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本文转载自公众号中冶华天市政设计研究院
作者：姜德进
一.前言
钢结构规范GB50017是新中国的第三本普通钢结构规范,从1988年到2003年，历经15年修订，基本上全面的反映了目前国内钢结构的理论研究水平，内容十分丰富。要想全面透彻的了解规范中每条规定的来龙去脉，超出了对设计工程师的要求，不必条条知其所以然。因为有一些规范中计算公式的推导涉及到很多专题研究课题，就是编制规范的人员也不可能面面俱到。
但个人认为：对于规范中的公式，应该知道基本的概念，即应该知道该公式讲什么东西，这些东西用在哪儿，怎样用。
本讲座的对象是那些或多或少做过或者接触过钢结构的设计人员，因此本次讲座还是结合设计的需求，围绕我们目前设计所经常遇到的问题来进行，不对新规范逐条的进行解释。希望通过本次学习，各位能在钢结构设计方面有所提高，能对新规范的要点和涉及到的一些基本概念(这也是钢结构的要点和基本概念)有所基本了解和掌握。一些细节和具体的计算，根据规范逐步逐条按部就班仔细计算就行了。
A
材料,节点,稳定是钢结构的三大要素,三个代表。
必须掌握。前面两点很多设计者都不太注意,许多钢结构教材和设计手册也论述地不是太好。从表面看起来这两点似乎没有什么高深的理论,但要真正掌握，而且在设计中能融会贯通,绝非短时间一蹴而就之事。
尤其是节点设计,更反映了设计的水平。
稳定对于钢结构的重要是不言而喻的,许多教材也是一开始就列举了很多工程事故,说明稳定的重要性。作为设计者,考虑稳定,不仅在设计柱子的时候要想到稳定,这一点多数人都比较了解,因为在材料力学中就提到欧拉临界力的问题。但对于一些间接受压构件的稳定和构件的局部稳定,许多设计者就比较生疏了。前者比如一根受弯的梁,它的上翼缘受压而又没有侧向支撑,其上翼缘就会象柱子一样发生侧向屈曲,而处于稳定状态的其余部分又起阻止作用,最后梁就会发生既有侧向移动又有转动的,这就是梁的侧向屈曲,这也就是为什么梁也要考虑稳定的原因 。因此我们遇到吊车梁及没有铺板的大梁就要必须考虑稳定问题,而不是仅仅计算强度和挠度就完事了。局部稳定通常是与板密切关联的,梁的腹板,柱子的腹板,都有局部稳定的问题。但也不是凡是有腹板都会产生失稳,曾经看到不少人的图纸,凡是梁或是柱,不管三七二十一,一律1.5倍h0加劲肋全部加上,这样做不但不合情理,浪费材料,而且还会给结构的节点以及施工带来不必要的麻烦,关于这一点我们在下面的章节会举例加以说明。还要指出的是有时要考虑多种失稳状态,比如压杆,除了有弯曲屈曲以外,还可能产生扭转屈曲和弯扭屈曲,老的规范GBJ17-88没有关于压杆弯扭屈曲的章节,新规范则增加了与此有关的条款。凡是截面为单轴对称的压杆,都应该考虑弯扭屈曲的可能性。因此作为一种低级的解决办法是柱子尽量用双轴对称的截面。但在桁架和塔架中则是不可能避免的。总之,在钢结构设计中,只要有受压的地方,就要产生刚度的减弱，就应该考虑稳定问题。还有一个值得注意的概念是：刚度大的构件给刚度小的构件提供加强刚度作用时，自身的刚度必然减弱。
稳定和强度是两个截然不同的概念。强度是构件截面的应力达到某种极限状态;而稳定是整个构件(或结构)的承载力达到某种极限状态，是整个构件(或结构)的刚度达到某种极限状态。下面以一个简单的例子来说明和加深对这个问题的理解。
如图1所示，两个轴心受压杆，除了边界条件不同，一个是两端简支，一个是一端固定，一端自由外，其它全部一样。显然，两个杆的截面上的应力状态应该完全一样，强度应该一样。现在把P力逐渐加大，两个杆的截面上的应力将同步增加。但是，当P力增大到某一数值时，B杆就会首先发生侧曲，而且随着P力的进一步增加，B杆的侧曲会越来越大，直到破坏。注意到在发生侧曲的瞬间，两个杆的截面上的应力状态仍然完全一样，但两个杆的变形却截然不一样，这就是稳定问题和强度问题的区别，从物理意义上说，是因为两者的约束不同，因此两者的抗侧移刚度不一样;从计算的角度说，B杆的计算长度是A杆的两倍，因此长细比相差两倍，稳定系数也差别很大。临界应力当然不一样。
在我国第一本钢结构设计规范TJ17-74中，关于轴心受压构件稳定性计算公式为：
，而在GBJ17-88和现在的GB50017中，关于轴心受压构件稳定性计算公式改正为：TJ17-74的计算公式反映了当时在稳定问题上的概念混淆，如果将该式改写为;
，那才是正确的表达式。因此考虑稳定问题，必须从构件的整体乃至整个结构加以全面的考虑才行。
平心而论,稳定是一个比较复杂的问题,也是钢结构设计的核心问题,时至今日,依然是一个活跃的理论领域,有些观点和理论，仍然在不断的更新和提高。但是，要做钢结构设计就得面对这一难题。没有任何捷径可走,只有不断的学习,才能逐步的掌握它。
前面已经提及钢结构设计与制作,安装密切相关,因此有三本与此相应的规范必须比较全面的掌握:它们是《钢结构工程施工质量验收规范 GB50205-2001》，《建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81-2002》和《钢结构高强度螺栓连接的设计，施工及验收规程JGJ82-91》。后两本的内容有一部分已包括在第一本中。此外还应该对一些材料标准，型材标准，连接件标准等都应该熟悉，在《钢结构设计规范 GB50017-2003》第3.3节“材料选用”中大部分已经提及。另外还有两本与钢结构密切相关的设计规范，它们是《冷弯薄壁型钢结构技术规程 GB50018-2002》，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 CECS102：2002》，也是常常要用到的。
另外还要说两句题外话。
一是要想做好设计，仅仅注重从书本上学是绝对不够的,一定要多下现场，多观察，多实践，多总结才行。“纸上得来终觉浅，绝尽此事须躬行”。这是宋朝陆游《示儿》诗中的句字，强调了实践的重要性。事事都自己做，当然不可能。但可以多观察，观察是很重要的,现在外面的构筑物很多,仔细的看看别人是怎样做的,也是一种很好的学习,有些东西从图纸上看很复杂，到现场实物一看，很简单。所谓”留心处处皆学问”,这一道理同样适合于钢结构学习。
