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2014
06

《钢规》中二阶分析的方法

钢结构和混凝土结构相比二阶效应更加明显,应更加注意二阶效应对结构的影响。现行《钢结构设计规范》(GB 50017-2002)对二阶分析的要求比较笼统,但明确钢框架结构当重力附加弯矩占初始弯矩比例超过10%时需要考虑P-Δ效应的影响,并给出了附加水平力的简化计算方法。此法需要先约束每层框架的侧移进行计算,然后再将支座反力施加到结构上再次计算,过程较为复杂实际工程不易操作。 正在制订中的《钢结构设计规范》(送审稿)1中更加清楚地写明了二阶分析的条件和方法,在此做简要总结。

《钢规》(送审稿)中的分析方法

钢结构内力和稳定性分析的三种方法:

  • 一阶弹性分析法:就是通常所说的小变形分析,假定材料始终为弹性。

  • 二阶弹性分析法:在小变形分析的基础上附加考虑结构的初始缺陷和残余应力的影响,材料仍假定为弹性。

  • 直接分析法:同时考虑结构和构件的初始缺陷、节点连接刚度和其他对结构稳定 性有显著影响的因素,允许材料有塑性发展、内力重分布(二阶弹塑性分析),求得的各设计荷载(作用)下的内力和位移,构件验算可仅进行截面强度验算。

多高层钢结构的处理

对于普通多高层钢结构,《钢规》(送审稿)和现行的《抗规》体系基本一至,采用一个二阶效应系数$\theta^{Ⅱ}_{i,max}$来对结构的二阶效应大小进行评价,依据结构二阶效应的大小来选择分析方法。整理了一份分析流程框架图如下:

对于钢框架结构,二阶效应系数$\theta^{Ⅱ}_{i,max}$取为每层重力附加弯矩与初始弯矩之比的最大值,如下式:

$$\theta^{Ⅱ}_{i} = \frac{\sum N_i \cdot \triangle u_i}{\sum H_i \cdot h_i}$$

对于非框架结构,二阶效应系数$\theta^{Ⅱ}_{i}$按下式:

$$\theta^{Ⅱ}_{i} = \frac{1}{\eta}$$

上式中,$\eta$为结构整体最低阶弹性临界屈曲荷载与设计荷载的比值,即弹性屈曲安全系数。

空间结构的处理

对于大跨度钢结构、张拉体系、单层球面网壳、柱面网壳及椭圆抛物面网壳,往往对稳定性比较敏感,宜在设计中附加二阶弹性分析或直接分析。这里的二阶弹性分析一般就要使用有限单元法考虑几何非线性进行计算,直接分析则指同时考虑几何非线性和材料非线性的全过程稳定分析。

稳定分析的安全系数要求参考《网格规程》相关规定。

BTW:具体的规定还是期待正式版的新《钢规》出版吧.


  1. 《钢结构设计规范》(2012年12月送审稿). ↩

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