新鋼標已出！請看這篇詳細解說！

“鋼標”在第3.5節，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。

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。”需要注意，以往規范中的“寬厚比”和“高厚比”兩個名詞，現在實際上已經統稱為“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生屈曲程度和截面塑性發展程度的度量;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分為四個等級的做法多了一個等級，是因為老的“鋼規”中受彎構件一直以來都考慮了塑性發展系數(即可部分發展塑性的截面)，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。S1~S3級截面，能發展截面塑性，而S5級截面，在邊緣屈服未達到時，板件就已發生局部屈曲，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為中國規范特有的考慮一定塑性發展的彈塑性截面，S5為薄柔截面。

“鋼標”的截面等級確定，主要依據板的彈性穩定理論，同時參考了國外規范以及一些經驗值。

按照S4級截面描述的邊緣屈服同時板件剛好發生局部屈曲這個臨界狀態，可按彈性穩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：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”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章就統一給出限值，實際上以往的規范中，還是有一些截面等級的影子。

1 《鋼結構設計規范》(GB 50017-2003)(“鋼規”)

“鋼規”關于截面等級(板件寬厚比)的規定分散在受彎、壓彎構件的計算及塑性設計各章節中。

比如，對于受彎構件的強度計算，規定如下：

不考慮截面塑性發展系數，翼緣寬厚比限值15(Q235)，考慮塑性發展系數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 《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2010)(“抗規”)

“抗規”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。

“抗規”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值。

“抗規”第9.2節這些規定，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”中都出現了，甚至可以說它串起了各章節。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，在后續的專題中，尤其是抗震設計中，會詳細說明截面等級怎么用。

新術語解釋

《鋼結構設計標準》(“鋼標”)翻到第2頁就能看到術語一節。在原“鋼規”的基礎上，“鋼標”增加了不少的新術語。顯然新術語和“鋼標”的條文內容直接相關，本專題對其中關鍵的一些術語進行解釋和說明。

一、正則化長細比或正則化寬厚比 normalized slenderness ratio

實際上這只是名稱的修改和延伸。

原“鋼規”中有“通用高厚比 normalized web slenderness”，從英文翻譯可以看到，實際上它代表的是腹板高厚比，主要是梁腹板局部穩定計算時用的。新術語名稱改為了穩定理論中常用的術語“正則化”，同時由于板件穩定不光是腹板，于是棄用“高厚比”，改用更通用的“寬厚比”一詞。

“鋼標”對其定義沒變，正則化長細比或正則化寬厚比 normalized slenderness ratio——參數，其值等于鋼材受彎、受剪或受壓屈服強度除以相應的腹板抗彎、抗剪或局部承壓彈性屈曲應力之商的平方根。這是穩定理論中對于正則化類參數的標準解釋，簡單講就是鋼材強度與穩定應力的比值，這樣把穩定問題中不同強度的影響剝離，只剩下穩定因素自身。正則化長細比/寬厚比的值越大，越容易失穩，而理想狀態下的臨界值是1.0：如果大于1.0，表示構件或板件的彈性屈曲在達到屈服強度值之前;小于1.0，則可達到材料屈服強度，而不發生彈性屈曲，只能在彈塑性階段發生非彈性屈曲。如果用上一個專題講的截面板件寬厚比等級來說，那么，S4級截面的限值狀態，對應的就是抗彎的正則化寬厚比為1.0。

二、直接分析設計法 direct analysis method of design

即，直接考慮對結構穩定性和強度性能有顯著影響的初始幾何缺陷、殘余應力、材料非線性、節點連接剛度等因素，以整個結構體系為對象進行二階非線性分析的設計方法。

這是本次“鋼標”新引進的與國外規范接軌的計算方法。從穩定理論來說，道理很簡單，把影響結構穩定的主要因素在計算模型中考慮，直接進行結構的受力分析，應該就能把握結構的整體穩定。經典的鋼結構穩定教科書中都有這個方法。

大家知道，老“鋼規”的柱子曲線也是考慮了這些缺陷以后得到的穩定系數，然后把結構的整體穩定化解為構件層面的穩定考慮，俗稱計算長度法。當然，原來的計算長度法只是對某些結構適用，或者說它有幾個適用的前提條件，這也就是為啥還要直接分析設計法的原因。

關于“鋼標”直接分析設計法，目前從規范條文層面存在一點爭議，就是關于長細比的限值問題。“鋼規”、“抗規”等由于種種原因，規定了一些構件的長細比值。而計算長細比又是基于傳統的計算長度法根據計算長度系數得到的。目前“鋼標”雖然給了直接計算分析法，但計算長度限值的規定依舊存在，此時的計算長度限值如何考慮，成了問題。個人意見是，實際上長細比本身就是構造要求，是穩定計算不成熟條件下的一個補充而已。如果按直接分析設計法，那就干脆放開那些長細比構造要求，最多，僅僅對幾何長細比(按構件自然長度的長細比)作一些限值規定，而且可以放得很寬。

另外，設計單位目前在操作層面還存在一點問題，也就是，如何在計算程序中實現直接分析(貌似現在好多結構工程師=計算軟件操作員+CAD描圖員，不能一鍵搞定的免談)。但這個似乎只是暫時的問題，不算大問題，我想，萬能的PK等等，會很快解決這個問題的吧。是不是真的算得準，嘿嘿，你問我?我哪知道?!

