來源：從鋼結構到裝配式鋼結構建筑
《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）（簡稱“鋼標”）已發(fā)布，各種宣講也不少了。筆者無意再面面俱到去把“鋼標”條文捋一遍，而是想，就“鋼標”涉及的一些技術要點或者說比較費解的專題進行解說，希望順帶能說清楚，它們的前世今生。
“鋼標”在第3.5節(jié)，全新引入了截面板件寬厚比等級（截面等級）的概念。關于截面等級的涵義、如何理解以及如何應用，存在不少的疑問，“鋼標”解讀的第一個專題，就來說說截面等級。
一、截面等級究竟是個啥意思？
首先從表面上來看，鋼構件由板件構成，而截面等級說的就是截面板件寬厚比等級。
截面板件寬厚比，按“鋼標”的條文說明——“截面板件寬厚比指截面板件平直段的寬度和厚度之比，受彎或壓彎構件腹板平直段的高度與腹板厚度之比也可稱為板件高厚比?！毙枰⒁?，以往規(guī)范中的“寬厚比”和“高厚比”兩個名詞，現(xiàn)在實際上已經統(tǒng)稱為“寬厚比”了。
截面板件寬厚比，是截面厚實程度的一個度量。從本質上來說，它直接決定了鋼構件的承載力、受彎及壓彎構件的塑性轉動變形能力（延性耗能能力）。換句話說，截面等級就是截面承載力和塑性轉動能力的表征。因此，從承載力角度來說，截面等級是板件易發(fā)生屈曲程度和截面塑性發(fā)展程度的度量；從塑性設計和抗震設計角度而言，是截面塑性轉動和延性耗能能力的等級。
所以“鋼標”按照根據(jù)截面承載力和塑性轉動能力，參考國際標準，將截面分為五個等級。實際上這比國際上常規(guī)分為四個等級的做法多了一個等級，是因為老的“鋼規(guī)”中受彎構件一直以來都考慮了塑性發(fā)展系數(shù)（即可部分發(fā)展塑性的截面），因為這個歷史原因，截面增加了一個等級S3。
各級截面對應的性能，實際上“鋼標”按照截面受彎的力學性能已經給出了很明確的描述：
其中尤其需要注意的是，S4級截面，它的界限，是邊緣纖維剛好達到屈服的狀態(tài)。S1~S3級截面，能發(fā)展截面塑性，而S5級截面，在邊緣屈服未達到時，板件就已發(fā)生局部屈曲，只能考慮有效截面進行計算。
二、“鋼標”中的截面等級咋確定的？
對應歐洲規(guī)范EC3的S1~S4截面，“鋼標”將壓彎和受彎構件的截面分成S1~S5五個截面等級，其中S1、S2為塑性截面，S4為彈性截面，S3為中國規(guī)范特有的考慮一定塑性發(fā)展的彈塑性截面，S5為薄柔截面。
“鋼標”的截面等級確定，主要依據(jù)板的彈性穩(wěn)定理論，同時參考了國外規(guī)范以及一些經驗值。
按照S4級截面描述的邊緣屈服同時板件剛好發(fā)生局部屈曲這個臨界狀態(tài)，可按彈性穩(wěn)定的公式進行板件寬厚比限值（屈服寬厚比）的推導。
比如，對工字形截面的翼緣，按三邊簡支一邊自由的板件計算，臨界應力達到屈服應力235MPa時板件寬厚比為18.6。按屈服寬厚比的0.5、0.6、0.7、0.8和1.1倍適當取整，作為五個截面分級的寬厚比限值，并給了一個表格來對比說明。
需要說明的是，0.5、0.6、0.7、0.8和1.1這個系數(shù)實際是帶有經驗性的。S4級截面按0.8，是考慮了殘余應力和幾何缺陷等影響，S5級截面本來應該是允許板件彈性屈曲而按照有效截面計算的，但考慮到自由邊板件局部屈曲后可能帶來截面剛度中心的變化，從而改變構件的受力，也給了一個限值。
腹板的寬厚比（以往習慣叫高厚比），按梁腹板局部屈曲公式推導后的屈服寬厚比以及乘以0.5、0.6、0.7、0.8倍的值，與“鋼標”實際取的限值對比如圖。
很明顯，屈服寬厚比的0.5、0.6、0.7、0.8倍，與“鋼標”實際最終確定的限值并不完全一樣。按照條文說明的解釋，考慮到不同寬厚比等級的用途不同，并沒有嚴格地按照屈服高厚比的倍數(shù)：限值大的放寬了，限值小的取得嚴格了。
