钢结构稳定性分析的三种方法简介及区分

寂静回声

钢结构的设计分析在03版《钢规》里只是单独的几条，但在新《钢标》中已扩展为一个独立章节。
目前钢结构稳定性分析有一阶弹性分析法（即传统的计算长度法）、二阶P-∆弹性分析法、直接分析设计法（也是二阶分析法）。这三种方法是随着钢结构理论研究的深入及工程实践的发展而先后出现的。
在介绍这三种稳定分析方法之前，需了解钢结构稳定分析具有如下特点：
① 不能忽视结构变形对结构内力的影响；
② 稳定分析为非线性（几何非线性），不能采用荷载叠加原理；
③ 静定结构和超静定结构的区分在稳定分析中没有意义。

一阶弹性分析法
一阶弹性分析法，也可称为长度系数法。其本质是基于欧拉失稳理论，假定所有柱子同时屈曲，这也是03版《钢规》规定的稳定设计方法。该法有如下特点：
① 内力分析采用线弹性分析，即不考虑变形对外力效应的影响，其平衡方程按结构变位前的轴线建立；
② 结构的稳定性分析分解为构件的稳定分析及设计；
③ 通过构件计算长度系数考虑结构的变形特点和构件之间相互约束对构件稳定的影响；
④ 通过附加影响因子考虑几何缺陷、残余应力的影响；
⑤ 前期分析计算相对简单，但在具体设计时，构造要求较严格。

二阶P-∆弹性分析法
二阶P-∆弹性分析法考虑了P-∆效应及结构的整体初始缺陷，其平衡方程按结构变位后的轴线建立。该方法不考虑材料非线性，只考虑几何非线性，以第一塑性铰为准则，不允许进行内力重分布。

直接分析设计法
直接分析设计法，也可称为“二阶高等分析”法，是一种基于非线性理论的整体结构分析方法，它立足于反映结构体系的真实响应。该法除考虑了一般二阶分析的P-∆效应外，同时也考虑了P-δ效应、整体结构与局部结构构件的初始缺陷、节点连接刚度、材料弹塑性和残余应力等影响因素。其特点在于分析和设计阶段是不可分割的。两者既有同时进行的部分（如初始缺陷应在分析的时候引入），也有分开的部分（如分析得到应力状态，再采用设计准则判断是否塑性）。两者在非线性迭代中不断进行修正、相互影响，直至达到设计荷载水平下的平衡为止。这也是直接分析法区别于一般非线性分析方法之处，传统的非线性强调了分析却忽略了设计上的很多要求，因而其结果是不可以“直接”作为设计依据的。


以上三种方法的计算精度和适用范围依次提高，但对于计算软件的非线性处理能力要求也越来越高。对于复杂结构，一阶分析法往往难以计算清楚，相应的构造措施也难以执行，故应优先考虑直接分析设计法。一阶分析法对于实际工程来说，虽然适用性较差，但由于其力学概念简单、清晰，计算简便，故在目前钢结构设计中仍是结构工程师需要熟练掌握的方法。
结合新《钢标》，以上三种稳定分析方法的特点及相关条文规定整理如下：