三、關于支撐框架

無支撐框架、支撐結構、框架-支撐結構，強支撐框架，支撐系統，這是相關的幾個術語，有必要放在一起扯扯。

前面已出的規范，包括“抗規”等等，更嚴重的是在工程技術人員的理解中，已經把所謂的“框架”概念給模糊化了——“框架”，可以是純框架、支撐框架，更可以是框架-支撐。這種模糊化導致了抗規等規范條文在應用上的模糊。比如，純框架的抗震構造要求，和支撐結構、框架-支撐是有很大區別的，因為耗能模式完全不同。這個具體在第五個術語“塑性耗能區”中具體說。

先說一下各自的定義：

無支撐框架 unbraced frame——利用節點和構件的抗彎能力抵抗荷載的結構。其實就是純框架，受力特征是靠構件節點的抗彎剛度來形成抗側力結構體系，典型如門式剛架。

支撐結構 bracing structure——在梁柱構件所在的平面內，沿斜向設置支撐構件，以支撐軸向剛度抵抗側向荷載的結構。實際這就是純支撐結構，支撐拿掉了，結構抗側力體系就沒了，類似于腳手架，沒東西扶著它，就倒了。

框架-支撐結構 frame- bracing structure——由框架及支撐共同組成抗側力體系的結構。

在我們的抗震規范中，因為要求雙重抗側力體系，如果支撐壞了，框架部分還能承擔一些側向力。因此，上述的純支撐結構由于缺少框架部分的抗側剛度，是被排斥使用的(實際工程中往往給禁止使用)。但工程實踐中又存在不少這樣的結構形式，尤其是構筑物，比如支架。當然，國外規范中存在這類結構，比如美國的建筑鋼結構抗震規范AISC 341，嚴格區分單一抗側力體系和雙重抗側力體系。而上述的支撐結構就是其中的單一抗側力體系。我們“抗規”中的框架-支撐，是雙重抗側力體系，等于無支撐框架和支撐結構的組合。

強支撐框架 frame braced with strong bracing system——在框架-支撐中，支撐結構(支撐桁架、剪力墻、筒體等)的抗側移剛度較大，可將該框架視為無側移的框架。

強支撐框架，大家都知道，就是強的支撐框架唄。這不廢話嗎?強支撐框架，是跟弱支撐框架相對應的。從本質上說，強與弱，對應的是不同的失穩模式，而不是真的側移大小，也就是穩定理論中講的無側移和有側移框架。順便說一句，98版“高鋼規”曾經規定層間位移角小于1/1000就可按無側移計算，從穩定理論來說，似乎是不大合適的。

“鋼標”本來是有弱支撐的，征求意見稿大家都能看到?？紤]到不推薦采用弱支撐框架，最終取消了弱支撐框架柱穩定系數計算公式。另外還有個事實，一旦設置了支撐，常見的一般框架-支撐結構，都是強支撐。

支撐系統 bracing system——由支撐及傳遞其內力的梁(包括基礎梁)、柱組成的抗側力系統。

這是一個新的概念，強調支撐不是倆斜桿就能成結構體系，而是必須由一個完整的體系才能形成支撐系統，才能起抗側作用。結構設計時，必須關注整個系統。缺了任何一環，支撐體系就不成立。

四、畸變屈曲

畸變屈曲 distorsional buckling——截面形狀發生變化、且板件與板件的交線至少有一條會產生位移的屈曲形式。

看一下圖就明白了。

對于框架結構的梁，上翼緣鋪板，正彎矩區沒有穩定問題，但負彎矩區的下翼緣有穩定問題，就是上圖的畸變屈曲。以往我們的規范中都沒考慮，而國外規范已有這個規定?；�變屈曲相關的研究內容可以參考童根樹教授的專著《鋼結構的平面外穩定》。

“鋼標”6.2.7條就是針對框架主梁負彎矩區畸變屈曲新增加的規定。將下翼緣作為壓桿，腹板作為對下翼緣提供側向彈性支撐的部件，上翼緣看成固定，給出了一個簡單的畸變屈曲的臨界應力公式，同時給出了需要考慮畸變屈曲的情況以及不滿足時的做法。

“鋼標”抗震設計第17章的相應章節，也有關于框架梁梁端負彎矩區畸變屈曲的相關要求。

五、塑性耗能區、彈性區

先看看定義：

塑性耗能區 plastic energy dissipative zone——在強烈地震作用下，結構構件首先進入塑性變形并消耗能量的區域。

彈性區 elastic region——在強烈地震作用下，結構構件仍處于彈性工作狀態的區域。

用大白話說，塑性耗能區就是大的地震下面進入塑性并且耗散地震輸入能量的構件部分。那么，彈性區就是，咋震，都不進入塑性的構件部分。因此，按這么說，其實抗震結構分兩部分：塑性耗能區vs非塑性耗能區，非塑性耗能區也可以設計成彈性區，當然也可以存在一些可能的或者說潛在的塑性區。

不同區域，抗震的做法和要求也不同?？拐鹪O計思路是進行塑性機構控制，可以說，整個“鋼標”第17章的抗震，基本都是圍繞塑性耗能區寫的，從性能等級目標、延性等級、抗震計算到抗震構造。非塑性耗能區的構件和節點設計，是根據既定的結構體系和塑性耗能區性能，再確定相應如何進行設計。

因此，有必要來具體說說整個鋼結構體系中，哪兒是塑性耗能區。當然也需要注意，塑性耗能區是和抗震設計的意圖是相關的，說白了，就是還得結合你設計時候，想讓哪兒塑性耗能。

對于純框架結構，大家最熟悉，都知道就是啥地方能形成塑性鉸，那就是塑性耗能區，一般就是梁柱節點附近以及柱腳。但是對于抗震設計來說，希望保證“強柱弱梁”和防止形成倒塌機構，那么一般是把除單層和頂層框架外的框架梁端設計為塑性耗能區。

支撐結構，上面說了，就是支撐在抵抗側向力。那么，塑性耗能區其實就是那個支撐了。從抗震性能而言，希望是把成對設置的支撐設計為塑性耗能區。

框架-中心支撐結構，按上述的雙重抗側力體系設計目標，塑性耗能區那就是成對設置的支撐和框架的梁端。

框架-偏心支撐結構，對于支撐框架的部分，肯定是剪切屈服的耗能梁段。而框架的梁端塑性鉸區，肯定也是塑性耗能區。

其余比如設置了阻尼器的框架，那毫無疑問，首先屈服的阻尼器就是塑性耗能區。

六、焊接截面 welded section

知道這個術語在老“鋼規”叫啥嗎?——叫“組合構件 built-up member”。

啥?一定會有好多人覺得很奇怪：“組合構件”，不是那個啥鋼和混凝土組合的東東?不信?翻開老“鋼規”，組合構件 built-up member——由一塊以上的鋼板(或型鋼)相互連接組成的構件，如工字形截面或箱形截面組合梁或柱。

本來沒想把這個列出來，但是想想工作中真就有好多人問我“鋼規”的組合構件到底咋回事，就說說吧。

這應該是歷史上延續過來的，最早鋼結構分型鋼和鋼板、型鋼組合焊接的構件，而當初鋼-混凝土組合結構也少，于是命名叫“組合構件”，一直在“鋼規”中延續。“鋼標”修編可能發現容易歧義，改了。

與現行規范的邏輯關系及應用

《鋼結構設計標準》(GB 50017-2017)(簡稱“鋼標”)頒布以后，與現行的《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》(GB 51022-2015)(簡稱“門規”)、《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2010)(簡稱“抗規”)等規范內容存在交叉和重疊。在設計鋼結構時，如何選用適用的規范和相關條文，成為結構工程師經常犯難的問題。

因此，在具體談《鋼標》條文之前，有必要先說說各規范的定位和他們之間的邏輯關系，以及各規范的適用情況。

一、《門規》是個啥?有《鋼標》還要他做甚?

