62.4

   

144

Shear Resistance Vz,Rd kN 2560 2550 2590 2560 2030 2000 1890 1870 1710 1690 1250 1300 1540 1540 1130 1180 1780 1030 1020 1030 1020 1060 866 918 901 935 765 765

Axial Resistance Na,Rd kN 12500 10400 9110 8190 6880 5910 6950 5960 4850 6380 5590 4520 4070 5920 5110 4190 3790 7900 5420 4630 4580 3950 3580 3180 4400 3790 3430 3060 2550

Design Table 29 Section resistances of welded I-sections: Q275 steel (2) z 

tf  r  tw d h

y  cf  b EWI-Sections 460x220x112 x104 x90 x83 x70 460x180x91 x80 x73 x62 x56 410x210x85 x78 x65 x59 400x150x49 x43 355x180x73 x62 x54 x49 355x170x44 x38 310x160x59 x45 x39 310x140x54 x45 x41 310x110x37 x33 x28 260x170x48 x43 x33 260x130x33 x29 x25 210x150x34 x29 200x110x27 180x100x19 150x100x18 130x80x15

Flexural Rigidity EIy EIz 103*kNm2 103*kNm2 110 7.46 102 7.46 86.5 5.96 83.8 5.96 67.2 4.47 86.1 4.07 73.3 3.26 70.6 3.26 57.1 2.44 47.7 2.04 67.8 5.19 62.4 5.19 50.0 3.89 43.7 3.23 35.9 1.70 29.8 1.18 42.0 3.26 34.0 2.44 30.2 2.06 26.5 1.72 25.2 1.70 20.6 1.37 26.3 2.29 20.3 1.70 16.4 1.43 23.4 1.53 18.9 1.16 15.4 0.945 14.3 0.462 12.0 0.357 10.7 0.357 15.0 2.06 13.1 1.70 9.70 1.37 10.0 0.756 8.44 0.609 6.57 0.462 7.01 1.18 5.29 0.945 4.77 0.462 2.79 0.273 1.85 0.273 1.09 0.126

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 626 121 583 120 515 100 490 98.7 398 74.6 499 81.0 445 67.9 418 66.7 345 50.6 298 42.4 443 91.0 408 89.9 333 67.9 254 36.7 245 39.4 206 29.2 323 67.3 265 50.9 235 44.9 208 37.7 194 37.1 140 19.1 231 52.5 178 39.2 150 32.8 208 40.5 171 30.8 145 25.8 132 16.5 114 13.5 101 12.9 158 44.5 139 37.3 92.4 19.1 107 21.8 91.7 17.6 74.5 13.4 91.5 28.7 73.2 23.1 67.2 15.7 43.7 10.3 34.9 10.3 24.5 6.66

   

145

Shear Resistance Vz,Rd kN 784 640 664 531 531 640 664 531 531 520 606 473 473 473 346 346 520 520 410 410 307 303 358 268 260 358 358 346 364 358 264 300 300 217 225 225 221 182 173 173 104 86.6 75.1

Axial Resistance Na,Rd kN 3430 3140 2830 2500 2060 2760 2510 2180 1820 1640 2700 2390 1980 1770 1420 1210 2310 1950 1700 1530 1290 1120 1870 1380 1220 1710 1440 1290 1170 1060 865 1520 1360 1060 1040 918 787 1070 908 852 596 566 466

Design Table 30 Section resistances of welded H-sections: Q275 steel tf



r h

y

  tw  d h 

cf  b

EWH-Sections 420x480x716 x563 x532 x456 x368 x300 x275 360x440x218 x217 x172 x167 370x330x316 x260 x213 x177 x152 x142 x114 270x310x184 x151 x121 x116 x93 210x230x101 x85 x73 x58 x50 170x170x42 x34 x29

Flexural Rigidity EIy EIz 103*kNm2 103*kNm2 634 291 515 233 458 232 363 194 277 155 216 124 199 123 156 74.6 147 74.6 114 59.6 113 59.6 188 63.0 145 55.0 114 45.2 91.8 37.6 74.3 32.7 72.7 32.7 56.1 26.1 68.5 28.4 54.8 23.6 43.3 20.9 39.5 20.9 32.8 16.7 22.1 8.11 19.6 7.46 15.6 6.80 12.8 5.80 9.91 4.83 5.78 2.06 4.31 1.72 3.61 1.38

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 3 3 1 1 1 1 3 3

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 3540 2020 2970 1640 2740 1620 2260 1350 1840 1130 1460 882 1360 875 1060 590 1030 590 725 311 718 311 1340 642 1120 566 896 451 735 376 612 318 585 315 430 173 648 335 525 276 419 234 393 233 333 193 272 135 236 118 203 107 163 87.4 118 47.9 93.5 44.1 73.3 36.6 61.7 19.3

146

Shear Resistance Vz,Rd kN 3020 2460 1770 1690 1390 1360 846 846 823 601 501 1240 974 946 734 712 534 447 807 623 451 362 300 367 306 303 242 231 196 139 139

Axial Resistance Na,Rd kN 20300 16600 15700 13500 11300 9190 8440 6700 6660 5290 5130 9330 7980 6530 5420 4670 4350 3630 5640 4620 3720 3570 2970 3090 2600 2340 1840 1590 1340 1090 928

Design Table 31 Section resistances of cold-formed CHS: Q275 steel z 







Q275 Flexural rigidity EWCHS

140x6.0 x8.0 x10.0 170x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 220x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 270x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 320x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 360x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 400x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 460x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 500x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 610x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 710x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 810x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

EIy 103*kNm2 1.19 1.52 1.82 2.19 2.81 3.38 3.93 4.85 6.30 7.64 8.93 9.11 11.9 14.5 17.0 21.7 15.3 20.0 24.6 29.0 37.2 22.0 28.8 35.5 41.8 53.8 39.7 48.9 58.0 74.8 90.7 60.9 75.2 89.0 116 141 78.5 97.0 115 150 183 144 178 212 277 338 284 336 441 542 422 504 662 813

Section Classification

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 3 2 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 1 1 3 2 1 1 1 3 3 2 1 1 3 2 2 1 4 3 2 1

Moment Resistance My,Rd kNm 26.9 34.8 42.3 40.3 52.5 64.0 74.9 68.7 89.9 110 130 105 137 169 200 258 148 195 240 285 370 145 248 308 363 473 308 380 453 590 696 408 508 603 788 932 375 600 715 938 1110 563 695 1070 1410 1680 950 1460 1930 2290 1480 2520 3010

147

Shear Resistance Vz,Rd kN 232 305 375 284 374 462 547 371 490 606 721 457 605 751 894 1170 544 721 895 1070 1400 613 813 1010 1210 1590 905 1130 1340 1770 2110 1040 1300 1550 2050 2450 1140 1410 1690 2240 2670 1390 1730 2070 2740 3280 2020 2420 3210 3840 2760 3670 4400

Axial Resistance Na,Rd kN 631 829 1020 773 1020 1260 1490 1010 1330 1650 1960 1240 1650 2040 2430 3190 1480 1960 2430 2900 3820 1670 2210 2750 3280 4320 2460 3060 3660 4830 5750 2840 3530 4220 5580 6660 3090 3850 4600 6080 7270 3780 4710 5640 7460 8930 5500 6580 8720 10400 7520 9980 12000

Design Table 32 Section resistances of cold-formed RHS: Q275 steel z 

cw



h

cf t

b Q275 Flexural rigidity EWRHS

120x80x6.0 x8.0 160x80x6.0 x8.0 x10.0 200x100x6.0 x8.0 x10.0 200x150x6.0 x8.0 x10.0 250x150x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 260x180x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 300x200x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 350x250x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 400x200x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 450x250x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 500x300x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

EIy 103*kNm2 0.801 0.948 1.67 2.01 2.27 3.44 4.26 4.91 4.62 5.80 6.83 7.94 10.1 11.9 12.6 9.98 12.7 15.1 16.2 15.2 19.4 23.3 25.4 30.2 25.8 33.2 40.1 44.7 54.4 30.5 39.3 47.5 52.7 63.8 60.9 74.1 83.4 103 89.0 109 124 155 180

EIz 103*kNm2 0.428 0.505 0.566 0.679 0.760 1.18 1.44 1.66 2.98 3.74 4.37 3.63 4.58 5.40 5.75 5.69 7.22 8.59 9.28 8.19 10.5 12.5 13.7 16.3 15.5 19.9 23.9 26.9 32.6 10.6 13.5 16.3 18.2 22.1 24.8 30.0 34.0 41.8 41.0 49.8 56.9 71.0 82.5

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 4 1 2 1 1 1 1 1 1 3 4 1 3 1 1 1 1 1 1 1 4 1 4 1 2 1 1 1 1 1 4 1 4 1 1 1 1 2 4 1 4 1 2 1 1 1 1

Moment resistance My,Rd kNm 20.1 24.5 31.8 39.5 45.8 51.7 65.3 77.1 66.3 84.5 101 92.5 119 143 156 110 141 170 188 145 187 227 253 310 176 270 330 375 468 223 290 355 400 498 395 483 550 695 513 628 725 920 1060

 

148

Mz,Rd kNm 15.2 18.6 19.7 24.3 28.1 32.0 40.4 47.5 54.6 69.5 82.9 57.7 83.7 100 110 75.3 110 133 147 142 172 193 236 190 263 298 373 220 250 310 370 465 513 653 747

Shear Resistance

Axial Resistance

Vz,Rd kN 182 231 248 318 382 318 411 498 322 418 509 406 529 647 736 425 555 680 778 494 647 794 914 1160 581 764 941 1090 1400 873 1070 1250 1600 990 1220 1430 1840 1110 1370 1600 2080 2430

Na,Rd kN 525 667 645 827 993 825 1070 1290 975 1270 1540 1120 1470 1790 2040 1230 1630 1990 2280 1370 1870 2290 2640 3360 1620 2240 2790 3240 4160 1550 2180 2790 3240 4160 2500 3240 3840 4960 2820 3650 4440 5760 6740

Design Table 33 Section resistances of cold-formed SHS: Q275 steel z 

y c  b

Flexural rigidity EWSHS

100x100x6.0 x8.0 150x150x6.0 x8.0 x10.0 200x200x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 220x220x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 250x250x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 300x300x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 350x350x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 400x400x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

EIy 103*kNm2 0.618 0.732 2.33 2.88 3.34 5.82 7.35 8.72 9.26 7.83 9.98 11.9 12.8 14.9 11.7 15.0 18.0 19.7 23.4 20.6 26.7 32.1 35.9 43.7 43.1 52.3 59.2 73.3 65.1 79.4 90.7 113 133

Section Classification

1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 3 1 1 1 1 4 2 1 1 1 3 1 1 1 4 2 1 1 1

Q275 Moment Resistance My,Rd kNm 17.9 22.0 43.8 55.3 65.4 80.8 104 125 137 98.8 127 154 170 206 111 167 203 227 279 246 300 340 425 293 415 475 600 550 633 805 925

   

149

Shear Resistance Vz,Rd kN 152 193 238 308 373 325 424 518 589 360 470 575 658 831 411 539 662 762 970 498 655 806 935 1200 770 951 1110 1430 885 1090 1280 1660 1870



Axial Resistance Na,Rd kN 525 667 825 1070 1290 1130 1470 1790 2040 1250 1630 1990 2280 2880 1420 1870 2290 2640 3360 1620 2270 2790 3240 4160 2620 3290 3840 4960 2890 3790 4440 5760 6740

150

Design Tables 34 to 39 for Section Resistances of Welded Sections: Q345 steel  EWI-sections (EWIS)  EWH-sections (EWHS)  EWCHS  EWRHS  EWSHS

151

Design Table 34 Section resistances of welded I-sections: Q345 steel (1) z 

tf  r  y 

tw

d h

cf  b EWI-Sections 920x450x420 x353 920x360x312 x282 x249 x218 840x350x246 x214 x184 760x320x220 x194 x167 x147 690x280x198 x173 x151 x133 620x330x258 x186 x160 610x260x158 x138 x122 x112 540x250x148 x128 x113 x104 x88

Flexural Rigidity EIy EIz 103*kNm2 103*kNm2 163 12.5 130 9.35 112 4.80 96.4 4.00 87.7 3.67 71.3 2.69 76.9 4.00 62.3 2.93 57.4 2.69 55.8 2.80 46.1 2.24 41.2 2.04 35.1 1.63 40.0 2.09 33.2 1.50 30.3 1.50 25.8 1.20 45.5 4.04 33.8 3.08 27.3 2.46 27.5 1.50 22.4 1.20 19.0 0.961 17.7 0.961 20.2 1.33 16.4 1.07 13.9 0.855 12.9 0.855 10.5 0.640

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 5970 1260 4810 953 4170 621 3690 521 3330 484 2770 370 3100 512 2570 390 2320 362 2500 406 2120 327 1870 301 1430 161 2020 335 1700 253 1530 247 1350 205 2480 551 1820 420 1510 339 1500 264 1250 213 1110 177 1030 175 1250 244 1040 197 919 163 856 161 605 78.3

   

152

Shear Resistance Vz,Rd kN 3240 3220 3270 3240 2560 2530 2390 2360 2170 2140 1940 1940 1430 1480 2250 1310 1290 1310 1290 1330 1090 1160 1140 1170 960 960

Axial Resistance Na,Rd kN 15400 12700 11100 10000 8440 7210 8540 7280 5970 7850 6830 5560 4940 7280 6260 5160 4600 9990 6720 5720 5660 4860 4350 3880 5440 4680 4190 3740 3090

Design Table 35 Section resistances of welded I-sections: Q345 steel (2) z 

tf  r  y 

tw

d h

cf  b EWI-Sections 460x220x112 x104 x90 x83 x70 460x180x91 x80 x73 x62 x56 410x210x85 x78 x65 x59 400x150x49 x43 355x180x73 x62 x54 x49 355x170x44 x38 310x160x59 x45 x39 310x140x54 x45 x41 310x110x37 x33 x28 260x170x48 x43 x33 260x130x33 x29 x25 210x150x34 x29 200x110x27 180x100x19 150x100x18 130x80x15

Flexural Rigidity EIy EIz 103*kNm2 103*kNm2 110 7.46 102 7.46 86.5 5.96 83.8 5.96 67.2 4.47 86.1 4.07 73.3 3.26 70.6 3.26 57.1 2.44 47.7 2.04 67.8 5.19 62.4 5.19 50.0 3.89 43.7 3.23 35.9 1.70 29.8 1.18 42.0 3.26 34.0 2.44 30.2 2.06 26.5 1.72 25.2 1.70 20.6 1.37 26.3 2.29 20.3 1.70 16.4 1.43 23.4 1.53 18.9 1.16 15.4 0.945 14.3 0.462 12.0 0.357 10.7 0.357 15.0 2.06 13.1 1.70 9.70 1.37 10.0 0.756 8.44 0.609 6.57 0.462 7.01 1.18 5.29 0.945 4.77 0.462 2.79 0.273 1.85 0.273 1.09 0.126

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 1 3 3 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 792 153 737 151 646 125 615 124 499 93.5 630 102 558 85.2 524 83.7 433 63.4 373 53.2 555 114 511 113 417 85.2 318 46.0 308 49.5 259 36.6 405 84.4 332 63.9 295 56.3 261 47.3 243 46.5 176 24.0 290 65.9 224 49.2 188 41.2 260 50.8 214 38.6 182 32.4 166 20.7 143 16.9 127 16.2 198 55.8 174 46.8 116 24.0 134 27.4 115 22.1 77.0 10.6 115 36.0 91.8 29.0 84.3 19.7 54.8 12.9 43.8 12.9 30.7 8.36

153

Shear Resistance Vz,Rd kN 992 809 833 666 666 809 833 666 666 652 761 594 594 594 435 435 652 652 514 514 386 380 449 337 326 449 449 435 456 449 331 377 377 272 282 282 277 228 217 217 130 109 94.0

Axial Resistance Na,Rd kN 4330 3900 3480 3070 2530 3420 3070 2670 2220 2000 3330 2940 2420 2160 1740 1480 2900 2450 2080 1870 1590 1370 2340 1710 1500 2140 1810 1620 1460 1320 1050 1910 1710 1320 1290 1130 960 1340 1140 1070 744 710 585

Design Table 36 Section resistances of welded H-sections: Q345 steel tf



r h

y

  tw  d h 

cf  b

EWH-Sections 420x480x716 x563 x532 x456 x368 x300 x275 360x440x218 x217 x172 x167 370x330x316 x260 x213 x177 x152 x142 x114 270x310x184 x151 x121 x116 x93 210x230x101 x85 x73 x58 x50 170x170x42 x34 x29

Flexural Rigidity EIy EIz 103*kNm2 103*kNm2 634 291 515 233 458 232 363 194 277 155 216 124 199 123 156 74.6 147 74.6 114 59.6 113 59.6 188 63.0 145 55.0 114 45.2 91.8 37.6 74.3 32.7 72.7 32.7 56.1 26.1 68.5 28.4 54.8 23.6 43.3 20.9 39.5 20.9 32.8 16.7 22.1 8.11 19.6 7.46 15.6 6.80 12.8 5.80 9.91 4.83 5.78 2.06 4.31 1.72 3.61 1.38

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 1 1 1 1 3 3

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 4550 2590 3780 2090 3490 2070 2870 1730 2320 1420 1840 1120 1710 1110 1350 746 1300 746 917 393 908 393 1710 818 1420 716 1130 570 929 475 774 402 740 399 539 217 819 423 664 349 530 296 496 295 376 161 344 171 298 149 254 135 182 72.1 148 60.1 117 55.4 91.9 45.9 67.4 24.2

154

Shear Resistance Vz,Rd kN 3890 3140 2250 2150 1760 1710 1070 1070 1040 760 633 1580 1230 1200 928 900 675 561 1020 788 570 457 377 557 464 456 365 348 296 209 174

Axial Resistance Na,Rd kN 26100 21200 20000 17200 14300 11600 10700 8460 8420 6690 6490 11900 10100 8260 6850 5910 5500 4550 7130 5840 4700 4510 3720 3910 3290 2930 2310 2000 1690 1370 1160