看一下下表“鋼標”最終確定的截面等級及寬厚比限值，部分限值的確定，實際上參考了歐洲標準EC3（見下表），“鋼規(guī)”塑性設計的腹板高厚比限值（下文還會說）等。同時需要注意，壓彎構件腹板的寬厚比限值參考了EC3，與截面應力分布有關。
另外，注5給開了一個口子：S5級截面如果應力較小時，有可作為S4級截面使用的可能。
三、以往規(guī)范中有截面等級嗎？
雖然“鋼標”第一次明確提出截面等級的概念并且在第3章就統(tǒng)一給出限值，實際上以往的規(guī)范中，還是有一些截面等級的影子。
1 《鋼結構設計規(guī)范》（GB 50017-2003）（“鋼規(guī)”）
“鋼規(guī)”關于截面等級（板件寬厚比）的規(guī)定分散在受彎、壓彎構件的計算及塑性設計各章節(jié)中。
比如，對于受彎構件的強度計算，規(guī)定如下：
不考慮截面塑性發(fā)展系數(shù)，翼緣寬厚比限值15（Q235），考慮塑性發(fā)展系數(shù)13（Q235），實際上就是定義了上述的兩種截面等級：S4和S3。
梁的腹板局部穩(wěn)定計算，實際上又給出了彈性截面的寬厚比限值。比如，梁的受彎通用高厚比定義為
這個150（Q235）和130（Q235）實際上就是彈性截面的腹板寬厚比限值。
塑性設計時，要求如下：
這是作為寬厚比限值的構造要求給出的，看著眼熟不？和“鋼標”塑性截面的某些寬厚比限值很接近不是？
2 《建筑抗震設計規(guī)范》（GB 50011-2010）（“抗規(guī)”）
“抗規(guī)”第8章，作為抗震構造措施，對框架梁、柱的板件寬厚比有如下要求：
雖然沒有明確說截面等級，但實際上就是截面延性的要求或者等級，本質上和“鋼標”截面等級是一回事，表達塑性鉸的塑性轉動耗能能力。
但是上述的要求是根據(jù)抗震等級來提的，強制性要求鋼結構框架都得延性耗能，同時要求延性構造，控制板件寬厚比——烈度大地震作用大就嚴一點，和“鋼標”的抗震設計概念不同（后續(xù)的專題會專門討論）。
“抗規(guī)”第9章，單層鋼結構廠房和多層鋼結構廠房中的單層及不超過40m的，有如下的規(guī)定：
并在條文說明中給出了三類截面等級A、B、C：
腹板寬厚比限值的72（Q235）和130（Q235），實際上沿用了塑性設計和梁腹板彈性屈曲的數(shù)值。
“抗規(guī)”第9.2節(jié)這些規(guī)定，實際上是“鋼標”第3章截面等級以及第17章“鋼結構抗震性能化設計”的前身和影子。
四、設計中如何應用截面等級？
截面等級實際上和構件承載力以及抗震設計密切相關。稍微翻一下“鋼標”就能看到，截面等級在構件強度計算的各章以及第17章“鋼結構抗震性能化設計”中都出現(xiàn)了，甚至可以說它串起了各章節(jié)。這也是為什么第一個專題要說它的原因。設計中怎么用，很難一兩句話說清楚，在后續(xù)的專題中，尤其是抗震設計中，會詳細說明截面等級怎么用。
五、后續(xù)專題（暫定）
初步擬定了一些專題，過程中可能會有調整，有空繼續(xù)：
《鋼結構設計標準》解說專題（2）——新術語解釋
《鋼結構設計標準》解說專題（3）——門規(guī)、抗規(guī)、鋼標的邏輯關系
《鋼結構設計標準》解說專題（4）——抗震設計
《鋼結構設計標準》解說專題（5）——梁的整體穩(wěn)定
《鋼結構設計標準》解說專題（6）——梁的局部穩(wěn)定
《鋼結構設計標準》解說專題（7）——節(jié)點域設計
《鋼結構設計標準》解說專題（8）——柱腳設計
《鋼結構設計標準》解說專題（9）——疲勞設計
《鋼結構設計標準》解說專題（10）——關于屈服承載力和塑性承載力
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