94.解析钢结构各规范中板件宽厚比控制原则及新旧规范对比

50εk^2 9εk 65εk
25εk
11εk
35εk 70εk^2
11εk 72εk 32εk
13εk
40εk 90εk^2 13εk 93εk 37εk
15εk
20
250
45εk
-
100εk^2
-
15εk
20
124εk
250
42εk
-
• 宽厚比等级对应的构件塑性变形能力
宽厚比等级 S1
S2 S3 S4 S5
程序实现
按照新钢标要求，支撑宽厚比限值要考虑放大系数α
各个规范不同条件下的宽厚比限值比较 该模型地上总高度26米，采用箱形 柱，焊接工字形梁。 分别采用新钢标、旧钢标、抗规 下不同宽厚比等级、不同抗震等 级进行计算，考察同一位置的梁、 柱板件宽厚比限值情况。
各个规范不同条件下的宽厚比限值比较 焊接工字形梁在各个规范下宽厚比
H形截面 受弯构件（梁）
箱形截面
腹板h0/tw
翼缘b/t
腹板h0/tw
翼缘b/t 腹板h0/tw 翼缘b/t 腹板h0/tw 径厚比D/t 翼缘b/t 腹板h0/tw 翼缘b/t 腹板b0/tw
(16α0+0.5λ+25）εk (45+25α0^1. 66)εk
(48α0+0.5λ-26.2）εk
40εk
门式刚架规范(GB51022-2015)对千板件宽厚比限值规定
门刚规范规定：工字形截面构件受压翼缘板自由外伸宽度b与其厚度之此刀:
应大于1st百芍飞，腹板高厚比不应大于250 。
同时门刚规范3.4.3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13J污瓦飞：，腹 板高厚比不应大于160"
1. 《钢结构设计标准》中的板件宽厚比控制原则 2. 抗规及高钢规中的板件宽厚比控制原则 3. 门规中的板件宽厚比控制原则 4. 程序实现流程 5. 新旧各规范对比及差异
• 相关现行规范
新钢标宽厚比等级
新钢标根据截面承载力（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，决定板件宽厚比限值。
括号内的等级为抗规要求的抗震等级
就对比构件而言 1严）。高厚比限值：旧钢规限值要求，在新钢标S2-S3级之间；抗规和高钢规限值比S3级要 2于）新宽钢厚标比S限2级值要，求旧。钢规限值要求与S4级相同，抗规和高钢规一~四级限值基本上要严
各个规范不同条件下的宽厚比限值比较 箱形柱在各个规范下宽厚比
括号内的等级为抗规要求的抗震等级
由上述梁、柱构件在各个规范对比情况我们发现，主要的现行规范新钢标 和抗规中对于构件板件宽厚比控制的要求，并不是我们传统认知当中的一本 规范一定包络另一本规范，在宽厚比上表现出了两本规范各自的独立性，因 此我们在控制构件宽厚比时，尤其是抗震设计时，我们可以根据我们所选的 依据规范按照各自的控制条件去进行构件宽厚比控制。
就对比构件而言 1）高厚比限值：旧钢规限值要求，对应新钢标S3、S4级之间，抗规和高钢规一~ 四级限值与S1-S3级之间较为匹配。 2）宽厚比限值：旧钢规限值要求与S3相同，抗规和高钢规限值，一级接近S1级， 总体不超过S3级的要求。
各个规范不同条件下的宽厚比限值比较 对比工字形柱模型中的宽厚比限值 该模型地上总高度50米，采用热轧 H形截面柱，工字形梁，Q345钢
=
19.265
6min
=
—N A
-
—M w
=
100.5/0.00884
-
11.81/0.0014956
=
3.472
6max - 6min <Imax
19.265 - 3.472 19.265 = 0.820