眾所周知，《門規》是針對門式剛架輕型房屋鋼結構制定的一本專門的規范，其前身是《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》CECS 102，并在條文說明中明確表示“參照和吸取了多項國外先進標準和手冊中有關輕型房屋結構設計、制作和安裝的規定。主要參考的國外手冊是美國金屬房屋制造協會MBMA《低層房屋體系手冊》等……”(下圖是MBMA手冊的2006版，有興趣可以找來翻翻)。

MBMA手冊的主要內容大致為：荷載(重點是風荷載和吊車荷載)、適用性(正常使用相關的一些設計要求和考慮)、一般的工業實踐(訂購和合同文件中關于設計、制造、交易和安裝等的指導)、規格指導、美國鋼結構協會金屬房屋的認證程序、建筑節能、抗火、風雪地震和降雨資料。也就是說，MBMA手冊更像是一個指導行業產品買賣的文件，而非規范。其中關于設計施工的內容很籠統，風荷載的內容也是原封不動從美國ASCE 7規范(相當于《建筑設計荷載規范》)引來的。

對照看我們的《門規》，卻是一個針對門式剛架輕型房屋鋼結構的完整的技術規范，包括結構設計(結構布置、荷載取值和組合、結構和構件計算、節點、圍護板設計等)、防護、制作、運輸、安裝和驗收等內容。這些內容，在原來的規范中并不覆蓋。換句話說，按原來的規范，門式剛架壓根沒法設計，或者說即便設計出來，也不再是國外引進的那個門式剛架。

因此，這么對比一下就很清楚了——《門規》是啥?《門規》為了門式剛架引進國內應用，專門編制的一本規范，是在原先國內規范不覆蓋、不支持這種結構形式的情況下，從夾縫中生出來的一個小兒子。

《門規》和《鋼標》(之前是《鋼結構設計規范》GB 50017，簡稱《鋼規》)在國標體系中并列，某種意義上說，是規范體系的混亂。按照邏輯關系，《門規》中跟鋼結構靜力計算相關的內容應該體現在《鋼標》(或《鋼規》)，荷載的規定應該在《建筑結構荷載規范》，而抗震設計的內容則應該在《抗規》中表達。如果需要有專門針對門式剛架的詳細的指導性文件，可以作為協會規程或者手冊處理，為一種結構形式編一本國家規范，只會讓規范體系愈發龐大和累贅。如果說以前的《鋼規》不覆蓋門式剛架鋼結構，現在的《鋼標》實際上已經基本覆蓋了。

筆者在本公眾號曾經寫過一些關于門式剛架輕鋼結構的文章，如《所謂的輕鋼和普鋼，本質區別到底是啥?》(2017.2.26)、《談談新門規風荷載的前世今生》(2017.3.11)，實際上也是試圖在說明他們之間的內在關系。

二、《抗規》管抗震設計，《鋼標》也抗震設計?是個什么鬼?

從規范的定位來說，“抗規”是母規，常見結構的抗震一般按照《抗規》或《構筑物抗震設計規范》(GB 50191-2012)(簡稱“構抗規”，工業等構筑物用)進行設計。

鋼結構抗震設計，涉及抗震的相關規范還有《高層民用建筑鋼結構技術規程》(JGJ 99-2015)(簡稱“高鋼規”)，但其抗震的規定基本與“抗規”第8章“多高層鋼結構”的內容一脈相承，只是對高層提了一點略高的要求，比較好理解，不存在強烈的沖突感。

但“鋼標”的第17章，命名為“鋼結構抗震性能化設計”，內容與目前《抗規》規定的抗震設計似乎大相徑庭，乍一看還很費解(當然《抗規》中也有性能化設計的原則性內容，比較籠統)。

先來看看《鋼標》的解釋：

“……不同結構體系和截面特性的鋼結構，彼此間結構延性差異較大，為貫徹國家提出的“鼓勵用鋼、合理用鋼”的經濟政策，根據現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB 50011及《構筑物抗震規范》GB 50191規定的抗震設計原則，針對鋼結構特點，增加了鋼結構構件和節點的抗震性能化設計內容……”——首先，《鋼標》的抗震設計方法命名為“抗震性能化設計”，并明確表示是在《抗規》和《構抗規》的抗震設計原則之下制定。那么，可以把《鋼標》第17章的抗震設計方法看作是抗震性能化設計思路在鋼結構中的應用和細化。如果你仔細一點看《抗規》，可能還會發現，在《抗規》9.2節鋼結構廠房的部分其實已經出現了類似的說法和做法，并且思路也是一脈相承。

“……結構真正的設防目標為設防地震，但由于結構具有一定的延性，因此無需采用中震彈性的設計。在滿足一定強度要求的前提下，讓結構在設防地震強度最強的時段到來之前，結構部分構件先行屈服，削減剛度，增大結構的周期，使結構的周期與地震波強度最大時段的特征周期避開，從而使結構對地震具有一定程度的免疫功能。這種利用某些構件的塑性變形削減地震輸入的抗震設計方法可降低假想彈性結構的抗震承載力要求?；�于這樣的觀點，結構的抗震設計均允許結構在地震過程中發生一定程度的塑性變形，但塑性變形必須控制在對結構整體危害較小的部位。例如梁端形成塑性鉸是可以接受的……”——這一段描述大家應該不陌生，抗震設計理論從來這么說的：延性和抗震性能息息相關，要抗震就得說延性。下面的圖1，是鋼結構抗彎截面延性性能的形象表達——截面等級決定截面的抗彎延性性能，從而決定抗彎結構塑性鉸的延性和耗能能力?！犊挂帯泛汀稑嬁挂帯分袑崿F這些延性目標，都采用的是抗震構造措施，并且，是強制性的(《抗規》9.2節除外)——這就意味著，《抗規》和《構抗規》認為結構抗震都得用延性，設計時必須得結構讓備著。