Design Table 37 Section resistances of cold-formed CHS: Q345 steel z 







Q345 Flexural rigidity EWCHS

140x6.0 x8.0 x10.0 170x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 220x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 270x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 320x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 360x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 400x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 460x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 500x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 610x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 710x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 810x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

EIy 103*kNm2 1.19 1.52 1.82 2.19 2.81 3.38 3.93 4.85 6.30 7.64 8.93 9.11 11.9 14.5 17.0 21.7 15.3 20.0 24.6 29.0 37.2 22.0 28.8 35.5 41.8 53.8 39.7 48.9 58.0 74.8 90.7 60.9 75.2 89.0 116 141 78.5 97.0 115 150 183 144 178 212 277 338 284 336 441 542 422 504 662 813

Section Classification

1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 3 2 1 1 1 3 2 2 1 1 3 2 1 1 1 3 2 2 1 1 4 3 2 1 1 4 3 3 2 1 4 3 2 2 4 4 3 2

Moment Resistance My,Rd kNm 33.8 43.7 53.0 50.6 65.8 80.3 94.0 86.2 113 138 163 131 172 212 251 324 143 244 301 358 464 182 311 386 455 593 296 477 568 740 880 395 637 756 988 1180 580 897 1180 1400 872 1040 1770 2120 1410 2420 2900 2440 3800

155

Shear Resistance Vz,Rd kN 291 382 471 356 469 579 687 465 614 761 904 574 759 942 1120 1470 682 904 1120 1340 1760 769 1020 1270 1510 1990 1140 1410 1690 2230 2670 1310 1630 1950 2570 3090 1770 2120 2800 3380 2170 2600 3440 4150 3030 4020 4850 4600 5560

Axial Resistance Na,Rd kN 792 1040 1280 970 1280 1580 1870 1270 1670 2070 2460 1560 2070 2560 3050 4000 1860 2460 3050 3640 4790 2090 2770 3450 4110 5420 3090 3840 4590 6050 7270 3560 4430 5300 7000 8420 4830 5770 7630 9180 5910 7070 9360 11300 8250 10900 13200 12500 15100

Design Table 38 Section resistances of cold-formed RHS: Q345 steel z 

cw



h

cf t

b Q345 Flexural rigidity EWRHS

120x80x6.0 x8.0 160x80x6.0 x8.0 x10.0 200x100x6.0 x8.0 x10.0 200x150x6.0 x8.0 x10.0 250x150x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 260x180x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 300x200x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 350x250x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 400x200x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 450x250x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 500x300x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

EIy 103*kNm2 0.801 0.948 1.67 2.01 2.27 3.44 4.26 4.91 4.62 5.80 6.83 7.94 10.1 11.9 12.9 9.98 12.7 15.1 16.7 15.2 19.4 23.3 26.0 31.3 25.8 33.2 40.1 45.6 55.9 30.5 39.3 47.5 53.6 65.5 60.9 74.1 84.6 105 89.0 109 125 157 184

EIz 103*kNm2 0.428 0.505 0.566 0.679 0.760 1.18 1.44 1.66 2.98 3.74 4.37 3.63 4.58 5.40 5.90 5.69 7.22 8.59 9.49 8.19 10.5 12.5 14.0 16.8 15.5 19.9 24.0 27.2 33.4 10.6 13.5 16.3 18.4 22.4 24.8 30.0 34.4 42.6 41.0 49.8 57.3 71.8 84.2

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 2 4 1 3 1 1 1 1 1 1 4 4 1 4 1 2 1 1 1 1 2 4 1 4 1 3 1 1 1 1 1 4 1 4 1 2 1 1 3 4 1 4 1 3 1 1 1 1

Moment resistance My,Rd kNm 25.2 30.8 39.9 49.5 57.4 64.9 81.9 96.8 83.1 106 127 116 149 179 195 138 177 214 236 181 235 284 317 389 339 414 470 587 280 364 445 502 624 496 605 690 872 533 787 910 1150 1330

156

Mz,Rd kNm 19.1 23.3 24.7 30.5 35.2 40.2 50.6 59.6 68.4 87.2 104 105 126 138 138 166 184 156 216 242 297 329 373 467 243 314 389 464 583 568 819 944

Shear Resistance

Axial Resistance

Vz,Rd kN 228 290 312 399 479 399 515 624 404 525 639 509 664 812 923 533 696 853 976 619 812 996 1150 1460 729 958 1180 1370 1760 1090 1350 1560 2010 1240 1530 1790 2310 1390 1720 2010 2610 3080

Na,Rd kN 659 837 810 1040 1250 1040 1340 1620 1220 1590 1940 1380 1840 2250 2560 1520 2040 2500 2860 1690 2340 2880 3310 4210 1960 2760 3500 4060 5220 1910 2670 3510 4060 5220 3070 3980 4820 6220 3460 4490 5510 7230 8530

Design Table 39 Section resistances of cold-formed SHS: Q345 steel z 

y c  b

Flexural rigidity

Section Classification

EWSHS

100x100x6.0 x8.0 150x150x6.0 x8.0 x10.0 200x200x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 220x220x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 250x250x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 300x300x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 350x350x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 400x400x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

EIy 103*kNm2 0.618 0.732 2.33 2.88 3.34 5.82 7.35 8.72 9.26 7.83 9.98 11.9 12.8 14.9 11.7 15.0 18.0 19.7 23.4 20.6 26.7 32.1 35.9 43.7 43.1 52.3 59.2 73.3 65.1 79.4 90.7 113 133

1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 4 1 1 1 1 4 3 1 1 1 4 2 1 1 4 3 1 1 1

Q345 Moment Resistance My,Rd kNm 22.5 27.5 54.9 69.4 82.1 101 130 156 171 124 160 193 213 258 210 254 285 350 266 376 427 533 521 596 753 593 794 1010 1170

   

 

157

Shear Resistance Vz,Rd kN 190 242 299 387 468 408 531 649 739 451 589 722 826 1040 516 676 830 956 1220 625 821 1010 1170 1510 966 1190 1390 1800 1110 1370 1610 2090 2460



Axial Resistance Na,Rd kN 659 837 1040 1340 1620 1410 1840 2250 2560 1560 2040 2500 2860 3610 1780 2340 2880 3310 4210 2040 2840 3500 4060 5220 3290 4130 4820 6220 3620 4760 5570 7230 8530

158

Design Tables 40 to 45 for Section Resistances of Welded Sections: Q460 steel  EWI-sections (EWIS)  EWH-sections (EWHS)  EWCHS  EWRHS  EWSHS

159

Design Table 40 Section resistances of welded I-sections: Q460 steel (1) z 

tf  r  y 

tw

cf 

d h

b EWI-Sections 920x450x420 x353 920x360x312 x282 x249 x218 840x350x246 x214 x184 760x320x220 x194 x167 x147 690x280x198 x173 x151 x133 620x330x258 x186 x160 610x260x158 x138 x122 x112 540x250x148 x128 x113 x104 x88

Flexural Rigidity EIy EIz 103*kNm2 103*kNm2 1670 128 1330 95.8 1150 49.1 987 41.0 899 37.6 731 27.6 788 41.0 638 30.1 588 27.5 571 28.7 473 23.0 422 20.9 359 16.7 410 21.4 340 15.4 311 15.4 265 12.3 466 41.4 347 31.5 279 25.2 281 15.4 229 12.3 195 9.85 181 9.85 207 13.7 168 10.9 143 8.76 133 8.76 107 6.55

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 2 2 1 1 1 1 2 1 3 3 1 1 3 3 3 3 1 1 2 2 2 2 3 3 1 1 1 1 2 1 3 3 1 1 1 1 3 3 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 7840 1660 6320 1250 5480 816 4840 684 4370 636 3090 309 4080 672 2900 327 2670 308 3290 533 2780 430 2140 396 1920 215 2650 440 2230 332 2010 324 1560 176 3250 724 2380 552 1740 290 1970 347 1650 280 1490 237 1380 234 1640 321 1370 258 1230 219 1150 216 811 105

   

160

Shear Resistance Vz,Rd kN 4250 4230 4300 4250 3280 3240 2970 2940 2670 2670 2960 1800 1770 1800 1770 1770 1590 1560 1560 1280 1280

Axial Resistance Na,Rd kN 19700 16100 14000 12600 10700 9060 10800 9170 7580 9940 8610 7060 6330 9230 7880 6540 5890 13000 8610 7290 7210 6170 5570 4990 6950 5950 5380 4820 3960

Design Table 41 Section resistances of welded I-sections: Q460 steel (2) z 

tf  r  y 

tw

d h

cf  b EWI-Sections 460x220x112 x104 x90 x83 x70 460x180x91 x80 x73 x62 x56 410x210x85 x78 x65 x59 400x150x49 x43 355x180x73 x62 x54 x49 355x170x44 x38 310x160x59 x45 x39 310x140x54 x45 x41 310x110x37 x33 x28 260x170x48 x43 x33 260x130x33 x29 x25 210x150x34 x29 200x110x27 180x100x19 150x100x18 130x80x15

Flexural Rigidity EIy EIz 103*kNm2 103*kNm2 110 7.46 102 7.46 86.5 5.96 83.8 5.96 67.2 4.47 86.1 4.07 73.3 3.26 70.6 3.26 57.1 2.44 47.7 2.04 67.8 5.19 62.4 5.19 50.0 3.89 43.7 3.23 35.9 1.70 29.8 1.18 42.0 3.26 34.0 2.44 30.2 2.06 26.5 1.72 25.2 1.70 20.6 1.37 26.3 2.29 20.3 1.70 16.4 1.43 23.4 1.53 18.9 1.16 15.4 0.945 14.3 0.462 12.0 0.357 10.7 0.357 15.0 2.06 13.1 1.70 9.70 1.37 10.0 0.756 8.44 0.609 6.57 0.462 7.01 1.18 5.29 0.945 4.77 0.462 2.79 0.273 1.85 0.273 1.09 0.126

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 2 2 3 3 1 1 1 1 3 3 3 3 2 1 2 1 1 1 2 2 1 1 3 3 3 3 3 3 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 1 1 2 2 3 3 1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 1040 201 968 199 865 168 823 166 584 81.3 828 135 748 114 701 112 580 84.9 424 45.3 743 153 685 151 487 74.0 426 61.6 412 66.2 347 49.0 542 113 445 85.6 395 75.4 298 63.3 284 40.0 235 32.1 388 88.2 299 65.9 252 55.1 349 68.1 287 51.7 244 43.4 222 27.8 192 22.7 170 21.7 265 74.8 201 40.0 155 32.1 179 36.7 154 29.6 103 14.2 154 48.3 106 25.2 113 26.4 73.4 17.3 58.7 17.3 41.2 11.2

               

 

 

161

Shear Resistance Vz,Rd kN 1300 1060 1110 888 888 1060 1110 888 888 869 1010 792 792 792 869 869 686 686 514 507 599 449 435 599 599 579 608 599 442 502 502 362 377 377 369 304 290 290 174 145 126

Axial Resistance Na,Rd kN 5550 5000 4500 4000 3260 4360 3970 3460 2860 2560 4320 3830 3140 2790 2260 1910 3830 3190 2690 2410 2060 1770 3070 2220 1950 2800 2350 2100 1870 1690 1350 2550 2280 1720 1670 1460 1240 1780 1520 1430 974 947 779

Design Table 42 Section resistances of welded H-sections: Q460 steel tf



r y

h

  tw  d h 

cf  b

EWH-Sections 420x480x716 x563 x532 x456 x368 x300 x275 360x440x218 x217 x172 x167 370x330x316 x260 x213 x177 x152 x142 x114 270x310x184 x151 x121 x116 x93 210x230x101 x85 x73 x58 x50 170x170x42 x34 x29

Flexural Rigidity EIy EIz 103*kNm2 103*kNm2 634 291 515 233 458 232 363 194 277 155 216 124 199 123 156 74.6 147 74.6 114 59.6 113 59.6 188 63.0 145 55.0 114 45.2 91.8 37.6 74.3 32.7 72.7 32.7 56.1 26.1 68.5 28.4 54.8 23.6 43.3 20.9 39.5 20.9 32.8 16.7 22.1 8.11 19.6 7.46 15.6 6.80 12.8 5.80 9.91 4.83 5.78 2.06 4.31 1.72 3.61 1.38

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 4 4 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 1 1 1 1 1 1 3 3 4 4 1 1 3 3 3 3

Moment Resistance My,Rd Mz,Rd kNm kNm 5490 3120 4670 2580 4310 2550 3550 2130 3050 1870 2110 960 1990 960 1560 644 1510 644 1200 516 1190 516 2120 1010 1860 940 1490 748 1220 624 884 346 864 346 1060 556 861 459 687 389 644 387 498 215 446 224 386 196 336 180 240 96.6 155 74.2 106 40.5 89.2 32.4

162

Shear Resistance Vz,Rd kN 4930 4060 2910 2780 2310 2250 1400 1400 1370 1000 831 2040 1620 1570 1220 1180 887 748 1340 1030 748 600 502 610 508 507 406 386 328 232 232

Axial Resistance Na,Rd kN 31500 26200 24700 21200 18800 15300 14000 11100 11100 8780 8220 14700 13200 10800 9000 7760 7220 6090 9360 7680 6180 5920 4990 5130 4320 3920 3100 2670 2260 1830 1560

Design Table 43 Section resistances of cold-formed CHS: Q460 steel z 







Q460 Flexural rigidity EWCHS

140x6.0 x8.0 x10.0 170x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 220x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 270x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 320x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 360x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 400x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 460x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 500x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 610x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 710x10.0 x12.0 x16.0 x20.0 810x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

EIy 103*kNm2 1.19 1.52 1.82 2.19 2.81 3.38 3.93 4.85 6.30 7.64 8.93 9.11 11.9 14.5 17.0 21.7 15.3 20.0 24.6 29.0 37.2 22.0 28.8 35.5 41.8 53.8 39.7 48.9 58.0 74.8 90.7 60.9 75.2 89.0 116 141 78.5 97.0 115 150 183 144 178 212 277 338 284 336 441 542 422 504 662 813

Section Classification

1 1 1 2 1 1 1 3 2 1 1 3 2 2 1 1 4 3 2 2 1 4 3 3 2 1 4 3 2 1 1 4 4 3 2 1 4 4 3 2 1 4 4 4 3 2 4 4 3 2 4 4 4 3

Moment Resistance My,Rd kNm 45.1 58.3 70.7 67.5 87.8 107 125 87.8 150 184 217 134 230 283 334 432 248 402 477 619 318 393 606 790 489 757 987 1210 769 1320 1620 916 1570 1930 1810 2780 2480 3810 3820

163

Shear Resistance Vz,Rd kN 388 510 628 475 626 773 916 620 819 1010 1210 765 1010 1260 1490 1960 1210 1500 1780 2350 1360 1690 2020 2660 1880 2250 2970 3510 2600 3430 4060 2830 3740 4430 4590 5450 5360 6370 7300

Axial Resistance Na,Rd kN 1060 1390 1710 1290 1700 2100 2490 1690 2230 2760 3280 2080 2750 3420 4070 5340 3280 4070 4860 6390 3700 4600 5490 7230 5120 6120 8070 9550 7060 9330 11100 7690 10200 12100 12500 14800 14600 17300 19900

Design Table 44 Section resistances of cold-formed RHS: Q460 steel z 

cw



h

cf t

b Q460 Flexural rigidity EWRHS

120x80x6.0 x8.0 160x80x6.0 x8.0 x10.0 200x100x6.0 x8.0 x10.0 200x150x6.0 x8.0 x10.0 250x150x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 260x180x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 300x200x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 350x250x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 400x200x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 450x250x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 500x300x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

EIy 103*kNm2 0.801 0.948 1.67 2.01 2.27 3.44 4.26 4.91 4.62 5.80 6.83 7.94 10.1 11.9 12.9 9.98 12.7 15.1 16.7 15.2 19.4 23.3 26.0 31.3 25.8 33.2 40.1 45.6 55.9 30.5 39.3 47.5 53.6 65.5 60.9 74.1 84.6 105 89.0 109 125 157 184

EIz 103*kNm2 0.428 0.505 0.566 0.679 0.760 1.18 1.44 1.66 2.98 3.74 4.37 3.63 4.58 5.40 5.90 5.69 7.22 8.59 9.49 8.19 10.5 12.5 14.0 16.8 15.5 19.9 24.0 27.2 33.4 10.6 13.5 16.3 18.4 22.4 24.8 30.0 34.4 42.6 41.0 49.8 57.3 71.8 84.2

Section Classification Bending Bending y-y z-z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 4 1 2 1 1 1 1 2 4 1 2 1 1 1 1 3 4 1 4 1 2 1 1 1 1 4 4 2 4 1 3 1 1 1 1 3 4 1 4 1 4 1 2 1 1 2 4 1 4 1 4 1 1 4 4 2 4 1 4 1 2 1 1

Moment resistance My,Rd kNm 33.6 41.1 53.2 66.1 76.6 86.5 109 129 111 141 169 155 199 238 260 183 236 285 315 201 313 379 422 519 452 552 627 782 303 485 594 669 832 661 807 920 1160 1050 1210 1540 1750

164

Mz,Rd kNm 25.4 31.2 33.0 40.9 47.2 47.0 67.8 79.8 79.5 117 139 141 169 185 185 223 247 289 324 397 441 500 626 420 521 781 1150 1360

Shear Resistance

Axial Resistance

Vz,Rd kN 306 388 417 535 642 534 690 836 541 702 855 682 890 1090 1240 714 933 1140 1310 830 1090 1330 1540 1960 976 1280 1580 1830 2350 1470 1810 2090 2690 1660 2050 2390 3090 1860 2300 2690 3490 4240

Na,Rd kN 879 1120 1080 1380 1660 1380 1790 2160 1630 2120 2580 1800 2450 3000 3410 1980 2720 3330 3810 2200 3050 3840 4420 5620 2500 3600 4630 5420 6960 2470 3460 4490 5420 6960 3980 5160 6340 8300 4430 5820 7160 9630 11700

