美国钢结构规范中结构稳定分析方法简介.pdf

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1、万方数据标准与规范美国钢结构规范中结构稳定分析方法简介列珀(柏克德中国工程有限公司，上海200050)摘要：防止失稳是钢结构设计的重要任务，简要介绍美国钢结构设计规范中涉及钢结构稳定分析的主要概念和实用方法。关键词：稳定分析；计算长度法；直接分析法STABILlTYANALYSISMETHODSINtRoDUCTIoNo蕾AMERICANSPECIFlCATIoNFORSTEELSTRUCTURELiuPo(BechtelChinaEngineering&ConstructionCo．Ltd．Shanghai200050)ABSTRACT：ItisimportanttasktOavoidin

2、stabilityforsteelstructuredesign．Thisarticlebrieflyintroducedthemeth．odsandconceptsofstabilityanalysisofAmericanspecificationforsteelstructure．KEYWORDS：stabilityanalysis；effectivelengthmethod(ELM)ldirectanalysismethod(DAM)l概述2005年美国国家标准建筑钢结构规范ANSl／AISC360--2005[1](以下简称AISC2005)首次合并了容许应力设计(ASD)和荷载抗力

3、系数设计(LRFD)两种方法，并对一些设计条文进行了修订更新。其中，第C章稳定分析与设计、附录7直接分析法构成了该规范稳定分析的主要内容：C1节概述了稳定设计的一般要求和构件与系统(包括无支撑框架、支撑框架、剪力墙、重力框架和组合结构系统)稳定分析的特殊要求；C2节讲述了结构稳定必须的强度实用计算分析方法及适用条件，以此提供安全的设计。AISC2005设计规范认可下列计算结构抗侧力系统响应的分析和设计方法：1)使用辅以专门电脑设计软件的二阶非弹性设计和塑性设计方法；2)结合计算长度系数的二阶弹性设计分析法；3)直接分析法；4)适用于手算的简化一阶弹性设计方法。保证结构和构件的稳定，是钢结构设

4、计的重要内容。本文简要介绍美国AISC2005结构稳定分析LRFD的主要方法(ASD的稳定分析方法和LR—FD本质是一致的)，对构件的稳定分析通过满足该规范第E、F、G、H和l等章节的规定来保证，本文不作详细说明。2传统的钢框架稳定分析方法简介虽然AlSC2006已发布一段时间，但AISC1989t21和AISC1999[33仍然在一些项目中使用，这两本规范主要采用一阶弹性和二阶弹性分析法来分析钢框架结构。表1简单比较了两本规范的稳定分析方法。表1AISC1989和AISC1999稳定分析方法所谓弹性，是指假定框架在弹性阶段工作，所有计算式中弹性模量取为E=2．0X105MPa。所谓一阶分析

5、，是指分析时力的平衡条件按变形前的杆件轴线建立，而二阶分析则是按发生变形后的杆件轴线建立。二阶效应包括竖向荷载作用于侧移的效作者：刘珀，男，1975年12月出生，国家一级注册结构工程师．一级建造师。Email：liupo@126．eonl收稿日期：2008·11·1966钢结构2009年第7期第24卷总第122期万方数据剃珀：美国钢结构规范结构稳定分析方法简介图1二阶效应示意⋯强度和稳定之间的原则区别是：强度计算解决某一截面的承载能力，而稳定计算解决整个杆件的承载能力。框架的强度计算用一阶分析方法来分析框架内力，除柔索组成的结构外一般可获得足够精确的结果。但在研究框架稳定问题时，必然要涉及框

6、架结构的位移和位移对内力产生的影响，即二阶效应。因此，对待框架结构的稳定问题，原则上都应该用二阶分析。稳定分析和内力分析有以下不同特点[4]：1)稳定问题必须采用二阶分析来代替一阶分析，即不能忽视变形对外力效应的影响；2)叠加原理不适用于稳定分析，因为分析中存在着几何非线性；3)静定和超静定结构的区分在稳定分析中没有意义，因为静定结构的稳定分析也涉及到变形问题。但由于过去的计算手段不先进，故一般都用一阶分析来计算框架内力，框架在平面内的稳定问题则用框架柱的计算长度(柱几何长度L×计算长度系数点)来解决。当然，七值的确定仍然是以变形的结构为依据。这样计算长度反映构件之间的相互约束作用，把几何缺

7、陷(初挠度、初偏心等)、残余应力对轴向抗力的影响表达为计算长度的函数(通常称为柱曲线，美国规范采用单一柱曲线，我国规范采用a、b、C、d四条柱曲线L51)，进而引入压弯构件的相关方程中进行构件设计，把框架设计分解为单个构件的设计，这就是传统的计算长度法(EffectiveLengthMethod，简称ELM)。这种用一阶分析加计算长度来处理框架结构的稳定问题是一种近似方法，其误差主要取决于侧移或竖向荷载的大小