021期3021期3期
1. 钢结构稳定性分析二阶效应系数 3. 方案实施 3.1 模型基本信息
建立一个简单的单层钢框架模型。考虑垂直荷载：静荷载 DL（结构自重，地板荷载）和活荷载 LL（地板荷载）。考虑横向荷载：风荷载 WX、WY 和地震荷载 RX、RY。 。
图1 钢框架模型图
3.2 二阶效应系数计算
1、按《钢结构设计标准》GB50017-2017中5.1.6-1公式计算规则框架结构二阶效应系数
1）
结果表→层轴向内力之和→激活记录：选择最不利的荷载组合gLCB1（1.3DL+1.5LL）进行轴力设计→得到各列轴压设计值之和：-19.830 KN。
图2 各层轴向内力之和
2）
结果表→层件剪力比→激活记录，荷载工况勾选“WX、WY、RX、RY”，层件勾选“1F”，即可得到各工况下各层构件的合剪力。统计可以显示地震条件下下层的水位。标准力值之和较大钢结构稳定性，结构主要受地震力控制。 RX和RY工况下的结果分别为0.7152KN和0.7519KN。
图3 层件剪力
3）
结果表→层间位移角度→激活记录，选择荷载工况RX/RY，得到RX/RY工况下的层间横向位移：0.0374/0.0772mm。
X方向层间位移
Y方向层间位移
图4 层间位移
4）
，层高1m。
5) 将各参数代入公式5.1.6-1计算：
（X方向）
（Y方向）
6）根据二阶效应系数的确定公式，模型可采用一阶弹性分析。
什么时候
当以下情况时使用一阶弹性分析
当 时，二阶弹性分析或直接
当 时钢结构稳定性，增加结构的横向刚度或使用直接分析。
2、midasGen英文版二阶效应系数计算结果验证
midasGen英文版可以按照意大利抗震规范NTC2018自动计算结构的二阶效应系数。在图层结果表中选择“StabilityCofficient（稳定性系数）”，然后勾选对应的工况即可查看结果值。
X方向稳定性系数
Y方向稳定系数
图5 稳定性系数结果
英文版midasGen自动计算X方向二阶效应系数为0.0010，Y方向二阶效应系数为0.0020。与根据中文版中的公式统计各个参数并手工计算得到的结果相比，基本一致。细微差别是由于显示数值时小数点后位数的设置造成的。
3、根据《钢结构设计标准》GB50017-2017中公式5.1.6-2，按一般结构计算二阶效应系数：
：整体结构的最低弹性临界荷载与荷载设计值的比值。
1) 定义屈曲分析控制数据，将屈曲模式数量设置为10，运行分析并查看屈曲模式结果。
图6 失稳分析控制
2）结果—模式—屈曲模式：查看各模式下的模型云图结果。
图7 屈曲模态云图
根据各阶屈曲模态云图可以判断：结构沿Y方向整体屈曲的最低阶模态为第一阶模态；结构沿X方向整体屈曲的最低阶模态是第三模态。
3) 结果—结果表—屈曲模式：查看屈曲载荷系数
图8 屈曲载荷系数
一阶屈曲荷载系数为442.746，因此根据屈曲分析得到的结构Y方向二阶效应系数为1/442.746=0.00226；三阶屈曲荷载系数为904.851，因此根据屈曲分析得到的结构X方向二阶效应系数为1/904.851=0.00111。
3）与规则框架结构二阶系数的计算结果比较：
结构二阶效应系数计算结果
框架结构计算方法
一般结构屈曲分析
不同之处
Y方向
0.00204
0.00226
10.8%
X方向
0.00104
0.00111
6.7%
从上述结果对比可以看出，两种方法计算得到的结构二阶效应系数不同。利用屈曲分析计算一般钢结构的二阶效应系数，需要找到结构某一方向的最低阶整体屈曲模态。状态下，即可求出该方向的屈曲系数。但在实际工程设计中，要求出结构的屈曲系数，不仅需要采取多种屈曲模态，而且还需要对每个屈曲模态进行观察，工作量较大。同时，高阶模态下的屈曲因子结果之间差异不大。如果不是太大，就很难确定一个准确的系数，因此也很难确定结构的二阶效应系数。因此，这种方法需要谨慎使用。
4. 总结
1、建议按照《钢结构设计标准》（GB50017-2017）第5.1.6条的规定，针对不同的结构选择合理的分析方法。对于比较规则的钢结构，如钢框架结构、钢框架支撑结构等，按规范5.1.6-1公式计算结构二阶效应系数。对于一般空间钢结构，需要根据5.1.6-2公式进行弹性屈曲分析，得到结构的二阶效应系数。
2、计算规则框架结构二阶效应系数时，
,
,
这三个参数需要根据新钢标准中的定义进行统计计算，与其他规范不同。
3、对于一般结构二阶效应系数的计算，需要保证在屈曲分析时能够在足够数量的模态中找到结构的最低阶整体屈曲模态。
参考
钢结构设计标准：GB50017-2017[S]。北京：中国建筑工业出版社，2017
高层民用建筑钢结构技术规程：JGJ99-2015[S].北京：中国建筑工业出版社，2015
建筑抗震设计规范：GB50011-2010（2016年版）[S].北京：中国建筑工业出版社，2017
建筑物及其他结构的最小设计荷载：ASCE7-10
结构抗震设计：BSEN 1998-1;2004
意大利抗震规范：NTC2018
midasGen帮助文档英文版：midas Gen在线手册