二是不要迷信，不要迷信权威，不要迷信书本，要批判的学习，现在市面上各种资料、手册铺天盖地，动辄几十万字，数卷精装本，其实大都是你抄过来，他抄过去，甚至以讹传讹，不可全信。就是国家规范，那也是仅仅反映了某一时期一部分人对客观事物的认识，因此不可避免的具有局限性。事物总要发展，认识总要深入，世上绝没有一成不变的东西。尤其是年轻人，应该有这种信念。
二，基本设计规定和材料选用
在钢结构设计规范中，都有强制性条文，用黑体字写出来。这种强制性条文一般都要无条件遵守。在P.1页1.0.5条中“在钢结构设计文件中，应注明建筑结构的使用年限，钢材牌号，连接材料的型号(或钢号)和对钢材所要求的力学性能，化学成分及其他的附加保证项目。此外，还应注明所要求的焊缝形式，焊缝质量等级，端面刨平顶紧部位及对施工的要求。”
这几条是设计说明中必须要说明的条款，也是实际施工过程中首先要解决的问题。这几条看起来简单，实际上有丰富的内涵，它涉及了材料，节点这两个基本要素中大部分要点。只有对这几条的内容有全面的、实质性的了解，且能正确的加以运用，才能做出较好的钢结构设计。因此下面将比较细致地将这几条与新规范的相应的规定结合起来进行讲解。
关于使用年限在《建筑结构可靠度设计统一标准 GB 50068-2001》中明规定了四类：1.5年(临时性建筑)，2.25年(易于替换的结构构件)，3.50年(普通房屋和构筑物)，4.100年(纪念性建筑和特别重要的建筑结构)。很明显，一般的民用和工业建筑的使用年限为50年。安全等级为二级
钢材牌号，我们目前承重结构通常用到两种，即碳素结构钢(Q235)和低合金高强度结构钢(Q345)，它们相应的标准是(GB/T700)和(GB/T1591)。由于国标编号已经定死，以后若有变更，仅后面的年号变更，不写年号反而不容易出现失误，它表明采用的是目前的标准。
规范还推荐了Q390和Q420,这两种和Q345一样，属于低合金高强度结构钢。Q235又分为A，B，C，D四个质量等级，即Q235—A~D。A级钢不做冲击实验，而B，C，D级则分别保证在200C，00 C，-200C时V型冲击功不小于27 J(焦耳)。Q345则分为A，B，C，D，E五个质量等级，即Q345—A~E。A级钢不做冲击实验，而B，C，D级分别保证在200C，00 C，-200C时V型冲击功不小于34 J(焦耳)。E级则保证-400C时V型冲击功不小于27 J(焦耳)。显然，Q345-B的抗冲击韧性要大于Q235-B，要注意Q235-B不要写成Q235B，忘了中间的一横。因为这些钢材都是GB上的材料,当指明牌号和标准时，标准上已有的性能和指标等等在设计说明中就不必重复了。
按现在钢结构设计规范，Q235-A是不能用于承重焊接结构的。其理由是在(GB/T700—88)中第5.1.1.5条注明：“在保证钢材力学性能符合本标准规定情况下，各牌号A级钢的碳，锰，硅含量和各牌号其它等级钢碳，锰含量下限可以不作为交货条件，但其含量(熔炼分析)应在质量证明书中注明。”这就表明A级钢的碳，锰，硅含量是不保证的。在(GB/T700—88)中第5.4.1.3条注明：“各牌号A级钢的冷弯实验，在需方有要求时才进行。当冷弯实验合格时，抗拉强度上限可以不作为交货条件。”由于碳含量对钢材的可焊性影响很大，所以从表面上看，既然A级钢的碳，锰，硅含量不保证，那么Q235—A是不能用于焊接结构的。目前流行于市的教科书以及钢结构设计手册大都持此观点。
但目前国内市场上，很多板材和型材都是Q235-A，而且也大量的用于承重焊接结构上，还没有听到因母材采用Q235-A而发生事故的，这表明Q235-A的质量还是能满足一般的承重焊接结构的，事实上，根据GB/T700，Q235-A的基本力学性能和化学成分是可以满足一般的承重焊接结构的要求的。
武汉理工大学刘声扬教授在曾经出版的《钢结构疑难释义第三版》中也强烈支持Q235-A可以用于一般的承重焊接结构上这一观点[5]。原重庆建工学院的三次大规模关于钢材质量的专项调查已经证实了近年来国产钢材的质量有很大的提高[2]，但如果按照新规范，Q235-A几乎就是废品，这无论从理论上或是从实际上来说，都是很不合适的。Q235-A是可以用在一般的承重焊接结构中的。但为了保险和合法起见，建议在材料说明中，补充要求冷弯合格和碳含量≤0.22的附加条件，这样就可以满足规范 3.3.3条的要求(事实上，只要是合格的Q235-A，这两条总是可以满足的)。用Q235-A替代Q235-B也是在现场经常碰到的问题，可以按上面的要求处理。
要指出的是，焊接难易程度比较科学的说法是取决于钢材的碳当量而不是碳含量。在《建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81-2002》有明确的说明，碳当量Ceq﹤0.38时是一般焊接难度。
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(1)
式中 C,Mn,Cr,Mo,V,Ni,Cu分别为碳，锰，铬，钼，钒，铌，铜的含量(%)。该式也是国际焊接学会推荐的公式。实际上对于一个合格的焊工，焊接Q235是很容易的事。
为了满足国内高层和超高层建筑对钢材材质的更高要求,目前有些钢厂已生产出质量更高的Q235和Q345钢材,并且有相应的行业标准《高层建筑结构用钢板 YB4104-2000》，其牌号为Q235GJ，Q345GJ，Q235GJZ，Q345GJZ，每种有C、D、E三个质量等级，有Z的牌号对厚度方向性能有保证。这些钢材的性能比Q235，Q345有很大的提高。
规范3.3.4条：“对于需要验算疲劳的焊接结构钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度不高于00C但高于-200C时，Q235钢和Q345钢应具有00C冲击韧性的合格保证;…。”什么时候需要验算疲劳?请看规范6.1.1条：“直接乘受动力荷载作用的钢结构构件及其连接，当应力变化的循环次数n等于或大于5×104时，应进行疲劳计算。”6.1.3条：“…在应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳。”这里没有明确n的时间范围，在一些资料中也没有明确的提及，如果是50年，那么5×104/50/360=2.8次/天。因此如果一个构件在一天中，受到三次动力荷载作用，且出现拉应力，就要进行疲劳计算。从实际运用讲，中级工作制的吊车梁就应该考虑疲劳问题(当吊车的工作制A1~A3为轻级，A4、A5为中级，A6~A8为重级)。
