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《钢结构设计标准》解说专题（1）——截面等级 原创：牛必任从钢结构到装配式钢结构建筑今天 《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）（简称“钢标”）终于发 布，各种宣讲也不少了。笔者无意再面面俱到去把“钢标”条文捋一 遍，而是想，就“钢标”涉及的一些技术要点或者说比较费解的专题 进行解说，希望顺带能说清楚，它们的前世今生。 “钢标”在第 3.5 节，全新引入了截面板件宽厚比等级（截面等级） 的概念。关于截面等级的涵义、如何理解以及如何应用，存在不少 的疑问，“钢标”解读的第一个专题，就来说说截面等级（如果较真的 话，关于钢结构材料选用，作为原来文章的修订——“钢结构的材料 等级，你知道咋选吗？”，已于 8 月 10 日在本公众号发布，现在这 个只能算是第二个专题）。 一、截面等级究竟是个啥意思？ 首先从表面上来看，钢构件由板件构成，而截面等级说的就是截 面板件宽厚比等级。 截面板件宽厚比，按“钢标”的条文说明——“截面板件宽厚比指 截面板件平直段的宽度和厚度之比，受弯或压弯构件腹板平直段的 高度与腹板厚度之比也可称为板件高厚比。”需要注意，以往规范中 的“宽厚比”和“高厚比”两个名词，现在实际上已经统称为“宽厚比”了。 截面板件宽厚比，是截面厚实程度的一个度量。从本质上来说， 它直接决定了钢构件的承载力、受弯及压弯构件的塑性转动变形能 力（延性耗能能力）。换句话说，截面等级就是截面承载力和塑性 转动能力的表征。因此，从承载力角度来说，截面等级是板件易发 生屈曲程度和截面塑性发展程度的度量；从塑性设计和抗震设计角 度而言，是截面塑性转动和延性耗能能力的等级。 所以“钢标”按照根据截面承载力和塑性转动能力，参考国际标准， 将截面分为五个等级。实际上这比国际上常规分为四个等级的做法 多了一个等级，是因为老的“钢规”中受弯构件一直以来都考虑了塑 性发展系数（即可部分发展塑性的截面），因为这个历史原因，截 面增加了一个等级 S3。 各级截面对应的性能，实际上“钢标”按照截面受弯的力学性能已 经给出了很明确的描述： 其中尤其需要注意的是，S4 级截面，它的界限，是边缘纤维刚 好达到屈服的状态。S1~S3 级截面，能发展截面塑性，而 S5 级截 面，在边缘屈服未达到时，板件就已发生局部屈曲，只能考虑有效 截面进行计算。 二、“钢标”中的截面等级咋确定的？ 对应欧洲规范 EC3 的S1~S4 截面，“钢标”将压弯和受弯构件的 截面分成 S1~S5 五个截面等级，其中 S1、S2 为塑性截面，S4 为 弹性截面，S3 为中国规范特有的考虑一定塑性发展的弹塑性截面， S5 为薄柔截面。 “钢标”的截面等级确定，主要依据板的弹性稳定理论，同时参考 了国外规范以及一些经验值。 按照 S4 级截面描述的边缘屈服同时板件刚好发生局部屈曲这 个临界状态，可按弹性稳定的公式进行板件宽厚比限值（屈服宽厚 比）的推导。 比如，对工字形截面的翼缘，按三边简支一边自由的板件计算， 临界应力达到屈服应力 235MPa 时板件宽厚比为 18.6。按屈服宽 厚比的 0.5、0.6、0.7、0.8 和 1.1 倍适当取整，作为五个截面分级 的宽厚比限值，并给了一个表格来对比说明。 需要说明的是，0.5、0.6、0.7、0.8 和 1.1 这个系数实际是带有 经验性的。S4 级截面按 0.8 ，是考虑了残余应力和几何缺陷等影响， S5 级截面本来应该是允许板件弹性屈曲而按照有效截面计算的，但 考虑到自由边板件局部屈曲后可能带来截面刚度中心的变化，从而 改变构件的受力，也给了一个限值。 腹板的宽厚比（以往习惯叫高厚比），按梁腹板局部屈曲公式推 导后的屈服宽厚比以及乘以 0.5、0.6、0.7、0.8 倍的值，与“钢标” 实际取的限值对比如图。 很明显，屈服宽厚比的 0.5、0.6、0.7、0.8 倍，与“钢标”实际最 终确定的限值并不完全一样。按照条文说明的解释，考虑到不同宽 厚比等级的用途不同，并没有严格地按照屈服高厚比的倍数：限值 大的放宽了，限值小的取得严格了。 看一下下表“钢标”最终确定的截面等级及宽厚比限值，部分限值 的确定，实际上参考了欧洲标准 EC3 （见下表），“钢规”塑性设计 的腹板高厚比限值（下文还会说）等。同时需要注意，压弯构件腹 板的宽厚比限值参考了 EC3，与截面应力分布有关。 另外，注 5 给开了一个口子：S5 级截面如果应力较小时，有可 作为 S4