就钢结构设计而言，结构稳定性并不是一个新现象。 加拿大钢结构设计规范 CSA S16 以及 2019 年最新发布的钢结构设计规范也不例外。 关于稳定性的详细要求可以通过第 8.4.3 条中的简化稳定性分析方法或 2019 年规范附录 O 中新增的弹性分析中的稳定性效应来解决。{%#Refer [1]]] [SCHOOL.INSTITUTION]
在第 8.4.1 节中的 {%于#Refer [1]]] 中列出了无论使用哪一种方法都必须满足的稳定性要求。 其中包括结构变形，二阶效应 P-Δ 和 P-δ，整体和杆件几何缺陷，考虑杆件屈服和残余应力的刚度折减，以及结构刚度和强度的不确定性。
条款 8.4.3 – 简化的稳定性分析方法
对于在 8.4.3 节中简化的稳定性分析方法 [1] ，必须满足一些要求。
几何非线性
第一种是杆件二阶效应 P-Δ，可以在分析中直接考虑。 二阶分析计算方法是当今许多结构分析软件中最常用的方法。 替代方法是通过 8.4.3.2(b) 中定义的系数 U2 放大从一阶分析获得的所有杆件轴向荷载和弯矩[1]。 这种方法更适合于手算，或者在结构分析软件不自动考虑 P-Δ 效应的情况下。
几何缺陷
名义侧向荷载是第 8.4.3.3 条中简化计算方法中列出的第二项{%！ 该作用的荷载是所考虑楼层的总设计重力荷载的 0.005 倍，其分布与重力荷载类似。 名义荷载总是作用在产生最大失稳作用的方向上。 这意味着这种荷载的方向应与风荷载的方向相同，以便在结构上产生最大的变形和内力。
附录 O.2 – 弹性分析中的稳定性效应
作为上述简化稳定性分析方法的替代方法，工程师可以使用附录 O.2 来满足 8.4.1 条中对稳定性的要求 [1] 该方法是在 2019 年规范中添加的，与美国钢结构设计手册 AISC 360-16 章有很多相似之处。 C 直接分析法。
几何非线性
几何非线性或二阶效应在 O.2.2 中进行了阐述[1]。 与简化方法一样，可以直接进行二阶分析，其中包括作用在杆件位移交点上的荷载效应（P-Δ 效应）。 此外，还应考虑沿杆件长度方向的轴向荷载对杆件挠度的影响(P-δ)。 O.2.2中的规定 {%于#Refer [1]]] 这里 P-δ 可以忽略不计。 另一方面，如果在分析中直接包含 P-δ，则在第 13.8 条 - 杆件轴心受压和受弯设计中的系数 U1 可设置为 1.0 [1]。
几何缺陷
在按照第 O.2 条进行设计时，不需要考虑杆件的几何缺陷，例如杆件的失直线或局部几何缺陷，例如单元的失直线。{%|#Refer [1]]]。 直接建模或使用名义侧向荷载来考虑整体的几何缺陷。 也有例外，只有满足O.2.3.1中的要求，对于侧向荷载组合可以忽略这些全局几何缺陷{%于#Refer [1]]]。 其中的要求包括：结构的重力荷载应主要由竖向构件承受，以及二阶最大位移与一阶位移之间的比值，根据第 O.2.4 条使用杆件刚度折减后的位移[1] 在任何楼层都不超过 1.7。
当工程师不能忽略这些缺陷时，可以使用直接建模第一种方法。 杆件的相贯点应偏移其原始位置。 该初始位移的幅值如第 29.3 条{%于#参阅 [1]]] 并适用于最大失稳方向，对大多数建筑结构，柱的最大失稳方向的允许公差为垂直度。 这种方法的问题是需要考虑大量的模型情况。 理论上，在每一层的四个不同方向上需要设置四个位移。 如果杆件弯曲影响与柱弯曲耦合，那么就要考虑更多的建模情况，以满足最大的失稳影响。
计算整体几何缺陷的首选方法是施加名义侧向荷载。 只有当重力荷载主要由竖向结构构件承担时，才允许使用这种方法。 名义侧向荷载在本文前面部分中进行了介绍，其应用方法与第 8.4.3.2 条中简化稳定性分析中的相同。 但是振型幅度减小到该楼层重力荷载调整系数的 0.005 到 0.002 倍。 第 O.2.3.3 条中的虚拟荷载只考虑了全局几何缺陷，而第 8.4.3.2 条中的虚拟荷载{%！#Refer [1]]] 还考虑了非弹性的影响和其他不确定性。
非弹性效应
考虑到非弹性效应，并考虑杆件初始或局部几何缺陷以及刚度和强度的不确定性，根据第 O.2.4 条中的以下公式进行折减的杆件轴向和抗弯刚度] 适用于提高侧向稳定性的杆件。
- EAr = 0.8τb EA
- EIr = 0.8τb EI
值:
- Cf/Cy < 0,5 ; τb = 1.0
- Cf/Cy > 0,5 ; τb = 4Cf/Cy (1-Cf/Cy )
为避免局部变形，该规范建议将此刚度折减应用于所有杆件。 此外，当抗剪刚度（GA）和抗扭刚度（GJ）对侧向稳定性的影响显着时，应考虑刚度折减。 在分析位移、挠度、振动或固有振动时，不能使用刚度折减。
附录 O.2 在 RFEM 6 中的应用
新一代有限元程序 RFEM 6 根据 CSA S16:19 规范附录 O.2 中最新的稳定性要求。
几何非线性
当静力分析计算方法设置为“二阶(P-Δ)”时，将直接考虑O.2.2 节中的二阶效应{%于#参见 [1]]]。 可以在设计状况组合向导中进行选择。 同一设计状况下的所有荷载组合也将自动设置为二阶分析。 对于静力分析，用户可以根据需要对荷载组合的各个设置进行单独修改。
杆件分析中不仅考虑了 P-Δ 效应，还自动考虑了 P-δ 效应。 有关该主题和 RFEM 6 中验算的更多信息，请查看： 知识库 1759 .