Design Table 45 Section resistances of cold-formed SHS: Q460 steel z 

y c  b

Flexural rigidity

Section Classification

EWSHS

100x100x6.0 x8.0 150x150x6.0 x8.0 x10.0 200x200x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 220x220x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 250x250x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 300x300x6.0 x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 350x350x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 400x400x8.0 x10.0 x12.0 x16.0 x20.0

EIy 103*kNm2 0.618 0.732 2.33 2.88 3.34 5.82 7.35 8.72 9.26 7.83 9.98 11.9 12.8 14.9 11.7 15.0 18.0 19.7 23.4 20.6 26.7 32.1 35.9 43.7 43.1 52.3 59.2 73.3 65.1 79.4 90.7 113 133

1 1 1 1 1 3 1 1 1 4 1 1 1 1 4 2 1 1 1 4 4 2 1 1 4 3 1 1 4 4 2 1 1

Q460 Moment Resistance My,Rd kNm 30.0 36.7 73.2 92.6 110 116 174 209 229 213 257 285 344 280 339 380 466 502 569 711 594 795 1000 1060 1350 1540

   

 

165

Shear Resistance Vz,Rd kN 254 322 399 515 624 543 709 866 985 601 786 962 1100 1390 688 902 1110 1270 1620 833 1090 1350 1560 2010 1290 1590 1850 2390 1480 1830 2140 2780 3230



Axial Resistance Na,Rd kN 879 1120 1380 1790 2160 1880 2450 3000 3410 2020 2720 3330 3810 4820 2210 3120 3840 4420 5620 2510 3650 4670 5420 6960 4070 5420 6420 8300 4470 5970 7430 9630 11200

 

166

References  European Steel Material Specifications:  EN 10020, Definition and classification of grades of steel. 2000.  EN 10021, General technical delivery requirements for steel and iron products. 2006.  EN 10025, Hot rolled products of structural steels —     Part 1: General technical delivery conditions. 2004.    Part 2: Technical delivery conditions for non‐alloy structural steels. 2004.    Part 3: Technical delivery conditions for normalized/normalized rolled weldable fine      grain structural steels. 2004.    Part 4: Technical delivery conditions for thermomechanical rolled weldable fine grain      structural steels. 2004.    Part 5: Technical delivery conditions for structural steels with improved atmospheric      corrosion resistance. 2004.    Part 6: Technical delivery conditions for flat products of high yield strength structural      steels in the quenched and tempered condition. 2004.  BS EN 10029, Hot‐rolled steel plates 3 mm thick or above: Tolerances on dimensions  and shape. 2010.  EN 10034, Structural steel I and H sections: Tolerances on shape and dimensions.  1993.  EN 10149, Specification for hot‐rolled flat products made of high yield strength steels  for cold forming —     Part 1: General delivery conditions. 2013.    Part 2: Delivery conditions for thermomechanically rolled steels. 2013.    Part 3. Delivery conditions for normalized or normalized rolled steels. 2013.  EN 10210, Hot finished structural hollow sections of non‐alloy and fine grain steels —    Part 1: Technical delivery conditions. 2006.    Part 2: Tolerances, dimensions and sectional properties. 2006.  EN 10219, Cold formed welded structural hollow sections of non‐alloy and fine grain  steels —     Part 1: Technical delivery conditions. 2006.    Part 2: Tolerances, dimensions and sectional properties. 2006.  BS 4‐1, Structural steel sections —     Part 1: Specification for hot‐rolled sections. 2005.     

 

167

Chinese Steel Material Specifications:  GB/T 700, Carbon structural steels. 2006.  GB/T 709, Dimension, shape, weight and tolerances for hot‐rolled steel plates and  sheets. 2006.  GB/T 912, Hot‐rolled sheets and strips of carbon structural steels and high strength  low alloy structural steels. 2008.  GB/T 1591, High strength low alloy structural steels. 2008.  GB/T 3274, Carbon structural and low alloy steel rolled plates and strips. 2007.  GB/T 4171, Atmospheric corrosion resisting structural steel. 2008.  GB/T 5313, Steel plates with through‐thickness characteristics. 2010.  GB/T 6725, Cold‐formed steel sections. 2002.  GB/T 6728, Cold‐formed steel hollow sections of general structures: Dimensions,  shapes, weight and permissible deviations. 2002.  GB/T 8162, Seamless steel tubes for structural purposes. 2008.  GB/T 17395, Dimensions, shapes, masses, and tolerances of seamless steel tubes.  2008.  GB/T 19879, Steel plates for building structures. 2005.  YB 4104, Steel plates for high rise building structures. 2000.    Code of Practices for Design of Steel Structures:  BS5950 Structural use of steelwork in building, Part 1: Code of practice for design of  hot rolled and welded sections, 2000.  Code of Practice for the Structural Use of Steel, 2011.  Building Department,  Government of Hong Kong SAR.  EN 1993‐1‐1, Eurocode 3: Design of steel structures.  General rules and rules for  building. 2005.  EN 1993‐1‐2, Eurocode 3: Design of steel structures.  General rules — Structural fire  design. 2005.  EN 1993‐1‐3, Eurocode 3: Design of steel structures, General rules — Supplementary  rules for cold‐formed members and sheeting. 2005.  EN 1993‐1‐5, Eurocode 3: Design of steel structures, Plated structural elements. 2006.  EN 1993‐1‐8, Eurocode 3: Design of steel structures, Design of steel joints. 2005.   

GB 50017: Code for design of steel structures. 2003.   

168

Technical Guidance for Design of Steel Structures:  Chung, K.F., Harmonized member buckling design in Structural Eurocodes. Innovation  in Construction, Research Journal 2014, Construction Industry Council, Hong Kong,  2014.  Design of Steel Structures with Worked Examples to EN 1993‐1‐1 and EN 1993‐1‐8.  F.  Wald, K. H. Tan and S. P. Chiew.  Research Publishing.  2012.  Selection of equivalent steel materials to European steel materials specifications.  Professional Guide CMSA‐PG01: 2015.  Steel Building Design: Introduction to the Eurocodes. The Steel Construction Institute,  Tata Steel and British Constructional Steelwork Association. SCI Publication No. P361,  2009.  Steel Building Design: Concise Eurocodes. The Steel Construction Institute, Tata Steel  and British Constructional Steelwork Association. SCI Publication No. P362. 2010.  Steel Building Design: Design Data.  The Steel Construction Institute, Tata Steel and  British Constructional Steelwork Association, SCI Publication No.P363, 2013.  Steel Designers’ Manual. 7th Edition. Buick Davidson & Graham W. Owens. Steel  Construction Institute, Wiley‐Blackwell, 2012.  Structural Steelwork, Design to Limit State Theory. 4th Edition. D. Lam, T. C. Ang, and S.  P. Chiew.  CRC Press, Taylor & Francis Group,  2013.   The Behaviour and Design of Steel Structures to EC3. 4th Edition. N S Trahair, M A  Bradford, D A Nethercot, and L Gardner.  Taylor & Francis Group, 2008.     

169

 

170

Appendices Appendix A  Design procedure for a pinned‐pinned column to EN 1993

A1

 

Appendix B  Design procedures for an unrestrained beam to EN 1993    B1  Design of a steel beam against lateral torsional buckling using  general design method to Clause 6.3.2.2 

B1

 

B2  Design of a steel beam against lateral torsional buckling using  alternative design method to Clause 6.3.2.3 

B7

 

B3  Design of a steel beam against lateral torsional buckling for  rolled or equivalent welded I, H or channel sections using the  design method given in Steel Designers’ Manual   

B14

 

Appendix C  Design procedure for a column member under combined axial  compression and bending to EN 1993   

C1  Interaction of combined axial compression and bending to  Clause 6.3.3 using the design method given in the U.K. National  Annex     Appendix D  Worked examples to BS EN 1993‐1‐1 

C1

   

Part I  Section analysis and section resistance   Worked Example I‐1  Determination of section resistances 

 

Worked Example I‐2  Cross section resistance under combined  bending and shear force 

D7

 

Worked Example I‐3  Cross section resistance under combined  bending and axial force 

D9

     

  Part II  Member design Worked Example II‐1  Design of a fully restrained steel beam 

 

Worked Example II‐2                  

 

Worked Example II‐3  Design of a steel column under axial  compression 

D26

 

Worked Example II‐4 Design of a beam‐column under combined  compression and bending    Worked Example II‐5  Column in simple construction   

D29

 

Design of an unrestrained steel beam against  lateral torsional buckling   Solution to Procedure B2  Solution to Procedure B3 

171

D1

D14 D17

D36

 

172

Appendix A  Design procedure for a pinned‐pinned column to EN 1993:1‐1    A  Design of a steel column against axial buckling    1.  Determine the buckling length of the steel column for both axes.  2. 

Calculate  N cr  and  Afy . 

3. 

Calculate the non‐dimensional slenderness,    of the steel column. 

 



 



 

Af y N cr

A eff f y N cr

 

  5. 

L cr 1     i 1



L cr 1  i 1

 

A eff    A

for Class 1, 2 and 3 cross‐sections  for Class 4 cross‐sections

where   A   is the cross‐sectional area,    A eff   is the effective cross‐sectional area of Class 4 sections,  fy   is the yield strength,   

 2 EI  which is the critical flexual buckling load/elastic critical force  2 L cr

N cr 

 

  4. 



and   

L cr  

 

1  

is the buckling length in the buckling plane considered, 

E 235  93.9 , where      fy fy

Choose a suitable flexural buckling curve for rolled and equivalent welded sections in  Table A1, and hence, the imperfection factor,  is obtained from Table A2.  Determine the parameter ϕ. 







2



  0 .5 1     0 .2    

    6. 

Calculate the buckling reduction factor,   





1   2  

2

 but     1.0 

  7. 

Calculate the design buckling resistance,  N b , Rd . 

 

N b, Rd 

Af y  M1

 

where    M1  is the partial factor for resistance of the steel column to instability. 

A1

Table A1:  Selection of flexural buckling curves for rolled and equivalent welded cross‐ section 

Cross section 

z

y

y‐y  z‐z 

a  b 

a0  a0 

40 ≤ tf ≤ 100 mm 

y‐y  z‐z 

b  c 

a  a 

y

tf ≤ 100 mm 

y‐y  z‐z 

b  c 

a  a 

tf > 100 mm 

y‐y  z‐z 

d  d 

c  c 

tf ≤ 40 mm 

y‐y  z‐z 

b  c 

b  c 

tf > 40 mm 

y‐y  z‐z 

c  d 

c  d 

hot finished 

any 



a0 

cold formed 

any 





generally (except as  below) 

any 





thick welds:  a > 0.5tf  b/tf < 30   h/tw < 30 

any 





y



z



b

h/b ≤ 1.2 

Rolled sections 

t f 

y

tf ≤ 40 mm 

h/b > 1.2 

z  tf

Buckling  about  axis 

Limits 

Buckling curve  S 235  S 275  S460  S 355  S 420 

Welded sections 

 

z

z

tf

tf y

y

y z

y z

Welded box sections 

Hollow sections 

 

z h

y tw

tf y

z b  

  Table A2:   Recommended values for imperfection factor, α, for various flexural buckling  curves    Buckling curve  Imperfection factor   

a0  0.13 

a  0.21 

A2

b  0.34 

c  0.49 

d  0.76 

Table A3:   Reduction factor, χ for flexural buckling 

̅ 0.00  0.02  0.04  0.06  0.08  0.10  0.12  0.14  0.16  0.18  0.20  0.22  0.24  0.26  0.28  0.30  0.32  0.34  0.36  0.38  0.40  0.42  0.44  0.46  0.48  0.50  0.52  0.54  0.56  0.58  0.60  0.62  0.64  0.66  0.68  0.70  0.72  0.74  0.76  0.78  0.80  0.82  0.84  0.86  0.88  0.90  0.92  0.94  0.96  0.98  1.00 

Reduction factor, χ 

 

Buckling curve 

 

a0 









 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.997  0.995  0.992  0.989  0.986  0.983  0.980  0.977  0.973  0.970  0.967  0.963  0.959  0.955  0.951  0.947  0.943  0.938  0.933  0.928  0.922  0.916  0.910  0.903  0.896  0.889  0.881  0.872  0.863  0.853  0.843  0.832  0.821  0.809  0.796  0.783  0.769  0.755  0.740  0.725 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.996  0.991  0.987  0.982  0.977  0.973  0.968  0.963  0.958  0.953  0.947  0.942  0.936  0.930  0.924  0.918  0.911  0.905  0.897  0.890  0.882  0.874  0.866  0.857  0.848  0.838  0.828  0.818  0.807  0.796  0.784  0.772  0.760  0.747  0.734  0.721  0.707  0.693  0.680  0.666 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.993  0.986  0.979  0.971  0.964  0.957  0.949  0.942  0.934  0.926  0.918  0.910  0.902  0.893  0.884  0.875  0.866  0.857  0.847  0.837  0.827  0.816  0.806  0.795  0.784  0.772  0.761  0.749  0.737  0.724  0.712  0.699  0.687  0.674  0.661  0.648  0.635  0.623  0.610  0.597 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.990  0.980  0.969  0.959  0.949  0.939  0.929  0.918  0.908  0.897  0.887  0.876  0.865  0.854  0.843  0.832  0.820  0.809  0.797  0.785  0.773  0.761  0.749  0.737  0.725  0.712  0.700  0.687  0.675  0.662  0.650  0.637  0.625  0.612  0.600  0.588  0.575  0.563  0.552  0.540 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.984  0.969  0.954  0.938  0.923  0.909  0.894  0.879  0.865  0.850  0.836  0.822  0.808  0.793  0.779  0.765  0.751  0.738  0.724  0.710  0.696  0.683  0.670  0.656  0.643  0.630  0.617  0.605  0.592  0.580  0.568  0.556  0.544  0.532  0.521  0.510  0.499  0.488  0.477  0.467 

     

                   

                       

             

 

A3

Reduction factor, χ  ̅ 1.00  1.02  1.04  1.06  1.08  1.10  1.12  1.14  1.16  1.18  1.20  1.22  1.24  1.26  1.28  1.30  1.32  1.34  1.36  1.38  1.40  1.42  1.44  1.46  1.48  1.50  1.52  1.54  1.56  1.58  1.60  1.62  1.64  1.66  1.68  1.70  1.72  1.74  1.76  1.78  1.80  1.82  1.84  1.86  1.88  1.90  1.92  1.94  1.96  1.98  2.00 

Buckling curve  a0 









0.725  0.710  0.695  0.679  0.664  0.648  0.633  0.618  0.603  0.588  0.573  0.559  0.545  0.531  0.518  0.505  0.493  0.481  0.469  0.457  0.446  0.435  0.425  0.415  0.405  0.395  0.386  0.377  0.369  0.360  0.352  0.344  0.337  0.329  0.322  0.315  0.308  0.302  0.295  0.289  0.283  0.277  0.272  0.266  0.261  0.256  0.251  0.246  0.241  0.237  0.232 

0.666  0.652  0.638  0.624  0.610  0.596  0.582  0.569  0.556  0.543  0.530  0.518  0.505  0.493  0.482  0.470  0.459  0.448  0.438  0.428  0.418  0.408  0.399  0.390  0.381  0.372  0.364  0.356  0.348  0.341  0.333  0.326  0.319  0.312  0.306  0.299  0.293  0.287  0.281  0.276  0.270  0.265  0.260  0.255  0.250  0.245  0.240  0.236  0.231  0.227  0.223 

0.597  0.584  0.572  0.559  0.547  0.535  0.523  0.512  0.500  0.489  0.478  0.467  0.457  0.447  0.437  0.427  0.417  0.408  0.399  0.390  0.382  0.373  0.365  0.357  0.350  0.342  0.335  0.328  0.321  0.314  0.308  0.302  0.295  0.289  0.284  0.278  0.273  0.267  0.262  0.257  0.252  0.247  0.243  0.238  0.234  0.229  0.225  0.221  0.217  0.213  0.209 

0.540  0.528  0.517  0.506  0.495  0.484  0.474  0.463  0.453  0.443  0.434  0.424  0.415  0.406  0.397  0.389  0.380  0.372  0.364  0.357  0.349  0.342  0.335  0.328  0.321  0.315  0.308  0.302  0.296  0.290  0.284  0.279  0.273  0.268  0.263  0.258  0.253  0.248  0.243  0.239  0.235  0.230  0.226  0.222  0.218  0.214  0.210  0.207  0.203  0.200  0.196 

0.467  0.457  0.447  0.438  0.428  0.419  0.410  0.401  0.393  0.384  0.376  0.368  0.361  0.353  0.346  0.339  0.332  0.325  0.318  0.312  0.306  0.299  0.293  0.288  0.282  0.277  0.271  0.266  0.261  0.256  0.251  0.247  0.242  0.237  0.233  0.229  0.225  0.221  0.217  0.213  0.209  0.206  0.202  0.199  0.195  0.192  0.189  0.186  0.183  0.180  0.177 

Appendix B  Design procedures for an unrestrained beam to EN 1993    B1  Design of a steel beam against lateral torsional buckling using general design  method to Clause 6.3.2.2     1.  Determine the buckling length of the steel beam.    2.  Calculate  M cr  and  Wpl , y f y . 

 2 EI z M cr  C1 2 L cr

0.5 2  I  L cr GI t 2 w          C z C z C z C z  2 g 3 j  2 g 3 j    2 EI z  I z  

where  I z , I t , I w   are the section properties,  E  is the Young’s modulus,    E ,  21    is the buckling length of the steel beam,  L cr  kL , and  k  is the 

is the shear modulus,  G 

 



 

L cr  

 

effective length coefficient,  C1 , C 2 , C 3  are the factors depending on the shape of the bending moment  diagram, end restraint conditions and loading conditions as listed  in Table B1.1,  zg   is the vertical distance of the loading position above the shear 

 

zj 

 

centre,  is the relative distance to the shear centre. It is simply taken as 0  for uniform doubly symmetric cross‐sections. 

