《钢结构设计标准》解说专题（7）
疲劳计算
疲劳是钢结构中比较特殊的一个问题。在建筑工程的范围内，除了大家熟知的吊车梁外，接触的疲劳问题并不多。因此，结构工程师对疲劳的基本概念一般比较薄弱，有必要作为一个专题来掰扯掰扯。
《钢结构设计规范》（GB 50017-2003，简称“钢规”）中就有关于疲劳计算的内容，而《钢结构设计标准》（GB 50017-2017，简称“钢标”）中将章节改为“疲劳计算及防脆断设计”。本文专门谈谈疲劳计算问题。
一、什么情况需要进行疲劳计算？
首先，是构件及连接承受动力荷载重复作用，应力变化循环次数达到一定程度，才需要进行疲劳计算。这一点，钢标和钢规一致。
上述是一个总体的规定。对于常见的吊车梁而言，事实上一般也没法知道应力循环次数，所以规范给了简化的规定，只是要求中级工作制的吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架进行疲劳计算：
同时条文说明表示，由于实际工程中确有使用尚属频繁而满负荷率较低的一些吊车（如机械工厂的金工、锻工车间），中级工作制吊车桁架有补充疲劳验算的必要。而轻级工作制吊车梁和吊车桁架以及大多数中级工作制吊车梁，根据多年来使用的情况和设计经验，可不进行疲劳计算。
特别需要注意的是，虽然中级工作制吊车梁可不进行疲劳计算，但在材料选择时，吊车起重量不小于50t的中级工作制吊车梁，质量等级要求应与需要验算疲劳的构件相同（参见钢标关于材料选择的条文）。
二、应力循环中全压应力的部位需要计算疲劳吗？
钢标沿用钢规的做法，疲劳强度计算采用荷载标准值按容许应力幅法进行计算，即所谓的基于名义应力幅的构造分类法。这么做的理论依据在，大量的研究研究发现，对于焊接钢结构疲劳强度起控制作用的是应力幅，通过静力分析即可得到名义应力幅。
那么分类构造法，就可以名义应力幅作为衡量疲劳性能的指标，通过每一类构件和连接构造的疲劳试验，得到这一构件和连接构造对应的应力幅-应力循环次数曲线，即S-N曲线（看到了吧，你做设计就那一个疲劳强度完事，可背后是建立在大量的疲劳试验基础上的，每一次试验加载时间还特别长，所以愿意搞疲劳研究的人特别少，费钱费时吃力不讨好嘛，得向他们致敬）。
设计时候根据不同的疲劳设计时，根据构件和连接构造形式找到相应的类别（见钢标规范附录K中给出的每一种构件与连接类
别，在钢规基础上补充了不少类别），按应力循环次数就能确定对应的疲劳强度。
那么，只有压应力循环的部位，要进行疲劳计算吗？
钢规规定，在应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳。条文说明表示，按应力幅概念计算，承受压应力循环与承受拉应力循环是完全相同的，而国外试验资料中也有在压应力区发现疲劳开
裂的现象，但鉴于裂缝形成后，残余应力即自行释放，在全压应力循环中裂缝不会继续扩展，故可不予验算。
但钢标的规定改了，说法是，对非焊接的构件和连接，其应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳强度。条文说明更明确表示，焊接结构的疲劳强度之所以与应力幅密切相关，本质上是由于焊接部位存在较大的残余拉应力，造成名义上受压应力的部位仍旧会疲劳开裂，只是裂纹扩展的速度比较缓慢，裂纹扩展的长度有限，当裂纹扩展到残余拉应力释放后便会停止。考虑到疲劳破坏通常发生在焊接部位，而钢结构连接节点的重要性和受力的复杂性，一般不容许开裂，因此，本次修订规定了仅在非焊接构件和连接的条件下，在应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳。
好吧，钢规说裂了不会扩展，不用算；钢标说一般不容许开裂，仅仅非焊接构件和连接才允许全压应力循环下不计算疲劳。换句话说，焊接结构，应力循环下即便全是受压，也得计算疲劳，这一点需要特别注意（计算程序是否已经修改待确认，看看工具箱计算吊车梁吧）。
三、疲劳截止限是个什么鬼？
钢标增加了下列计算的条文：
理论依据是，疲劳研究发现，无论是常幅疲劳还是变幅疲劳，如果名义应力幅低于对应构件或连接的疲劳截止限的应力幅，一般不会导致疲劳破坏。换句话说，应力幅低到一个程度，对结构不会造成累计损伤，咋折腾，都没事。钢标取了S-N曲线1亿次循环对应的应力幅为疲劳截止限（见下图）。