高厚比限值为(45 + 25a5·66) Ek =51.97
校核结果与程序计算结果一 致。
I> -♦
表3.5.1压弯和受弯构件的截面板件宽厚比等级及限值
构件 截面板件宽厚比等级
S1级
S2级
S3级
S4级
S5级
翼缘b/t
9εk
H形截面
压弯构 件（框
腹板h0/tw
架柱）
壁板（腹板）
箱形截面 间翼缘b/t
30εk
圆钢管截面 径厚比D/t
工字形截面 受弯构
翼缘b/t 腹板h0/tw
件（梁）
箱形截面
壁板（腹板） 间翼缘b/t
I> -♦
程序实现
二维设计程序：宽厚比控制按下列原则执行
单层钢结构轻屋盖厂房性能化设计
程序实现
二维设计：宽厚比限值要求 对于单层轻屋盖厂房，结构类型选择 单层钢结构厂房后，可以按抗规9.2. 14-2条及条文说明考虑“低延性、 高弹性承载力”性能化设计，取相 应的性能目标验算，满足承载力要 求后，程序就按照相应的宽厚比限 值要求控制。
124εk 42εk 45+25α0^1.6 6)εk
抗规（GB50011-2010）（2016年版）规定的各个结构形式板件宽厚比限值 规定
抗规对于钢结构各结构类型的宽厚比要求
结构形式
宽厚比限值要求
抗规表8.3.2 板件名称 工字形截
一级
抗震等级
二级
三级
钢框架
抗规表8.3.2
面翼缘外 10
11
12
塑性变形能力
弹塑性截面分类
可计达 要全求截的面转塑动性能，力力保，不证且降塑在低性转铰动具过有程塑中性承设载（一塑级性塑转性 动截截面面）
可达全截面塑性，局部屈曲，塑性铰的转 动能力有限，
二级塑性截面
翼缘全部屈服，腹板可发展不超过1/4截面 弹塑性截面 高度的塑性
边缘纤维可达屈服强度，但由于局部屈曲 而不能发展塑性
各个规范不同条件下的宽厚比限值比较 工字形柱在各个规范下宽厚比
括号内的等级为抗规要求的抗震等级
就对比构件而言 1）高厚比限值：旧钢规限值要求，对应新钢标S3~S4级之间；新钢标S1-S3级区间要比 抗规或高钢规一~四级限值更严。 2）宽厚比限值：旧钢规限值要求与S4级相同；抗规和高钢规限值四级与S3级限值相同， 二级与S2级相同，其他等级互有上下。
伸部分
柱 工字形截
重屋盖厂房：抗规9.2.14-1按烈度7/8/9度对面腹板Biblioteka 434548
应抗规钢框架四/三/二级
箱形截面
壁板
33
36
38
单层钢结构厂房
工字形截
轻屋盖厂房：抗规9.2.14-1“高弹性、低延性” 性能化设计要求确定板件宽厚比限值
面和箱形
截面外伸
9
部分
箱形截面
9
10
梁 翼缘在两
厂房总高度不大于40m的多层部分，按照9.2
程序实现 三维计算宽厚比控制原则
程序实现 三维计算 对于对于抗震等级为五级的非抗震构件，如次梁，程序按照宽厚比等级为S4 级确定其板件的宽厚比限值。
程序实现 三维计算 三维支持按新钢标下的性能设计，在进行性能化设计时，需要根据性能目标 确定宽厚比等级
程序实现 三维计算 宽厚比等级可以通过参数全局定义、层塔属性分层定义、单构件交互指定， 满足不同情况下的需要。
新增
两部规范在抗震设 计上的宽厚比限值 是一致的，高钢规 非抗震要求与四级
相同
旧版钢规（GB50017-2003）板件宽厚比限值分散于规范各章各条，主要规 定总结如下表：
构件
截面和宽厚比 翼缘b/t
03钢规限值 15εk
新钢标非抗 震要求
15εk
H形截面
压弯构件
箱形截面
工字形截面 轴心受压构件
箱形截面 圆钢管截面
程序实现
