纵向支撑是钢结构厂房中一种可靠且广泛应用的构件。借助 IDEA StatiCa Member 模拟所提供的精确计算，结构工程师现在可以减少对屈曲长度的估算，并考虑偏心节点对整体支撑行为的影响。
结构基本信息
该厂房宽 8.3 米，长 22.6 米，高 2.3 米。分析的关键构件为 50x50x3 mm 的 SHS 型材，通过偏心节点板焊接至 IPE 180。
手算 - 轴力与弯曲承载力
为进行高级分析，手算并理解关键构件的受力行为至关重要。手算依据 EN 1993-1-1 进行。计算中考虑了设计轴力以及由节点板偏心和自重引起的弯矩。自重对规范校核和承载比的影响较小，在有限元分析方法中将忽略此荷载工况。
根据手算方法，显然在压弯组合作用下构件稳定性验算不满足要求，承载比为 145%。
手算的局限性：
- 计算假定采用铰接节点，未考虑节点的实际刚度。
- 计算长度的估算基于节点布置，未考虑实际刚度。
- 模型行为无可视化表达，只能盲目信任公式，尤其是所输入的系数。
- 由于引入的假定，结构上的关键位置可能被忽略。
- 缺乏经验的（年轻）工程师若初始假定不正确，可能导致严重错误。
- 设计规范方法中某些系数的确定在某些情况下较为复杂，主要是 Cmy、Cmz 和 CmLT 系数。
未加固模型
新建项目
启动 IDEA StatiCa-->钢结构-->Member。
请按照所需步骤创建基本模型，以便进一步调整和完善。
设计
刚性支撑构件
要启用刚性支撑构件，只需选择 CON1 和 CON2，然后在属性栏中勾选相应复选框。
您可以观察到刚性支撑构件在场景中的显示效果。下一步是从模型中移除所有荷载。
荷载
纵向支撑承受轴向荷载。设计压力为 -38.7 kN，作用于被分析构件的端部。
由于构件自重较小，结构自重对受力行为的影响较小，该荷载予以忽略。
边界条件
节点板焊接至 IPE 180。为模拟类似的边界条件，请确保选择 CON1 的全部六个自由度均受约束。
由于轴向荷载已在荷载选项卡中预定义，请释放 CON2 局部 X 方向的支撑。
节点
现在是创建节点的时候了。只需选择 CON1 并点击 编辑节点。
编辑 CON1 并创建节点。选择加工操作连接板并设置参数。
IDEA StatiCa Connection 窗口将在几秒钟内打开。通过逐步添加所需操作来构建节点。添加加工操作连接板 CPL1，并按下图所示设置其参数。
下一步，在板编辑器中调整舌板和节点板的几何形状。
现在，您可以关闭并保存 CON1。
CON1 已设置完成。现在点击 CON2，使用最近节点功能将相同的节点应用于 CON2，并在 IDEA StatiCa Connection 中打开该节点。
由于 CON2 节点中节点板的偏心方向相反，将对齐方式更改为后对齐。
最终模型的俯视图如下所示：
校核
材料非线性分析
材料非线性分析（MNA）考虑材料塑性，可提供模型等效应力和塑性应变的重要信息。该分析不涉及螺栓和焊缝的规范校核，这些内容需在单独的 Connection 模型中进行验算。
切换至校核选项卡并运行 MNA。
您可以开启等效应力，查看整个构件的场输出结果。应力最不利点位于节点本身。
变形结果显示了由两端节点偏心引起的弯曲及附加应力。
线性屈曲分析
屈曲分析是预测结构在压缩荷载下失效的重要工具。它评估稳定性并预测屈曲或失稳前的临界承载力，是确保结构完整性和安全性的必要方法。
分析输出结果：
- 临界荷载放大系数
- 屈曲模态
线性屈曲分析（LBA）提供了若干关键输出结果。第一阶屈曲模态显示稳定性损失较低，放大系数为 1.63 x Ned。然而，由于截面正交对称，第二阶模态的放大系数较高，达到 1.90。在后续分析中，需注意各阶模态之间的相互影响。
在开始进行含初始缺陷的几何与材料非线性分析（GMNIA）之前，初始状态应设置为局部缺陷。依据 EN 1993-1-1 第 5.3.2(3) 条，须谨慎选取局部缺陷。在输入缺陷之前，需对不同符号组合的选项进行排列，以选出最不利情况 (2)。最终分析中仅应采用导致最大承载比的缺陷 (3)。选取缺陷时务必严谨，以确保分析结果的准确性和可靠性。
