《钢结构设计标准》（GB50017-2017）（以下简称“钢标”）终于发布了，并且也有不少宣讲活动。我无意再详细地把“钢标”的条文梳理一遍，而是想着针对“钢标”所涉及的一些技术要点，或者说是那些比较难以理解的专题进行讲解，希望能够顺带把它们的过去和现在都讲清楚。

“钢标”于第 3.5 节中，全新引入了截面板件宽厚比等级（截面等级）这一概念。对于截面等级的涵义是什么、如何去理解以及怎样进行应用等方面，存在着较多的疑问。“钢标”解读的第一个专题，主要来讲讲截面等级。如果要较真的话，对于钢结构材料的选用，就像原来文章所修订的那样——“钢结构的材料等级，你知道该怎么选吗？”8 月 10 日已在本公众号发布，现在这只能算作第二个专题。

一、截面等级究竟是个啥意思？

从表面来看，钢构件是由板件构成的。截面等级指的是截面板件的宽厚比等级。

截面板件的宽厚比，依据“钢标”的条文说明，即截面板件平直段的宽度与厚度的比值，同时受弯或压弯构件腹板平直段的高度与腹板厚度的比值也可称作板件高厚比。需要留意的是，以往规范里的“宽厚比”和“高厚比”这两个名词，如今实际上已统一称为“宽厚比”了。

截面板件宽厚比是对截面厚实程度的一种度量。本质上，它能直接决定钢构件的承载力以及受弯和压弯构件的塑性转动变形能力（也就是延性耗能能力）。换言之，截面等级是截面承载力和塑性转动能力的体现。从承载力角度来看，截面等级能够衡量板件容易发生屈曲的程度以及截面塑性的发展程度；从塑性设计和抗震设计的角度来讲，它是截面塑性转动以及延性耗能能力的等级。

“钢标”依据截面承载力和塑性转动能力，参照国际标准，把截面划分成五个等级。实际上，这比国际上通常分为四个等级的做法多出了一个等级。之所以会这样，是因为在老的“钢规”中，受弯构件一直都考虑了塑性发展系数（即可以部分发展塑性的截面），由于这个历史缘故，截面增加了一个等级 S3。

各级截面所对应的性能，“钢标”实际上已经按照截面受弯的力学性能给出了极为明确的描述。 各级截面的性能，“钢标”在截面受弯的力学性能方面已经给出了清晰的描述。 各级截面对应的性能，“钢标”依据截面受弯的力学性能给出了明确的描述。

其中需要特别注意的是，S4 级截面，其界限为边缘纤维恰好达到屈服的状态。S1 到 S3 级截面，能够使截面发展塑性。而 S5 级截面，在边缘尚未达到屈服时，板件就已经发生局部屈曲，此时只能考虑有效截面来进行计算。

二、“钢标”中的截面等级咋确定的？

“钢标”把对应欧洲规范 EC3 的 S1 到 S4 截面，将压弯和受弯构件的截面划分成 S1 到 S5 五个截面等级。其中，S1 和 S2 是塑性截面，S4 是弹性截面，S3 是中国规范特有的考虑一定塑性发展的弹塑性截面，S5 是薄柔截面。

“钢标”的截面等级确定，一是依据板的弹性稳定理论，二是参考了国外规范，三是参考了一些经验值。

边缘屈服按照 S4 级截面进行描述，此时板件刚好发生局部屈曲，处于这个临界状态时，可依据弹性稳定的公式来推导板件宽厚比限值（屈服宽厚比）。

对于工字形截面的翼缘，将其按照三边简支一边自由的板件来进行计算。当临界应力达到屈服应力 235MPa 时，板件的宽厚比为 18.6。按照屈服宽厚比的 0.5 倍、0.6 倍、0.7 倍、0.8 倍以及 1.1 倍进行适当取整，以此作为五个截面分级的宽厚比限值，并且给出了一个表格用于对比说明。

需要说明的是钢结构设计规范，0.5、0.6、0.7、0.8 和 1.1 这些系数实际上带有经验性。对于 S4 级截面按 0.8 这一情况，是因为考虑了残余应力和几何缺陷等的影响。S5 级截面原本是允许板件弹性屈曲并按照有效截面进行计算的，然而，考虑到自由边板件局部屈曲后可能会导致截面刚度中心发生变化，进而改变构件的受力情况，所以也给出了一个限值。

腹板的宽厚比（以往习惯称作高厚比），根据梁腹板局部屈曲公式推导得出的屈服宽厚比，以及将其分别乘以 0.5、0.6、0.7、0.8 倍后的值，与“钢标”实际所取的限值进行对比，情况如图所示。

很明显，屈服宽厚比的 0.5 倍、0.6 倍、0.7 倍、0.8 倍，与“钢标”实际最终确定的限值存在差异。按照条文说明的解释，由于不同宽厚比等级的用途不同，所以并未严格按照屈服高厚比的倍数来确定限值，即限值大的进行了放宽，限值小的则取得更为严格。