  3. 

Calculate the non‐dimensional slenderness,   LT  of the steel beam. 

 

 LT 

Wy f y M cr

where   w   

 



 LT w   1

Wy Wpl , Rd

, and 

Wy  Wpl , y  for Class 1 and 2 cross‐sections, 

 

 Wel , y  for Class 3  cross‐sections, 

 

 Weff , y for Class 4 cross‐sections, 

 

Wpl,y  

is the plastic section modulus for Class 1 and 2 sections, 

 

Wel, y  

is the elastic section modulus for Class 3 sections, 

 

Weff , y  

is the effective elastic section modulus for Class 4 sections, 

 

fy  

is the yield strength.     

 

B1

Table B1.1a  Values of factors  C1 ,  C 2  and  C 3  corresponding to k factor under different end  moment loading    Loading and support  conditions 

Bending moment Diagram   = +1 

 = +3/4 

 = +1/2 

 = +1/4 



M   = 0 

   = ‐1/4 

 = ‐1/2 

 = ‐3/4 

 = ‐1 

     

 

   

B2

Value of  k 

Values of factors C3   C1   C2  

1.0  0.7  0.5 

1.000  1.000  1.000 

‐ 

1.000  1.113  1.144 

1.0  0.7  0.5 

1.141  1.270  1.305 

‐ 

0.998  1.565  2.283 

1.0  0.7  0.5 

1.323  1.473  1.514 

‐ 

0.992  1.556  2.271 

1.0  0.7  0.5 

1.563  1.739  1.788 

‐ 

0.977  1.531  2.235 

1.0  0.7  0.5 

1.879  2.092  2.150 

‐ 

0.939  1.473  2.150 

1.0  0.7  0.5 

2.281  2.538  2.609 

‐ 

0.855  1.340  1.957 

1.0  0.7  0.5 

2.704  3.009  3.093 

‐ 

0.676  1.059  1.546 

1.0  0.7  0.5 

2.927  3.009  3.093 

‐ 

0.366  0.575  0.837 

1.0  0.7  0.5 

2.752  3.063  3.149 

‐ 

0.000  0.000  0.000 

Table B1.1b  Values of factors C1, C2 and C3 corresponding to k factor under transverse  loading cases    Loading and support conditions   



 



Value of  k 

Bending moment Diagram   

1.0  0.5 

1.132  0.972 

0.459  0.304 

0.525  0.980 

 

1.0  0.5 

1.285  0.712 

1.562  0.652 

0.753  1.070 

 

1.0  0.5 

1.365  1.070 

0.553  0.432 

1.730  3.050 

 

1.0  0.5 

1.565  0.938 

1.267  0.715 

2.640  4.800 

1.0  0.5 

1.046  1.010 

0.430  0.410 

1.120  1.890 

 

 

 

    4. 

Values of factors  C1   C2   C3  

 

Choose a suitable lateral buckling curve for rolled sections or equivalent welded  sections from Table B1.2, and hence, the imperfection factor, LT , can be obtained  from Table B1.3. 

    Table B1.2.  Selection of buckling curves for rolled sections and equivalent welded sections    Cross‐section 

Limits 

Buckling curve  a  b  c  d 

h/b  2   h/b  2   h/b  2 h/b  2  

Rolled I‐sections  Welded sections 

    Table B1.3.  Recommended imperfection factor values for lateral torsional buckling curves   

     

Buckling curve 









Imperfection factor,  LT  

0.21 

0.34 

0.49 

0.76 

 

   

B3

5.   

Determine the parameter   LT . 





 

 LT  0.5 1   LT  LT  0.2    LT  

  6.   

Calculate the reduction factor,   LT . 

 

 LT 

  7.    8. 

2

1  LT   2LT  2LT

   but    LT  1.0  

Alternatively, reduction factor,   LT  can be obtained from Table B1.4.  Calculate the buckling moment resistance,  M b, Rd . 

   

M b, Rd 

 LT Wy f y  M1

 

   

where   M1  is the partial factor for resistance of the beam to instability.   

   

B4

Reduction factor,   LT  for lateral torsional buckling  

Table B1.4.  

 LT  0.00  0.02  0.04  0.06  0.08  0.10  0.12  0.14  0.16  0.18  0.20  0.22  0.24  0.26  0.28  0.30  0.32  0.34  0.36  0.38  0.40  0.42  0.44  0.46  0.48  0.50  0.52  0.54  0.56  0.58  0.60  0.62  0.64  0.66  0.68  0.70  0.72  0.74  0.76  0.78  0.80  0.82  0.84  0.86  0.88  0.90  0.92  0.94  0.96  0.98  1.00 

Reduction factor,   LT  

 

Buckling curve 

 









 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.996  0.991  0.987  0.982  0.977  0.973  0.968  0.963  0.958  0.953  0.947  0.942  0.936  0.930  0.924  0.918  0.911  0.905  0.897  0.890  0.882  0.874  0.866  0.857  0.848  0.838  0.828  0.818  0.807  0.796  0.784  0.772  0.760  0.747  0.734  0.721  0.707  0.693  0.680  0.666 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.993  0.986  0.979  0.971  0.964  0.957  0.949  0.942  0.934  0.926  0.918  0.910  0.902  0.893  0.884  0.875  0.866  0.857  0.847  0.837  0.827  0.816  0.806  0.795  0.784  0.772  0.761  0.749  0.737  0.724  0.712  0.699  0.687  0.674  0.661  0.648  0.635  0.623  0.610  0.597 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.990  0.980  0.969  0.959  0.949  0.939  0.929  0.918  0.908  0.897  0.887  0.876  0.865  0.854  0.843  0.832  0.820  0.809  0.797  0.785  0.773  0.761  0.749  0.737  0.725  0.712  0.700  0.687  0.675  0.662  0.650  0.637  0.625  0.612  0.600  0.588  0.575  0.563  0.552  0.540 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.984  0.969  0.954  0.938  0.923  0.909  0.894  0.879  0.865  0.850  0.836  0.822  0.808  0.793  0.779  0.765  0.751  0.738  0.724  0.710  0.696  0.683  0.670  0.656  0.643  0.630  0.617  0.605  0.592  0.580  0.568  0.556  0.544  0.532  0.521  0.510  0.499  0.488  0.477  0.467 

                                                                                                     

   

B5

Reduction factor,   LT    LT  1.00  1.02  1.04  1.06  1.08  1.10  1.12  1.14  1.16  1.18  1.20  1.22  1.24  1.26  1.28  1.30  1.32  1.34  1.36  1.38  1.40  1.42  1.44  1.46  1.48  1.50  1.52  1.54  1.56  1.58  1.60  1.62  1.64  1.66  1.68  1.70  1.72  1.74  1.76  1.78  1.80  1.82  1.84  1.86  1.88  1.90  1.92  1.94  1.96  1.98  2.00 

Buckling curve  a 







0.666  0.652  0.638  0.624  0.610  0.596  0.582  0.569  0.556  0.543  0.530  0.518  0.505  0.493  0.482  0.470  0.459  0.448  0.438  0.428  0.418  0.408  0.399  0.390  0.381  0.372  0.364  0.356  0.348  0.341  0.333  0.326  0.319  0.312  0.306  0.299  0.293  0.287  0.281  0.276  0.270  0.265  0.260  0.255  0.250  0.245  0.240  0.236  0.231  0.227  0.223 

0.597  0.584  0.572  0.559  0.547  0.535  0.523  0.512  0.500  0.489  0.478  0.467  0.457  0.447  0.437  0.427  0.417  0.408  0.399  0.390  0.382  0.373  0.365  0.357  0.350  0.342  0.335  0.328  0.321  0.314  0.308  0.302  0.295  0.289  0.284  0.278  0.273  0.267  0.262  0.257  0.252  0.247  0.243  0.238  0.234  0.229  0.225  0.221  0.217  0.213  0.209 

0.540  0.528  0.517  0.506  0.495  0.484  0.474  0.463  0.453  0.443  0.434  0.424  0.415  0.406  0.397  0.389  0.380  0.372  0.364  0.357  0.349  0.342  0.335  0.328  0.321  0.315  0.308  0.302  0.296  0.290  0.284  0.279  0.273  0.268  0.263  0.258  0.253  0.248  0.243  0.239  0.235  0.230  0.226  0.222  0.218  0.214  0.210  0.207  0.203  0.200  0.196 

0.467  0.457  0.447  0.438  0.428  0.419  0.410  0.401  0.393  0.384  0.376  0.368  0.361  0.353  0.346  0.339  0.332  0.325  0.318  0.312  0.306  0.299  0.293  0.288  0.282  0.277  0.271  0.266  0.261  0.256  0.251  0.247  0.242  0.237  0.233  0.229  0.225  0.221  0.217  0.213  0.209  0.206  0.202  0.199  0.195  0.192  0.189  0.186  0.183  0.180  0.177 

Appendix B  Design procedures for an unrestrained beam to EN 1993    B2  Design of a steel beam against lateral torsional buckling using alternative design  method to Clause 6.3.2.3     1.  Determine the buckling length of the steel beam.    2.  Calculate  M cr  and  Wpl , y f y .   

 2 EI M cr  C1 2 z L cr

0. 5   I   L2cr GI t w          C z C z 2 C z C z  2 g 3 j 2 g 3 j    2   I z  EI z  

where  I z , I t , I w  are the section properties,  E  is the Young’s modulus,    G 

is the shear modulus,  G 

 

E ,  2 21    L cr   is the buckling length of the steel beam,  L cr  kL , and  k  is the  effective length coefficient,  C1 , C 2 , C 3  are the factors depending on the shape of the bending moment  diagram, end restraint conditions and loading conditions as listed  in Table B1.1,  is the vertical distance of the loading position above the shear  zg  

 

zj 

centre,  is the relative distance to the shear centre.  It is simply taken as 0 

     

for uniform doubly symmetric cross‐sections.    3. 

Calculate the non‐dimensional slenderness,   LT  of the steel beam. 

 

 LT 

Wy f y M cr

where   w   



 LT w   1

Wy Wpl , Rd

,  

Wy  Wpl , y  for Class 1 and 2 cross‐sections, 

 

 Wel,y  for Class 3  cross‐sections, 

 

 Weff,y for Class 4 cross‐sections, 

 

 

Wpl, y  

is the plastic section modulus for Class 1 and 2 sections, 

 

Wel, y  

is the elastic section modulus for Class 3 sections, 

 

Weff , y  

is the effective elastic section modulus for Class 4 sections, 

 

fy  

is the yield strength. 

     

B6

4. 

Choose a suitable lateral buckling curve for rolled sections or equivalent welded  sections from Table B2.1, and hence, the imperfection factor,   LT can be obtained  from Table B2.2. 

  Table B2.1.  Selection of buckling curves for rolled sections and equivalent welded sections    Cross‐section 

Limits h/b ≤ 2 h/b > 2  h/b ≤ 2 h/b > 2 

Rolled I‐sections  Welded sections 

Buckling curve  b  c  c  d 

    Table B2.2.    Recommended imperfection factor values for lateral torsional buckling curves    Buckling curve  Imperfection factor,   LT  

a

b

c



0.21 

0.34 

0.49 

0.76 

    5. 

Determine the parameter   LT . 

 

 LT  0.5 1   LT  LT   LT,0   2LT  

 

   





For rolled sections,   LT ,0    = 0.4   (maximum value)    = 0.75 (minimum value)  For welded sections,   LT ,0    = 0.2   (maximum value)    = 1.0   (minimum value) 

  6. 

Calculate the reduction factor,   LT . 

 

 LT 

     

Reduction factor,   LT  can also be obtained from Tables B2.4 and B2.5. 

1 2

LT  LT   LT

2

    but    LT  1.0  and   LT 

 

   

B7

1  LT

2

 

7. 

Calculate the modified reduction factor,   LT , mod  

 

 LT, mod 

 LT    but  LT, mod  1.0 f

where  f    

is the correction factor for the moment distribution 





 1  0.51  k c  1  2.0 LT  0.8  



2

kc   is a correction factor according to Table B3.3.      Table B2.3.  Correction factors  k c     Moment distribution 

kc  

   1 

1.0

  1    1  

1   1.33  0.33

0.94

 

0.90

 

0.91

 

0.86

 

0.77

 

0.82

 

    8. 

Calculate the buckling moment resistance,  M b,Rd  

 

M b, Rd   LT ,mod Wy where   M1  

 

fy  M1

is the partial factor for resistance of the steel beam to instability.   

   

B8

Table B2.4.  Reduction factor,   LT  for lateral torsional buckling of rolled sections  Reduction factor,   LT  

 

Buckling curve 

 

 LT  0.00  0.02  0.04  0.06  0.08  0.10  0.12  0.14  0.16  0.18  0.20  0.22  0.24  0.26  0.28  0.30  0.32  0.34  0.36  0.38  0.40  0.42  0.44  0.46  0.48  0.50  0.52  0.54  0.56  0.58  0.60  0.62  0.64  0.66  0.68  0.70  0.72  0.74  0.76  0.78  0.80  0.82  0.84  0.86  0.88  0.90  0.92  0.94  0.96  0.98  1.00 







 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.992  0.984  0.976  0.968  0.960  0.952  0.943  0.935  0.926  0.917  0.908  0.899  0.889  0.880  0.870  0.860  0.849  0.839  0.828  0.817  0.806  0.795  0.783  0.772  0.760  0.748  0.736  0.724  0.712  0.700 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.989  0.978  0.966  0.955  0.944  0.932  0.921  0.909  0.898  0.886  0.874  0.862  0.850  0.838  0.826  0.813  0.801  0.789  0.776  0.764  0.751  0.739  0.726  0.713  0.701  0.688  0.676  0.664  0.651  0.639 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.983  0.966  0.949  0.932  0.916  0.900  0.883  0.867  0.852  0.836  0.820  0.805  0.790  0.775  0.760  0.745  0.730  0.716  0.702  0.688  0.674  0.660  0.647  0.634  0.621  0.608  0.596  0.584  0.572  0.560 

                                                                                                     

   

B9

Reduction factor,   LT    LT  1.00  1.02  1.04  1.06  1.08  1.10  1.12  1.14  1.16  1.18  1.20  1.22  1.24  1.26  1.28  1.30  1.32  1.34  1.36  1.38  1.40  1.42  1.44  1.46  1.48  1.50  1.52  1.54  1.56  1.58  1.60  1.62  1.64  1.66  1.68  1.70  1.72  1.74  1.76  1.78  1.80  1.82  1.84  1.86  1.88  1.90  1.92  1.94  1.96  1.98  2.00 

Buckling curve  b 





0.700  0.687  0.675  0.663  0.651  0.639  0.626  0.614  0.603  0.591  0.579  0.568  0.556  0.545  0.534  0.524  0.513  0.503  0.493  0.483  0.473  0.463  0.454  0.445  0.436  0.427  0.419  0.410  0.402  0.394  0.387  0.379  0.372  0.365  0.358  0.351  0.344  0.338  0.332  0.326  0.320  0.314  0.308  0.302  0.297  0.292  0.287  0.282  0.277  0.272  0.267 

0.639  0.627  0.615  0.603  0.592  0.580  0.569  0.557  0.546  0.536  0.525  0.514  0.504  0.494  0.484  0.475  0.465  0.456  0.447  0.438  0.429  0.421  0.413  0.405  0.397  0.389  0.382  0.374  0.367  0.360  0.353  0.347  0.340  0.334  0.328  0.322  0.316  0.310  0.305  0.299  0.294  0.289  0.284  0.279  0.274  0.269  0.265  0.260  0.256  0.252  0.247 

0.560  0.548  0.537  0.526  0.515  0.505  0.494  0.484  0.474  0.465  0.455  0.446  0.437  0.428  0.420  0.412  0.403  0.395  0.388  0.380  0.373  0.366  0.359  0.352  0.345  0.339  0.332  0.326  0.320  0.314  0.309  0.303  0.298  0.292  0.287  0.282  0.277  0.272  0.268  0.263  0.259  0.254  0.250  0.246  0.242  0.238  0.234  0.230  0.227  0.223  0.219 

Table B2.5.   Reduction factor,   LT  for lateral torsional buckling of welded sections  Reduction factor,   LT  

 

Buckling curve 

 

 LT  0.00  0.02  0.04  0.06  0.08  0.10  0.12  0.14  0.16  0.18  0.20  0.22  0.24  0.26  0.28  0.30  0.32  0.34  0.36  0.38  0.40  0.42  0.44  0.46  0.48  0.50  0.52  0.54  0.56  0.58  0.60  0.62  0.64  0.66  0.68  0.70  0.72  0.74  0.76  0.78  0.80  0.82  0.84  0.86  0.88  0.90  0.92  0.94  0.96  0.98  1.00 







 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.993  0.986  0.979  0.971  0.964  0.957  0.949  0.942  0.934  0.926  0.918  0.910  0.902  0.893  0.884  0.875  0.866  0.857  0.847  0.837  0.827  0.816  0.806  0.795  0.784  0.772  0.761  0.749  0.737  0.724  0.712  0.699  0.687  0.674  0.661  0.648  0.635  0.623  0.610  0.597 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.990  0.980  0.969  0.959  0.949  0.939  0.929  0.918  0.908  0.897  0.887  0.876  0.865  0.854  0.843  0.832  0.820  0.809  0.797  0.785  0.773  0.761  0.749  0.737  0.725  0.712  0.700  0.687  0.675  0.662  0.650  0.637  0.625  0.612  0.600  0.588  0.575  0.563  0.552  0.540 

1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  0.984  0.969  0.954  0.938  0.923  0.909  0.894  0.879  0.865  0.850  0.836  0.822  0.808  0.793  0.779  0.765  0.751  0.738  0.724  0.710  0.696  0.683  0.670  0.656  0.643  0.630  0.617  0.605  0.592  0.580  0.568  0.556  0.544  0.532  0.521  0.510  0.499  0.488  0.477  0.467 

         

                   

 

                   

 

     

   

B10

Reduction factor,   LT    LT  1.00  1.02  1.04  1.06  1.08  1.10  1.12  1.14  1.16  1.18  1.20  1.22  1.24  1.26  1.28  1.30  1.32  1.34  1.36  1.38  1.40  1.42  1.44  1.46  1.48  1.50  1.52  1.54  1.56  1.58  1.60  1.62  1.64  1.66  1.68  1.70  1.72  1.74  1.76  1.78  1.80  1.82  1.84  1.86  1.88  1.90  1.92  1.94  1.96  1.98  2.00 

Buckling curve  b 





0.597  0.584  0.572  0.559  0.547  0.535  0.523  0.512  0.500  0.489  0.478  0.467  0.457  0.447  0.437  0.427  0.417  0.408  0.399  0.390  0.382  0.373  0.365  0.357  0.350  0.342  0.335  0.328  0.321  0.314  0.308  0.302  0.295  0.289  0.284  0.278  0.273  0.267  0.262  0.257  0.252  0.247  0.243  0.238  0.234  0.229  0.225  0.221  0.217  0.213  0.209 

0.540  0.528  0.517  0.506  0.495  0.484  0.474  0.463  0.453  0.443  0.434  0.424  0.415  0.406  0.397  0.389  0.380  0.372  0.364  0.357  0.349  0.342  0.335  0.328  0.321  0.315  0.308  0.302  0.296  0.290  0.284  0.279  0.273  0.268  0.263  0.258  0.253  0.248  0.243  0.239  0.235  0.230  0.226  0.222  0.218  0.214  0.210  0.207  0.203  0.200  0.196 

0.467  0.457  0.447  0.438  0.428  0.419  0.410  0.401  0.393  0.384  0.376  0.368  0.361  0.353  0.346  0.339  0.332  0.325  0.318  0.312  0.306  0.299  0.293  0.288  0.282  0.277  0.271  0.266  0.261  0.256  0.251  0.247  0.242  0.237  0.233  0.229  0.225  0.221  0.217  0.213  0.209  0.206  0.202  0.199  0.195  0.192  0.189  0.186  0.183  0.180  0.177 

Appendix B  Design procedures for an unrestrained beam to EN 1993    B3  Design of a steel beam against lateral torsional buckling for rolled or equivalent  welded I, H or channel sections using the design method given in the Steel  Designer’s Manual    1.  Determine the buckling length of the steel beam.    2. 