因此，对钢构件设计时，按照第 13.8 条的规定，系数 U1 可以设为 1.0。 该选项位于钢结构设计模块中 – 承载能力极限状态配置 – 稳定性 – 设计参数。
几何缺陷
RFEM 6 用户可以通过移动杆件相贯的点或节点来直接对全局几何缺陷进行建模。 但是为了确保这种方法能产生最大的不稳定效应，还需要对不同情况进行创建多个模型。 这是相当费时和麻烦的。
另一种方法是使用 RFEM 6 中提供的缺陷选项应用名义荷载。 首先必须在“基本”选项卡下定义缺陷工况，缺陷类型为“局部缺陷”。 这主要取决于正交方向 X 和 Y 上的工况，这取决于侧向荷载的作用，例如风荷载和地震荷载。 然后可以在分配选项卡下将缺陷工况与特定荷载工况相关联，以产生最大不稳定影响（例如，+X 方向上的名义荷载应该只与+X 方向上的风荷载一起应用）。
生成缺陷工况后，可以对杆件缺陷进行定义。 杆件缺陷对话框的下拉选项中包含了符合 CSA S16:19 的规范。 名义荷载施加在杆件的末端（即柱顶部），其大小等于 0.002（如果使用简化稳定性方法，则为 0.005）乘以杆件的轴力（应用的杆件重力荷载）。 在杆件另一端由内部施加一个大小相等、方向相反的力。 缺陷定义应用于杆件的局部坐标轴，与所施加的侧向荷载（例如风荷载或地震）方向相同。 该定义将应用于模型中的所有竖向杆件。
在将缺陷应用于模型后，设计状况中的默认设置为考虑所有荷载组合的缺陷。 缺陷应用于承载能力极限设计状况，但在正常使用设计状况中关闭。 这可以通过创建一个新的组合向导定义类型，关闭缺陷考虑选项，然后仅应用于正常使用设计状况来设置。
非弹性效应
对承载能力极限状态设计状况有再次通过组合向导中的组合向导的定义选项和考虑结构调整的勾选使刚度折减。 在该对话框中可以创建一个新的结构调整定义。 在“基本”选项卡 - 材料和截面下勾选“杆件”复选框。 这将打开一个新的杆件选项卡，在该选项卡中可以根据规范 CSA S1-19 O.2.4 对杆件刚度调整进行定义。 | 钢结构。 这种定义类型允许程序自动计算b折减系数 τ b 或为所有杆件设置一个广义值 1.0。 此外，0.8 的系数可以应用于不同的杆件刚度类型。 用户可以选择系数 τb和 0.8 只适用于杆件的轴向和抗弯刚度，还是还考虑剪切和抗扭刚度。 一旦输入了刚度调整属性，该定义可以应用于特定杆件，或者也可以设置为应用于模型中的所有杆件。
因为在正常使用设计中不应考虑杆件刚度折减（例如挠度验算），所以对于正常使用极限状态设计状况组合向导定义的“考虑结构调整”复选框应保持取消选中。
完成这些修改后，所有调整系数的荷载组合将包括结构调整刚度折减，而所有未调整系数的荷载组合将使用全部杆件刚度折减。
小结
在 RFEM 6 的分析工作流程中完全遵循了 19 号加拿大钢结构设计手册 (CSA S16:19) 附录 O.2 中附录 O.2 的稳定性验算要求。 此外，还需要考虑二阶效应分析、名义荷载按缺陷考虑以及折减的杆件刚度。 要观看此主题的详细示例视频，请观看网络课堂： RFEM 6 中的 CSA S16:19 钢结构设计 .
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