“另外，對于很多結構，地震作用并不是結構設計的主要控制因素，其構件實際具有的抗震承載力很高，因此抗震構造可適當降低，從而降低能耗，節省造價。”——這是導致《鋼標》抗震設計與《抗規》慣用方法不同的關鍵所在。做過鋼結構設計的都知道，按照《抗規》設計一個抗震設防烈度不高的小型鋼結構(比如小框架、小車棚)，光那些抗震構造措施，會讓你的設計結果看上去很豪華!(給業主質疑沒法回答的有木有?回答說“這是規范規定”給業主鄙視的有木有?)

“在能量輸入相同的條件下，結構延性越好，彈性承載力要求越低，反之，結構延性差，則彈性承載力要求高，本規范簡稱為“高延性-低承載力”和“低延性-高承載力”兩種抗震設計思路，均可達成大致相同的設防目標。結構根據預先設定的延性等級確定對應的地震作用的設計方法，本規范稱為‘性能化設計方法’……”——這一段話，把上述幾段話的意思清晰完整地闡述清楚了。即，抗震并不是非得延性，高延性和低延性，都能實現抗震設防目標，結構可以預設延性等級進行抗震設計，或者說可以進行選擇，怎么合理怎么做。從地震工程學的理論看，這就是等能量原理(見圖2示例，不同曲線和橫坐標圍住的面積相同(表示為能量)，不同路徑可實現同樣的抗震目標，但對應不同的彈性承載力和延性)。于是乎，一個小車棚的抗震設計也就用不著惡狠狠地整上那么多抗震構造措施了，完全可以降低抗震構造要求而提高設計計算的地震作用(如果本來地震作用就不大，加大又何妨?)。順帶著，實際上也把門式剛架這一類結構從沒法按照《抗規》方法進行抗震設計的尷尬中解放出來了。談到抗震就得說延性，就得耗能，實際上是一條道走慣了而忘記了其它的路，甚至走進了死胡同還沒醒悟——這是抗震研究、規范和設計認識上的一大誤區。

圖2 強度(彈性承載力)和延性的關系

那么，反過去再看看，就很清楚了——《抗規》抗震設計的前提，是基于延性耗能的原則，認為結構在設防地震作用下一定進入彈塑性，設防烈度高則延性要求高，房屋高度越高，也是如此。因此，抗震構造要求根據建筑高度和設防烈度決定的抗震等級來確定。從常規的建筑物來說，這似乎勉強說得過去(相對而言，當然不盡合理)。然而，這畢竟只是硬幣的一個面?！朵摌恕返目拐鹦阅芑�設計，同時給出了硬幣的兩個面，除了“高延性”耗能的抗震設計途徑，還有“低延性”甚至接近彈性的抗震設計途徑，從而給了設計人員充分的自主選擇權。

三、做鋼結構設計，規范咋選擇呢?

說了這么多，既然規范現狀是這樣了，做鋼結構設計時怎么選擇，怎么執行呢?

首先，結構工程師們其實很清楚，如果鋼結構是符合《門規》適用條件的，那就可以完全按照《門規》設計，一條道走到黑，荷載、構件計算、節點、構造、抗震，全部都覆蓋，而且最關鍵的是，大家對《門規》很熟悉，設計結果也很經濟，屬于喜聞樂見。

其次，如果不符合《門規》適用條件的鋼結構，那么，按照《鋼標》的說法：“抗震設防的鋼結構構件和節點，可按現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB 50011或《構筑物抗震設計規范》GB 50191的規定設計，也可按本規范第17章的規定進行性能化設計。”因此，可按如下途徑之一進行設計：

途徑1：按《鋼標》進行靜力設計，按《抗規》或《構抗規》進行抗震設計;

途徑2：按《鋼標》進行靜力設計，按《鋼標》第17章進行抗震設計(尤其是一些地震作用不大，可按“低延性”思路進行設計的結構)。

順便說一句，符合或者是超出《門規》適用條件的門式剛架，其實都可以按照上述途徑2進行設計，只要選擇“低延性”的抗震設計思路即可。從這個意義上講，《鋼規》和《抗規》沒覆蓋門式剛架，但《鋼標》從邏輯上做到了各種類型鋼結構的覆蓋。

抗震性能化設計

好了，終于可以談談《鋼結構設計標準》(GB 50017-2017)(簡稱“鋼標”)的抗震設計了，也稱之為“鋼結構抗震性能化設計”，這是鋼標相對于《鋼結構設計規范》(GB 50017-2003)(簡稱“鋼規”)變化最大的一部分內容。

鋼標的抗震性能化設計具體怎么做，包括設計軟件中如何操作，已經有一些文章進行了詳細闡述。本文并不準備去重復那些內容，而只是打算就抗震設計的原理性問題以及幾個關鍵要點進行澄清，幫助你從概念層面的深入理解，以免給程序玩死(換句話說，看本文之前，應該好好看過鋼標)。

另外還是得說明(雖然本該是結構工程師的常識)，程序是程序，規范是規范，程序僅僅代表了編程人員對規范的理解，可能對，也可能錯。倒是，規范理解不到位，做設計容易給程序玩殘。經常有人問我，某某軟件計算結果紅了，怎么調?我一般回答，程序的操作問題，去問軟件客服。紅了綠了的事，用規范語言來描述，我才能跟你討論(似乎開篇說了一些廢話，抱歉抱歉……)

一、抗震性能化設計vs傳統抗震設計，原理上的差異是啥?