二维设计 在定义了抗震等级时，程序同时输出新钢标对应非抗震组合下宽厚比 限值，当高厚比超过S4级限值要求程序自动考虑有效截面验算。
腹板
板件宽厚比控制
构篡东永力剑斗越
程序实现
根据上图中的宽厚比限值二维结果的校核过程：
6max
=
—N A
+
—M w
=
100.5/0.00884
+
11.81/0.0014956
梁
腹板之间部分
30
30
32
36
36
工字形截面和箱形 截面腹板
72-120ρ 72-100ρ 80-110ρ 不宜大于 不宜大于 不宜大于
85-120ρ 不宜大于
85-120ρ
60
65
70
75
高ρ为钢梁的规轴压梁比N柱b/Af板，其件他钢宽号乘厚以ε比k 要求与抗规基本一致，区别
构篡东永力剑斗越
板件宽厚比控制
弹性截面
在边缘纤维达屈服应力前腹板可能发生局 部屈曲
薄壁截面
新增
H形截面
翼缘b/tf
腹板h0/tw
箱形 截面
壁板 （腹 板） 间翼 缘b/t
翼缘b/tf
T形截面 腹板
热轧剖分T形钢 焊接T形钢
等边角钢
圆管
肢件宽厚比ω/t λ≤80εk λ>80εk
径厚比D/t
(10+0.1λ)εk (25+0.5λ)εk 40εk (10+0.1λ)εk (15+0.2λ)εk (13+0.17λ)εk 15εk 5εk+0.125λ 100εk2
板件宽厚比控制
构篡东永力剑斗越
单层钢结构轻屋盖厂房性能化设计
程序实现
在进行单层钢结构厂房的性能化设计时， 在满足2倍地震力的承载力验算后， 宽厚比限值可以执行新钢标中的要求， 新钢标3.5.1注5中规定“ 当按国家标准《建
筑抗震设计规范》GBSOOll-2010第9.2.14条第2款的规定设计， 且55级截面的板件
高钢规表7.4.1
板件名称
一级
抗震等级 二级 三级
非抗震设
四级
计
工字形截面翼缘外
伸部分
10
11
12
13
13
柱
工字形截面腹板 43
45
48
52
52
箱形截面壁板
33
36
38
40
40
冷成型方管壁板 32
35
37
40
40
圆管径厚比
50
55
60
70
70
工字形截面和箱形
截面外伸部分
9
9
10
11
11
箱形截面翼缘在两
45εk
(16α0+0.5λ+24）εk或 0.8*(48α0+0.5λ-26.2）
45εk
εk
(10+0.1λ）εk (25+0.5λ）εk
40εk 40εk 100εk^2
(10+0.1λ)εk (25+0.5λ)εk
40εk 40εk 100εk^2
15εk
15εk
80,250 40εk
40εk
宽厚比小千54级经ca修正的板件宽厚比时， 可视作C类截面， ca为应力修正因子，
拓＝二II ' 二维钢结构设计程序可执行该性能目标下的板件宽厚比限值要
求。
73. 84, Iii= -102. 62, N= -66. 99
I> -♦
抗规“2倍地震力”性能化要求的实现
程序实现
二维设计： 选择钢框架结构，可以按抗规8.1.3 条注2要求“多、高层钢结构房屋， 当构件的承载力满足2倍地震作用组 合下的内力要求时，7～9度构件抗 震等级允许按降低1度确定”。 勾选此项后，如果满足相应要求， 程序自动按照降低后的抗震等级 考虑。
腹板之间
30
30
32
节执行
部分
多层钢结构厂房
厂房总高度大于40m的多层部分，按照8.3节 钢框架要求执行
工字形截 面和箱形 72-120ρ 截面腹板 ≤60
72-100ρ ≤65
ρ为梁的轴压比Nb/Af，其他钢号乘以εk
80110ρ≤70
四级 13 52 40
11
36
85120ρ≤75
高钢规（JGJ99-2015）板件宽厚比限值规定