通過前三篇文章《鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)假定之一（歐拉偉大）》、《鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)假定之二（為何以歐拉命名？）》和《鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)假定之三（工程師的智慧）》，我們研究了歐拉穩(wěn)定公式求解的“靜力法”、“動力法”和“變分法”，歐拉穩(wěn)定公式的前提假定及其不能直接用于工程實(shí)踐的原因，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)定性計(jì)算方法。
這期文章我們討論一下鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法。
世界是非線性的，而思維是線性的。建筑結(jié)構(gòu)的分析方法，包括非線性分析方法最終均會歸結(jié)為線性化求解，計(jì)算機(jī)提供的算力讓我們具備了通過線性化方法實(shí)現(xiàn)物理世界非線性仿真的可能，鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法就是這種能力的體現(xiàn)。
傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中的前提假定
通過前面的文章討論，我們知道歐拉穩(wěn)定公式具有如下前提假定：
1）理想均勻直桿假定；
2）理想邊界約束假定；
3）材料彈性假定；
4）小變形假定；
5）平截面假定；
6）一維正應(yīng)力假定。
《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50017-2017給出了鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算傳統(tǒng)方法，克服了歐拉穩(wěn)定公式的如下前提假定：
1）理想邊界約束假定；
2）材料彈性假定。
規(guī)范給出的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算傳統(tǒng)方法仍存在如下前提假定：
1）忽略或理想化結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的初始應(yīng)力、初始變形和初始缺陷；
2）只有直接連接的梁對柱的穩(wěn)定系數(shù)有影響。
鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法
當(dāng)不符合上述規(guī)范給出的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算傳統(tǒng)方法前提假定時(shí)，可以根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50017-2017第5.5節(jié)的規(guī)定進(jìn)行直接分析設(shè)計(jì)。
通過前提假定看鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法
鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法通過直接計(jì)入結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的初始缺陷（初始應(yīng)力、初始位移），考慮結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的幾何非線性和材料非線性進(jìn)行計(jì)算，采用如下公式進(jìn)行鋼構(gòu)件承載力驗(yàn)算：
從式(5.5.7-1)可以看出，由于取消了鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算傳統(tǒng)方法中的多數(shù)前提假定，鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法的鋼構(gòu)件承載力驗(yàn)算已完全轉(zhuǎn)變?yōu)榱恕皬?qiáng)度”問題。我們通常所理解的“穩(wěn)定問題”已在計(jì)算分析中得以體現(xiàn)，即用“全過程非線性分析方法”替代了“分叉點(diǎn)穩(wěn)定計(jì)算方法”。
從另一個(gè)角度來理解，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算傳統(tǒng)方法中的穩(wěn)定系數(shù)
鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法應(yīng)用問題
鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法在國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中均有比較明確的規(guī)定，為什么目前尚未做到普遍推廣應(yīng)用呢？原因也是比較明確的：
1）鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算傳統(tǒng)方法比較簡單實(shí)用
對于多數(shù)規(guī)則鋼框架結(jié)構(gòu)，規(guī)范給出的基于穩(wěn)定系數(shù)
2）非線性分析方法的可信性和普及度均有待提高
鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法需要以非線性分析為基礎(chǔ)，而建筑結(jié)構(gòu)的非線性方法距離普及應(yīng)用尚有很長一段路要走，目前階段非線性分析的門檻仍然較高，計(jì)算結(jié)果的可信性也常會被質(zhì)疑。
小步快跑，力爭先進(jìn)
鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必然發(fā)展方向，前途是光明的，道路也一定是曲折的。若想在更多實(shí)際工程中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法，“小步快跑”的方式應(yīng)是比較實(shí)際的（這也是差分格式顯式積分非線性分析方法的核心思想）：
1）采用鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法進(jìn)行關(guān)鍵構(gòu)件復(fù)核驗(yàn)算
對于多數(shù)普通鋼框架結(jié)構(gòu)，采用鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法既無必要，也會影響設(shè)計(jì)效率。對于復(fù)雜的高層鋼結(jié)構(gòu)（如有躍層柱、斜撐等情況）、空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)或其他非規(guī)則鋼框架結(jié)構(gòu)，可以采用鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法進(jìn)行關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計(jì)結(jié)果的復(fù)核驗(yàn)算，以保證結(jié)構(gòu)安全。
2）采用鋼結(jié)構(gòu)直接設(shè)計(jì)法計(jì)算構(gòu)件計(jì)算長度系數(shù)
進(jìn)行復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，直接采用鋼結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法進(jìn)行關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計(jì)當(dāng)然是可以的，采用鋼結(jié)構(gòu)直接設(shè)計(jì)法計(jì)算構(gòu)件計(jì)算長度系數(shù)這種前進(jìn)“半步”的做法也是可以的。
規(guī)范中給出的基于穩(wěn)定系數(shù)