在本公眾號發表的前幾篇解讀文章中已經談到，鋼標的抗震性能化設計描述為：

“在能量輸入相同的條件下，結構延性越好，彈性承載力要求越低，反之，結構延性差，則彈性承載力要求高，本規范簡稱為“高延性-低承載力”和“低延性-高承載力”兩種抗震設計思路，均可達成大致相同的設防目標。結構根據預先設定的延性等級確定對應的地震作用的設計方法，本規范稱為‘性能化設計方法’……”

即，抗震并不是非得延性，高延性和低延性，都能實現抗震設防目標，可以進行選擇，怎么合理怎么做。從地震工程學的理論看，實際上就是下圖表達的等能量原理，結構可以可以按照圖中不同的路徑抗震，不同曲線和橫坐標圍住的面積相同(即地震能量)即可。不同路徑對應不同的彈性承載力和延性。

傳統的抗震設計是什么思路呢?抗規抗震設計的思路是，結構在設防地震作用下會進入彈塑性。因此，基于基于延性耗能的原則，設防烈度高需要耗能多點，延性要求就高。所以抗規的抗震構造就根據建筑高度和設防烈度決定的抗震等級來確定(等級高延性要求就高，當然也不盡然)。

所以，鋼標的抗震性能化設計，實際上是在常規抗震設計方法(考慮一定的延性，大致屬于中到高延性)的基礎上還給了另一個低延性的抗震設計途徑，從而能適用于更多的情況。

二、抗震性能化設計vs傳統抗震設計，具體設計流程上的區別在哪兒?

常規的抗震設計方法，按照小震地震作用計算+抗震構造要求進行設計。

抗震性能化設計則是小震設計后，再進行中震設計。中震設計時，是在承載力和延性之間的平衡和選擇，實際上可能處于一個迭代循環過程，即假定塑性耗能區承載性能等級(與塑性耗能區的延性等級直接掛鉤，設防類別高的提高一檔)，得到地震作用效應，再進行構件承載力抗震驗算(鋼標17.2.1~17.2.3條)，以及機構控制驗算(17.2.4~17.2.12條)，如有問題則進行調整，循環計算。

塑性耗能區承載性能等級則與延性措施對應，選擇了什么等級則要求在設計時采用對應的抗震措施(17.3節)。需要注意的是，抗震措施不再是一刀切，而是對應不同的等級采用對應的措施，這是與常規抗震設計方法最大的區別，也是體現其設計合理性的地方。

抗震性能化設計中，有幾個關鍵點，如塑性耗能區、性能系數，塑性耗能區在前文中解讀過，這兒說說性能系數。

性能系數是啥?性能系數是構件的計算參數，按鋼標(17.2.2-1)計算。注意要區分塑性耗能區構件和非塑性耗能區構件。

看一下17.3.2條就明白，性能系數是計算地震作用效應時候水平地震作用效應的系數。另外需要注意，用來計算的地震作用是設防地震下的，即“中震”，換句話說，性能系數其實就是地震作用的折減系數(參見前面的強度-延性示意圖)。

還有一個實際性能系數，按下式計算，這是用來檢查你設定的性能系數是否合理的。需要注意，公式(17.2.2-2)中有印刷錯誤，水平地震和豎向地震在公式中搞反了。實際性能系數的物理意義，以框架為例，是結構的屈服承載力扣除重力荷載代表值以及豎向地震作用效應后，與設防地震(中震)產生彎矩的比值，即達到中震的多少分之一時屈服，1.0表示在中震時剛好屈服。顯然，實際性能系數不能小于設定的性能系數。

那么，對于支撐結構，實際性能系數的物理意義，你看明白了嗎?

三、抗震性能化設計vs傳統抗震設計，能帶來什么好處?

抗震性能化設計相對于傳統抗震設計，帶來的最大的好處，就在于設計的靈活化，而不是固定不變的強制性抗震措施。相信各位在以往的設計中，因為各種抗震措施(尤其是構造措施)的要求導致你自己都覺得設計很不合理的情況比比皆是。而這些，都將是抗震性能化設計的用武之地。也就是說，抗震措施的區別化對待(包括各種抗震措施免除條件)，是抗震性能化設計的優勢所在。

舉個栗子：

鋼標的17.1.4條3款：

“3)其他構件承載力標準值應進行計入性能系數的內力組合效應驗算，當結構構件延性等級為Ⅴ級時，無須進行機構控制驗算;”

條文說明解釋如下：

“當按本規范進行性能化設計，采用低延性-高承載力設計思路時，無須進行機構控制驗算，本規范第17.2.4條至17.2.12條為機構控制驗算的具體規定，但當性能系數小于1時，支撐系統構件尚應考慮壓桿屈曲和卸載的影響。”

好好去看看鋼標的17.2.4~17.2.12,有哪些內容，就明白了。強柱弱梁?強節點弱構件?柱腳極限承載力?這都不是事。

是不是覺得，原本要給玩死的設計，用抗震性能化設計似乎有戲了?恭喜你，你似乎找到門道了。如果這篇文章就這么一丁點對你有用，我都覺得值了。我就不再去多說啥寬厚比、長細比、節點域、支撐結構等等這些帶來的不同了。希望你能在鋼標中有新的發現。如有疑問或者新發現，歡迎來一起分享和討論。

四、抗震性能化設計vs傳統抗震設計，如何選擇?

前文已經談過規范的選擇問題，主要是抗規體系和鋼標抗震性能化設計的選擇，不再多說規范選擇的邏輯問題，只是談怎么選擇設計更合適更合理的問題。

鋼標條文說明對抗震性能化設計有如下說明：

“另外，對于很多結構，地震作用并不是結構設計的主要控制因素，其構件實際具有的抗震承載力很高，因此抗震構造可適當降低，從而降低能耗，節省造價。”

因此，用句大白話說，只要是按照常規抗震設計方法設計給抗震措施(包括構造)整得不舒坦的，你就得考慮用用抗震性能化設計了。

當然，用規矩的語言說，就是地震作用不是那么大，風荷載或者變形控制等等都導致結構承載力較高的情況，都將是抗震性能化設計低延性路徑的適用場合。

其實經常做工業廠房尤其是普鋼廠房的應該早就知道了，在抗規的9.2節就已經采用了類似的思路，解放了一些構造要求。當然，現在的鋼標抗震性能化設計，更為全面，甚至也把門剛類結構的抗震設計納入進去了(你可以嘗試看看，如何將常見的門剛結構按鋼標的抗震性能化設計路徑走通，且不產生什么過多附加的抗震要求)。

對于常規的按中等到高延性思路進行設計的情況，抗震性能化設計與抗規的抗震設計方法差異不至于太大，方法的選用上矛盾沒有那么突出。

另外對于一些鋼結構的構筑物，采用鋼標的抗震性能化設計有時也更為合理。

受彎構件的計算

對于《鋼結構設計標準》(GB 50017-2017)(簡稱“鋼標”)的受彎構件，本來想就整體穩定和局部穩定分開談。落筆前再想想，鋼標《鋼結構設計規范》(GB 50017-2003)(簡稱“鋼規”)，似乎沒有那么多修改內容，于是就湊在一起，整體來談受彎構件的計算，說說主要的修改及隱藏在條文后的內容。另外，感覺前幾個專題寫得太空了，所以這一個專題開始，稍微具體點說。

一、受彎構件的強度計算有何不同?