所谓的结构工作温度在规范的3.3.2条的说明中(P.168)说道:“…建议采用《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87(2001版)中所列的“最低日平均温度”。”查一下该规范，韶关以北包括韶关最低日平均温度均不高于0C(南京是-0C)，这样，目前我们国内绝大部分地区的中级，重级工作制吊车梁都要选用Q235-C，显然这一建议是不合适的。而且不分室内外，也太笼统。有人建议取最低日平均温度加10度，看来是合适的。
实践是检验真理的唯一标准，这么多年长江沿岸吊车梁一直用Q235-B，没有发现什么问题嘛!我国压力容器设计规范《钢制球型储罐 GB12337-1998》使用环境温度这一温度来作为工作温度，取值为月平均最低温度(见该规范附录A1.3条)。要求要宽松一些。
连接材料主要是螺栓和焊条(丝)。建筑钢结构所用的螺栓有两大类，即普通螺栓和高强度螺栓。普通螺栓和高强度螺栓的主要区别在于其机械性能不同，也即性能等级不同;在螺孔的精度上也有区别。在设计中经常注明的“高强度螺栓8.8级”，8.8即为性能等级，小数点前一个数字8表示该螺栓材料热处理后的抗拉强度≥800N/mm2,小数点后一个数字8则表示该材料的屈强比(屈服点与抗拉强度比值)为0.8,10.9级则表示该材料的抗拉强度≥1000N/mm2, 屈强比为0.9。屈强比大则材料的韧性差，不宜重复使用。尤其是10.9级的只能用一次。目前我国使用的高强度螺栓只有8.8和10.9级，可以写为8.8s和10.9s。普通螺栓分A，B，C三级。C级为粗制螺栓，用Q235(通常用Q235-B以保证有良好的韧性)制作，性能等级为4.6或4.8级，A，B级为精制螺栓，如果用Q345制作则性能等级为5.6，若用其它低合金钢也有8.8级。普通螺栓一般在设计时不注明性能等级，但要注明钢号。事实上目前建筑钢结构已基本不用精制螺栓，因为它对螺栓和螺孔的要求都很高。在建筑钢结构需要用到精制螺栓的场合，都可以用高强度螺栓来取代它，而高强度螺栓对螺孔的要求与C级螺栓一样。加工和安装都比较方便。
承压型高强度螺栓(或摩擦型高强度螺栓)是一个错误的术语，它将螺栓的连接的方式(连接的力学模式)和螺栓的种类(外形和性能)这两个风马牛不相及的概念混为一谈，本次新规范已纠正了这一错误。再强调一下：高强度螺栓就螺栓本身而言，目前国内用于建筑钢结构的有两种，即大六角头型高强度螺栓和扭剪型高强度螺栓，前者有8.8s和10.9s,后者只有10.9s。连接副表示一套螺栓，螺母和垫圈(大六角头高强度螺栓有两个垫圈)，这两种螺栓都可以用于承压型或是摩擦型连接。承压型连接，以连接破坏(即螺栓的破坏或是连接构件的破坏)为承载能力的极限状态。因此承压型连接的高强度螺栓的计算与普通螺栓的计算一样，对连接构件的接触面仅要求清除油污和浮锈。但承压型连接依然要求对螺栓施加与承压型连接同样的预拉力(这一点与美国规范不一样)，因此当连接发生破坏时，节点处的变形要比普通螺栓连接小得多。摩擦型连接是以连接板层之间出现滑动为承载能力的极限状态。当连接板层之间出现滑动时，螺栓的潜力远远没有发挥出来，因此，在同样的内力情况下，螺栓的数量要比以破坏为极限状态增加很多。所以，在变形要求不是很严格的地方和荷载作用不会产生反向内力的情况，都应该推广应用承压型连接。比如轻钢厂房和一些以静载为主的结构。如果运用摩擦型连接，就应该尽量提高抗滑移系数μ，充分发挥高强度螺栓的作用。采用高强度螺栓时，除了说明强度等级外，必须说明连接形式，如果是摩擦型连接，还要给出抗滑移系数μ的值。之所以叫抗滑移系数，是因为其值随板间的压力减小而降低，不同于物理学中摩擦系数为定值。
有不少设计者喜欢在说明焊条时注明具体的焊条牌号，如E4301，E4315，E5015等。其实焊条的具体牌号是由焊接工艺所决定的，制造商根据自己的设备，操作习惯，焊接环境及焊接方位(如平焊，仰焊等)可以选择不同牌号的焊条。除有特殊要求，设计者只需根据母材的种类选择与其匹配的相同强度等级的焊条即可。即Q235 选择E43，Q345 选择E50，无须给出具体的焊条牌号。强度不同的钢材在连接时，应选择与低强度钢材相匹配的焊条。
鉴于现有的焊接技术尚无法避免焊接过程中焊接缺陷的产生，因此必须采取一定措施将焊接缺陷控制在允许的范围内。实践证明通过制定焊接缺陷质量要求标准进行约束是一种有效的手段。在《钢结构工程施工质量验收规范GB50205》中就将焊缝质量等级分为3级，即一，二，三级。如果经过检查，焊接缺陷不超过我们所要求的级别的各项规定，则焊接过程中焊接缺陷就得到了控制。
规范对于焊缝的质量等级在7.1.1条(P.63)做出了4条规定。但似乎叙述的不够清楚，有些术语也不统一。焊接接头的基本类型实际上只有5种，如图2所示：
图2中，(a)为对接接头，(b)为搭接接头，(c)为T形(十字)接头，(d)为角接头，(e)为端接头。(f)实际上是 T形接头，但在建筑钢结构中，为了强调在吊车梁的上翼缘处这种焊缝必须焊透，就另外起了个名字;在GB50205中5.2.5条称为对接和角对接组合焊缝，在JGJ81-2002中4.3.1条称为对接与角接组合焊缝，GB50017中7.1.1条的第1小条中称为T形对接与角接组合焊缝;在第3小条中称为对接与角接组合焊缝。有三种称呼，其实还是称为融透角焊缝比较合适。就我们目前所涉及的设计领域，需要进行疲劳验算的构件，就是吊车梁。因此7.1.1条关于焊缝的质量等级不妨简叙如下：“起重量大于50t的中级工作制和重级工作制的吊车梁，所有的对接焊缝均应该焊透，其下翼缘的横向对接焊缝质量等级为一级，其余对接焊缝为二级，角焊缝的外观质量等级为二级;腹板与上翼缘的T型接头焊缝也应焊透，焊脚尺寸详见图纸。其它的情况对接焊缝质量等级为二级，角焊缝的质量等级为三级。”由于角焊缝不能用超声波探伤，因此最严格也只能要求外观质量等级为二级。
在加引弧板施焊的情况下,一,二级对接焊缝均与母材等强，因此其焊缝是不用计算的，有的设计手册[6]要求：当吊车梁下翼缘对接焊缝位于跨中的1/3范围内时，宜采用450~550斜缝对接，这一要求显然是错误的。
对于建筑钢结构，焊缝质量要达到一级标准是很困难的。特别是在采用手工电弧焊且剖口较深的时候，一般的焊工很难做到。新规范中级工作制的吊车梁对接焊缝下翼缘焊缝质量有些偏严。
