中美规范轴心受压和受弯验算的区别及钢结构规范体系的四个方面

前面我们讨论了中美标准在轴压和弯曲计算方面的差异。不难发现，具体的计算方法确实存在一些差异。虽然两种计算得到的结果差别不是很大，但在具体项目中这种差别往往是不能忽视的。以前经常有朋友问：如果用国内标准来设计美标项目，能保证吗？事实上，这个问题并不容易回答。两套钢结构规范体系的差异主要体现在四个方面：（1）荷载系数的差异； (2)材料强度的差异； (3)分析方法的差异； (4)元件验证方法的差异。在这四个因素中，前两个因素是最容易比较和理解的；第三个因素是最复杂的，并且因结构而异；至于第四个因素，也是我们这些文章所重点关注的。 ，希望通过简单的比较，我们能够了解第四个因素的差异。

接下来我们继续谈谈中美规范在钢结构抗剪计算方法上的差异。在此之前，先给大家讲一个小插曲。前几天，我和朋友讨论了一个问题：钢梁截面的开口是否不会削弱其抗剪承载力。原因是《钢结构设计标准》GB50017中规定了实心腹板弯曲构件的抗剪承载力。的：

从该计算公式来看，与抗剪承载力相关的参数包括S、I和tw。在参数说明中，明确S和I都是粗断面。所以从表面上看，如果按照公式计算，断面的开口或其他弱化似乎不会影响剪力承载力的结果。但这似乎与我们力学的概念相冲突。对于H形截面，其抗剪承载力主要来自于腹板的剪切截面。如果孔数量较多的话，应该会影响抗剪承载力吧？

我们先把这个问题放在一边，看看AISC360是如何考虑受弯构件的抗剪承载力的。

在剪切验证方面，AISC360分为两种情况：不使用腹板屈曲后强度和使用腹板屈曲后强度，与GB50017类似。但具体计算方法仍存在明显差异。

下面以不使用屈曲后强度的剪力计算为例进行对比说明。

AISC360不利用屈曲后强度的剪切公式为：

在这个公式中，

是网页区域，

基本上是钢材的剪切强度，即

。不难发现，AISC360的抗剪承载力是根据腹板全断面的抗剪屈曲阻力系数

来纠正。

为腹板剪切系数，用于表示剪力滞的程度，与腹板高厚比密切相关。

对于热轧H型钢，当满足

小时，

;及材料成分系数

需要1.0。这一点需要我们注意。可以理解，当采用腹板高厚比较小的热轧H型钢时，剪切强度可直接取材料的标准值。

对于非热轧H型钢，当

小时，

;

什么时候

小时，

什么时候

小时，

对于不设置横向加强筋的情况，

。

GB50017中，腹板高厚比对剪力承载力的影响反映在局部稳定性验算中加劲肋形成区域内的腹板稳定性验算中。例如，6.3.3 在仅具有横向加劲肋的局部腹板上。稳定性检查：

下面通过一个简单例子的剪切验证过程对比来说明中国和美国规范的差异。计算示例信息如下图所示：

AISC360的验证过程及结果如下：

验证按照GB50017-2017进行。验证过程及结果如下图所示：

可见GB50017-2017的剪计算应力比大于AISC360。进一步进行膨胀分析，在其他条件不变的情况下，通过改变腹板厚度实现不同的高厚比。最终得到腹板高厚比与剪应力比的关系，如下图所示。

从曲线走势来看，当腹板高厚比小于80时，两者的计算结果比较接近，但AISC360的应力比略小于GB50017；当高厚比大于80时，AISC360计算的抗剪承载力迅速下降，而GB50017的应力比与腹板高厚比保持线性关系。造成这种现象的主要原因是AISC360计算公式假设不设置横向加劲肋，而GB50017则要求当腹板高厚比大于80时，建议设置横向加劲肋。带有横向加劲肋的腹板需要对隔断内的腹板进行稳定性验证。

讨论到这里，我们可以看到，GB50017和AISC360的抗剪强度公式仍然存在明显差异，但考虑的实质性因素仍然基本相同。让我们回到上面提到的问题。在 AISC360 中

是腹板面积，原文规定“整体深度乘以腹板厚度”。这里尚不清楚是否应考虑孔的弱化。然而，同一章中还有另一节是关于在网上开孔的。虽然没有明确的计算公式，但显然需要考虑开口的影响。

GB50017第6.1.3条中的公式实际上是用于计算腹板某一点的剪应力值。不同计算点的S值不同。以截面H400X200X8X10为例（假设V=100kN），沿腹板高度不同点处剪应力不同，越靠近中心轴线，剪力越大；而AISC360 G2-1公式计算的是截面的综合抗剪承载力，因此计算点不区分。两者的区别如下图所示：

可见，GB50017是根据中心轴处的剪力来控制截面整体抗剪承载力的，其承载力会明显小于AISC360的计算结果。

另外，对于式6.1.3中的S和I是否可以采用不考虑弱化的粗断面特性，一直存在一些争议。建议大家根据具体的实际情况考虑。