受彎構件的強度計算按下式進行。

似乎跟鋼規沒啥大的區別，僅僅是因為引入了截面等級，導致凈截面模量的計算規定有一點不同。注意以下三點：

(1)S1~S4截面，在屈服前全截面都是有效的，因此取全截面模量;S5截面允許在屈服前即發生板件的局部屈曲，因此強度計算時的截面模量按有效截面，腹板的有效截面與壓彎構件處的計算協調，而翼緣采用了簡單的方式處理，取有效寬度。

規范條文表示“受壓翼緣有效外伸寬度可取15ek”，實際表達上有點問題。準確的意思是，受壓翼緣取外伸寬度和厚度比值為15ek，外伸寬度取15ektf。

(2)S5截面在鋼標的引入，使得比鋼規有所放寬，允許翼緣寬厚比超過15ek/13ek，可按有效寬度計算。這樣，避免了有些情況下因為翼緣要加寬導致厚度必須增加而引起浪費(比如按鋼規設計吊車梁，上翼緣有時需要保證一定的寬度，即便受力驗算已通過，但如果加寬翼緣，則厚度必須也同時加大)。

(3)要考慮塑性發展系數，必須保證截面具備發展一定塑性的能力，也就是說，截面等級至少得是S3起，S4和S5截面無法發展塑性。

二、受彎構件的整體穩定增加了哪些內容?

受彎構件的整體穩定實際上在規范編制過程中經歷了一些周折，如果看過鋼標的征求意見稿就會發現。在征求意見稿中，整體穩定計算的穩定系數徹底改了，如下式所示。

最終頒布的鋼標，把這些改動又徹底刪除了，恢復了鋼規的穩定系數公式。而同時給刪除的還有原鋼規4.2.3的第2款(免除整體穩定計算的條件)：

實際上既然穩定系數沿用了鋼規，這一條規定依舊適用，使用鋼標時，還可參考。

鋼標在梁的穩定內容中增加了一個很重要的內容，是畸變屈曲的驗算公式?；�變屈曲是個啥?看看下圖。既然梁并不全是簡支梁，還有框架梁?？蚣芰荷弦砭売袠前鍟r，下翼緣在負彎矩區受壓，上翼緣由于受板的約束不動，會產生下圖的屈曲模式。

鋼標給了下列計算公式進行計算。

另外注意，鋼標第17章的性能化抗震設計中，關于框架梁端塑性耗能區，有如下針對畸變屈曲的構造要求，這在以往的規范中沒出現過這一概念，需要注意。另外注意，橫向加勁肋是控制畸變屈曲的有效措施。

三、梁的局部屈曲改了啥?

梁的局部屈曲計算基本都是經典板殼穩定的內容，沒有很大的修改。除了受彎正則化寬厚比的計算略有變化。鋼標的規定：

梁受壓翼緣未受約束時的153改為了138。規范的解釋是，腹板應力大的時候，翼緣應力也很大，無法給腹板提供約束，因此邊界條件變弱，嵌固系數變化，從而153變成了138。

另外，腹板受剪的正則化寬厚比也有一點變化，如下式，增加了一個系數(ita)。

對照看，鋼規的公式如下式：

鋼標中的公式：

鋼標明確規定：

鋼標條文說明并未給出說明。實際的理由是，框架梁梁端最大應力區應力較大，翼緣無法給腹板提供約束，嵌固效應削弱。

從上面的內容可以看到，鋼規在受彎計算的規定，考慮更多的是簡支梁的情況，而鋼標則全面考慮了結構中各種情況的梁。

另外需要注意的是，從本質上說，截面等級的S4級，照理應該是和梁受彎計算處的局部屈曲寬厚比的限值條件完全一致。但鋼標考慮了參考國外規范等等因素，事實上截面等級處規定的S4級截面寬厚比限值和局部屈曲處略有不同，設計時需要注意區分。

節點域設計

節點域是鋼框架梁柱連接節點區域的一個特定部位，在《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2010，簡稱“”抗規”)和《鋼結構設計規范》(GB 50017-2003，簡稱“鋼規”)中都有一些相關計算和構造的規定。然而在設計時，經常有一些疑問存在。

《鋼結構設計標準》(GB 50017-2017，簡稱“鋼標”)中涉及節點域的內容進行了全新的梳理和改動，動作很大，有必要專門來談談，以便說清楚節點域相關規定的來龍去脈。

一、節點域的受力特征

節點域，其實就是梁柱交接處一塊基本只承受純剪的板，如下圖，兩側梁端的彎矩，在節點域通過純剪切受力進行內力的傳遞(如果忽略梁柱的軸力、剪力)。這一受力特征決定了，節點域剪應力可用梁端彎矩的和除以節點域體積得到(鋼標公式12.3.3-3)。

二、鋼標的節點域承載力計算

先看規范條文。很明顯，除了節點域體積增加了箱型截面柱和圓管柱的計算公式外，引入了一個節點域抗剪強度。計算方式和以前一樣。

節點域抗剪強度和受剪正則化寬厚比相關，計算如下：

解釋一下：

(1)以往的鋼規中，都是默認了節點域不發生彈性屈曲的，所以節點域強度均采用了抗剪強度設計值的4/3倍。

抗剪強度設計值提高為4/3倍，由來已久，是參考了日本鋼結構相關規范的公式，以考慮略去柱剪力(一般的框架結構中，略去柱端剪力項，會導致節點域彎矩增加約1.1～1.2倍)、節點域彈性變形占結構整體的份額小、節點域屈服后的承載力有所提高等有利因素。由于這個4/3已經深入人心，鋼標沒改，可以看到在第3款的1)中體現了。另外注意，門規是個例外，自己意識到板件一般很薄，沒采用4/3，只是采用了1.0，未考慮節點域抗剪強度提高(可就是沒意識到，薄到一定程度，可能彈性屈曲，連fv也可能達不到呢?)