在GB50205中，三个质量等级对于焊缝的内部缺陷超声波探伤，外观质量标准及检验方法都做了明确的规定。GB50205规定：“设计要求全焊透的一，二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验，焊缝内部缺陷分级及探伤方法应符合国家现行标准《钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分级法》GB11345的规定，对于一级，二级焊缝的探伤结果应符合表 5.2.4的规定。”
一，二级焊缝质量等级表5.2.4
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焊缝质量等级 |
一级 |
二级 |
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内部缺陷超声波探伤 |
评定等级 |
Ⅱ |
Ⅲ |
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检验等级 |
B级 |
B级 |
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探伤比例 |
100% |
20% |
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在GB11345中检验等级分为A，B，C三个级别，评定等级分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ四个级别(注意质量等级一,二是汉字,而评定等级是罗马字)。所谓检验等级，说通俗一些，就是检验方法。根据探测方向(取决于探头角度，探伤侧，探伤面及探头移动角度等)的多少，分为A，B，C三个级别，它体现了检验的完善程度，按A,B,C 逐级提高。其检验工作的难度系数也逐级提高。对于建筑钢结构以及压力容器目前我国超声波探伤的检验等级都采用B级。当检验方法(即检验等级)确定以后，根据用该种方法检测出来焊缝中缺陷的情况，对其结果进行等级分类，就是所谓的评定等级，这个评定等级是用罗马字符来表示的，质量等级和评定等级是两回事，但经常会发生混淆。还要指出的是对于高炉炉壳、热风炉炉壳、除尘器外壳及管道外壳的对接焊缝，根据前冶金部的行业标准《冶金机械设备安装工程施工及验收规范炼铁设备 YBJ208-85》中规定和实际使用情况，此类焊缝的质量等级也可以定为二级。
钢结构还有一个防锈的问题，正规的称呼应该是涂装，涂装包括表面除锈和涂刷涂料两个内容。“钢材表面须认真除锈”这样的说明缺乏具体的标准，应该注明除锈等级Sa2.5,或除锈等级St3。Sa1，Sa2,Sa2.5,Sa3是喷射或抛射(通常说的喷砂只是其中一种)的等级要求，共有4级。手工和动力工具除锈等级只有St2,St3两种。我国对于除锈等级早已有国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级 GB8923-88》。喷射除锈不仅除锈彻底，而且能在钢材表面形成微小的凸凹面，有利于涂料与钢材的黏结，大大提高防腐的年限。值得大力推广。涂料(油漆)的种类很多，可以针对不同的情况，选用不同的系列油漆，设计时还应该给出各层漆膜的厚度和总厚度。一般的室内钢结构用130μm,室外用160μm,如果环境介质的腐蚀性大，厚度要增加。
三设计原则 3.1设计原则
设计原则这一章没有太多的变化，要注意的是疲劳计算是按承载能力极限状态来进行设计的，但计算时用荷载标准值。
计算吊车梁的疲劳和挠度时，取荷载效应最大的一台吊车计算。
3.2荷载和荷载效应计算
这一节两条需注意的内容。一是横向水平力，二是对框架的计算做出了比较详细的规定，着重指出对于竖向荷载较大和侧向刚度较小的框架宜按二阶弹性分析。
横向水平力用于计算重级工作制吊车梁及其制动结构的强度、稳定性以及连接的强度。此力与最大轮压有关，仅作用在轮压处。而荷载规范里的横向水平荷载用于计算框排架，这一荷载与吊车的小车重量及起重量之和有关，它是等分作用于桥架的两端。之所以加这一条是原规定理由不充分且荷载值偏小。
一阶弹性分析和二阶弹性分析是结构分析中经常用到的两种方法和两个重要的概念。所谓一阶是指不考虑结构的变形对荷载作用的影响，力的平衡是按变形前的杆件轴线建立的，也就是结构力学的方法。而用二阶分析时，力的平衡是按变形后的杆件轴线建立的。弹性分析是指假定结构始终处在弹性阶段，在计算中变形模量E始终取常量206×103N/mm2。在弹塑性分析中则变形模量E值是变化的。
以一个简单的例子来说明一阶弹性分析和二阶弹性分析的区别。在图.3中(a)为一阶分析的简图，(b)为二阶分析的简图。
按一阶分析，柱底A的弯矩M1=Hh
柱顶位移δⅠ=Hh3/(3EI)，位移与P无关。而按二阶分析时，注意力的平衡是建立在变形后的轴线上的。从(b)图可以得到，柱底A的弯矩M=Pδ+Hh而柱顶位移δⅡ=;式中。可以看出弯矩和位移都有所增加，这也就是常说的所谓应。比较两种方法，可以看出，按二阶分析更接近于实际，但工作量则大大增加且公式中包含了超越函数。因此规范中用了“对
>0.1的框架结构宜采用二阶弹性分析方法，如果层间位移
，则有，即计算层各柱轴心压力设计之和是本层及以上各层水平力40倍以上时，宜采用二阶弹性分析方法。事实上从图(b)可以看出P比较大时，二阶效应才比较明显。
当采用二阶分析时，考虑到实际框架必然存在着各种缺陷(如初倾斜，残余应力等)，因此用在柱顶加一个假想水平力，也称概念力(notional force),来体现缺陷的影响：
是第i层总重力荷载设计值,框架层数,
