受弯和压弯构件截面板件宽厚比等级解析及应用

1.弯曲、压弯构件型材板宽厚比等级。

新《钢结构设计标准》GB50017-2017规定了对受弯、压弯构件截面翼缘、腹板的设计宽厚比限值S1～S5五个等级，SX及对应的宽厚比由小到大，与钢材强度等级、结构重要性、构件截面塑性变形大小密切相关，钢材强度高、结构重要、塑性变形大，SX相对较小。

按照以往惯例，一般构件均采用S3、S4。前者截面允许部分塑性，即γ=1.05~1.2，后者不允许塑性变形，即γ=1。翼缘一般不允许超过板的宽厚比限值，腹板可以超过，按有效截面计算。近年来，翼缘也按有效截面计算（即取其极限值，同时按ε降低钢材强度）。S1、S2用于高烈度地震区构件及部件的塑性设计。S5新《钢结构设计标准》GB 50017-2017已将翼缘宽厚比放宽至20，与钢级无关。本手册将标准中的翼缘S5值改为S4值，以与其他及国际规范接轨，腹板值仍以标准中的S5值为准。

2.支撑型材板宽厚比限值

表1中的构件适用于侧向力支撑中的受压构件，一般以受拉为主，不考虑受压构件卸载的单侧交叉支撑是个例外。

3.元件截面特性值。

涉及总截面与净截面、有效总截面与有效净截面，其应用场景如表2所示。

4、抗震性能设计。

抗震性能化设计是通过不同的计算和构造方式，评估三级下不同烈度的抗震损伤性能，是对三级设计的深化和补充。具体来说，是对中震验算的补充，在验算中考虑性能系数，即地震作用折减系数2。单层厂房一般按小震建筑抗震设计规范验算，并按抗震规范采取抗震构造措施，满足中、大震下的使用要求。中、大震下一般不需要验算抗震强度，小震验算中也不出现构件性能系数Ω。

5.内力分析与设计方法。

《钢结构设计标准》GB 50017-2017第5章重点讨论了几个问题。

（1）结构计算模型及计算假设应与构件截面及连接的实际性能相一致。例如，只有当截面板的宽厚比为S1、S2或S3时，才考虑截面塑性变形的开展。桁架节点通常可视为铰接连接。节点刚度引起的弯矩效应与截面形状（刚度）及节点长度与截面高度的比值有关。下面重点介绍一阶弹性分析、二阶弹性分析、间接分析法、直接分析法的特点及应用场景。

(2)一阶弹性分析。分析中不考虑结构侧向位移引起的附加侧向弯矩。一般可采用表3-24中的长度系数μ。

(3)二阶弹性分析应考虑结构侧向位移引起的附加侧向弯矩，即P-△效应。计算二阶效应通常有两种方法：

（4）直接分析法。

a.必须考虑结构整体的初始几何缺陷、构件的初始几何缺陷和残余应力，也可考虑材料的弹塑性，在考虑二阶效应后直接计算结构内力，再根据公式（3-127）和公式（3-128）校核构件的强度。

b.型板的宽厚比为S1或S2。

c.以上为精确方法，元件长度系数μ=1。

(5) 以上三种方法构件的承载力均可采用规范中的有关公式计算。

(6) 上述讨论的一阶、二阶间接分析法及直接分析法主要适用于框架柱。

6、材料强度指标。

（1）以往设计规范只列出钢材及连接的强度设计值作为主要指标，没有列出材料的屈服点（强度）和扭转强度。新版钢结构设计规范除上述内容外，还增加了钢材及连接的屈服点（强度）。

(2) 基于抗震性能的设计和材料试验通常需要测量屈服点和抗拉强度：

a.材料检验时，抗震耗能区材料必须满足屈服强度（屈服点）实测值与抗拉强度实测值之比不大于0.85的要求。

b.基于抗震性能化设计中，构件在抗震作用下的承载力一般以结构屈服点来表示。