宽厚比选用，一表搞定

摘自丨土木吧

问题

截面板件宽厚比等级是 2018 年 7 月 1 日起实施的《钢标》中的新增加的内容。许多人把握不准该内容，甚至望文生义，因为 S4 级截面称为弹性截面，在小震弹性分析中就采用了 S4 参数，这显然是错误的。只有正确理解截面板件宽厚比等级的含义，才能正确地选择其参数。如何选择宽厚比等级参数 SI、S2、S3、S4、S5? 这是大家关心的问题。

解答

1.截面板件宽厚比（SI、S2、S3、S4、S5）的等级

截面板件宽厚比是指板件平直段构件截面的宽度与厚度的比值。对于钢柱和钢梁，因为腹板计算宽厚比时取截面的高度，所以其宽厚比也可称为高厚比。

除了保证局部稳定外，宽厚比的大小也直接决定了钢构件的塑性转动变形能力和承载力的大小。

板件宽厚比只针对弯矩产生的应力或压力和弯矩共同作用下产生的应力形式，即针对受弯构件（梁）和压弯构件（框架柱），而不包括只承受轴力的柱子（如摇摆柱）。只承受轴力的柱子截面上的应力全截面相同。

绝大多数钢构件由板件构成，而板件宽厚比的大小直接决定了钢构件的承载力和受弯及压弯构件的塑性转动变形能力，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。

根据截面承载力和塑性转动变形能力的不同，国际上一般将截面分为四类，而我国在受弯构件设计中采用了截面塑性发展系数，因此将截面按板件宽厚比分为 SI、S2、S3、S4、S5 共 5 个等级。

解答

2.截面板件宽厚比（SI、S2、S3、S4、S5）等级的划分

根据截面承载力和塑性转动变形能力的不同，《钢标》将截面按其板件宽厚比分为 5个等级。

（1）S1 级：称为一级塑性截面，也称为塑性转动截面。如图 2.66-1 中的曲线1所示，翼缘已全部屈服，腹板可达全部屈服，即可达全截面塑性（此时绕中和轴斜线成为水平线），保证塑性较具有塑性设计要求的转动能力。

在弯矩-曲率关系中，Φp2对应的是弯矩平台段最右端曲率值，一般要求达到塑性弯矩Mp 除以弹性初始刚度得到的曲率Φp的 8〜15 倍。

简记：完全塑性铰。

(2) S2 级：称为二级塑性截面。如图 2.66-1 中的曲线2所示，翼缘已经全部屈服,腹板可达全部屈服，即可达全截面塑性 (此时绕中和轴斜线成为水平线)，但由于局部屈曲，塑性转动能力有限。在弯矩-曲率关系中，Φp1对应的是弯矩平台段最左端曲率值，大约是Φp的 2〜3 倍。

简记：完全塑性钱。

(3) S3 级：称为弹塑性截面。作为 H 型钢梁时，如图 2.66-1 中的曲线 3 所示，翼缘已全部屈服，腹板屈服发展最大深度不超过腹板高度的 1/4。在弯矩-曲率关系中，弯矩位于Φy-Φp1之间的曲线上，这是一段非线性曲线，位于弹性斜线和塑性平台线之间，也可称为弹塑性曲线。腹板的屈服范围，最小为翼缘厚度，最大为 1/4 腹板高度。

简记：弹塑性截面。

(4) S4 级：称为弹性截面。作为 H 型钢梁时，如图 2.66-1 中的曲线 4 所示，翼缘边缘纤维最大可达屈服强度 (此时为弹性阶段满应力状态，应力比=1)。S4 级截面的特点是只能发生局部屈曲而不能向塑性发展。

简记：弹性截面。

(5) S5 级：称为薄壁截面。在边缘纤维达到屈服应力前 (图 2.66-1 曲线 5), 腹板可能发生局部屈曲。

简记：薄壁截面。