是钢材强度影响系数，对于Q235为1.0;Q345为1.1;Q390为1.2;Q420为1.25。这里要说明一下实际计算时，可以先按一阶分析计算，然后根据 的大小，决定是否采用二阶分析，当此值>0.25，宜增加框架刚度重新计算。由于规范没有明确H是何种类型值，因此值只能取设计值产生的位移。如果<0.1，则不必考虑用二阶分析，当然也就不必加水平力。从实用的角度，最好是增加框架的侧移刚度，免去二阶分析的烦琐。考虑到二阶分析的复杂性，规范给出了无支撑纯框架的近似计算方法。这一方法只需要进行一阶计算，然后引入一个放大系数去乘侧移产生的弯矩，就可以得到比较准确的结果。其方法在规范的条文说明(P.166)已经清楚地给出。要注意的是用二阶分析且加上理想力后，计算稳定时各柱的计算长度就取实际长度。另外由于二阶分析不是线性分析，其计算出的内力是不能迭加的，要求出最大内力，只有事先组合荷载才行。 四基本构件计算 4.受弯构件 4.1.受弯构件的强度计算 强度计算比较简单，但有一个术语要解释一下。 (4.1.1)式中为截面塑性发展系数， 净截面模量。根据材料力学，M/W为截面外边缘的应力，如果没有截面塑性发展系数，则式(4.1.1)表示受弯构件的截面外边缘的应力应小于材料的屈服应力。然而实际上当受弯构件的截面外边缘的应力达到屈服应力时，并不表明此构件已经达到了承载能力的极限状态，还可以继续加载，它的承载能力的极限状态是全截面屈服，形成塑性铰，但此时构件的变形已达到无法使用的地步，显然，有限制的让截面扩大一些塑性范围是合理的，经济的做法。用比1大的截面塑性发展系数去除实际应力可以实现这一目的。截面塑性发展系数的具体数据和限制条件在规范中已明确的给出。计算类似吊车梁的构件，要考虑局部压应力，新规范给出的局部压应力的扩散范围要比88规范要大一些。 4.2受弯构件的整体稳定计算 在前言中已指出受弯构件发生侧向转动失稳的原因是受压的翼缘在没有侧向支撑的情况下,会象柱子一样发生向刚度较小的方向侧向弯曲，而受拉翼缘又要保持原状态，因此就会发生伴随着转动的侧向失稳，即弯扭屈曲。如图3所示。为了避免这种情况发生，最有效的办法是在梁的侧面设置支撑，平台板，走道板，制动板，次梁都可以，只要能阻止受压的翼缘侧向位移即可。还有一种办法就是增加上翼缘的侧向刚度，也就是增加上翼缘的宽度。规范的表4.2.1给出了H型钢和等截面工字形简支梁不需要计算整体稳定的最大的梁跨度与梁宽的比值，运用此式时要注意梁的宽度不能无限制，应该满足b<30t的条件。 如果满足不了上述的条件，则应该计算梁的整体稳定，规范给出了： 4.2.2) WX梁的毛截面模量，梁的整体稳定系数，在规范的附录B中，有很大的篇幅给出了 各种情况的计算。 与各种稳定系数一样，梁的整体稳定系数就是梁的临界应力与屈服应力之比。根据弹性稳定理论，受弯构件的临界弯矩普遍形式表达式是 4.1) 式中弹性模量和剪切模量， 梁截面的扇性惯性矩和扭转惯性矩。从公式中可以看出，临界弯矩不仅和侧向刚度有关，也与约束扭转刚度及自由扭转刚度GJ有关，反映出弯扭屈曲的特点。附录B中的公式就是根据式(4.1),结合不同的截面特性，不同的荷载形式，进行不同的简化而得到不同的计算公式。附录B中的公式已经没有
这样计算复杂的常数，因此总体来说，计算还是简单的。当计算出的 >0.6时，表明受压翼缘已进入弹塑性状态，原计算公式要进行修改，规范给出了修正公式： (B.1-2) 这不是理论公式，只是数值计算所得曲线的拟合方程。比老规范更准确一点。用附录B.5中近似公式计算时，如算得的>0.6时，不必修正。 (注：文中公式的编号为便于查对，采用与规范GB50017同样的编号，以下不再说明) 4.3受弯构件的局部稳定 有关局部稳定是本次新规范修订最多的地方,基本上等于从新编写，它反映了这几年钢结构研究的成果，其计算公式和表达方式也与国际上通用的表达方式趋与一致。老规范假定腹板为理想平直和无限弹性，计算方法是根据内力直接求出加劲肋的间距;而新规范考虑了腹板中初始缺陷的影响和非弹性工作时的修正，而且计算方法是试定出加劲肋的间距，然后求出单项临界应力，再用相关公式来判断配置的加劲肋是否满足局部稳定的要求。这一点有很大的差别。 在设计梁时，主要是考虑它承受弯矩，对于工字形截面，一般靠加大梁高和增加翼缘厚度来提高其抵抗弯矩的能力。腹板通常做得高而薄，这样才经济合理。但腹板高而薄，就可能产生屈曲。然而板的屈曲与柱不一样，柱一旦屈曲，就意味承载力已经达到极限状态，板在屈曲后，只要边部有约束，则荷载还可以继续增加，而且可以增加很多，这就是所谓板的屈曲后强度。本次规范新增加的4.4节就是考虑了利用板的屈曲后强度，给出了强度计算公式，但为了慎重起见，考虑利用板的屈曲后强度仅用于非直接承受动力荷载的组合梁。考虑利用板的屈曲后强度的梁一般不考虑纵向加劲肋，而且通常也不设置横向加劲肋，而是仅在支座处设置加劲肋。 对于不考虑利用板的屈曲后强度的组合梁及吊车梁，通过设置加劲肋的方法来解决腹板的局部稳定问题。规范第4.3.2条对加劲肋做了明确的规定。 对于，有局部压应力的梁，应按构造配置加劲肋;但无局部压应力的，可不配置加劲肋。也就是说，如果不是吊车梁的话，在满足这一条件时可以不设置加劲肋。从另一个角度也可以认为当 ，腹板不存在局部稳定问题。这里要提一下，看到许多设计，在梁上有管托时，设置了好几个横向加劲肋，这显然是多余的了。集中力与局部压应力是两码事，接近线荷载才会产生局部压应力，况且管托的作用与集中力作用还是有区别的。对于 ，应配置横向加劲肋，这里再一次提醒，这一要求是针对承受动力荷载的梁而言，并非所有 梁都要配置横向加劲肋。对于受压翼缘扭转受到约束的或受压翼缘扭转没有约束)时，应在弯曲应力较大区格的受压区增配纵向加劲肋。在任何情况下 ≯250(此条是一些施工单位提出的要求，过于武断，值得商榷)。本次新规范在计算加劲肋区格内腹板的局部稳定时引入了通用高厚比(又称正则化宽厚比)这一新的参数。腹板的高厚比与柱子的长细比的物理意义是一样的，但具体的运用方法有所不同。计算柱子的稳定问题时，求出长细比后，再根据不同的截面类型查出稳定系数;而计算腹板的稳定问题时，求出高厚比后，再用高厚比求出各种应力单独作用下的临界应力，然后用相关公式进行判断。这是因为承受动力荷载的梁，其内力一般都是弯曲压应力，剪应力局部压应力时存在，很难用一个公式表达出来。因此要有与之对应3种高厚比即腹板受弯、受剪和受局部压力计算时的通用高厚比。还要注意的是这3种高厚比根据加劲肋配置的不同(仅有横向加劲肋，横向、纵向都有加劲肋，在受压翼缘与纵向加劲肋之间设有短加劲肋)而不同，并且每种高厚比都分成弹性、弹塑性、塑性3种状态，对应不同的工作状态有不同的临界应力。下面我们通过对新规范4.3.3的解释来说明实际的计算过程：
仅配置横向加劲肋的腹板的某一个区格的局部稳定的相关公式为： 式中分别为区格内的平均弯曲压应力和平均剪应力,腹板边缘的局部压应力。这些用材料力学的方法可以求出来。则分别为弯曲临界应力，剪切临界应力，局部压应力的临界应力。这些临界应力是根据梁的截面及横向加劲肋配置的形式(加劲肋的具体要求要满足规范4.3.6条)分别逐步求出。如图4所示：