(2)鋼標新引入了節點域受剪正則化寬厚比。按照板殼穩定理論，節點域受剪可能發生彈性屈曲，因此抗剪承載力與其寬厚比緊密相關，而以往規范中不區分節點域板寬厚比統一取抗剪強度的做法是不對的。即，正則化寬厚比0.6以下，抗剪強度fps取4/3fv(參考了日本相關規范的試驗研究情況，抗剪強度取4/3fv的正則化寬厚比上限為0.52)。另外考慮正則化寬厚比0.8為塑性和彈塑性屈曲的拐點，抗剪強度不再適合取4/3fv，只能取fv。因此，正則化寬厚比在0.6到0.8之間作為過渡段，抗剪強度也在4/3fv和fv之間插值處理。這也就是12.3.3的第3款抗剪強度取值的由來。

(3)門式剛架輕型房屋等采用薄柔截面的單層和低層結構，考慮到節點域腹板不宜過薄，正則化寬厚比上限取為1.2。

另外，條文說明表示，承載力驗算式的適用范圍為正則化寬厚比0.8~1.4，應是前后沒統一的問題，顯然正文中上限已經改為了1.2(如果你足夠細心，就會發現這個上限1.4出現在了征求意見稿中，如下)。

(4)再看一下公式12.3.3-1和-2，是不是似曾相識?是的，上一個專題中梁腹板的受剪局部屈曲用到過?？蚣芰毫憾烁拱搴凸濣c域的正則化寬厚比計算公式是一樣的。另外腹板受剪屈曲應力的計算方式形式也一樣，只是公式參數略有不同。從本質而言，都是受剪板的彈性屈曲承載力問題。

三、鋼標節點域的抗震設計

計算公式如下：

(1)上述公式計算區分了結構構件延性等級，按照不同的延性等級分別進行計算。延性等級為I和II級，表示結構設計按延性耗能的思路進行，梁端會進入塑性并且強化，因此公式左側的彎矩采用了梁端的全塑性受彎承載力。同時節點域不會太薄柔(參見后面的節點域構造要求)，抗剪強度取4/3fv;延性等級為III級以上，則梁端不進入塑性或進入塑性有限，因此公式左側采用了設防地震性能組合下的彎矩，抗剪強度則采用了fps，按實際寬厚比計算。

(2)上述公式17.2.10-1的思路與抗規中節點域與梁端同步進入塑性節點域略弱的思路有所差異，系參考日本的相關規定，要求節點域不先于梁柱進入塑性(日本規定中，如果節點域先于梁柱屈服，則在框架二次設計的水平受剪承載力驗算時必須考慮節點域屈服帶來的影響，而我們的規范體系中壓根沒這類計算，沒法搞，只能要求節點域不先于梁柱進入塑性。換句話說，抗規那個規定并不合適)。

順便指出，鋼標條文說明表示，當框架梁采用S1、S2、S3級截面時，要求節點域不先于框架梁端屈服(即滿足公式17.2.10-1)。而正文中是延性等級I和II級，再看規范17.3.4條，對應的截面等級是S1和S2，不包括S3。這是規范前后沒統一好(個人意見，S3截面還是有一點延性和塑性強化，偏于安全用公式17.2.10-1更好，所以條文說明更合理點)。

(3)公式中統一表達為梁端全截面塑性彎矩的形式，中柱采用了0.85的系數，是因為考慮了H形截面梁全截面塑性彎矩一般為邊緣屈服彎矩的1.15倍左右。

(4)條文說明明確表示，驗算公式基于節點滿足強柱弱梁要求。當不滿足強柱弱梁時，梁端的受彎承載力替換為柱端的受彎承載力即可(梁端和柱端，哪個小按哪個)。

(5)對應地，框架結構節點域的正則化寬厚比構造要求(限值)如下：

很明顯，這是根據不同延性等級對應節點域的寬厚比要求，不再是抗規、鋼規的一刀切做法。

四、鋼規和抗規的節點域設計有哪些不合理之處?

通過上述條文的解讀，對比著看，就會發現鋼規和抗規原來的一些規定是不盡合理的。

比如，鋼規規定：

前文已經說過，不管節點域寬厚比取抗剪強度為4/3fv是不合適的。公式7.4.2-2按條文說明，明顯是抗震要求(這可不是彈性的局部穩定問題，而是彈塑性剪切失穩條件)，放在鋼規的條文中，顯然很不合適。

抗規規定如下，哪兒不合適，您來說說吧。

疲勞計算

疲勞是鋼結構中比較特殊的一個問題。在建筑工程的范圍內，除了大家熟知的吊車梁外，接觸的疲勞問題并不多。因此，結構工程師對疲勞的基本概念一般比較薄弱，有必要作為一個專題來掰扯掰扯。

《鋼結構設計規范》(GB 50017-2003，簡稱“鋼規”)中就有關于疲勞計算的內容，而《鋼結構設計標準》(GB 50017-2017，簡稱“鋼標”)中將章節改為“疲勞計算及防脆斷設計”。本文專門談談疲勞計算問題。

一、什么情況需要進行疲勞計算?

首先，是構件及連接承受動力荷載重復作用，應力變化循環次數達到一定程度，才需要進行疲勞計算。這一點，鋼標和鋼規一致。

上述是一個總體的規定。對于常見的吊車梁而言，事實上一般也沒法知道應力循環次數，所以規范給了簡化的規定，只是要求重級工作制的吊車梁和重級、中級工作制吊車桁架進行疲勞計算：

同時條文說明表示，由于實際工程中確有使用尚屬頻繁而滿負荷率較低的一些吊車(如機械工廠的金工、鍛工車間)，中級工作制吊車桁架有補充疲勞驗算的必要。而輕級工作制吊車梁和吊車桁架以及大多數中級工作制吊車梁，根據多年來使用的情況和設計經驗，可不進行疲勞計算。

特別需要注意的是，雖然中級工作制吊車梁可不進行疲勞計算，但在材料選擇時，吊車起重量不小于50t的中級工作制吊車梁，質量等級要求應與需要驗算疲勞的構件相同(參見鋼標關于材料選擇的條文)。

二、應力循環中全壓應力的部位需要計算疲勞嗎?