含初始缺陷的几何与材料非线性分析
GMNIA 是一种用于研究结构在极端荷载下行为的分析方法。该分析同时考虑结构的几何非线性（形状变化）和材料非线性（材料性能变化），以及结构中存在的初始缺陷或变形。通过考虑这些因素，结构工程师可以更好地理解结构在荷载作用下的行为，并对其设计和安全性作出合理判断。
该分析在每个增量步中基于 LBA 缺陷的初始变形形状寻求平衡。若无法找到平衡状态，求解将终止。
- 材料非线性发生于材料不再能弹性变形并开始塑性屈服时，导致其行为发生改变。
- 稳定性问题出现于结构因缺乏平衡而无法继续迭代、达到分叉点时。
运行 GMNIA。结果表明构件已丧失稳定性，计算在达到塑性极限之前即已终止。
变形
未加固部分结论
分析结果证实了手算中的初始假定。手算显示承载比为 145%，偏高。然而，GMNIA 因稳定性问题在 91.4% 时终止计算，且塑性极限未被达到。与假定相比，GMNIA 的承载比为 1/0.914 = 109%。
为确保稳定性，建议对模型进行加固。由于在现有厂房中更换构件较为困难，重点将放在对构件的加固上。IDEA StatiCa Member 将涵盖构件加固的全过程。
加固模型
现有截面将通过螺栓连接另一截面进行加固。
复制现有项目
最简便的开始方式是复制当前模型，包括所有已预设的材料、加工工艺和静力布置。
新建项目
启动 IDEA StatiCa-->钢结构-->Member，并打开已复制的模型。
设计
修改被分析构件 AM1(1)。定义新截面(2)-->进入通用截面设计器(3)
-->导入预定义截面 (4)-->选择 General_Section.ideaGcss(5)。
这是预定义通用截面的模板。原始截面已使用 CFomega 截面进行加固。
下方模型显示了所创建的结构。但需特别注意：该构件由冷弯型钢截面组成，不可焊接，这意味着截面无法耦合，整体性无法保证。
各截面独立受力。
在编辑构件之前，为标准库中没有的 M6 螺栓创建用户自定义螺栓组件。进入材料-->螺栓组件-->按下表编辑参数-->另存为 Hilti M6。
添加一个中间节点，用螺栓连接两个独立截面，绝对位置设置为距构件起点 1.5 m 处。编辑 CON3。
节点
CON3 允许用户沿整个梁长创建螺栓连接。选择制造商的紧固件网格或接触操作。
按照以下建议输入螺栓的属性和布置：
这是模型在 Member 软件中的显示效果。
校核
材料非线性分析
切换至校核选项卡并运行 MNA。分析将显示发生塑性变形和最大应力的区域。
变形结果证明，构件通过螺栓耦合实现了协同受力。
线性屈曲分析
启动线性屈曲分析计算。由于截面加固，第一阶屈曲模态已发生变化，呈现为竖向纯弯模态，屈曲系数有所提高。
在第二阶模态中，梁两端同时出现侧向弯曲和截面畸变。
由于各阶屈曲系数相近，构造模态相互作用可确保捕捉到压力作用下所有可能的变形。需要四种缺陷组合来构造两阶屈曲模态的相互作用。
识别关键模态组合的实用方法是对模型进行超载。这将揭示塑性应变、变形或未完成的 GMNIA 计算等迹象（即未加固模型的处理方法）。
含初始缺陷的几何与非线性分析
在仔细选取缺陷并运行 GMNIA 后，通过等效应力识别出节点上的关键位置。分析在无任何稳定性问题的情况下达到 100% 完成，充分证明了设计的合理性，确保了构件及其所有组件的安全性。
基于前一分析步骤的几何非线性和初始缺陷形状，您可以观察到二阶挠度的演变过程。
报告
点击报告选项卡，自动生成分析步骤和规范校核的摘要，可保存为 PDF 或 Word 文档。
总结
本教程旨在帮助读者全面理解使用手算和有限元分析评估纵向支撑等结构的完整过程。通过对比手算规范校核与有限元高级分析，读者可以作出合理判断，深入了解两种方法之间的差异。
主要收获：
- 手算是初步设计的重要工具。
- 计算长度的估算基于节点的外观形式，未考虑实际刚度。
- 初始假定已通过高级有限元分析得到验证，模型的受力行为得到直观呈现。
- 忽略节点刚度、偏心效应以及繁琐的规范推导可能导致错误和误导性结果。
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