Calculate the non‐dimensional slenderness   LT  of the steel beam. 

 

 LT 

1 UV z  w    for rolled I‐, H‐ and channel sections  C1

where  C1    



 



 

 

is a factor that depends on the shape of bending moment diagram  as listed in Table B3.1,  is a section property (given in section property tables, which may  conservatively be taken as 0.9),  is a parameter related to slenderness, and for symmetric rolled  sections where the loads are not destabilising, may be  conservatively taken as 1.0,  1 or as  V  ,  2  z  1 4 1   20  h / t f 

 

L cr   in which  L cr  is the buckling length in the buckling plane  iz considered.   z    z ,  1 is the distance between points of lateral restraints,  L 

 

1  

 

w 

 

Wy  Wpl, y  for Class 1 and 2 cross‐sections, 

 

 Wel , y   for Class 3  cross‐sections, 

 

 Weff , y  for Class 4 cross‐sections, 

where   z 

 

235 E  93.9 , where    ,  fy fy

Wy Wpl , Rd

, and 

   

Wpl,y  

is the plastic section modulus of Class 1 and 2 sections, 

 

Wel ,y  

is the elastic section modulus of Class 3 sections, 

 

Weff ,y  

is the effective elastic section modulus of Class 4 sections, 

 

fy  

is the yield strength. 

 

It is conservative to assume that the product  UV  0.9  and that   w  1.0  

 

B11

Table B3.1.  Values of  C1  for various moment conditions (load is not destabilising)    1     End Moment Loading  C1 +1.00 +0.75  +0.50  +0.25  0.00  ‐0.25  ‐0.50  ‐0.75  ‐1.00 

       

M

 M

 1    1    

Intermediate transverse loading 

2/3 1/3  

    3. 

C1  

1.00  0.92  0.86  0.80  0.75  0.71  0.67  0.63  0.60 

1.00 1.17  1.36  1.56  1.77  2.00  2.24  2.49  2.76 

    0.94      0.62 

    1.13      2.60 

    0.86      0.77 

    1.35      1.69 

Choose a suitable lateral buckling curve for rolled sections or equivalent welded  sections from Table B3.2, and hence, the imperfection factor,   LT , is obtained from  Table B3.3. 

  Table B3.2.  Selection of buckling curves for rolled sections and equivalent welded sections    Cross‐section 

Limits h/b  2 2  h / b  3. 1   h / b  3 .1   h/b  2 h/b  2  

Rolled I‐sections  Welded sections 

Buckling curve  b  c  d  c  d 

  Table B3.3.  Recommended values for imperfection factor for lateral torsional buckling  curves    Buckling curve  Imperfection factor,   LT  

a

b

c



0.21 

0.34 

0.49 

0.76 

   

B12

4.                        5.            6. 

Determine the parameter   LT . 





 LT  0.5 1   LT  LT   LT ,0    2LT  

For rolled sections,   LT,0   = 0.4   (maximum value) 

 

= 0.75 (minimum value) 

For welded sections,   LT,0   = 0.2   (maximum value) 

 

= 1.0   (minimum value) 

Calculate the reduction factor,   LT . 

 LT 

1 2

LT  LT   LT

2

   but     LT  1.0  and   LT 

1  LT

2

 

Reduction factor,   LT  can also be obtained from Tables B2.4 and B2.5.  Calculate the buckling moment resistance,  M b,Rd . 

   

M b,Rd 

 LT Wy f y  M1

 

  where   M1  

is the partial factor for resistance of the beam to instability. 

         

   

B13

Appendix C    C1    1.   

Design procedures for a column member under combined axial  compression and bending to EN 1993: 1‐1 

Interaction of combined axial compression and bending to Clause 6.3.3 using the  design method given in the U.K. National Annex   Members subjected to combined bending and axial compression should satisfy: 

M  M y , Ed  M z , Ed M N Ed  k yy y , Ed  k yz z , Ed  1  , and  M z , Rk  y N Rk  LT M y , Rk  M1  M1  M1

 

 

M  M y , Ed  M z , Ed M N Ed  k zy y , Ed  k zz z , Ed  1  M z , Rk  z N Rk  LT M y , Rk  M1  M1  M1

 

  where  N Ed     M y , Ed  

is the design value of the compression force,  is the design value of the maximum moment about the y‐y axis, 

 

M z , Ed  

is the design value of the maximum moment about the z‐z axis, 



M y , Ed  

is the moment due to the shift of the centroidal axis about the 

M z , Ed  

major axis for Class 4 sections,  is the moment due to the shift of the centroidal axis about the 

  

N Rk  

 

M y ,Rk  

minor axis for Class 4 sections,  is the design resistance of the cross‐section for uniform  compression.  is the design moment resistance of the cross‐section about the y‐y 

 

M z , Rk  

axis.  is the design moment resistance of the cross‐section about the z‐z 

 

axis.  k yy , k yz , k zy , k zz  are the interaction factors to be calculated by Method A and  B as illustrated in Annexes A and B of  EN 1993‐1‐1: 2005. 

  2.   

Method  B  is  recommended  by  SCI‐P362  as  a  simplified  approach  for  manual  calculations.  Use of either method is permitted by the U. K. National Annex.   

   

C1

3.  Calculate interaction factors, kij by Method A    Table C.1  Interaction factors for combined axial compression and bending    Interaction factors 

k yy

Design assumptions Elastic cross‐sectional properties Plastic cross‐sectional properties Class 3, class 4  Class 1, class 2  C myC mLT

k zy

C myC mLT

C mz

z N 1  Ed N cr , y

y 1 N 1  Ed C yy N cr , y

y wz 1 0 .6 N Ed C yz w y 1 N cr , z

C myCmLT

z N 1  Ed N cr , z

C mz

k zz

CmyC mLT

y N 1  Ed N cr , z

Cmz

k yz

y N 1  Ed N cr, y

wy z 1 0.6 N wz 1  Ed Czy N cr , y

C mz

z 1 N Ed C zz 1 N cr , z

Auxiliary terms:    Wel, y 1.6 2 1.6 2 2    C yy  1  w y  1  2  C my  max  C my  max n pl  b LT     wy wy Wpl, y   



N Ed N cr , y   y  N 1   y Ed N cr , y



1

N 1  Ed N cr , z   z  N 1   z Ed N cr , z wy  wz 

n pl 

Wpl, y Wel, y Wpl, z Wel, z

 1. 5    1 .5  

N Ed   N Rk /  M1

C my  see Table A.2 

a LT

I  1 T  0 Iy

with  b LT  0.5a LT 20

M y, Ed

 LT M pl, y , Rd M pl, z , Rd

 

  C2 2  w z Wel, z C yz  1  w z  1  2  14 mz 5max n pl  c LT   0.6     w y Wpl, z wz    with  cLT  10a LT

20

M y, Ed

5  4z

CmyLTM pl, y, Rd

 

  C 2my 2max  w y Wel, y C zy  1  w y  1  2  14 n pl  d LT   0.6   5 w z Wpl, y   w y   



with  d LT  2a LT



M y , Ed

0 0 .1 

4z

M z , Ed

C my  LT M pl, y , Rd C mz M pl, z , Rd

 

 1.6 2  W 1.6 2 2  Czz  1  w z  1  2  Cmz max  Cmz max n pl  eLT   el, z   wz wz   Wpl, z  with  e LT  1.7a LT

M y, Ed 0   0.1  4z C my  LT M pl, y, Rd

     

M z , Ed

C2

Table C.1   

(continued) 

 y max  max   z  0      = non‐dimensional slenderness for lateral‐torsional buckling due to uniform bending moment, 

 

i.e.   y  1.0  in Table C.2 

 LT    =  non‐dimensional slenderness for lateral‐torsional buckling 

  N N  If 0  0.2 C1 4 1  Ed 1  Ed   N cr , z  N cr ,TF    

C my  C my ,0

 

Cmz  Cmz,0   C mLT  1 .0  

  N  N If 0  0.2 C1 4 1  Ed 1  Ed   N  N  cr , z  cr , TF  

C my  Cmy,0  1  C my,0

 

Cmz  Cmz,0



C mLT  C 2my

y  y 

M y, Ed

A  for class 1,2 and 3 cross‐sections  N Ed Wel, y

M y , Ed A eff  for class 4 cross‐sections  N Ed Weff , y

N cr , y   = elastic flexural buckling force about the y‐y axis 

Ncr, z   = elastic flexural buckling force about the z‐z axis  N cr ,T   = elastic torsional buckling force  IT  

= St. Venant torsional constant 

Iy  

= second moment of area about y‐y axis 

     

 

   

C3



 y a LT

1   y a LT

a LT  1  N Ed  N cr , z 

 1  N Ed  N cr , T 

   

1

Table C2    Equivalent uniform moment factors,  Cmi,0     Cmi,0

Moment diagram 

C mi,0  0.79  0.21 i  0.36 i  0.33

-1  ψ  1

 

  2 EI  N i x  1 Ed C mi ,0  1   2  L M x   N cr ,i i ,Ed   Mi, Ed x   is the maximum moment  M y,Ed  or  M z, Ed  

M x M x  

 x is the maximum member displacement along the member 

C mi , 0  1  0.18

N Ed N cr , i

C mi , 0  1  0.03

N Ed N cr , i

 

                 

 

   

N Ed N cr ,i

C4

4.  Calculate interaction factors, kij by Method B    Table C.3  Interaction factors for combined axial compression and bending    Design assumptions  Interaction  factors 

Type of sections 

Elastic cross‐sectional properties  Class 3, class 4 

Plastic cross‐sectional properties  Class 1, class 2 

k yy

I‐sections  RHS‐sections 

  N Ed  C my 1  0.6  y   N /   y Rk M 1     N Ed   C my 1  0.6   N  y Rk /  M1  

  N Ed  C my 1   y  0.2   N /   y Rk M 1     N Ed   C my 1  0.8   N  y Rk /  M1  

k yz

I‐sections  RHS‐sections 

k zz

0.6 k zz

k zy

I‐sections  RHS‐sections 

0.8 k yy

0.6 k yy



  N Ed  C mz 1  2  z  0.6  z N Rk /  M1     N Ed   C mz 1  1.4 N /   z Rk M1  



I‐sections    N Ed  C mz 1  0.6 z  z N Rk /  M1     N Ed   C mz 1  0.6   N / z Rk M1  

k zz

RHS‐sections 





  N Ed  C mz 1   z  0.2   N / z Rk M1     N Ed   C mz 1  0.8   N / z Rk M1  





For I‐ and H‐sections and rectangular hollow sections under axial compression and uniaxial bending  M y,Ed ,   the coefficient  k zy  may be  k zy  0 . 

       

 

   

C5

Interaction factors  k ij  for members susceptible to torsional deformations 

Table C.4   

Design assumptions  Interaction  Elastic cross‐sectional properties Plastic cross‐sectional properties  factors  Class 3, class 4  Class 1, class 2  k yy

k yy from Table C.3 

k yy from Table C.3 

k yz

k yz from Table C.3 

k yz from Table C.3 

  N Ed 0.05 z 1    C mLT  0.25  z N Rk /  M1  

k zy

  N Ed 0.1 z 1  C  mLT  0.25  z N Rk /  M1      N Ed 0.1   N Ed 0.05   1   1      C mLT  0.25  z N Rk /  M1    C mLT  0.25  z N Rk /  M1   for  z  0.4 :

k zz  

   

 

k zy  0.6   z  1 

k zz from Table C.3 

k zz from Table C.3 

 

   

C6

N Ed 0.1 z C mLT  0.25  z N Rk /  M1

Table C.5   

Equivalent uniform moment factors,  C m  in Tables C.3 and C.4  Cmy  and Cmz  and CmLT 

Moment diagram 

Range  Uniform loading 

M1

1    1  

ψM1

Concentrated load 

0 . 6  0 .4   0 .4  

 

0  s  1   Mh

ψM h

h  Ms / Mh  

Ms

  h  M h / Ms  

0.2  0.8 s  0.4  

0.2  0.8 s  0.4  

0    1 

0.1  0.8 s  0.4  

0.8 s  0.4  

1    0  

0.11     0.8 s  0.4  

0.2    0.8 s  0.4  

1    1  

0 .95  0 .05  h  

0 .90  0 .10  h

 

0   1 

0.95  0.05  h  

0.90  0.10  h

 

1    0  

0.95  0.05 h 1  2   

0.90  0.10  h 1  2   

1   s  0  

 

0  s  1  

ψM h

Mh

1    1  

 

1   s  0  

For members with sway buckling mode the equivalent uniform moment factor should be taken  C my  0.9 or  C mz  0.9  respectively.  C my ,  C mz  and  C mLT  should  be  obtained  according  to  the  bending  moment  diagram  between  the 

relevant braced points as follows:  moment factor  Bending axis  C my   y‐y 

   

Points braced in direction z‐z 

C mz  

z‐z 

y‐y 

C mLT  

y‐y 

y‐y 

 

   

C7

 

Table C.6   

Interaction factors for combined axial compression and bending  Design Assumptions  Criteria 

Section 

Class 1 and 2  cross‐sections 

Class 3   cross‐sections 

k yy

‐ 

All 

Figure C.1 

Figure C.2 

C my

k yz

‐ 

All 

0.6 k zz

k zz

‐ 

Member not susceptible  to torsional deformation 

RHS sections 

Figure C.1 

Figure C.2 

C mz

Member susceptible to  torsional deformation 

I sections 

Figure C.1 

Figure C.2 

C mz

Member not susceptible  to torsional deformation 

All 

0.6 

0.8 

‐ 

Member susceptible to  torsional deformation 

All 

Figure C.1 

Figure C.2 

C mLT

k zz

k zy  

  (1) C ‐Factors may be obtained from Table C.5.  (2) In Figure C.1 and Figure C.2,  k zy is based on the conservative assumption that  C mLT  1.0 . 

   

 

   

C Factor 

Interaction  Factors 

C8

2.8

2.0 N N ,

1.8

2.6

N N ,

1.0 ,

2.4

1.0 ,

2.2

0.8

0.8

2.0

1.6 k C

k C

0.6

0.6 1.8 0.4

1.6

1.4 0.4

1.4 0.2

1.2

0.2

1.2 1.0

1.0

0.8 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0.0

0.5

1.0

1.5

Non‐dimensional slenderness λ

Non‐dimensional slenderness λ

a)  Interaction factor kyy 

b)  Interaction factor kzz 

1.00

2.0

2.0 N N ,

0.2 ,

1.8

0.4

0.95

N N ,

1.0 ,

0.8

0.6 1.6 k C

0.90

k C

0.8

0.6 1.4

0.2

0.4

0.85 1.2

0.2

1.0

0.80 0.0

0.5

1.0

1.5

0.0

2.0

0.5

1.0

Non‐dimensional slenderness λ

c)  Interaction factor kzy 

Interaction factor kij for Class 1 and 2 sections 

Figure C.1.   

   

2.0

d)  Interaction factor kzz for RH Sections 

     

1.5

Non‐dimensional slenderness λ

C9

1.7

1.7 N N ,

1.6

1.0

1.6

,

1.0 ,

0.8

1.5

0.8

1.5

N N ,

1.4 k C

1.4

k C

0.6

0.6

1.3 0.4

1.3 0.4

1.2 0.2

1.2 1.1 0.2 1.1

1.0

1.0

0.9 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0.0

0.5

1.0

Non‐dimensional slenderness λ

Non‐dimensional slenderness λ

a)  Interaction factor kyy 

b)  Interaction factor kzz 

1.00 N N ,

0.99

0.2 ,

0.98 0.4 0.97 k

0.6

0.96 0.95

0.8

0.94 1.0 0.93 0.92 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Non‐dimensional slenderness  ̅

c)  Interaction factor kzy for I sections 

 

  Figure C.2. 

