钢构件宽厚比怎么用？

    钢结构构件往往是由若干板件构成的。截面板件宽厚比等级是《钢结构设计标准》GB50017一2017提出的概念，是截面厚实程度的一个度量，是防止板件过早屈曲的重要措施，也决定着板件塑性能否发展和发展的深度，影响着板件的局部稳定及构件的稳定。它的确定决定了钢构件的承载力和受弯、压弯构件的塑性转动变形能力(延性耗能能力)。构件的截面板件宽厚比等级就是截面承载力和塑性转动能力的表征。不同板件宽厚比等级对应的截面应力状态见表2-2-8。

    从塑性设计和抗震设计角度而言，板件的宽厚比等级体现的是截面塑性转动和延性耗能能力的等级，可以通过规定不同构件的截面板件宽厚比等级实现塑性较的出铰顺序，实现性能化设计。《钢结构设计标准》GB 50017-2017 给出了压弯和受弯构件的截面板件宽厚比等级及限值，见表2-2-9。笔者的理解如下:

    (1)宽厚比等级应用更多的是梁等受弯构件和压弯构件，对轴心受力构件则没这么复杂。轴心受拉构件不存在失稳问题，轴心受压构件是全截面的应力均匀分布不可轻易产生塑性变形。只有当其失稳时，才会出现边缘纤维先屈服的状态，所以轴心构件应以控制长细比为主，不宜考虑塑性发展，应按弹性设计考虑，此时的宽厚比限值主要是防止板件局部失稳，而不是为了保证充分发挥钢材塑性而进行要求。

    (2)由于S4级和S5级的板件易局部屈曲在先，构件不发展塑性，故此时截面塑性发展系数只能取1.0。

    (3)S1和S2级允许截面发生很大的塑性，更严格的宽厚比限值才能保证钢材塑性的充分发挥，因此可以进行塑性设计。

    塑性设计时要注意以下几点：

    1)材料屈强比不应大于0.85，应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%。

    2)柱端弯矩及水平荷载产生的弯矩不得进行调幅。

    3)构成抗侧力支撑的梁、柱构件不得进行弯矩调幅。

    (4)H形截面，表2-2-9对压弯构件与受弯构件采用了不同的计算方法。根据《钢结构设计标准》GB50017-2017第3.51条：

  （2-2-3）

    以对称截面为例，当轴力为零时，腹板边缘最大压应力 和腹板计算另一边缘相应的应力 大小相等，符号相反，由式(2-2-3)可得，参数 。将该值代入表2-2-9中压弯构件的计算公式计算，可以发现其限值与H形钢截面受弯时腹板的宽厚比基本一致。受弯构件的计算方法只是为了应用方便，即受弯构件是压弯构件的一种特殊形式。

    (5)当工字形和箱形截面压弯构件的腹板高厚比超过S4级时，应按《钢结构设计标准》GB50017-2017第8.4.2条，以有效截面代替实际截面进行核算，对于实腹式轴心受压构件，当轴心压力小于稳定承载力 时，板件宽厚比限值可以按《钢结构设计标准》GB50017-2017第7.3.2条，将第7.31条的宽厚比限值乘以放大系数 确定;对于受弯构件板件宽厚比限值不满足要求时，应适当设置加劲肋也可以考虑楼板的作用，其中， 为轴心受压构件的稳定系数; N 为轴力; A 为构件截面面积; f 为钢材的强度设计值。

    (6)梁和柱相连形成框架结构，地震时框架是抵抗地震作用的重要构件，这时构件宽厚比的限值还要满足不同抗震等级对构件宽厚比的要求，见表2-2-10，该表对设计人员来说应用更简单。

    (7)对于设防烈度低风荷载大的结构，满足竖向荷载及风荷载的同时已满足中大震不屈服的抗震承载力要求，此时地震工况对结构的延性需求不高，《建筑抗震设计规范》(2016年版)GB50011-2010对板件宽厚比的要求等结构的抗震构造措施可适当放松。因此，设计时应注意对控制工况的分析与研究。