首先求梁腹板受弯计算时的通用高厚比如果上翼缘扭转受到约束，则有： 如果上翼缘扭转未受到约束，则有： ,hc是腹板弯曲受压区高度，对于双轴对称截面2hc=h0 由求出的弯曲通用高厚比,可以求出弯曲临界应力 :当
上面三个式子中的范围分别表示腹板在塑性，弹塑性，弹性状态的屈曲。注意两点，一是单项弯曲临界应力只与有关，与加劲肋配置无关，二是在塑性，弹塑性范围内弯曲临界应力以设计度为上限。
规范的4.4节组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算中第4.4.2条写道：当仅配置支承加劲肋不能满足公式(4.4.1-1)的要求时，应在两侧成对配置中间横向加劲肋。其实际的意思就是通过配置中间横向加劲肋提高梁的抗剪承载力设计值。 至于求局部压应力的临界应力以及有纵向加劲肋和短的横向加劲肋的情况，其方法是一样的。在这里限于时间就不再叙述了。
5.轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算
轴心受压杆的弯曲屈曲可以说研究得比较透彻的一个问题。早在1744年，瑞士的数学家欧拉(L.Euler)就已经提出了柱稳定分析这一问题和解决方法,但是
这一经典公式是以后的学者们提出的,它是属于理想弹性直杆的计算公式。以后经过多年的研究和实践,逐步解决了非弹性修正，几何缺陷和残余应力的影响等实际问题。
残余应力是影响钢压杆稳定的重要因素，同样长细比的杆件由于残余应力的分布和量值不同使其承载力出入很大，因此原规范就把截面分成a,b,c三类，本次新规范对于一些板厚度40以上的截面又增加了d类共4类。
讲到这里，有必要解释一下残余应力，图5中热轧成型的H型钢，显然翼缘部分(A区)要先于腹板与翼缘的交界部分(B区)冷却，后冷却的B区在收缩时就要受到A区的限制，因此收缩受到限制的B区就要受拉，产生拉应力，而约束A区就要受压，产生压应力，象这种在没有外力作用下，截面产生的应力称作残余应力。翼缘越宽，两个区域的温差就会越大，则残余应力的峰值越大。焊缝的残余应力产生的机理与此类似，不过焊缝处的金属处于熔融状态，它的热塑性变形受到压缩以后，在收缩时要趋于缩得更短，因此受到的拉力要更大，有时焊缝处的残余应力会达到屈服点。图5给出了热轧成型的H型钢的残余应力分布图形。这里要指出的是残余应力在截面上是自相平衡的，也就是截面上总应力为零。因此残余应力对强度没有影响。但是当考虑稳定问题时，其影响是明显的。如果工型截面(见图5)绕X轴弯曲，受压一边翼缘部分受压区就会因应力迭加而提前屈服，由于屈服以后材料的弹性模量接近于零，所以截面的刚度要衰减(根据)。考虑有拉应力的那部分会抵消一部分压应力，因此截面的刚度衰减的不会很厉害。但在绕Y轴弯曲时，虽然中部没有屈服，但中部对截面刚度的增强作用远不如边部对截面刚度的增强作用大，因此截面的刚度衰减的就会很厉害，临界荷载降低得就更厉害。从上面简单的分析，不难看出残余应力分布的不同以及作用力方向的不同对受压杆件的稳定有明显的影响。这就是规范中对截面分类的原因。解释一下焰切边，焰切边就是火焰切割，相当于板边有一条焊缝，因此板边有残余拉应力，在绕Y轴弯曲时，板边的残余拉应力对截面的刚度有增强作用。
有焊缝就有残余应力，板越厚，熔融的金属越多，则残余应力越高，残余应力一般对于构件的影响是利少弊多，尤其是对于承受动力荷载，需要考虑疲劳的情况，更应该设法减小残余应力和消除残余应力。焊接时对于厚板采取焊前预热和焊后保温，就是减小残余应力的有限措施。同时在焊接时应该尽可能增加焊接的遍数，因为每焊一次，后一次焊接相当于对前一道焊缝进行了一次加热退火。而消除残余应力最好的方法是整体退火，此外还有爆炸法，锤击法，碾压法等第。振动法是一个有争议的方法。
对于双轴对称或极对称的杆件一般是以弯曲屈曲作为极限状态，因此要先求出两个方向的长细比进行比较，然后取大者来控制截面。这一点绝大多数设计者是清楚的，但在实际工作中，仍然有不少忘记把两个方向的约束和支撑通盘全面考察的错误。
5.1弯扭屈曲与换算长细比
规范还明确的提出了，对于单轴对称的构件，考虑绕对称轴的屈曲时应取计及扭转效应的换算长细比来代替。这实际上就是说：对于单轴对称的构件，在绕对称轴的屈曲时，其极限状态是弯扭屈曲，截面的选择是以弯扭屈曲来控制的。计算弯扭屈曲的方法是用换算长细比的方法。工程中常用到的槽钢，双角钢，T型钢，上下翼缘不等的工型截面都是单轴对称的构件，为什么单轴对称的构件在绕对称轴的弯曲时，必然是又弯又扭呢?其实这个问题在材料力学中就已经解释过：“只要外力的合力在截面内不通过弯曲中心(又称为剪心)，则杆件在弯曲时必然伴随着扭转。”可以回忆一下槽钢在绕对称轴的弯曲时的受力分析，所谓弯曲中心是指这样一个点，当弯曲时，截面上的剪力对这一点的力矩为零。如图6所示，槽钢的剪心S在槽钢的背以外距形心C距离为e0。因此在力不作用在S上时，必然产生绕S的扭转，扭转与弯曲的耦合，使得临界荷载降低，弯扭屈曲的临界荷载既小于绕对称轴Y的弯曲临界荷载，又小于纯扭转临界荷载。双轴对称截面的形心与剪心是重合的，在弯曲时不会发生扭转。根据弹性稳定理论计算分析，、、三者之间有如下的关系： (5)
其中、、
从式(5)可以通过解方程求出弯扭屈曲的临界力，当然，首先要求出弯曲临界力和扭转临界力。这一方法很直观，但与规范的习惯计算方法明显不一致，国内外工程界目前计算稳定的方法一般都是先确定长细比(如柱的长细比，梁板的通用高厚比等)，然后查相应的表格。如果令（将弯扭屈曲用弯曲的形式来表示)(6)
将(6)代入(5)可以求出 (5.1.2-3) 求出以后，就可以按弯曲屈曲(即轴心压杆)从规范中查出相应
的稳定系数，进而求出弯扭屈曲的临界力。明显的， ，称作换算长细比。这种方法在弹性状态从理论上说是准确的，在弹塑性状态则有误差，但稳定系数已经考虑一些缺陷的影响，因此误差不会过大。已被国内外工程界认可，薄钢规范GB50018也采用了同样的方法。
这种方法的原则就是按照临界力相等，将弯扭屈曲的计算转换成长细比大一些的截面相同的弯曲屈曲的计算。由于，其中要计算扇性惯性矩，所以计算是比较麻烦的。但对于T型截面为零，计算要相应简单一些，规范直接给出了一些T型截面的换算长细比。对于其它类型的截面则只有慢慢计算了。因此从计算简单的角度出发，柱的截面还是选双轴对称为好。
5.2格构式轴心受压构件与换算长细比