鋼標沿用鋼規的做法，疲勞強度計算采用荷載標準值按容許應力幅法進行計算，即所謂的基于名義應力幅的構造分類法。這么做的理論依據在，大量的研究研究發現，對于焊接鋼結構疲勞強度起控制作用的是應力幅，通過靜力分析即可得到名義應力幅。

那么分類構造法，就可以名義應力幅作為衡量疲勞性能的指標，通過每一類構件和連接構造的疲勞試驗，得到這一構件和連接構造對應的應力幅-應力循環次數曲線，即S-N曲線(看到了吧，你做設計就那一個疲勞強度完事，可背后是建立在大量的疲勞試驗基礎上的，每一次試驗加載時間還特別長，所以愿意搞疲勞研究的人特別少，費錢費時吃力不討好嘛，得向他們致敬)。

設計時候根據不同的疲勞設計時，根據構件和連接構造形式找到相應的類別(見鋼標規范附錄K中給出的每一種構件與連接類別，在鋼規基礎上補充了不少類別)，按應力循環次數就能確定對應的疲勞強度。

那么，只有壓應力循環的部位，要進行疲勞計算嗎?

鋼規規定，在應力循環中不出現拉應力的部位可不計算疲勞。條文說明表示，按應力幅概念計算，承受壓應力循環與承受拉應力循環是完全相同的，而國外試驗資料中也有在壓應力區發現疲勞開裂的現象，但鑒于裂縫形成后，殘余應力即自行釋放，在全壓應力循環中裂縫不會繼續擴展，故可不予驗算。

但鋼標的規定改了，說法是，對非焊接的構件和連接，其應力循環中不出現拉應力的部位可不計算疲勞強度。條文說明更明確表示，焊接結構的疲勞強度之所以與應力幅密切相關，本質上是由于焊接部位存在較大的殘余拉應力，造成名義上受壓應力的部位仍舊會疲勞開裂，只是裂紋擴展的速度比較緩慢，裂紋擴展的長度有限，當裂紋擴展到殘余拉應力釋放后便會停止?？紤]到疲勞破壞通常發生在焊接部位，而鋼結構連接節點的重要性和受力的復雜性，一般不容許開裂，因此，本次修訂規定了僅在非焊接構件和連接的條件下，在應力循環中不出現拉應力的部位可不計算疲勞。

好吧，鋼規說裂了不會擴展，不用算;鋼標說一般不容許開裂，僅僅非焊接構件和連接才允許全壓應力循環下不計算疲勞。換句話說，焊接結構，應力循環下即便全是受壓，也得計算疲勞，這一點需要特別注意(計算程序是否已經修改待確認，看看工具箱計算吊車梁吧)。

三、疲勞截止限是個什么鬼?

鋼標增加了下列計算的條文：

理論依據是，疲勞研究發現，無論是常幅疲勞還是變幅疲勞，如果名義應力幅低于對應構件或連接的疲勞截止限的應力幅，一般不會導致疲勞破壞。換句話說，應力幅低到一個程度，對結構不會造成累計損傷，咋折騰，都沒事。鋼標取了S-N曲線1億次循環對應的應力幅為疲勞截止限(見下圖)。

鋼標16.2.1條就是利用疲勞截止限的快速驗算。當結構所受的應力幅較低時，可采用公式(16.2.1-1和4)快速驗算疲勞強度。

鋼標在鋼規的基礎上補充完善形成了14類正應力幅結構和連接類別，和3類剪應力幅類別，并對應給出了各類別對應的200萬、500萬次疲勞強度和疲勞截止限。另外，附錄在保持鋼標19項構造分類的基礎上，新增加到38類。

另外需要注意的是，鋼標在鋼規基礎上引進了針對板厚和直徑的疲勞強度修正系數。

四、常幅和變幅疲勞計算有哪些修改?

常幅和變幅疲勞公式如下：

正應力常幅疲勞的計算公式按照循環次數n分為三個公式，是因為鋼標中的S-N曲線(上圖)在鋼規基礎上作了修改，由單一直線改為三折線，循環次數區間不同則斜率不同。

變幅疲勞，處理方式與鋼規類似，由于應力幅度在變化，按照經歷的不同應力幅-循環次數(頻次)，采用疲勞研究中常用的Miner線性累計損傷定律進行累加計算，轉換為常幅疲勞問題處理。與鋼規有所不同的是，鋼標采用了應力循環200萬次為等效基準。

Miner定律解釋如下，實際上就是將某一應力幅經歷的循環次數與該應力幅對應的疲勞壽命的比值表達為該應力幅的損傷率，各應力幅所累積的損傷率達到1.0即表示疲勞破壞。顯然，常幅疲勞是一種特例，僅累積損傷一次。

變幅疲勞的等效應力幅公式，就是按照損傷率等效進行的折算。實際結構如經歷的是變幅荷載，可根據結構實際的應力狀況(應力的測定資料)，按雨流法或泄水法等計數方法進行應力幅的頻次統計，預測或估算得到結構的設計應力譜，根據公式可將變幅疲勞轉換為應力循環200萬次的常幅疲勞進行計算。

五、吊車梁的疲勞計算有何修改?

吊車梁的疲勞計算公式延續了鋼規的計算公式形式，只是形式上增加了前述根據板厚和直徑的修正系數。

顯然，吊車梁的動力荷載是變幅疲勞問題(吊重、小車位置等都會變化)，讓你自己去考慮的話，沒法做設計。

規范中引入了欠載效應系數將變幅應力幅折算為常幅應力幅進行簡化。通過實測具有代表性的幾個車間的吊車梁，統計應力幅頻次，按上述Miner定律得到欠載效應系數(即統計后折算等到的等效應力幅和滿負荷計算的最大應力幅的比值)。同時因不同車間實測的應力循環次數不同(推算的50年應力循環次數)，為便于比較，統一以200萬次為基準，折算得到相對的欠載效應系數，即欠載效應等效系數。