本文主要探討 中國【鋼結構設計標準】（GB50017-2017）、【鋼結構通用規範】（GB55006-2021） 和 美標AISC360 在 鋼結構受彎構件 方面的比較與分析。
在具體講驗算公式之前，首先我們來關註一點。在 AISC360 中非常明確的說明了關於受彎驗算的公式均基於支座有足夠抗扭約束的前提。原文如下：
事實上，在中國的規範裏也有類似的規定，如 【鋼結構通用規範】（GB55006-2021） 的4.1.4條規定「構件約束端及內支座處應采取措施保證截面不發生扭轉」； 【鋼結構設計標準】（GB50017-2017） 的6.2.5條規定「梁的支座處應采取構造措施，以防止梁端截面的扭轉」。這一點似乎可以與近日大家熱議的佳木斯倒塌的體育館聯系在一起。也許這不是導致倒塌的直接原因，但從現場照片來看確實是缺少對鋼支座處鋼梁的必要抗扭構造。
讓我們回到規範本身。 AISC360 對受彎構件的截面型別分為Compact、Noncompact和Slender。從字面上看，這三類截面可以直譯為：「緊湊型」、「非緊湊型」和「纖細型」，但這樣的轉譯似乎更加讓人費解。
以材料為Q235的H型鋼翼緣為例，當翼緣寬厚比小於
時，截面型別為Compact；當寬厚比大於
，且小於
時，截面型別為Noncompact；當寬厚比大於29.5時，截面型別為Slender。
在 【鋼結構設計標準】（GB50017-2017） 中，S2與S3級的分界寬厚比為11，這與 AISC360 的規定比較接近；S5類截面的翼緣最大寬厚比為20，小於 AISC360 對Slender截面的定義。由此可見，Compact截面比較接近 【鋼結構設計標準】（GB50017-2017） 的S1和S2類截面；Noncompact比較接近S3、S4和S5類截面；與Slender對應截面型別已經超出了 【鋼結構設計標準】（GB50017-2017） 的截面分類，更接近薄壁型鋼截面。我們知道S1和S2截面是抗震截面或者可以稱作為「延性截面」，因此， AISC360 中的Compact不如可以理解為「延性截面」，Noncompact則可以理解為「普通鋼截面」，而Slender則實實在在是薄壁截面了。
在 AISC360 中，針對Compact、Noncompact和Slender分別給出了需要驗算的內容，總體上包括受彎強度和穩定驗算，其中穩定驗算的型別比較多，包括橫向扭轉失穩驗算、受壓翼緣局部失穩驗算、腹板局部失穩驗算等。
下文以腹板和翼緣均為Compact型別的雙軸對稱H型鋼構件的主軸受彎驗算為例，分析中美規範的區別。
雙軸對稱H型鋼，且截面滿足腹板和翼緣均為Compact型別的構件主軸受彎驗算內容包括：（1）強度屈服驗算；（2）橫向扭轉失穩驗算。
（1）強度屈服驗算
這個式子中，
是繞強軸塑性截面模量。
與 【鋼結構設計標準】（GB50017-2017） 相比，主要的區別在於
和
。對於H型截面，
。一般情況下，塑性截面模量與彈性截面模量的比值大於1.05。由此可見，對於S1類和S2類截面，AISC360計算得到的強度承載力大於 【鋼結構設計標準】（GB50017-2017） 。這也說明了，AISC360對截面的塑性發展能力利用的更加充分，S1和S2類出色的截面特性直接體現在了承載力上，而我們規範更多的在強調這類截面的延性，其優勢主要體現在滿足抗震規範要求的耗能特性。
（2）橫向扭轉失穩驗算
當
時，不需要驗算橫向扭轉失穩；
當
時，
當
時，
看到上述公式，我相信大部份人都會感到很陌生。因為我們熟知的受彎構件整體穩定驗算公式完全不是這樣的，那個神秘的
不知所蹤，就像在受壓驗算時沒有出現受壓穩定系數φ一樣。這一點上也體現了兩本規範在總體思路上的一個區別。 【鋼結構設計標準】（GB50017-2017） 的很多公式都看上去很簡單，但其中往往把豐富的內容濃縮到一個或幾個參數上，就比如這個
，在 【鋼結構設計標準】（GB50017-2017） 中用整整一個附錄C來描述這個參數的計算方法，而且附錄C也僅僅給出了
的計算公式，而沒有這些公式的來源。相比之下， AISC360 的上述公式倒顯得簡單一些了。根據受壓翼緣的面外支撐間距，將承載力驗算分為三類，其中涉及兩個臨界支撐間距，和分別為塑性、彈塑性失穩和彈性失穩的分界無支撐間距，
可按照以下公式計算：
當受壓翼緣的面外支撐間距小於
時，無需驗算橫向扭轉失穩，表示不會發生面外失穩；當面外支撐間距大於
，但小於
時，可能發生彈塑性失穩；當面外支撐間距大於
，會發生彈性失穩。
下面來看一下一個簡單的算例。
AISC360-10 驗算過程和結果如下：
【鋼結構設計標準】（GB50017-2017） 驗算過程和結果：
對於這個算例， AISC360 計算得到的應力比是0.69，而 【鋼結構設計標準】（GB50017-2017） 計算得到的應力比是0.77。從材料強度上看， 【鋼結構設計標準】（GB50017-2017） 的Q235強度設計值為215MPa，略高於 AISC360 -10的
。導致結果差別的其中一個原因在於 AISC360 對於S1和S2類截面的塑性利用程度大於 【鋼結構設計標準】（GB50017-2017） 。
對於上述算例，受壓翼緣的面外支撐間距介於 L p和 L r之間，屬於第二種型別。為了更加全面的比較其它型別的差別，在上述算例的基礎上進一步做深入分析，假設受壓翼緣的無支撐間距是個變量，研究其最終應力比與無支撐間距的關系如下圖所示。
觀察兩條線走勢可以看出， 【鋼結構設計標準】（GB50017-2017） 計算得到應力比大於 AISC360 。當面外支撐間距較小時，兩者差別較小；當支撐間距較大時，兩者的差別較大，尤其當支撐間距大於
時，兩者的差別更加顯著。由此也可以看出GB50017對於受彎構件的面外扭轉彈性失穩考慮的更加保守一些。
本文僅以Compact截面為例比較了中美規範在計算方法和計算結果上的區別。除了Compact截面，還有很多其它型別，本文的結論不一定適用於所有型別。另外，需要再次說明的是各國的規範都有自己的體系，與可靠度、材料水平、加工和施工水平等諸多因素相關。本文僅從驗算公式本身出發進行比較，不足以說明整體的區別。
來源：DS工作室，作者：DS汪明
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