在轴压力和弯矩比较大且柱子较高的情况，柱的截面选实腹式的单柱是不经济的。通常选用格构柱，即用缀件将两个或多个单柱连接成一体的组合柱。穿过单柱的形心轴为实轴，穿过缀件的形心轴为虚轴。格构柱在绕虚轴发生弯曲屈曲时，由于缀件的抗剪刚度比实腹柱的腹板要弱，剪切变形比较大，必须加以考虑。正是剪切变形的影响，使得格构柱的稳定承载力要低于实腹柱。采用与计算弯扭屈曲时同样的原则，也用放大了的长细比来考虑剪切变形的影响，这一放大了的长细比也称为换算长细比。要指出的是这些换算都是按照弹性稳定理论计算公式经过数学推导得来的,并非是经验公式。有关的计算公式就不一一列出了，在规范的5.1.3条中有详细的规定。
格构柱与实腹柱的稳定计算相比，还有两点要加以考虑:一,关于分肢的稳定，二是剪力的计算。由于格构柱是用缀件将单个柱连接起来的组合柱，很明显，缀件之间的分肢的稳定也必须要加以考虑。对此，规范没有给出详细的计算公式，而是用控制长细比的方法来保证分肢的失稳不先于整个柱的失稳。按理只要分肢的长细比不大于整个柱的长细比就可以了，但考虑到两个(或多个)柱的压力不可能绝对相等以及各种缺陷的不利影响，因此将这一要求加以提高。分肢的长细比应满足下列要求：
分别是缀条的中心距和缀板的净距，，是分肢截面绕弱轴的回转半径。
二是缀材面应该验算是否能承受剪力V：
是杆件的实际内力。由于压杆的屈曲实际是弯曲屈曲，有弯曲就有剪力，否则就很难理解怎么轴心压杆会冒出来剪力。这一条要求对于实腹杆也是必须要满足的，但实腹杆腹板的抗剪能力很强，一般都能自然满足，但对于格构柱，尤其是缀条柱，缀条应该有一定的刚度，这一点应该很自然就可以想到理应如此。
5.3支撑
这里讲的支撑是指轴心压杆的支撑。其它的后面再讲。为了减小构件的长细比，有必要在构件屈曲的方向且要通过构件的剪心设置支撑，显然，支撑要有必需的刚度，能提供一定的支撑力。本次规范给出了该力的大小为：
，N为被支撑构件的最大轴心压力。(5.1.7-1a) 老规范是该力的大小为剪力的大小，即，其值见上小节。用剪力来计算支撑力缺乏根据，而且无法计算支撑多个柱所需要的支撑力。
式(5.1.7-1a)是根据压杆在有中间支点，反弯点弯矩为零，对支点的刚度要求而得到的近似值(见图7的计算简图)，比较准确。
如果被撑构件是系列柱,则在柱高度中间设一道支撑时,支撑力按下式计算
,n是被撑柱的根数，被撑柱同时存在的轴心压力和。
如图7.中，支撑杆A支撑了5根柱，则支撑杆A的支撑力为：
根据理论研究，支撑的强度和刚度要求随柱子数量都以二次方的速度增加，因此建议一道交叉支撑分担到被支撑的柱子数量不宜超过8~10根。
另外，规范还指出：当支撑同时承担结构上其它作用效应时，其相应的轴力可不与支撑力迭加。这主要是考虑支撑体系实际上还有很多有利的因素，如柱子的柱脚实际上并不是简支，还有墙皮等等。
5.4拉弯构件和压弯构件
压弯构件是工程中常用的构件，如平台柱，框架柱,有中间荷载作用的桁架杆件等。这种构件兼有梁和柱的作用，因此有时称此类构件为梁柱。既然是梁柱，则此类构件的强度和稳定计算就一定兼有梁和柱的共同特征。
5.4.1拉弯和压弯构件的强度计算 强度计算按下列计算公式： (5.2.1)
明显可以看出，上面的公式，就是轴心受压杆和受弯构件两者强度计算公式的结合，分母中截面塑性发展系数的概念在受弯构件中已经解释过了，完全一样。
5.4.2拉弯和压弯构件的稳定性计算
压弯构件通常采用双轴对称或单轴对称截面，其弯矩通常作用在对称轴平面内。当弯矩只作用在构件的最大刚度平面内时称为单向压弯构件;当两个主平面内都有弯矩作用时称为双向压弯构件。
压弯构件的承载能力通常由整体稳定性控制。单向压弯构件整体稳定的丧失有两种可能情况：
1. 构件在弯矩作用平面内的平面失稳——弯曲屈曲。
2. 构件在弯矩作用平面外的空间失稳——弯扭屈曲。
双向压弯构件则只有弯扭屈曲这一种形式。
5.4.2.1实腹构件弯矩作用平面内的平面失稳
弯矩作用平面内的平面失稳计算公式是根据截面边缘受压(或受拉)纤维达到屈服点并略有些发展作为极限状态，用相关公式来计算的，其计算公式为：
(5.2.2-1)
该公式实质是核算受压纤维是否达到屈服点。也可以理解为轴压杆平面内稳定的验算式和考虑修正以后梁整体平面内的抗压强度验算式的综合。
既然是核算受压纤维，因此为截面对受压纤维的毛截面模量， 是引用了抗力分项系数1.1的欧拉临界力。由于基本公式是在压杆两端作用有等弯矩的情况下得到的，当有两端弯矩不等或有中间荷载的情况，可用两端作用等效弯矩来代替其它的弯矩作用，因此称为等效弯矩系数，具体数值规范有详细的规定。
对于单轴对称截面，有时两个毛截面模量会相差很大，可能会出现受拉纤维先达到屈服点，因此规范要求类似于T形的截面还应该按下式计算受拉侧是否满足下式：
(5.2.2-2),
是无翼缘端的毛截面模量。这里应该指出的是规范只要求对一端无翼缘的截面按此式进行计算，其实凡是单轴对称且两个方向毛截面模量相差较大的构件都应该按上式计算。
5.4.2.2实腹构件弯矩作用平面外的稳定计算
当压弯构件两个方向的刚度相差较大，弯矩作用在刚度较大的平面内时，如果构件侧向刚度较小又没有足够的侧向支撑，它就有可能首先发生侧向弯扭屈曲而丧失承载能力。
压弯构件弯矩作用平面外的稳定计算的相关公式是在理论分析的基础上结合试验研究成果建立的。其计算式如下：
(5.2.2-3) 很明显,这个相关公式就是轴心压杆的稳定计算式和梁的整体稳定计算式的耦合。前者与式(5.1.2-1)一样，后者与式(4.2.2)相比则增加了截面影响系数 和等效弯矩系数。因此,与以前涉及的柱与梁完全一样，规范只是简单的指出：“—弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数，按5.1.2条确定。”实际上应该明确的指出对于单轴对称截面的稳定系数应按换算长细比查取。这里要再强调一下，单轴对称截面在绕对称轴弯曲屈曲时，必然伴随着扭转屈曲，对于扭转刚度较小的开口截面，不考虑扭转屈曲对临界荷载的降低影响是不安全的。等效弯矩系数，与计算平面内的等效弯矩系数 意义一样，其数值也一样。
5.4.2.4实腹双轴受弯压弯构件的稳定计算
弯矩作用在两个主平面内的双轴对称实腹式工字形和箱形截面的压弯构件，其稳定性按下列公式计算：
(5.2.5-1) (5.2.5-2) 这两个公式其实是单轴受弯的压弯构件计算公式的延伸与组合，x,y分别为强轴和弱轴。这种延伸使得单轴受弯和双轴受弯的压弯构件的计算公式能相互衔接，同时与现有的试验结果相比较，稍为偏于安全。有两点要指出的是：一是对于双轴受弯，工程设计一般总是选择双轴对称截面，所以该公式仅仅针对双轴对称截面;二是一般而言，总是绕弱轴的弯曲起决定作用，因而实际上公式(5.2.5-2)通常起控制作用，(5.2.5-1)只是在的特殊情况(比如侧向支撑布置较密)，才起控制作用。
