技术连载丨建筑微技术-122【在midas Gen中计算长度的取值-上】

　　midas Gen建筑结构分析与设计软件

　　midas Gen 是通用有限元结构分析与设计验算为一体的新时代软件系统。支持常规民用结构与复杂结构的一般分析和高端分析，支持地下综合管廊、特种结构、体育场馆、工业厂房等结构的特殊分析，融入了中国、美国、欧洲、韩国、日本、印度、加拿大、新加坡等国家的设计规范，可根据最新国内/外规范进行钢筋混凝土构件、钢构件、铝合金构件、冷弯薄壁型钢构件、组合截面构件设计和验算，搭载了管廊、水池、筒仓等板壳结构设计的平台。

　　除了一般的静力分析、动力分析之外，还可进行施工阶段分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析、隔振和消能减震分析、屈曲分析、几何非线性分析与材料非线性分析、钢与混凝土结构整体分析以及钢结构、铝合金结构、冷弯薄壁型钢的优化设计等，专门为结构工程师开发的结构分析与优化设计系统。

　　三、在

　　midasGen

　　中计算长度的取值

　　随着我国钢铁事业的迅猛发展，又由于钢结构因具有自重轻、强度高、工业化程度高等优点，在建筑工程中得到了广泛的应用。另一方面，钢比混凝土的抗压强度高，受力相同条件下的钢构件与混凝土构件相比，具有截面尺寸小、构件细长等特点，在对于受压、受弯等存在受压区的钢构件处理不当，就可能出现失稳现象。

　　稳定分析就是研究结构或构件的平衡状态是否稳定的问题。结构或构件由于平衡形式的不稳定，从初始平衡位置转变到另一种平衡位置，即称为屈曲，或失稳。其中，计算长度是结构稳定性的主要因素之一。

　　计算长度为构件的自由长度与计算长度系数的乘积。也用于计算长细比。

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　　自由长度

　　自由长度分为梁柱的自由长度和横向无支撑长度。

　　1）梁和柱的自由长度

　　当构件承受引发轴力或弯矩的外力时，约束弯曲区段(支点间距或反弯点距离)的长度为构件自由长度。

　　图1构件的自由长度

　　构件强轴和弱轴的长细比计算方法如下：

　　构件强轴的长细比：

　　构件弱轴的长细比：

　　梁构件的自由长度：

　　(a)梁构件的自由长度

　　柱构件①的自由长度：

　　柱构件②的自由长度：

　　柱构件③的自由长度：

　　(b)柱构件的自由长度

　　图2构件强轴和弱轴的自由长度

　　2）横向无支撑长度

　　当在梁上作用与腹板平行的竖向荷载时，首先在弯矩作用平面内发生竖向位移。当荷载达到一定程度时，受压翼缘将产生横向弯矩和扭矩，并发生横向位移。

　　这种现象又被称为梁的横向屈曲(LateralBuckling)或整体失稳。当发生横向屈曲时，构件将丧失承载能力而发生突然失稳，在实际设计中应注意避免横向屈曲的发生。

　　受压翼缘的侧向支承点距离对构件的容许应力影响很大。在设计钢梁时，通常的做法是约束梁的横向位移，不考虑因横向屈曲引起的容许应力的降低，并且完全按弯曲理论设计梁构件。这是因为大部分梁上有铺板(钢筋混凝土板或钢板)密铺在梁上，并与梁牢固焊接在一起，使梁在侧向有连续的支承点。

　　图3横向支承系统实例

　　《钢结构设计标准》GB50017-2017的6.2.5条提出梁的支座处应采取构造措施，以防止两端截面的扭转。当简支梁仅腹板与相邻构件相连，钢梁稳定计算时侧向支撑点距离应取实际距离的1.2倍。

　　图4横向无支撑长度中支承点的间距

　　当计算扭转屈曲时，长细比应按下式计算，双轴对称十字型截面板件宽厚比不超过

　　根据《钢结构设计标准》

　　中的

　　。

　　众所周知，总扭矩等于自由扭矩加上翘曲扭矩，但规范中没有考虑扭转失稳的验算公式，故考虑该条文时，用构件的整体长度来保守考虑扭转屈曲的长度。

　　图5扭转屈曲的计算长度

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　　2021

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