AISC 360-16 Ch。 RFEM 6 中的 C 直接分析法

稳定性要求

截面 C1 {%于#参见 [1]]] ，其中列出了钢结构稳定性设计的五项要求。 AISC 360-16 中有：

• 会影响结构位移的受弯、受剪和轴力变形，以及所有其他构件和连接变形
• 二阶效应（包括 P-Δ 和 P-δ 效应）
• 几何缺陷
• 非弹性引起的刚度折减, 包括截面部分屈服的影响, 残余应力会加剧这种情况
• 系统、杆件和连接的强度和刚度的不确定性

直接分析法可以满足上述要求。 本文的重点是 b 到 d 项以及在 RFEM 6 中的应用。

二阶效应

结构分析时应考虑二阶效应 P-Δ 和 P-δ。 当结构构件（例如柱子）除了施加侧向荷载外，还受到轴向荷载，那么该结构构件就会产生挠度。 挠度距离 Δ 乘以作用的轴向荷载 P 得出必须考虑的次弯矩 P-Δ。 此外，沿偏转曲率 P-δ 施加的轴向荷载的失稳效应也应考虑。 图 C-C2.1 {%于#Refer [1]]] 提供了杆件上的这些次作用的图形示例。

AISC 列出了根据 C2.1(b) 的条件，[1] 并且 P-δ 的影响可以忽略不计。 否则，如果一根杆件同时受到压力和弯曲的影响，则在分析中应考虑这些局部变形。

在 RFEM 6 中，二阶分析问题作为一系列线性问题迭代求解，其中，轴力根据前一次迭代进行更新，并在迭代步内被视为恒定值。 这种数值方法就是不动点迭代方法，称为Picard方法。 当设置为该方法时，RFEM 6 中的求解器会自动捕捉 P-Δ 和 P-δ 的二次效应。

RFEM 6 中设计状况和荷载组合默认设置为二阶分析和 Picard 组合法。 对于LRFD或ASD设计状况，用户可以修改这些默认设置。

1 组合向导

2 设计状况的二阶静力分析设置

各个荷载组合将采用在相应设计状况下定义的分析设置。 但是，用户可以根据需要单独修改荷载组合的设置。

3 荷载组合的二阶静力分析设置

为了满足 Sec。 C2.1(b) {%于#参照 [1]]] ，用户可以保留设计状况 1 – LRFD 中默认的二阶分析用于强度设计。 此外，还可以为设计状况 2 - ASD 设置所需的分析类型，该类型可以与任何其他设计状况一起用于正常使用验算。 有关这些对话框中提供的选项的更多信息，请参阅 RFEM 6 在线手册静力分析设置。

• 静力分析设置在线手册

几何缺陷

Sec. C2.2 {%或#Refer [1]]] 中考虑结构缺陷，方法是直接对缺陷进行建模或使用名义荷载。 在 AISC 规范中进一步明确了建筑结构缺陷主要考虑的对象是柱的偏心。 本部分不要求杆件弯曲变形。 E [1] 进行受压设计。

缺陷的直接建模应考虑荷载引起的初始位移和预期的最大失稳效应。 根据结构尺寸的不同，这可能会非常耗时且复杂。 也可以使用虚荷载计算。

根据 C2.2b(a) {%于#Refer [1]]]，在所有荷载组合中，名义荷载在所有楼层上应作为附加的侧向荷载。 当结构的二阶漂移与一阶漂移之比等于或小于 1.7 时，在 C2.2b(d) [1] 中给出了例外情况；然后虚拟荷载可以应用于纯重力荷载组合，而不能与其他有侧向荷载组合。

每层的名义荷载大小可以使用公式 C2-1 计算{%！

名义荷载应施加在导致最大失稳影响的方向上。 这意味着对于只有重力的荷载组合，在两个正交方向上都要施加名义荷载。 对于施加了侧向荷载的荷载组合，名义荷载应施加在相同的侧向荷载合方向上（例如，X 方向的风荷载应包括 X 方向的名义荷载）。

在 RFEM 6 中用户可以定义正交方向的缺陷工况，例如 ±X 或 ±Y 方向。 荷载工况可以分配给每一个缺陷荷载工况，考虑到最大的失稳影响。 RFEM 会自动地将缺陷工况分配给生成的荷载组合，并显示在该对话框中。

4 缺陷工况和荷载工况分配

一旦定义了缺陷工况，用户还必须定义每个缺陷工况下的杆件缺陷。 该 “ANSI/AISC 360-16 | 当前”的轴力将考虑来自分配的荷载组合的杆件轴力，应用公式215对杆件产生影响。 C2-1 ]，在杆件始端和末端分别施加计算的名义荷载大小。

该 “ANSI/AISC 360-16 | 默认荷载组合与“重力荷载组合”不同，用户可以使用其他荷载组合来计算杆件的轴力。 缺陷方向以全局坐标轴或杆件局部坐标轴为基准指定。 应仔细考虑缺陷方向，因为其目的是确定整个结构失稳作用产生的最大影响。 在对话框 4 中定义了缺陷后，可以将缺陷分配给多个杆件，例如结构中的所有柱子。

