钢结构板件宽厚比控制依据及原则详解

绝大多数钢构件由板件构成，而板件宽厚比大小直接决定了钢构件的承载能力和受弯及压弯时塑性转动变形能力，因此钢构件截面的分类，是钢结构设计技术的基础，尤其是钢结构抗震设计方法的基础，本文主要对钢结构板件宽厚比的控制依据及原则进行讲解。

对于钢结构板件的宽厚比限值，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》GB51022-2015、《钢结构设计标准》GB50017-2017、《建筑抗震设计规范》GB50011-2010和《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-2015四本规范都有较为独立的规定，程序基本上也是基于各自的要求去控制。

(1)《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》GB51022-2015 3.4.1条规定：工字形截面构件受压翼缘板自由外伸宽度b与其厚度t之比不应大于，腹板高厚比不应大于250。

同时3.4.3条还规定：当地震作用组合的效应控制结构设计时，工字形截面构件受压翼缘板自由外伸宽度b与其厚度t之比不应大于，腹板高厚比不应大于160。

（2）《钢结构设计标准》GB50017-2017根据截面承载力（弹性要求）和塑性转动能力的不同，将构件板件的板件宽厚比划分为5个等级，分别为S1级-S5级，各等级限值如下图1；

图1

图2

当构件为实腹式轴心受力构件时，应按照《钢标》7.3.1节和7.3.2节的相关要求进行宽厚比控制。

（3）《建筑抗震设计规范》GB50011-2010主要有两种方式进行构件板件宽厚比控制，一种是以抗震等级作为直接或间接条件，控制钢框架结构、单层重屋盖钢结构厂房以及多层钢结构厂房总高度大于40米的多层部分的构件板件宽厚比，梁柱构件板件宽厚比执行抗规表8.3.2（图3），支撑构件板件宽厚比执行抗规表8.4.1（图4）。

图3

图4

另一种是针对单层轻屋盖钢结构厂房，按照抗震设计规范9.2.14节条文说明要求选择厂房结构相应的承载力目标，在满足按1倍地震作用、1.5倍地震作用、2倍地震作用的承载力目标时，对应A、B、C三类去控制构件板件的宽厚比，如下图5：

图5

图6

（1）对于门式刚架结构（设计规范为《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》GB51022-2015），构件的宽厚比限值仅由门刚规范中的相关要求控制，即仅由门刚规范3.4.1条和3.4.3条来取宽厚比限值，在程序中也无需定义构件的宽厚比等级。

（2）对于单层钢结构厂房，如果选择按照《钢标》并考虑《抗规》“低延性、高弹性承载力”性能化设计中2倍地震力作用进行设计时（如图7所示），对满足条件的构件的宽厚比限值，程序将按照钢标表3.5.1注5的要求进行修正，并将修正后的结果作为限值进行控制。

图7

（3）当构件为轴心受压构件时，其宽厚比限值将根据《钢标》7.3.1及7.3.2节的相关要求进行计算；对于轴心受拉或拉弯构件，因其不存在局部失稳的情况，因此无需控制其宽厚比限值

（4）除以上的情况外，程序按照包络原则（satwe模块同理），计算各规范中构件宽厚比的限值，并输出较严值作为最终宽厚比限值。

（1）门式刚架模型实例

     下图8所示的模型中，左侧钢梁的宽厚比和高厚比分别是12.2和250，而右侧钢梁的宽厚比和高厚比分别是10.6和160，对应的构件信息如图9所示。

图8

图9

由上图8、图9可知，在二维门刚模块中程序是可以执行执行3.4.1条和3.4.3条的，当程序判断一个构件由地震作用组合的效应起控制时，其宽厚比限值将按照3.4.3条的要求进行计算。

（2）单层钢结构厂房性能设计模型实例

     下图10所示的模型中，由于考虑《抗规》“低延性、高弹性承载力”性能化设计中2倍地震力作用进行设计（参数设置见图7所示），因此对满足条件的钢柱的宽厚比限值，程序按照钢标表3.5.1注5的要求进行修正，修正前高厚比限值为58.06，修正后高厚比限值为86.2。

图10

（3）轴心受拉或拉弯构件模型实例

     下图11所示的模型中，由于部分构件为拉弯构件，无需控制宽厚比，因此程序输出限值为1000（后续版本将优化输出效果），构件是否是轴心受拉或拉弯可通过查看内力及长细比限值来确定。

（4）单层钢结构厂房模型实例

     下图12所示的模型中，设计规范为《钢标》，宽厚比等级S4，抗震等级为三级，最终程序确定的梁、柱的宽厚比及高厚比限值分别是：梁宽厚比8.3、高厚比57.77，柱宽厚比8.3、高厚比57.77，对应的构件信息如图13所示。

图12

图13

由上图12、图13可知，对于同时执行《钢标》和《抗规》的模型而言，程序会分别按照《钢标》和《抗规》的要求来计算宽厚比限值，并输出较严值作为最终宽厚比限值。

（5）轴心受压构件模型实例

     下图14所示的模型中，上弦杆仅受轴压力，因此其宽厚比、高厚比比限值根据《钢标》7.3.1及7.3.2节的相关要求进行计算，程序也输出了7.3.2条对应的放大系数α；

图14

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