Interaction factor kij for Class 3 sections 

 

   

1.5

C10

2.0

Appendix D     Worked Examples to EN 1993‐1‐1    Part I   Section analysis and section resistance    Worked Example I-1     Determination of section resistances   Question  Determine the section resistance of a steel beam as shown:  457 × 152 × 52 kg/m I‐section S355 

t f = 10.9

219.45

203.8

hw = 428.0

h = 449.8

     

tw = 7.6

  b = 152.4

D1

Solution    Section properties of 457 × 152 × 52 kg/m I‐section:    h = 449.8 mm b = 152.4 mm d = 407.6 mm tw = 7.6 mm tf = 10.9 mm r = 10.2 mm  

b z

tw h

d

y

r

Calculate cross‐sectional area, A  A

A fillet

Ag

y

= A w  2A f z =  h  2t f  t w  2 b t f = (449.8- 2 ×10.9)× 7.6 + 2 ×152.4×10.9 = 3253 mm2 + 3322 mm2 (c.f. 66.6 cm2 or 6660 mm2 from tabulated data)  = 6575 mm2

t

  = 4  10.2 2  1    89.3 mm2  4 = A  A fillet = 6575 + 89.3 = 6664.3 mm2

  In general, fillets are neglected in most design.    Calculate second moment of area, I  Iy

Ifillet

 7.6  428 .0 3  152 .4  10 .9 3 = 2    152 .4  10 .9  219 .45 2   12 12   = 2  16.45  10 3  80.0  10 6   49.66  10 6 = 160.03  10 6  49.66  10 6 = 209.69  10 6 mm4 or 20969 cm4 2  10 .2 4   10 .2 2 10 .2    4   =4    10 .2 4   10 .2 2   214     12 2   16 9   4   2 4  10 .2      214  10 .2   3    = 4 902  4540  10 3  594  3540  10 3 = 4.00  10 6 mm4



Ig



= I y  I fillet = 213 .69  10 6 mm4

D2

 

Calculate the elastic section modulus, Wel 

Wel,y

Iy

213.69  10 6 h/2 449.8 / 2 = 950.2  103 mm3 = 950.2 cm3

=



49.66  10 6 449 .8 / 2 = 220 .8  10 3 mm3 = 220.8 cm3

Wel,y,w =  

160.03  10 6 449.8 / 2 = 711.6 103 mm3 = 711.6 cm3

Wel,y,f =    

Wel, y,w Wel,y

=

220.8 = 950.2

0.232

=

711.6 = 950.2

0.749

 

Wel,y,f Wel,y  

D3

Calculate the plastic section modulus, Wpl

Wpl,y0

= b t f h w  t f   h w t w

hw 4

= 152.4  10.9  428.0  10.9  

428.0 2  7.6 4

= 729.1  10  348.0  10 = 1077 .1  103 mm3 or 1077 cm3 3

3

  2  h r  r 2  h w 4r     r Wpl,y,fillet = 4 r 2  w       3     2 2  4  2 = 4  21.7  103  17.0  103 = 18.8  103 mm3



Wpl,y



= Wpl, y0  Wpl,fillet = 1077 .1  103  18.8  103 mm3 = 1095.9  103 mm3 or 1096 cm3       (c.f. 1100 cm2 from tabulated data) 

 

Wpl , y , w Wpl , y

Wpl , y , f Wpl , y

=

348 .0 = 0.318 1096

=

729 .1 = 0.665 1096

 

The shape factor of I‐section  =

Wpl, y Wel, y

=

1096 = 1.18 932

2

Wpl,z

b2tf h w tf  4 4 10.9 7.62  428  = 2  152.42  4 4 3 3 = 126.6  10  6.18  10

= 2

= 132.8 cm3  

      (c.f. 133 cm2 from tabulated data)   

D4

hw

tw

Typical section properties in an I‐section  Area  A

Elements 

Second moment of area  I

(cm2)

ratio 

(cm4)

ratio 

Flanges  Web  Fillet 

3322 3253 89

0.498 0.488 0.014

16003 4966 400

0.750 0.232 0.018

Total 

6664

1

21369

1

Elastic modulus  Wel

Elements 

Plastic modulus  Wpl

(cm3)

ratio 

(cm3)

ratio 

Flanges  Web  Fillet 

711.6 220.8 17.8

0.749 0.232 0.019

729.1 348.0 18.8

0.665 0.318 0.017

Total 

950.2

1

1095.9

1

Perform section classification  Since tf = 10.9 mm and tw = 7.6 mm, i.e. the nominal material thickness is less than 16 mm,  the nominal value of yield strength fy for grade S355 steel is 355 N/mm2.  f y  355 N / mm 2

=

 

235 / f y  235 / 355  0.81

     [Cl. 5.5]

  Web – subject to bending:

 

 

[Table 5.2] 



= cw cw / tw =

h – 2tf – 2r 407.6 / 7.6

= 407.6 mm = 53.6

 

Limit for Class 1 web   = 72 = 58.32



The web is Class 1.

 

D5

 53.6

[Table 5.2] 

Flange under compression:    cf = b  t w  2r  / 2 ⇒  

= 62.2 mm

cf / t f = 62.2 / 10.9

= 5.71

Limit for Class 1 flange  = 9 ⇒ 

 5.71

= 7.3

 

The flanges are Class 1. 

The overall cross‐section classification is Class 1 subject to bending.   

Summary  Hence, the design resistance of the cross‐section for uniform compression, Nc,Rd is 

N c, Rd =

A  fy

 M0



6660  355 103 1.0

[Cl. 6.2.4 (2)]

= 2364 kN The design resistance for bending about y‐y axis,  M c, y, Rd  is 

M c, y, Rd =

Wpl, y  f y



 M0

1100  103  355  106 1.0

[Cl. 6.2.5 (2)]

= 390.5 kNm The design resistance for bending about z‐z axis,  M c , z , Rd  is 

M c,z ,Rd =

Wpl, z  f y



 M0

133  103  355  106 1.0

tw + 2r

= 47.2 kNm

0.5tf

The design shear resistance,  Vc, Rd  is   

Vpl, Rd   =



Av fy / 3  M0

 , where 

 

M0

 

hw

[Cl. 6.2.6 (2)] 

 

 1.0

where 

and 

 

0.5t b

Av

= A  2 b t f  t w  2r  t f but not less than  h w t w  

Av

= 6660  2 152.4 10.9  7.6  2 10.2 10.9 = 3642.9 mm2 

Av

> h w t w = 1.0 × (449.8 – 2 × 10.9) × 7.6 = 3252.8 mm2

Vpl, Rd   =





3642.9  355 / 3  10 3 = 746.6 kN 1.00

D6



Part I   Section analysis and section resistance    Worked Example I-2       Cross section resistance under combined bending and shear force  Question  Determine the design moment resistance of a steel beam under high shear with the following  details: 

457 × 152 × 52 kg/m I‐section S355  Shear force ratio,  VEd / Vpl, Rd = 0.8 

 

  t f = 10.9

219.45

203.8 h = 449.8

hw = 428

tw = 7.6

b = 152.4

D7

Solution  Resistance against bending and shear force    For 457 x 152 x 52 kg/m I‐section S355   

M y , V , Rd

 A 2w   Wpl , y  4 t   f y w    M0

but  M y,V,Rd  M y,c,Rd    

 

 

[Cl. 6.2.8]

where  2

 

 2V     Ed  1   V   pl,Rd 

 

A 2w h 2w t w 4282  7.6    348.0  103 mm3 4t w 4 4

Wpl,w  

=

Wpl,y

= 1100  103 mm3

Wpl,w / Wpl,y  = 0.316

M y,c,Rd

= 355  1100  103  10 6

= 390.5 kNm

Moment resistance contributed by the top and the bottom flanges: = 390.5  1  0.316 = 267.1 kNm

Mpl,f  

VEd / Vpl ,Rd



M y ,V ,Rd (kNm)

M y ,V ,Rd / M y ,c ,Rd

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

0.00 0.04 0.16 0.36 0.64 1.00

390.5 385.6 370.7 346.0 311.4 267.0

1.000 0.987 0.949 0.886 0.798 0.684

 

  1.2

UNSAFE

1.0

Moment ratio, 

0.8

SAFE

0.6 0.4 0.2

Cl.6.2.8(5)

0.0 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

Shear ratio,  VEd / Vpl,Rd

  For a high shear load at VEd / Vpl,Rd = 0.8 M y ,V ,Rd

= 346.0 kNm

D8

1.0

1.2

 

 

Part I   Section analysis and section resistance    Worked Example I-3       Cross section resistance under combined bending and axial force  Question  Determine the design moment resistance of a steel beam under combined bending and axial  force with the following details:    457 × 152 × 52 kg/m I‐section S355    Axial compression force ratio,  N Ed / N pl ,Rd  = 0.8    a) Determine the design plastic resistance for bending about the y‐y axis reduced due to  the axial force  NEd .    b) Determine the design plastic resistance for bending about the z‐z axis reduced due to  the axial force  NEd .    c) Plot the failure criterion of the cross section under an interaction of bi‐axial bending  and axial force. 

 

 

t f = 10.9

219.45

203.8

hw = 428

h = 449.8

tw = 7.6

b = 152.4

D9

 

Solution  Resistance under combined bending and axial force    a)  For  457 ×  152 ×  52 kg/m I‐section  S355 subjected to combined major axis bending and    axial force 

N c, Rd = 2,334 kN If   N Ed  

N Ed

 0.25 N c , Rd  = 583.5 kN,    and   



0.5h w t w f y  M0



 

 

 

 

  [Cl. 6.2.9] 

0.5  428  7.6  355 10 3   577.4 kN , 1

Then allowance needs not be made for the effect of axial force on the plastic resistance  moment.    Otherwise, the design plastic resistance for bending about y‐y axis reduce due to the axial  force is:    1 n   M N , y, Rd  M pl, y, Rd , but  M N, y, Rd  M pl, y,Rd   1  0.5a where  N   n  Ed   N pl, Rd  

a

A  2bt f    

but  a  0.5  

A

   

 

1.20 1.00

Moment ratio, 

0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

Axial force ratio,  N Ed / N pl, Rd  

D10

1.0

1.2

 

 

N Ed

N pl,Rd

n

a

0.0

2,334

0.0

0.49

1.00

233.4 466.8 700.2 933.6 1167.0

2,334  2,334  2,334  2,334  2,334 

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0.49 0.49 0.49 0.49 0.49

1.00 1.00 0.93 0.80 0.66

1400.4 1633.8 1867.2 2100.6

2,334  2,334  2,334  2,334 

0.6 0.7 0.8 0.9

0.49 0.49 0.49 0.49

0.53 0.40 0.27 0.13

2,334.0

2,334 

1.0

0.49

0.00

For a high axial load at  N Ed / N pl , Rd  0.8   M N , y , Rd  0.27  390.5  105.4 kNm

 

M N, y, Rd / M pl, y, Rd  

 

D11

 

b)  For 457 x 152 x 52 kg/m I‐section S355 subjected to combined minor axis bending and    axial force  N c , Rd  2,334 kNm

If   N Ed 

h w t wfy



 M0

428  7.6  355  10 3  1,154.7 kN ,  1.00

then  allowance  needs  not  be  made  for  the  effect  of  axial  force  on  the  design  plastic  resistance for bending.  Otherwise, the design resistance for bending about the z‐z axis reduced due to the axial  force is:  For  n  a :  

M N , z , Rd  M pl , z , Rd  

 

For  n  a :  

  n  a 2  M N , z , Rd  M pl, z , Rd  1        1  a  

 

 

 

 

 

 

    [Cl. 6.2.9] 

1.20 1.00

Moment ratio, 

0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Axial force ratio,  NEd / Npl, Rd N Ed

N pl,Rd

n

a

M N, z, Rd / Mpl, z, Rd

0.0 233.4 466.8 700.2

2,334 2,334  2,334  2,334 

0.0  0.1  0.2 

0.49  0.49  0.49 

1.00  1.00  1.00 

933.6 1167.0 1400.4 1633.8

2,334  2,334  2,334  2,334 

0.3  0.4  0.5  0.6  0.7 

0.49  0.49  0.49  0.49  0.49 

1.00  1.00  1.00  0.96  0.83 

1867.2 2100.6 2,334.0

2,334  2,334  2,334 

0.8  0.9  1.0 

0.49  0.49  0.49 

0.63  0.36  0.00 

For high axial load at  N Ed / N pl, Rd  0.8   M N , z , Rd  0.63  47.2  29.7 kNm  

 

D12

1.2

 

c)  For biaxial bending, Clause 6.2.9.1 gives  2

 

 

 M y , Ed   M z , Ed       M N , z , Rd   M N , y , Rd 

5n

 1   

 

 

 

 

           [Cl. 6.2.9 (6)] 

For 457 x 152 x 52 kg/m I‐section of S355 subjected to bi‐axial bending and axial force   

N c , Rd  2,334 kN  

For a high axial compression,  N Ed  0.8 N c , Rd  1867 kN , the following criterion should  be used:  2

 

as  n  0.8  

A graphical presentation of the interaction curve is shown as follows:  Moment ratio about minor axis,  

 

4

 M y, Ed   M z , Ed       1     M N , z , Rd   M N , y, Rd 

1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

Moment ratio about major axis,  M y ,Ed / M N ,y ,Rd M y ,Ed / M N , y ,Rd

M z ,Ed / M N ,z ,Rd

0.00

1.00

0.10

1.00

0.20

0.99

0.30

0.98

0.40

0.96

0.50

0.93

0.60

0.89

0.70

0.85

0.80

0.77

0.90

0.66

1.00

0.00

D13

1.20

Part II    Member design      Worked Example II‐1   Design of a fully restrained steel beam  Question  Design a steel beam under the following condition:  Span          = 10 m (assuming simply supported)  Beam spacing      = 3 m  Loadings    Permanent actions      Dead load,  G k ,1                 = 3.0 kN/m2  = 1.0 kN/m2 

Superimposed dead load,  G k , 2    

 

 

   

Variable actions    Imposed load,  Q k ,1      

 

 

= 3.0 kN/m2 

 

Try 457 × 152 × 52 kg/m I‐section S355.      Check against bending, shear and deflection. 

 

 

Note: 

 

 

 

 

 

 

 

Deflection limit under variable action  

 

 

D14

L   360

 

b z

Solution  Section properties of 457 × 152 × 52 kg/m I‐section:    h = 449.8 mm b = 152.4 mm = 7.6 mm tf = 10.9 mm tw r = 10.2 mm Wpl,y

= 1,100  10 mm

Iy Iw A

= 21,400  104 mm4 = 311 109 mm6 = 6660 mm2

3

tw h

d

y

y

3

r

Iz = 645  10 4 mm4 It = 21.4  10 4 mm4 z

Material property:  Since tf = 10.9 mm and tw = 7.6 mm, i.e. the nominal material thickness is less than 16 mm,  the nominal value of the yield strength for grade S355 steel is:  fy E  G

= 355 N/mm2   2 = 210,000 N/mm = 0.3 = 81000 N/mm2

Span    = 10 m Contributive area   10  3  30 m 2 This beam is assumed to be simply supported.  a)    Loading.   

Dead load,  G k ,1   

 

= 3.0 kN/m2 

 

Superimposed dead load,  G k , 2    

= 1.0 kN/m2 

 

Live load,  Q k ,1    

= 3.0 kN/m2 

           

Factored load                              Design moment, M Ed               Design shear force, VEd  

   

 

 

 

 

 

           

    or   

       

 

 

= 1.40  3  1  1.60  3 = 10.4 kN/m2 = 31.2 kN/m for a width of 3 m  = 31.2  10   10 / 8 = 390.0 kNm = 31.2  10   0.5 = 156.0 kN

  b)    Try 457 × 152 × 52 kg/m I‐section S355.  c)    Perform section classification.  As demonstrated in Worked Example I‐1, the cross‐section classification is Class 1. 

 

D15

d)    Check for moment.  As demonstrated in Worked Example I‐1, the design resistance for bending about y‐y axis,  M c,Rd   is: 

M c, Rd  390.5 kNm

 

 M Ed  390.0 kNm

    [Cl. 6.2.5 (2)] 

 OK 

e)  Check for shear force.  As demonstrated in Worked Example I‐1, the design shear resistance  Vpl,Rd   is:  Vpl , Rd 

 



Av fy / 3 M0

 , where  

M0

 1.0

    [Cl. 6.2.6 (2)]

Vpl, Rd  746.6 kN  VEd  156.0 kN

 OK 

f)  Check for deflection.  Serviceability load 



= 3 kN/m2 = 9 kN/m for a width of 3 m

5 WL4 5 9  10,0004    26.1 mm   384 EI 384 210,000  21,400  104

 L / 360  10,000 / 360  27.8 mm

 OK   

 

Therefore, 457 × 152 × 52 kg/m I‐section S355 satisfies the design. 

 

D16

Part II    Member design      Worked Example II‐2    Design of an unrestrained steel beam against lateral torsional buckling  Question  As the structural details stated in Worked Example II‐1,    Loading during construction    = 1.5 kN/m2  Case I)  Span      Case II)  Span     

   

   

= 10 m with no intermediate restraint  = 10 m with one restraint at mid‐span 

Other design data are given in Worked Example II‐1. 

 

 

 

D17

Solution to Procedure B2 –    Use design method given in Appendix B2  Case I)  Span = 10 m with no intermediate restraint  a)  Evaluate the design load and the design moment.    Factored construction load,  w = 1.5 kN/m2 x 1.6 = 2.4 kN/m2 = 7.2 kN/m over a width of 3 m   = 7.2 x 102 / 8 = 90.0 kNm   Factored design moment, MEd      w = 6.75 kN/m       10 m  

b)  Buckling length,  L cr , z = 10 m.  c)  Try 457 x 152 x 52 kg/m I-section S355.  d)  Perform cross‐section classification – as demonstrated in Worked Example I‐1.  e)  Calculate the elastic critical moment and the plastic moment resistance.  0.5

2 2 EIz  I w Lcr , z GIT    M cr  C1  2 2 EIz  Lcr , z  I z

 

For a simply supported beam under uniformly distributed loading,  C1  1.132 . 