查看下表“钢标”最终确定的截面等级及宽厚比限值。部分限值的确定，实际上是以欧洲标准 EC3 为参考的（见下表）。还有“钢规”塑性设计的腹板高厚比限值（下文会提及）等。同时要注意，压弯构件腹板的宽厚比限值参考了 EC3，且与截面应力分布相关。

另外，注 5 提供了一个条件：当 S5 级截面的应力较小时，它存在可以被当作 S4 级截面使用的可能性。

三、以往规范中有截面等级吗？

“钢标”首次明确提出了截面等级的概念，并且在第 3 章就统一给出了限值。然而，实际上在以往的规范当中，还是存在一些关于截面等级的迹象。

《钢结构设计规范》（GB50017 - 2003），通常被称为“钢规”。

“钢规”对于截面等级（板件宽厚比）的规定，在受弯构件的计算章节中有体现，在压弯构件的计算章节中也有体现，并且在塑性设计的各章节中同样有相关规定，这些规定是分散的。

比如，对于受弯构件的强度计算，规定如下：

不考虑截面塑性发展系数时，翼缘宽厚比限值为 15（针对 Q235）。考虑塑性发展系数后，翼缘宽厚比限值为 13（针对 Q235）。实际上，这就定义了上述的两种截面等级，即 S4 和 S3。

梁的腹板局部稳定计算，实际上给出了弹性截面的宽厚比限值。例如，对于梁的受弯情况，通用高厚比被定义为

这个 130（Q235）是弹性截面的腹板宽厚比限值。

塑性设计时，要求如下：

这是从构造要求方面给出的宽厚比限值。看着眼熟吗？它和“钢标”中塑性截面的某些宽厚比限值很接近。

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），通常被称为“抗规”。

“抗规”的第 8 章，在抗震构造措施方面，对于框架梁以及柱的板件宽厚比有如下的要求：

没有明确提及截面等级钢结构设计规范，然而实际上它指的是截面延性的要求或者等级，其本质与“钢标”截面等级是相同的，主要是为了表达塑性铰的塑性转动耗能能力。

上述要求是依据抗震等级提出的。它强制要求钢结构框架必须进行延性耗能，并且要求具备延性构造，还要控制板件的宽厚比。烈度大、地震作用强时要求就更严格一些，这与“钢标”的抗震设计概念不同，后续的专题会专门对此进行讨论。

“抗规”的第 9 章规定，对于单层钢结构厂房以及多层钢结构厂房中的单层部分，还有不超过 40m 的部分，有如下规定：

并在条文说明中给出了三类截面等级A、B、C：

腹板宽厚比限值 72（Q235）以及 130（Q235），实际上是延续了塑性设计以及梁腹板弹性屈曲所对应的数值。

“抗规”第 9.2 节的这些规定，实际上就是“钢标”第 3 章的截面等级以及第 17 章“钢结构抗震性能化设计”所具有的前身和影子的体现。 “抗规”第 9.2 节的这些规定，实际上与“钢标”第 3 章的截面等级以及第 17 章“钢结构抗震性能化设计”存在着前身和影子的关系。 “抗规”第 9.2 节的这些规定，实际上是“钢标”第 3 章截面等级以及第 17 章“钢结构抗震性能化设计”在某些方面的前身和影子。

四、设计中如何应用截面等级？

截面等级与构件承载力以及抗震设计存在密切关联。从“钢标”中稍作翻阅便可发现，截面等级在构件强度计算的各章节以及第 17 章“钢结构抗震性能化设计”中均有出现。可以说，它将各章节串联了起来。这便是第一个专题要提及它的原因。设计中该如何使用，难以用一两句话讲明白。在后续的专题里，特别是在抗震设计中，会详细阐述截面等级的使用方法。

五、后续专题（暂定）

初步拟定了一些专题，过程中可能会有调整，有空继续：

《钢结构设计标准》解说专题（2）——新术语解释

《钢结构设计标准》解说专题中的第 3 部分，主要讲述门规、抗规、钢标之间的逻辑关系。

《钢结构设计标准》解说专题（4）——抗震设计

《钢结构设计标准》解说专题（5）——梁的整体稳定

《钢结构设计标准》解说专题（6）——梁的局部稳定

《钢结构设计标准》解说专题（7）——节点域设计

《钢结构设计标准》解说专题（8）——柱脚设计

《钢结构设计标准》解说专题（9）——疲劳设计

《钢结构设计标准》解说专题的第 10 部分，主要是关于屈服承载力以及塑性承载力的内容。 这部分专题重点阐述了屈服承载力方面的相关要点，同时也对塑性承载力进行了讲解。它详细地介绍了与屈服承载力和塑性承载力相关的各种知识和概念，为钢结构设计领域的相关工作提供了重要的指导和依据。