新鋼標(biāo)全新引入了截面板件寬厚比等級的概念，但在截面等級的理解及實(shí)際設(shè)計應(yīng)用上，存在不少疑問。我們都知道，板件寬厚比大小直接決定了鋼構(gòu)件的承載力及受壓、彎構(gòu)件的塑性轉(zhuǎn)動能力，在很多規(guī)范中對寬厚比的限值均有要求，但控制依據(jù)有所不同。
《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50017-2017（簡稱“新鋼標(biāo)”）第3.5節(jié)，按照截面承載力和塑性轉(zhuǎn)動能力，將截面分為五個等級S1-S5，全新引入了截面板件寬厚比等級（截面等級）的概念。關(guān)于截面等級的涵義、如何理解以及如何在設(shè)計中如何應(yīng)用，存在不少的疑問。板件寬厚比大小直接決定了鋼構(gòu)件的承載力和受彎及壓彎構(gòu)件的塑性轉(zhuǎn)動能力，在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003（簡稱“舊鋼規(guī)”）、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010（簡稱“抗規(guī)”）、《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB51022-2015（簡稱“門規(guī)”）及《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ99-2015（簡稱“高鋼規(guī)”）中對于高厚比和寬厚比的限值均有要求。
抗規(guī)及高鋼規(guī)均按照抗震構(gòu)造措施的抗震等級進(jìn)行高厚比限值的控制。對于單層鋼結(jié)構(gòu)及多層鋼結(jié)構(gòu)廠房抗規(guī)有特殊的要求。門規(guī)對鋼構(gòu)件的寬厚比及高厚比限值的控制是判斷該構(gòu)件的強(qiáng)度及穩(wěn)定組合是否是地震作用控制而確定。新鋼標(biāo)對于寬厚比及高厚比限值是按照板件寬厚比等級進(jìn)行控制，這與之前舊鋼規(guī)及抗規(guī)中的“寬厚比”和“高厚比”兩個名詞不太相同，已經(jīng)統(tǒng)稱為“寬厚比”了。新鋼標(biāo)與其他幾本規(guī)范對于寬厚比與高厚比的限值要求既有區(qū)別又有聯(lián)系，在實(shí)際抗震設(shè)計中，如何正確的確定板件寬厚比限值比較混亂。本文系統(tǒng)梳理各規(guī)范對于寬厚比限值的要求，提出了在設(shè)計中如何進(jìn)行寬厚比限值的控制，同時結(jié)合算例展示PKPM軟件如何實(shí)現(xiàn)對于鋼構(gòu)件寬厚比及高厚比限值的控制。
按新鋼標(biāo)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(gòu)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。絕大多數(shù)鋼構(gòu)件由板件構(gòu)成，而板件寬厚比大小直接決定了鋼構(gòu)件的承載力和受彎及壓彎構(gòu)件的塑性轉(zhuǎn)動能力。換句話說，截面等級就是截面承載力和塑性轉(zhuǎn)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(shè)計和抗震設(shè)計角度而言，是截面塑性轉(zhuǎn)動和延性耗能能力的等級。所以，新鋼標(biāo)按照根據(jù)截面承載力和塑性轉(zhuǎn)動能力，參考國際標(biāo)準(zhǔn)，并考慮到我國在受彎構(gòu)件設(shè)計中采用截面塑性發(fā)展系數(shù)γx，新鋼標(biāo)將截面根據(jù)其板件寬厚比分為五個等級S1~S5，各級截面對應(yīng)的性能，按照截面受彎的力學(xué)性能已經(jīng)給出了很明確的描述。
S1級截面：可達(dá)全截面塑性，保證塑性鉸具有塑性設(shè)計要求的轉(zhuǎn)動能力，且在轉(zhuǎn)動過程中承載力不降低，稱為一級塑性截面，也可以稱為塑性轉(zhuǎn)動截面；此時圖1所示的曲線1可以表示其彎矩-曲率關(guān)系。?p2一般要求達(dá)到塑性彎矩Mp除以彈性初始剛度得到的曲率?p的8~15倍。
S2級截面：可達(dá)全截面塑性，但由于局部屈曲，塑性鉸轉(zhuǎn)動能力有限，稱為二級塑性截面；此時彎矩-曲率關(guān)系如圖1所示的曲線2，?p1大約是?p的2~3倍。
S3級截面：翼緣全部屈服，腹板可發(fā)展不超過1/4截面高度的塑性，稱為彈塑性截面；作為梁時，其彎矩-曲率關(guān)系如圖1所示的曲線3。
S4級截面：邊緣纖維可達(dá)到屈服強(qiáng)度，但由于局部屈曲而不能發(fā)展塑性，稱為彈性截面；作為梁時，其彎矩-曲率關(guān)系如圖1所示的曲線4。
S5級截面：在邊緣纖維達(dá)到屈服應(yīng)力前，腹板可能發(fā)生局部屈曲，稱為薄壁截面；作為梁時，其彎矩-曲率關(guān)系如圖1所示的曲線5。