 

2  210,000  645  10 4  311  109 10,000 2  81,000  21.4  10 4    10 6   M cr  1.132    4 2 4 10,0002 645 10 210,000 645 10       

0.5

= 1.132  133,684  48,217  129,664   106 0.5

= 63.8 kNm For Class 1 section, 

M pl, Rd 

Wpl, yf y  M0

 1100  103  355 10 6  390.5 kNm    where   M 0  1.0     [Cl. 6.2.5 (2)] 

f)  Calculate the non‐dimensional slenderness,   LT .   LT 

Wpl, y f y M cr



390.5  2.47     63.8

 

 

g)  Determine the imperfection factor,   LT .   

 

D18

 

 

 

 

 

 

      [Cl. 6.3.2.2] 

Buckling curve c is used for sections with  h / b  2 ,   LT  0.49    

 

      [Cl. 6.3.2.3] 

h)  Calculate the reduction factor for lateral torsional buckling,   LT .    For rolled sections,   LT,0  0.4   and    0.75    







2



LT  0.5 1   LT  LT   LT , 0    LT   



 

 

 

 

 

      [Cl. 6.3.2.3] 

 

 

 

 

  [Cl. 6.3.2.3(2)] 



 0.5 1  0.49 2.47  0.4  0.75  2.472  3.29    LT 

1

 0.17  

3.29  3.292  0.75  2.47 2

but   LT  1.0   and   LT 

1  LT

2



1  0.16   2.47 2

  LT  0.16   i)    Calculate the modified reduction factor,   LT, mod . 







f  1  0.5  1 - k c  1 - 2.0  LT  0.8    



2

 

 

 



 1  0.5  1  0.94  1 - 2.0  2.47 - 0.8   2

 1.14  1    f  1    LT , mod   LT  0.16   j)    Calculate the design buckling resistance moment and check for structural adequacy.  M b , Rd   LT , mod

Wpl , y f y  M1

 0.16  390.5  62.5 kNm     where   M1  1.0      

 M Ed  90.0 kNm

Not OK. 

 

D19

[Cl. 6.3.2.1] 

Case II)  Span = 10 m with one restraint at mid‐span  a)  Evaluate the design load and the design moment.    The factored design moment is the same as that in case I),    i.e.  M Ed  90.0 kNm  

5m

w = 6.75 kN/m

10 m

b)  Buckling length,  Lcr, z  5 m .  c)  Try 457x152x52 I‐section S355.  d)  Perform cross‐section classification – as demonstrated in Worked Example I‐1.  e)  Calculate the elastic critical moment and the plastic moment resistance.   

 2 EI z M cr  C1 2 L cr , z

0 .5

 I w L cr , z 2GI T       2  Iz   EI z  

Conservatively, take  C1  1.0 .  0. 5

2  210,000  645  104  311  109 10,0002  81,000  21.4  104    10 6      M cr  1.0  4 2 4      5,0002 645 10 210,000 645 10  

= 1.0  534,735  48,217  129,664  106 0.5

= 225.5 kNm and  M pl , Rd 

Wpl , y f y M0

 390.5 kNm  

where   M0  1.0  

 

 

    [Cl. 6.2.5 (2)] 

f)  Calculate the non‐dimensional slenderness,   LT .   LT 

Wpl, y f y M cr



390.5  1.31   225.5

g)  Determine the imperfection factor,   LT .    Buckling curve c is used for sections with  h / b  2 ,   LT  0.49      

 

 

 

D20

 

      [Cl. 6.3.2.3] 

h)  Calculate the reduction factor of lateral torsional buckling,   LT .    For rolled sections,  LT,0  0.4   and    0.75      







2



LT  0.5 1   LT  LT   LT,0    LT   



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      [Cl. 6.3.2.3]  



 0.5 1  0.49 1.31  0.4  0.75  1.312  1.37    LT 

1 1.37  1.37  0.75  1.312 2

 0.47  

but   LT  1.0   and   LT 

1  LT

2



1  0.58   1.312

  LT  0.47   i)    Calculate the modified reduction factor,  LT, mod . 





f  1  0.5  1 - k c  1 - 2.0  LT  0.8



 2

 



where k c = 1.0 conservatively.    

  [Cl. 6.3.2.3(2)] 

 1  0.5  1  1 1 - 2.0  1.31 - 0.8   2

 1    LT,mod   LT  0.47   j)    Calculate the design buckling resistance and check for structural adequacy. 

M b,Rd   LT,mod  M Ed

Wpl,y f y

 0.47  390.5  183.5 kNm    where   M1  1.0        M1  90.0 kNm  OK. 

[Cl. 6.3.2.1] 

Therefore, 457 × 152 × 52 kg/m I‐section S355 with an intermediate restraint at mid‐span  satisfies the design check. 

 

 

 

D21

Solution to Procedure B3 –    Use design method given in Appendix B3  Case I)  Span = 10 m with no intermediate restraint  a)  Evaluate the design load and the design moment.    Factored construction load,  w = 1.5 kN/m2 x 1.6 = 2.4 kN/m2 = 7.2 kN/m over a width of 3 m MEd   = 7.2 x 102 / 8 = 90.0 kNm   Factored design moment,   w = 6.75 kN/m

10 m

b)  Try 457 x 152 x 52 kg/m I-section S355.  c)  Perform cross‐section classification – as demonstrated in Worked Example I‐1.  d)  Determine the buckling length,  Lcr , z = 10 m.  e)  Calculate the non‐dimensional slenderness,   LT .   LT 

1 UV  z  w C1

where 

C1  

 1.13 ; 

U

 0.859 ; E 210,000    76.4 ; fy 355

1

i

 31.1 mm ;

z

 10,000 / 31.1  321.5 mm ;

V



1 4

  LT  

1

1  z  20  h / t f

  

2



1 1  321.5  4 1   20  449.8 / 10.9 

z

  z / 1  321.5 / 76.4  4.21

w

1



for Class 1 sections

1 UV z  w C1

 

D22

2

 0.706 ;

 0.94  0.859  0.706  4.21 1    2.40 g)  Determine the imperfection factor,   LT , and the paramenter  LT .    Buckling curve b is used for sections with  2  h / b  3.1 ,   LT  0.49 .

 

h)  Calculate the reduction factor for lateral torsional buckling,  LT .   





LT  0.5 1  0.49 2.40  0.4  0.75 2.402  3.15  LT 

1 3.15  3.152  0.75  2.42

 0.18  1.0

i)  Calculate the design buckling resistance moment and check for structural adequacy. 

M b,Rd   LT

Wpl,y f y  M1

 0.18  390.5  70.3 kNm

where   M0  1.0   M b ,Rd  M Ed  90.0 kNm  

 

 

 Not OK. 

 

D23

Case II)  Span = 10 m with one restraint at mid‐span  a)  Evaluate the design load and the design moment.    Factored design moment is same as that in case I),    i.e.  MEd   = 90.0 kNm  5m

w = 6.75 kN/m

10 m

b)  Determine the buckling length,  L cr , z  5 m .  c)  Try 457 x 152 x 52 kg/m I‐section S355.  d)  Perform cross‐section classification – as demonstrated in Worked Example I‐1.  e)  Calculate the non‐dimensional slenderness,   LT .   LT 

1 UV  z  w C1

where  C1         U

 

E 210,000   76.4 fy 355

1

= 

i z

= 31.1 mm = L cr , z / i  5,000 / 31.1  160.8

V

=

z

=  z / 1  160.8 / 76.4  2.10 = 1     for Class 1 sections 

w  

= 1.00    for a conservative apprach;  = 0.859;

  LT =

1 1  z 4 1  20  h / t f

  

2



1 1  160.8  4 1   20  449.8 / 10.9 

2

 0.87

1 UV z w   C1

= 1.00  0.859  0.87  2.10  1 = 1.57 g)  Determine the imperfection factor,   LT , and the paramenter  LT .    Buckling curve b is used for sections with  2  h / b  3.1 ,   LT  0.49 . 

 

D24

h)  Calculate the reduction factor of lateral torsional buckling,  LT .   





LT  0.5 1  0.49  1.57 - 0.4  0.75 1.572  1.71      LT 

1 1.71  1.712  0.75  1.57 2

 0.36  1.0  

i)    Calculate the design buckling resistance moment and check for structural adequacy. 

M b,Rd   LT

Wpl,y f y  M1

 0.36  390.5  140.6 kNm  

where   M1  1.0  

 M Ed  90.0 kNm

 OK. 

Therefore, 457 × 152 × 52 kg/m I‐section S355 with an intermediate restraint at mid‐span  satisfies the design check.    Summary of the reduction factors for lateral torsional buckling,  χ LT   Procedure B2:  Design method given in Cl.6.3.2.3    Case I:     LT = 2.48      LT = 3.32      LT = 0.17 f = 0.16      LT , mod = 0.16   Case II:     LT = 1.31      LT = 1.37      LT = 0.47 f = 1.00      LT, mod = 0.47  

Procedure B3: Design method given in Steel Designers’ Manual  Case I:     LT = 2.40      LT = 3.15      LT = 0.18 

Case II:     LT = 1.57      LT = 1.71      LT = 0.36 

 

  Design  method  according  to  Procedure  B3  gives  a  more  safe  design  to  lateral  torsional  buckling.   



 

D25

Part II    Member design      Worked Example II‐3   Design of a steel column under axial compression Question  Design a steel column under the following condition:  Factored axial load,    Effective length,  ,       ,   

= 1000 kN  = 9.0 m    = 6.3 m 

Try 254 x 254 x 73 kg/m H‐section S355. 

                                  D26

 

Solution  Section properties of 254 x 254 x 73 kg/m H‐section S355:  b

h = 254.1 mm b = 254.6 mm t w = 8.6 mm

tf r

A Iy

z tw

= 14.2 mm = 12.7 mm = 93.1 102 mm2 = 11,400  104 mm4

y

d

h

r

Iz = 3,910  10 mm I w = 562  109 mm6 4

It

3

y tf

4

z

4

= 576 10 mm

Wel, y

= 898 103 mm3

Wpl , y

= 992 103 mm3

Material properties:  Since  t f   = 14.2 mm and  t w = 8.6 mm, i.e. the nominal material thickness is smaller than 16 mm,  the nominal value of the yield strength for grade S355 steel is:  = 355 N/mm2 = 210,000 N/mm2 = 0.3 = 81,000 N/mm2

fy E  G

 

a)  Evaluate the design load.  N Ed  1000 kN

b)  Try 254 x 254 x 73 kg/m H‐section S355.  c)  Perform section classification.   

  235 / f y  235 / 355  0.81    

Web – internal compression part: c w = h  2t f  2r  cw / t w

= 200.3 / 8.6

Limit for Class 1 web    = 33 Outstand flanges:  cf = b  t w  2r  / 2  

 cf / t f = 110.3 / 14.2 Limit for Class 1 flange = 10

  [Table 5.2]  =

200.3 mm

=

23.3

=

26.7



23.3 

⇒  The web is Class 1.  [Table 5.2] 

=

110.3 mm

= =

7.8 8.1



7.8  

⇒  The flanges are Class 2. 

The overall cross‐section classification is Class 2 under pure compression. 

D27

d)  Determine the effective length for both axes.   

Effective length,  L cr , y  

 

 

= 9.0 m 

L cr ,z  

 

 

= 6.3 m 

 

 

 

 

e)  Calculate  N cr   and  Af y .    N cr , y  N cr , z 

 2 EI y L cr , y

2

 2 EI z L cr , z

2



 2  210,000  114,000,000  10 3  2,917 kN   2 9,000



 2  210,000  39,100,000  10  3  2,042 kN   6,300 2

N c ,Rd  Af y  9,310  355  10 3  3,305 kN  

f)  Calculate the non‐dimensional slenderness,   . 

y  z 

Af y N cr ,y Af y N cr ,z



3,305  1.06 2,917

[Cl.6.3.1.2] 



3,305  1.27 2,042

[Cl.6.3.1.2] 

g)  Determine the imperfection factor, .    For a section with  h / b  1.2 ,   

use buckling curve b with = 0.34 for buckling about y‐y axis.  use buckling curve c with = 0.49 for buckling about z‐z axis. 

h)  Calculate the parameter,  and the buckling reduction factor,   z .    Buckling about y‐y axis: 





[Cl.6.3.1.2] 



[Cl.6.3.1.2] 

 

 y  0.5 1  0.34  1.06 - 0.2   1.06 2  1.21  

 

y 

1 1.21  1.212  1.06 2

 0.56  

Buckling about z‐z axis: 



 

 z  0.5 1  0.49  1.27 - 0.2   1.27 2  1.57  

 

y 

1 1.57  1.57 2  1.27 2

 0.40  

     z  0.40       critical  i&j) Calculate the design buckling resistance,  N b ,Rd   and check for structural adequacy:  N b ,Rd  

N c ,Rd 0.40  3,305   1,322 kN  1000 kN      M1 1.00

 OK. 

Therefore, 254 x 254 x 73 kg/m H‐section S355 steel satisfies the design.  D28

Part II    Member design      Worked Example II‐4     Design of a beam-column under combined compression and bending Question  Design a steel column under the following condition:  Design axial load,    N Ed  

= 1000 kN 

Design moment,    M y , Ed  

= 60    kNm 

 

M z ,Ed  

= 0      kNm 

Effective length, 

L cr , y  

= 9.0    m 

 

L cr ,z    

= 6.3    m 

  Try 254 x 254 x 73 kg/m H‐section S355. 

60 kNm

0

0 My,Ed

0 Mz,Ed

 

D29

 

Solution  Section properties of 254 × 254 × 73 kg/m H‐section S355: 

h = 254.1 mm b = 254.6 mm t w = 8.6 mm

tf r

A Iy

= = = =

b z

14.2 mm 12.7 mm 93.1  10 2 mm2 11,400  104 mm4

tw y

d

h

y

Iz = 3,910  10 mm I w = 562  109 mm6 I t = 576  10 3 mm4 4

4

Wel, y

= 898  10 3 mm3

Wpl , y

= 992  10 3 mm3

r

tf

z

Material properties:  Since  t f = 14.2 mm  and  t w = 8.6 mm,  i.e.  the  nominal  material  thickness  is  smaller  than            16 mm, the nominal value of the yield strength for grade S355 steel is: 

= 355 N/mm2   = 210,000 N/mm2 = 0.3 = 81,000 N/mm2

fy E  G

a)  Evaluate the design load. 

N Ed M y , Ed

= 1000 kN = 60 kNm

M z , Ed

= 0 kNm

b)  Try 254 x 254 x 73 kg/m H‐section S355 steel.  c)  Perform section classification.   

  235 / f y  235 / 355  0.81

Web – internal compression part: c w = h  2t f  2r

 cw / t w

=

200.3 / 8.6

Limit for Class 1 web    = 33

       

=

200.3 mm

=

23.3

=

26.7

 

D30



23.3 

      [Table 5.2] 

⇒  The web is Class 1. 

Outstand flanges:    cf = b  t w  2r  / 2

 cf / t f = 110.3 / 14.2 Limit for Class 2 flange = 10

=

110.3 mm

= =

7.8 8.1  7.8 

⇒  The flanges are Class 2. 

The overall cross‐section classification is Class 2.    (Under pure compression)  d)  Determine the effective length for both axes.   

Effective length,  L cr , y  

 

 

= 9.0 m 

L cr ,z  

 

 

= 6.3 m 

 

 

 

 

e)  Check the resistance of the cross‐section for combined bending and axial force.    Compression:      N c , Rd 

 

 

Af y

  [Cl. 6.2.4 (2)]

M0

The design compression resistance of the cross‐section is therefore: 

N c, Rd 

9,310  355  103  3,305 kN  1,000kN   1.00

 

OK.

 Bending about y‐y axis: 

M c,Rd  M pl,Rd   

 

Wpl, y f y

  [Cl. 6.2.5 (2)] 

 M0

The design resistance of the cross‐section for bending is therefore: 

M c, y,Rd   

Wpl, y f y  M0



992 103  355 10 6   1.00

 352.2 kNm  60 kNm  

 

OK.

Cross‐section capacity check for combined bending and axial force:  f)  Check the member buckling resistance in combined bending and axial compression.  Buckling resistance in compression:  Calculate the elastic critical force and  Af y .  N cr , y  N cr , z 

 2 EI y L cr , y

2

 2 EI z L cr , z

2



 2  210,000  114,000,000  10 3  2,917 kN   9,000 2



 2  210,000  39,100,000  10  3  2,042 kN   2 6,300

N c ,Rd  Af y  9,310  355  10 3  3,305 kN  

D31

  Calculate the non‐dimensional slenderness.  y 

z 

Af y N cr ,y

Af y N cr ,z



3,305  1.06 2,917

[Cl.6.3.1.2] 



3,305  1.27 2,042

[Cl.6.3.1.2] 

g)  Determine the imperfection factor,   .    Choose a suitable buckling curve    

 

 

 

 

 

 

 

 

[Table 6.1] 

use buckling curve b with    0.34   for buckling about the y‐y axis.  use buckling curve c with    0.49   for buckling about the z‐z axis. 

 

Calculate the buckling reduction factor,   .    Buckling curve about y‐y axis:   y  0.5 1  0.34 1.06  0.2  1.06 2  1.21



y 



1 1.21  1.212  1.06 2

 0.56  

Buckling curve about z‐z axis:   y  0.5 1  0.49 1.27  0.2  1.27 2  1.57



y 



1 1.57  1.57 2  1.27 2

[Cl.6.3.1.2] 

[Cl.6.3.1.2] 

 0.40  

Buckling resistance in bending:  h)  Calculate the elastic critical moment,  M cr and the plastic resistance moment  M pl , Rd .  2  2 EI z  I w L cr , z GI T  2 M cr  C1 2  EI z L cr , z  I z

0 .5

      with a zero moment at one end, i.e.    0 ,  C1  1.879 . 