5 定义杆件缺陷

缺陷设置后，可以在 RFEM 中以图形方式显示在结构上。

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6 杆件缺陷图形显示

一般情况下，正常使用验算时不需要考虑缺陷设计， 因此，在图 1 中显示的编辑组合向导对话框中，应激活“考虑缺陷工况”并将其应用于设计状况 1 - LRFD ，假设强度设计是根据 LRFD 方法进行的。

或者在关闭“考虑缺陷工况”的情况下，点击左下角的“新建组合向导”按钮来生成新的项目定义。 本例为类似于强度设计的正常使用极限状态设计，其静力分析设置为二阶分析(P-Δ)。 Design Situation 2 – ASD 可以分配给 Combination Wizard ，它假设正常使用时不考虑荷载组合。

7 缺陷考虑： 设计状况 1 – 长期使用

8 缺陷考虑： 设计情况 2 – ASD

一旦将这些设置应用于设计状况，在“荷载组合”选项卡下列出的各个荷载组合也会自动反映这些设置。

刚度调整

杆件残余应力会导致截面的部分屈服，从而导致结构的整体软化。 这又会导致不稳定效应。 此外，还应考虑塑性在杆件截面和长度方向的分布。

为了近似这些对杆件强度折减的影响，AISC 要求将 0.8 的系数应用于所有影响结构稳定性的刚度。 该规范继续在 C2.3(a) 中声明{%或#请参阅 [1]]]，为所有杆件提供刚度折减，以避免结构的人为变形。 因此该系数 0.8 适用于所有杆件的轴向和抗弯刚度。

系数 τ_b由式（3）计算得出。 下文中的 C2.2a 和 C2.2b [1] 适用于杆件的抗弯刚度。 计算抗压强度时必须考虑细长和非细长构件。

1. 当 α P_r/P_ns ≤ 0.5
   $${\mathrm{\tau }}_{\mathrm{b}}=1$$

   τ_b 系数αP_r/P_ns ≤ 0.5
2. 当 α P_r/P_ns > 0.5
   $${\mathrm{\tau }}_{\mathrm{b}}=4({\mathrm{\alpha P}}_{\mathrm{r}}/{\mathrm{P}}_{\mathrm{ns}})[1-({\mathrm{\alpha P}}_{\mathrm{r}}/{\mathrm{P}}_{\mathrm{ns}}\left)\right]$$

   α	= 1.0 (LRFD); 1.60 (ASD)
   Pr	LRFD 或 ASD 荷载组合所需的轴向抗压强度，kips (N)
   Pns	截面抗压强度；对于非细长杆件截面： Pns = Fy Ag ，对于细长形杆件截面： Pns = Fy Ae ， Ae的定义见章节 E7，kips (N)

   τ_b 系数 αP_r/P_ns > 0.5

按照 Sec. C2.3(c) ]，允许所有杆件抗弯刚度τ_b = 1.0，但应施加额外的名义荷载截面。刚度折减只适用于强度和稳定性极限状态。不适用于正常使用极限状态分析或其他分析，例如位移、挠度、振动和周期确定。

在 RFEM 6 中可以将 AISC 刚度折减要求应用于选定的杆件。 系数 0.8 适用于杆件的轴向和抗弯刚度，系数 τ_b可以由公式自动计算得出。 C2.2a 和 C2.2b[1] 并适用于杆件抗弯刚度。

重新访问设计状况 1 的组合向导 – LRFD，应激活“考虑结构调整”并定义新的结构调整设置。 如果勾选了“杆件”选项，则会出现【杆件】选项卡。 在该选项卡中，用户可以在之前的选项卡中选择“新建杆件刚度调整”， 由此出现最后一个选项，选择“AISC 360-16 C2.3 | 钢结构”选项。 请注意，在“迭代方程 选择C2-2a和C2-2b”后，程序会根据细长或非细长单元轴力自动计算抗弯刚度_b系数τ 。 截面的抗弯和轴向刚度默认值为 0.8。 定义完所有选项后，可以在图形窗口中选择要应用刚度折减的钢杆件，或者在结构调整对话框中直接输入杆件编号。

9 考虑通过刚度折减进行结构调整

10 新建杆件刚度调整

请注意，上面描述的用于停用设计状况 2 – ASD 中定义的单独的组合向导来停用正常使用极限设计的缺陷选项时，也应取消选中“考虑结构调整”。 这将对所有未经计算的荷载组合使用全部杆件刚度。

结束语

AISC 360-16 Ch中给出的要求。使用上述工作流程在 RFEM 6 中进行分析和设计时可以考虑直接分析法的 C ，包括二阶效应、杆件缺陷和刚度折减。 有关在 RFEM 中直接分析法应用的更多信息和示例，请参见网络课堂录像 AISC 360-16 用 RFEM 6 进行钢结构设计，并在下载模型下下载相关模型。

• 网络课堂 | RFEM 6 中的 AISC 360-16 钢结构设计（欧标）
• 模型下载 | 钢结构 | AISC 360-16

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