孙秀成 庄新玉

摘 要 随着结构设计理论和现代结构设计软件的进步，原有的简单、粗放、易于操作的设计方法，逐渐被复杂但是精确的设计方法取代。在新版的门规、钢规、高钢规中引入了屈曲分析和二阶分析法、完全法等设计方法，这就对结构设计软件程序设计和规范理解提出了更高的要求，本文根据工程实践和理论分析对STS门刚设计中存在的若干问题进行讨论。

关键词 SAP2000二次开发;STS;屈曲分析;屈曲因子;门式钢架;长细比

1力学分析

新版的门规和老版门规在柱长细比验算中柱子的回转半径取法不同，老版的门规柱的计算长度系数计算时回转半径按照小头截面取值，新版门规柱的回转半径取得是大头。由此相应柱的计算长度系数u也要相应的修改。无论采用哪种方法计算，柱子的屈曲荷载pcr是不变的。

pcr大= pcr小，

pcr大=π2EI大/（u大L）2，

pcr小=π2EI小/（u小L）2，

u大/u小=（I大/ I小）0.5，这个比值在一般的项目中大概是2～4之间变化。

λ大/λ小=（A大/A小）0.5>1.0（约等于1.0～1.2）[这也是新规范的进步之处]。

pcr大、I大、u大、λ大、A大—按照大头计算的柱的屈曲荷载、截面惯性矩、计算长度系数、长细比、截面面积;

pcr小、I小、u小、λ小、A小—按照小头计算的柱的屈曲荷载、截面惯性矩、计算长度系数、长细比、截面面积。

因此新规范计算的柱子的计算长度系数会是按照老规范计算的计算长度系数的2～4倍，长细比会比按照老规范计算结果略大。

基于以上分析本文以一个小门刚为例分别在pkpm3.1.6、3.2、4.1等版本上进行计算，并分析计算结果的合理性。柱下端截面I=0.00001968，i=0.0632，上截面I=0.0000987，i=0.1258.門刚高度3m，跨度3m，如下图1所示。

为了找出pkpm的问题，笔者基于VS2010平台采用C#编程语言对SAP2000进行二次开发，编写了JSCD.DLL（计算长度）的插件，该插件基于整体的屈曲分析理论，求出柱的屈曲荷载pcr，根据pcr=π2EI/（uL）2反算出柱的计算长度系数u，如下图2所示[1]。

2PKPM3.1.6版本的问题

（1）以上模型按照附录A.0.8的方法计算，结果如下图3，图4所示：

（2）以上模型按照附录A.0.1～A.0.6的方法计算，结果如下图5，图6所示：

可以看出以上两个结果差异巨大，计算长度系数翻倍，长细比也翻倍，计算结果有问题。Sap2000计算出的柱的计算长度系数，按照小头截面计算得到的计算长度系数为1.7（如下图7所示），按照大头截面计算得到的计算长度系数是3.8（如下图8所示）。

（3）结果分析

3.1.6版本的程序中按照附录A.0.8计算方法计算得到的计算长度系数仍然是按照小头来算的，和现行规范按照大头来算是不符合的。但是和老规范的算法是符合的，回转半径也是按照小头取值，长细比λ小=2.925×1.79/0.0632=83。计算结果和实际结果比较接近。

3.1.6版本的程序中按照附录A.0.1～A.0.6计算方法计算得到的计算长度系数是按照大头来算的，符合现行规范。但是回转半径取得确是按照小头来取值的，长细比λ=2.925×3.85/0.0632=179，计算长细比放大了一倍。而实际的计算长细比应为λ大=2.925×3.85/0.1258=89。

3PKPM3.2和4.1版本中的问题

（1）以上模型按照附录A.0.8的方法计算，结果如下图9，图10所示：

（2）以上模型按照附录A.0.1～A.0.6的方法计算，结果如下图11，图12所示：

（3）结果分析

3.2和4.1版本的程序中按照附录A.0.8计算方法计算得到的计算长度系数仍然是按照小头来算的，和现行规范按照大头来算是不符合的。和老规范的算法是符合的，但是回转半径确是按照大头取值，长细比λ小=3.0×1.79/0.1258=43。计算结果和实际小了一半左右。

3.2和4.1版本的程序中按照附录A.0.1～A.0.6计算方法计算得到的计算长度系数是按照大头来算的，符合现行规范。回转半径取值也是按照大头来取值的，计算长细比为λ大=3.0×3.85/0.1258=92。符合现行规范。

由于某些工程中存在摇摆柱，必须按照附录A.0.8计算方法计算，此时建议用2.2版本验算柱子，这也只是一个委曲求全之策。

4结束语

结构设计软件虽然给我们提供了方便，但是作为结构设计师一定要有自己的判断。本文讨论的问题仅代表个人观点，主要是考虑我们单位做的工业项目比较多，上面提到的问题有些对结构安全存在较大隐患，有些对结构设计的经济性又有较大影响，考虑到保护结构设计师，写了这些材料。

参考文献

[1] 陈骥.钢结构稳定理论与设计（第五版）[M].北京：科学出版社，2001：51.

[2] 陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京：科学出版社，2005：79.