M cr  1.879   

 2  210,000  39.110 6 6,300 2

0.5

 562 10 9 6,300 2  81,000  576 10 3   10  6  2   6 6    210,000  39.110   39.110

 1.879  2,041,807  14,373  22,850  106  740.2 kNm     W f 992  103  355  106 M pl,Rd  pl,y y   352.2 kNm   where   M 0  1.0    M0 1.0 0.5

 

i)  Calculate the non‐dimensional slenderness.   LT 

W pl,y f y M cr



352.2  0.69   740.2

[Cl.6.3.2.2] 

D32

j)  Determine the imperfection factor for lateral torsional buckling,   LT .  Buckling curve a is used for sections with  h / b  2.0 ,   LT  0.21   k)  Calculate the buckling reduction factor. 







2



 LT  0.5 1   LT  LT  0.2   LT  



 

 

 

 

 

 

    [Table 6.3 & 6.4]   

    [Cl. 6.3.2.2] 



  LT  0.5 1  0.21  0.69  0.2   0.69 2  0.79    LT 

1 0.79  0.79 2  0.69 2

     LT

M y,Rk  M1

 0.85 

 0.85  

352.2  299.4 kNm   1.0

l)  Resistance in combined bending and axial compression:  A member subjected to combined bending and axial compression must satisfy both  equations: 

M y, Ed Mz , Ed N Ed  k yy  k yz  1   y N Rk /  M1 LTM y, Rk /  M1 M z , Rk /  M1

 

 

 

 

 

[Cl. 6.3.3] 

M y, Ed Mz , Ed N Ed  k zy  k zz 1  z N Rk /  M1 LTM y, Rk /  M1 Mz , Rk /  M1  y N Rk /  M1  0.56  9,310  355  103  1,850.8 kN    y N Rk /  M1  0.40  9,310  355  103  1,322.0 kN   m)  Determination of interaction factors 

  using Annex B 

Since  M z , Ed  0 kNm , only  k yy   and  k zy   are required.  Since the member is susceptible to lateral torsional buckling, interaction factors  k yy   and  k zy   are determined according to Table B.2. 

  0 ,  C my  C mLT  0.6  0.4  0.4    0.6     N Ed N Ed     C my 1  0.8 k yy  Cmy 1   y  0.2    y N Rk /  M1   y N Rk /  M1   





 

1,000   = 0.60 1   1.06  0.2    0.95 1,850.8  

 

1,000    0.60 1  0.8    0.86   1,850.8  

 

D33

 k yy  0.86   z  1.27  0.4 ,

   0.1  z  N Ed 0.1 N Ed   1   k zy  1   C mLT  0.25  z N Rk /  M1   C mLT  0.25  z N Rk /  M1   

 

 0.11.27 1,000    0.73   = 1   0.6  0.25 1,322 

 

 0.1 1,000    0.78  1   0.6  0.25 1,322 

 k yy  0.78

n)    Check for structural adequacy.  M y, Ed N Ed  k yy  y N Rk /  M1 LTM y, Rk /  M1

1,000 60   0.86  1,850.8 299.4

 

 0.54  0.17  0.71  1.00    

 

OK. 

 

M y, Ed N Ed  k zy   z N Rk /  M1 z M y, Rk /  M1 

1,000 60  0.78    1,322.0 299.4

 0.76  0.16  0.92  1.00    

OK. 

Therefore, 254 x 254 x 73 kg/m H‐section S355 steel satisfies the design.     

D34

Key parameters in Worked Example II‐4.  C my  0.60 ;   

CmLT  0.60  

N Ed M y, Ed   0.47  1 N Rd M y, Rd

  M y,Ed

N Ed  k yy  0.71  1  y N Rk /  M1  LT M y,Rk /  M1

 

M y,Ed

N Ed  k zy  0.92  1  z N Rk /  M1  LT M y,Rk /  M1    

D35

Part II    Member design      Worked Example II‐5a  Column in simple construction Question  Design the column between Levels 1 and 2, i.e. Column C12, as shown in the figure below, with a  S275 H‐section.    The following assumptions are made:      

The column forms part of a braced structure of simple construction.  The column is effectively pinned at the base, and continuous at Level 2.  Beam 2 is connected to the column flange of the column at Joint 2 with flexible end plates.    Beam 3 Level 3 Column C23 

P23,Ed 201.6 A 



Level 2 Joint 2

201.8

Column C12

201.8

Column under consideration Section A-A R1,Ed, R2,Ed and R3,Ed are reaction

Level 1

forces from beams connected to the column at Joint 2.

  Design data:  P23,Ed P1, Ed P2, Ed P3, Ed

= 377 kN = 37 kN = 147 kN = 28 kN

  Try 203 x 203 x 46 kg/m H‐section S275. 

   

  D36

 

Solution  Section properties of 203 x 203 x 46 kg/m H‐section S275:  b

h = 203.2 mm b = 203.6 mm t w = 7.2 mm

z tw

t f = 11.0 mm r = 10.2 mm

h

d

y

y

A = 5,870 mm2 I y = 4,570  10 4 mm4

r

I z = 1,550  10 mm I w = 143 10 9 mm6 4

tf

4

z

I t = 222  103 mm4

Wel,y

= 450  103 mm3

Wpl ,y

= 497  103 mm3

Wel ,z

= 152  103 mm3

Wpl ,z

= 231 103 mm3

U

= 0.847 (buckling parameter)

a)  Nominal moments due to connected beams   In simple construction, reaction forces from connected beams are assumed to act at 100 mm  from the faces of the web or of the flanges of the column (NCCI SN005a).  Nominal moments at Joint 2 

h  M 2, y ,Ed    100   R 2, Ed  10-3 kNm  29.6 kNm 2   tw  -3 M 2,z , Ed    100   R 1, Ed  R 3, Ed   10 kNm  0.9 kNm  2  These nominal moments are distributed between the column members above and below Level  2, i.e. Columns C12 and C23, in proportion to their bending stiffnesses, K12 and K23 respectively.  K 23  K12  K 23 EI

EI L12

L 23  EI

 L 23

EI

EI

3 5000  EI 8  3000 5000

  The nominal moments acting onto Column C12 at Joint 2 after moment distribution are:  3  11.1 kNm 8 3  M 2, z , Ed   0.3 kNm 8

M y , Ed  M 2, y , Ed  M z , Ed

D37

The axial force and the bending moment diagrams are shown below.  377 Level 3 3000

377 37+147+28

Level 2

M2,y,Ed = 29.6

M2,y,Ed = 18.5

Joint 2

5000

0.6 0.3

11.1

589

Level 1

My

589

Mz

N

 

b)  Buckling lengths  About the y‐y axis 

Lcr , y  L  5,000 mm  

About the z‐z axis 

Lcr , z  L  5,000 mm  

c)  Resistance to flexural buckling  Flexural buckling about the z‐z axis is considered to be critical.  Both the elastic critical force and the non‐dimensional slenderness for flexural buckling of  column C12 are evaluated as follows:     2 EI z  2  210  103  1,548  10 4   10  3  1,283 kN   L cr , z 2 5,000 2

 

N cr , z 

 

N c , Rd  Af y  5,870  275  10 3  1,614 kN  

 

 z 

N c, Rd



N cr ,z

1,614  1.12   1,283

From Table 6.2 of EN 1993‐1‐1:  For a H‐section (with h/b  1.2) and  t f  100 mm, use buckling curve ‘c’, and hence, 

  0.49 . 

[ Table 6.1 ] 

According to Table 6.1 of EN 1993‐1‐1 







 z  0.5 1    z  0.2   z

z 

1  z   z  z 2

2



2

 0.5  1  0.49  1.12  0.2  1.12  1.35 2

1 1.35  1.352 1.122

 0.48  

D38

[Cl. 6.3.1.2]     

 

 z Af y   M1

 N b , Rd 

0.48  1,614  774 kN  N Ed  589 kN 1 .0

  The resistance of Column C12 to flexural buckling is adequate. d)  Design buckling resistance moment    1

V 4

 LT 

 



1

  1  z  20  h   tf 

2



1  5,000  1  51.4  4 1  20  203.2 11.0  

2

 0.80  

1 UV z  w   C1

(Refer to Appendix B3)  

1  0.847  0.80  1.12  1.0  0.57   1.77

Alternatively, the non‐dimensional slenderness for lateral torsional buckling for the H‐section  may be approximated (NCCI SN002a) as follows:   LT  0.9 z    1.01 

This assumes a uniform bending moment and a section symmetric about its major axis.  From Table B3.2 in Appendix B of this Technical Guide, for a rolled H‐section (with h/b  2), use  buckling curve ‘b’, and hence,   LT  0.34 . 







 LT  0.5 1   LT  LT   LT, 0   LT



2





 0.5 1  0.34  0.57  0.4   0.75  0.57 2  0.65

 LT 

1 2

 LT   LT   LT

 M b , Rd 

2



 

1 0.65  0.65  0.75  0.572 2

 0.93  

0.93  497  10 3  275  10  6  127.1 kNm  M y, Ed  11.1 kNm 1.0

 The design buckling resistance moment of Column C12 is adequate.   e)  Resistance for bending about minor axis    There is no reduction for buckling to the minor axis bending resistance  M c, z , Rd .   M c, z , Rd 

Wpl, z f y  M0



231 10 3  275 10  6  63.5 kNm 1.0

 The resistance of Column C12 for bending about the minor axis is adequate.

D39

f)  Combined compression and bending  Using the simplified buckling check for combined bending and axial compression:  M y , Ed M z , Ed N Ed  k zy  k zz 1  M c , z , Rd N b , z , Rd M b , Rd

[Clause 6.3.3, Eq. 6.62]

589 11.1 0.3  1.0   1.5   1  759 127.1 63.5

(Refer to NCCI SN048b)



Use  k zy  1.0 and  k zz  1.5 for columns in simple construction 

 0.76  0.09  0.01  

 0.86  1.0    The member resistance of Column C12 under combined bending and axial compression is   

adequate. 

  Therefore, 203 x 203 x 46 kg/m H‐section S275 steel satisfies the design.       

D40

Part II   

Member design  Worked Example II-5b Column in simple construction  In  Worked  Example  II‐5a,  the  factors  k zy   and  k zz   can  be  alternatively  calculated  according  to  Annex A in EN 1993‐1‐1 as follow:  N Rk  Af y  5,870  275  10-3 = 1,614 kN  

N cr , y 

N cr , z 

y 

z 

 2 EI y Lcr , y

2



 2  210  103  4,568  104  10 3  3,787 kN   2 5,000

2 EI z  2  210  103  1,548  104   10 3  1,283 kN   2 5,0002 Lcr , z

Af y N cr , y Af y N cr ,z



1,614  0.65   3,787



1,614  1.12   1,283

For a H‐section (with h/b  1.2) and  t f  100 mm , use curve ‘b’ for buckling about y‐y axis, and  hence,    0.34 . 



 y  0.5 1   y  0.2   y

2

  0.5  1  0.34  (0.65  0.2)  0.65   0.79   2

For a H‐section (with h/b  1.2) and  t f  100 mm , use curve ‘c’ for buckling about z‐z axis, and  hence,    0.49 . 



 z  0.5 1  z  0.2    z y 

z   

1 2

2

2

2

 y   y  y

1  z   z  z





2

 0.5  1  0.49  (1.12  0.2)  1.12  1.35   2

1 0.79  0.792  0.652

1 1.35  1.352  1.122

 0.81  

 0.48  

 

D41

For double symmetric H‐section with  y o  z o  0   2

2

2

2

2

io  iy  iz  yo  z o    



Iy



A

N cr ,T  

 

 

 

 

 

 

 

 

(Refer to EN 1993‐1‐3, Eq. 6.33b) 

 

 

(Refer to EN 1993‐1‐3, Eq. 6.33a) 

I z 4,570  104 1,550  104    10,426 mm2   A 5,870 5,870

2 EI w  1   GI   T 2 2 i o  Lcr ,T 

 

 

 

 

 

 

1   2  210  103  0.143  1012   81  103  22.2  104    10 3 kN   10,426  2,5002 

 6,273 kN 2

y    1   o   1     io 

N cr ,TF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Refer to EN 1993‐1‐3, Eq. 6.35) 

2 2    N cr ,T  N cr , y  N cr ,T  y o   N cr ,T                  1 1 4   i o   N cr , y   2  N cr , y N cr , y     

(Refer to EN 1993‐1‐3, Eq. 6.35) 

1 N cr ,y  N cr ,T  N cr ,y  N cr ,T  2 1    N cr ,T 

 6,273 kN

Cmy,0  0.79  0.21y  0.36y  0.33

N Ed N cr , y

589  0.79  0.21  0  0.36  0  0.33  0.77 3,787 C mz , 0  0.79  0.21z  0.36z  0.33

N Ed N cr , z

589  0.79  0.21  0  0.36  0  0.33  0.74 1,283 N Ed 589 1 N cr , y 3,787 y    0.97   N Ed 589 1  y 1  0.81  N cr , y 3,787 1

D42

 

 

N Ed 589 1 N cr , z 1,283 z    0.69   589 N Ed 1  0.48  1  z 1,283 N cr , z 1

 wy 

Wpl, y



497  1.10  1.5   450



231  1.52  1.50   152

Wel, y

 w y  1.10  

 wz 

Wpl, z Wel, z

 w z  1.50  

n pl 

N Ed 589   0.36   N Rk /  M1 1,614 / 1.00

a LT  1 

y 

IT 22.2 1  1.00   Iy 4,570

M y, Ed A 11.1  106 5,870    0.25   3 N Ed Wel, y 589  10 450  103

 2 EI z M cr  C1 2 L cr ,z

0. 5 2  I    w L cr ,z GI T  2        C z C z   2 g 2 g   2  I EI  z   z 

 

 

 

(Refer to NCCI SN003a) 

Since  0   is the non‐dimensional slenderness for lateral‐torsional buckling due to uniform bending  moment,  C1  1.00   and  C 2 z g  0  

 2  210  103  1,550  10 4  0.143  1012 5,000 2  81  103  22.2  10 4  M cr  1.00    2 4 5,000 2   210  103  1,550  10 4   1,550  10  1.00  1,285,022  9,226  13,994   10 6 kNm 0.5

 195.8 kNm   0 

Wpl , y f y M cr



497  275  10 3  0.84   195.8

D43

0.5

 10 6 kNm

  0  0.84

   N  N  589  589    0.2 C1 4 1  Ed 1  Ed   0.2 1.77 4 1    0.22  1   1,283  6,273   N cr ,z  N cr ,T 

 y a LT 0.25  1 Cmy  Cmy,0  1  Cmy,0   0.77  1  0.77  0.85   1   y a LT 1  0.25  1 Cmz  Cmz,0  0.74  C mLT  C my

a LT

2

 N  N  1  Ed 1  Ed   N  N  cr , z  cr ,T  

1.00

 0.852 

589  589   1   1    1,283  6,273 

 1.03  1  

 C mLT  1.03    LT  0.93   (Determined from Worked Example II‐5a) 

  y 0.65  max  max   max   1.12     z 1.12

d LT  2a LT

M y , Ed M z , Ed 0 4 0.1  z C my  LT M pl , y , Rd C mz M pl, z , Rd

0.84 11.1 0.3   4 3 0.1  1.12 0.85  0.93  497  275  10 0.74  231  275  10 3  0.00066

 2 1

2 2   C my  max   n pl  d LT   C zy  1  w y  1  2  14 5  wy   

  0.852  1.12 2    0.36  0.00066  0.79    1  1.10  1  2  14  5 1.10    w y Wel , y

 0.6

w z Wpl , y

 0.6

1.10 450  0.47 1.50 497

 C zy  0.79  

e LT  1.7a LT

M y, Ed 0 4 0.1  z C my LT M pl, y, Rd

0.84 11.1  0.09  1.7  1  4 0.1  1.12 0.85  0.93  497  275  10 3

D44

 

  1.6 1.6 2 2 2 C mz  max  C mz  max n pl  e LT   Czz  1  w z  1 2  wz wz    1.6 1.6     1  1.5  1 2   0.742  1.12   0.742  1.12 2   0.36  0.09 1.5 1.5      1.07 W 152  el, z   0.66 Wpl, z 231  C zz  1.07  

k zy  C my C mLT

k zz  C mz

 

wy z 1.10 0.69 1 1  0.85  1.03    0.6   0.47   0.6 589 N Ed C zy 1 . 50 0 . 79 w z 1 1 3,787 N cr , y

1 0.69 1 z  0.74  0.88   N Ed Czz 589 1.07 1 1 N cr , z 1,283

 

D45

Part II   

Member design  Worked Example II-5c Column in simple construction  In  Worked  Example  II‐5a,  the  factors  k zy   and  k zz   can  be  alternatively  calculated  according  to  Annex B in EN 1993‐1‐1 as follows:  Since H‐section is not susceptible to torsional deformation, use Table B.1.   y  z  LT  0    C my  C mz  C mLT  0.6  

As determined from Worked Example II‐5a,  N Rk  1,614 kN    

 y  0.65  

N cr, y  3,787 kN   

 y  0.81  

 z  1.12  

N cr, z  1,283 kN  

 z  0.48  

  N Ed 589    0.61  0.65  0.2  k yy  C my 1   y  0.2   0.72   0.81 1614 / 1.00   y N Rk /  M1        N 589   Ed   0.61  0.8  C my 1  0.8  0.82     N /  0.81 1614 / 1.00   y Rk M 1    k yy  0.72   k zy  0.6k yy  0.6  0.72  0.43  

  N Ed 589     0.61  2 1.12  0.6  k zz  C mz 1  2z  0.6   1.35    N / 0 . 48 1614 / 1 . 00   z Rk M1     N Ed   C mz 1  1.4  z N Rk /  M1  

589    0.61  1.4   0 . 48  1614 / 1 . 00  

 1.24

 k zz  1.24  

Factors  k zy   and  k zz   according to different methods are summarized as follows:   

BS EN 1993‐1‐1 BS EN 1993‐1‐1 NCCI SN048b  Annex A  Annex B 

k zy  

0.47 

0.43 

1.0 

k zz  

0.88 

1.24 

1.5 

  D46

 

Related Documents