5.4.3格构式压弯构件的稳定计算
5.4.3.1.弯矩绕虚轴作用时的稳定计算
1）.弯矩作用平面内的稳定计算
格构式压弯构件绕虚轴的整体稳定和实腹式压弯构件绕弱轴的整体稳定计算基本一致,也是以边缘纤维屈服作为极限状态准则。如图8.(a)所示，绕x轴的弯矩为
，这就是弯矩绕虚轴作用的情况。其平面内稳定计算公式如下：
(5.2.3) 从形式上看，式(5.2.3)与(5.2.2-1)的区别，主要在后面的梁的整体弯曲项上，缺了截面发展系数,代替了0.8。这是由于格构柱截面是中空的，截面塑性发展的潜力不大，因此不考虑截面塑性的开展，取消了
。根据弹性理论分析，考虑压弯效应对弯矩的增大系数应该是, 和考虑了抗力系数后的欧拉临界力后，发现将0.8代替 ，可使计算精度提高且运用方便，故而实腹式构件就用了0.8代替 ，这些都是格构式截面不考虑塑性开展的缘故。另外要注意在式(5.2.3)中, 该由换算长细比决定，是毛截面惯性矩，为由x轴到压力较大的分肢腹板外边缘(如图8.a)或者是到压力较大的分肢重心线(如图8.b)。
2）.弯矩作用平面外的稳定
弯矩绕虚轴作用的格构式柱的平面外稳定是通过分肢的稳定来保证的，因为受压最大的分肢上的平均应力要大于整个构件的平均应力，而且前面已规定分肢的长细比不得大于0.7倍的整个构件长细比。因此可以用演算分肢的稳定来代替验算整个构件平面外整体稳定。
对于缀条式构件的分肢可以视为桁架的弦杆考虑为轴心受力构件，而对于缀板式构件则除了轴力以外，尚要考虑由剪力(取柱的计算剪力
和实际剪力中的较大值)作用引起的局部弯矩，按实腹式压弯构件验算分肢。分肢轴力的计算可以按图8.( c )所示：
对于分肢Ⅰ：
对于分肢Ⅱ：
分肢的计算长度与格构式轴压构件一样，不再重复。
5.4.3.2弯矩绕实轴作用时格构柱的稳定计算
1.弯矩作用平面内的稳定计算
当弯矩绕实轴作用时，格构式压弯杆件平面内稳定计算与实腹式压弯构件一样，可以用式(5.2.2-1)计算，只需将
x,y互换就行了。其算式为： 2.矩作用平面外的稳定计算
当弯矩绕实轴作用时，格构式压弯杆件平面外稳定计算与实腹式压弯构件一样，可以用式(5.2.2-3)计算，只需将x,y互换就行了，但该由换算长细比决定，且取=1(由于截面绕弱轴的刚度很大)。其算式为：
3.肢的稳定计算 在计算分肢稳定之前，首先要解决压力N和弯矩M各分肢上的分配。压力N按分肢轴线至X轴距离成反比的原则分配;弯矩M 按分肢轴线至y轴距离成反比及按分肢对y轴的惯性矩成正比的原则分配：其计算式如下： 对于分肢Ⅰ： , 对于分肢Ⅱ： ,
5.4.3.3弯矩作用在两个主平面内的双肢格构柱压弯的稳定计算
和实腹式双向压弯构件一样，双向压弯稳定的计算只是单向压弯的延伸与组合。整体稳定的计算公式为：
(5.2.6-1)_
分肢的稳定计算可以用上两小节的方法，分别求出两分肢的压力和弯矩
，然后按单向压弯构件计算分肢稳定，对于缀板式格构柱还要考虑柱的剪力(取柱的计算剪力和实际剪力中的较大值)引起的局部弯矩，此时的分肢应该按双向受弯构件计算。
5.5受压构件的局部稳定
受压构件的局部稳定主要是柱翼缘板和腹板的宽厚比应满足一定的要求，这样可以保证局部屈曲不先于整体屈曲产生，不至于影响构件的承载力。事实上，在钢结构设计中，大量的构件都采取防止板件失稳的设计对策，防止板件失稳的有效方法就是限制它的宽厚比。确定宽厚比的限值，就是使板的临界应力至少达到板件可能受到的最大应力(与局部屈曲不先于整体屈曲产生的物理意义相同)。规范中一系列的公式的推导也是基于这一原则。
1. 对于轴心受压柱翼缘板自由外伸长度b与其厚度t之比应满足： (5.4.1-1)
构件两个方向较大的长细比。当时， 取 从上面的公式可以看出，当柱的长细比较大的时候，整体屈曲临界应力较低，局部屈曲的临界应力也应该相应降低，因此板的宽厚比可以取大一些。
2. 对于压弯构件，考虑翼缘可能进入塑性状态，因此板的宽厚比要限制的严一些：
(5.4.1-2) 3.工字型柱的腹板计算高度h0与板厚tw考虑轴心受压时，应满足： (5.4.2-1)
构件两个方向较大的长细比。当时，取 对于箱形截面应满足： (5.4.3) 4.工字型柱的腹板计算高度h0与板厚tw考虑压弯时，应满足： 当时： (5.4.2-2) 当 时： (5.4.2-3)
是腹板边缘的最大压应力，计算时不考虑构件稳定系数及截面塑性发展系数; 腹板另一侧的应力，压取正，拉取负值。 构件在弯矩作用平面内的长细比。当时，取， 取 对于箱形截面可以取上面计算式的0.8倍，但不小于(5.4.3)的值。
在腹板宽厚比不满足上述条件时(柱的截面高度由长细比来控制时)，可以用两个办法来解决。一是加纵向加劲肋;二是在强度和稳定计算时，腹板仅考虑两端各20tw部分参与工作(计算长细比还是取全截面)。纵向加劲肋应该成对两侧配置，宽度大于10tw，厚度大于0.75tw
从上面的一系列规定可以看出，要减小柱腹板的宽厚比，只能通过加纵向加劲肋来解决，加横向加劲肋是没有任何意义的。当然,如果在柱受到有集中荷载的地方还是要考虑加横向加劲肋的,但如果集中荷载不是很大,而且翼缘的厚度满足一定的要求时,不一定非加加劲肋不可。关于这一点，规范在7.4 梁与柱的刚性连接中有明确的规定。对于截面高度比较大的柱子，考虑运输和安装，在柱的两端和中部，也应该加横向加劲肋，以增加柱抵抗变形的能力。
最后要指出两点：一是上述的规定，理论上不是很严格，是半理论，半经验的公式。二是当结构的设防烈度为7度时，上面板的宽厚比都为被抗震规范的要求所涵盖(抗震规范所要求的板的宽厚比要小一些)。
作者：姜德进
教授级高级工程师，享受国务院政府特殊津贴专家。1970年毕业于清华大学土木系，1983年西安建筑科技大学结构工程研究生毕业，获工学硕士学位。曾任职于马鞍山钢铁设计研究院、中冶华天工程技术有限公司。参与和主持了多项公共建筑和钢铁企业的厂房及特种构筑物的设计与研究工作。1991年、1997年被聘为全国贮藏构筑物标准技术委员会委员。1994年研制的布帘式密封贮气柜壳体获国家专利。先后在国内外刊物及会议上发表论文10余篇，并有多篇论文获奖。
转自：钢结构-公众号
