钢梁与钢柱设计
本文介绍StatiCAD钢梁与钢柱设计模块的使用方法。计算依据TBDY 2018和ÇYTHYE（土耳其钢结构设计、计算与施工规范——LRFD方法）进行：梁的验算包括弯曲（含侧向扭转屈曲）、剪切、组合作用和挠度；柱的验算包括轴向受压屈曲以及轴力与双向弯曲的组合作用。截面内力取自程序自身的有限元求解，并连同包络值及其所属荷载组合一并给出。关于计算公式，请参阅文章钢结构设计的理论基础；关于与手算结果的对比，请参阅文章钢结构验证研究。
适用于哪些版本？ 钢结构计算功能包含在StatiCAD Ultimate版本中。
适用范围： 承载力计算针对热轧I/H型钢（IPE、IPN、HEA/HEB/HEM、HD/HL/HP）进行。U形、L形、T形、箱形和圆管型钢可以指定；它们会出现在模型和三维视图中。冷弯成型型钢（C、Z、Sigma等）的计算在轻钢结构模块中进行。
1. 总体流程
- 按常规方式对建筑建模（梁按水平圈梁、柱按构造柱建模）。
- 打开将作为钢构件的构件的属性窗口，通过选择截面按钮在选择工厂型钢截面窗体中指定型钢（第2节）。指定型钢后，钢材（S235等）也会随截面一并赋予该构件。
- 在同一窗口中将构件的设计类型标记为**“钢”**（第3节），然后点击确定。
- 运行分析。钢结构设计验算在分析结束时自动完成。
- 在报告选择树中勾选钢构件报告组，生成报告（第6节）。
如果某构件已指定型钢但未标记设计类型“钢”，该构件会以钢截面的形式存在于模型中（重量、刚度、三维视图），但不会进入钢结构设计验算。
2. 工厂型钢库与截面指定
选择工厂型钢截面窗体可通过梁（圈梁属性）和柱（构造柱属性）窗口中的选择截面按钮打开。
| 窗体字段 | 功能 |
|---|---|
| 生产类型 | 热轧（默认）：热轧型钢。**Cold Formed：**冷弯成型型钢（轻钢模块）。 |
| 类别 | 热轧模式下：全部 / I-Wide Flange / Channel / Tee / Angle / Pipe / Tube。 |
| 搜索框 | 按名称筛选（例如“IPE 3”）。 |
| 预览 | 按真实几何形状绘制所选型钢的截面；并列出主要尺寸和截面特性。 |
| 材料... | 选择钢材牌号（S235、S275、S355等）。若未选择，则使用默认钢材牌号。材料随截面一并指定给构件。 |
| 指定 | 将型钢和材料写入当前打开的构件窗口；截面同时加入项目截面库，并生成用于报告的截面图。 |
| 用户自定义截面... | 改为使用用户自定义截面，而非工厂型钢库。 |
同一窗体既可从梁打开，也可从柱打开；指定对象为打开该窗体的那个构件。所指定的型钢保存在项目库中，并随文件一起转移。
3. 设计类型的选择
| 构件 | 窗口 | 选项 |
|---|---|---|
| 梁 | 圈梁属性 → 设计类型组 | 钢（与钢筋混凝土 / 砌体 / 木材选项并列） |
| 柱 | 构造柱属性 → 设计类型组 | 钢 |
勾选该选项并点击确定后，构件的设计类型即保存为钢；分析结束时这些构件将进入钢结构设计验算，报告树中会显示钢构件报告组。
4. 钢梁计算
| 验算 | 规范 | 说明 |
|---|---|---|
| 弯曲 | ÇYTHYE 第9章 | 屈服、非弹性及弹性侧向扭转屈曲；计算Lp和Lr界限值并显示在报告中。起控的极限状态写入报告。 |
| 剪切 | 第10章 | Vn = 0.6·Fy·Aw·Cv |
| 组合作用 | 第11章 | 弯曲、轴力和剪力的相互作用验算 |
| 挠度 | 正常使用 | 验算f ≤ L/K；报告中以“Sehim f = ... ≤ L/K = ...”（挠度 f = ... ≤ L/K = ...）一行显示。 |
**侧向支撑长度Lb：**若构件属性窗口中的侧向支撑（Le）字段保持自动，则取梁长L（端节点之间）；若手动输入数值，则采用该值。若梁的中间点有侧向约束（例如插入的次梁或斜撑），请将最大无支撑长度输入Le字段。
**弯矩修正系数Cb：**Cb（ÇYTHYE式9.1）按每个荷载组合的有限元弯矩图分别计算。由于Cb随组合而变，起控组合不是产生最大弯矩的组合，而是需求/承载力比最大的组合；报告中的设计弯矩、组合名称和Cb均属于该组合。
- 悬臂梁（一端未与柱、墙或其他梁连接）取Cb = 1.0（ÇYTHYE 9.1(e)）。
- 在Le字段中输入的长度短于梁长时，取Cb = 1.0（偏于安全）。
- 插入主梁的次梁，其端部视为支座；Cb按弯矩图计算。
**挠度限值K：**按构件设定，与木梁挠度K的选择位于同一处（默认K = 300；可选200 / 150 / 手动输入值）。挠度按使用阶段（不带系数的G+Q或G+S）弯矩计算；悬臂梁采用端部荷载等效值。
5. 钢柱计算
| 验算 | 规范 | 说明 |
|---|---|---|
| 轴向受压 | 第8章 | x轴和y轴方向的弯曲屈曲，以及双轴对称截面的扭转屈曲；基于起控的弹性屈曲应力计算Fcr和φcPn（φc = 0.90）。起控的屈曲模式写入报告。 |
| 截面宽厚比 | 表5.1A | 验算翼缘b/2tf和腹板hw/tw限值。细长截面的构件在报告中明确标记为“narin enkesit”（细长截面），并判为不满足。 |
| 长细比 | ÇYTHYE建议 | 若KL/r > 200，报告中显示红色“KL/r>200!”警告。 |
| 组合作用 | 第11.3节 | 轴向受压 + 双向弯曲：式11.3a（Pr/Pc ≥ 0.2）或式11.3b；所用公式在报告中注明。 |
**有效屈曲长度KL：**默认取柱在楼层内的长度（楼层高度及上下标高差），并假定K = 1.0。可在构造柱属性窗口的Le字段中手动输入数值，分别定义每个轴向的屈曲长度。
6. 荷载组合
计算方法为LRFD（φb = φc = φv = 0.90）。内力需求取自ÇYTHYE LRFD组合（1.4G；1.2G + 1.6Q + 0.5S；1.2G + 1.6S + 1.0Q；有风荷载时为1.2G + 1.0Q + 0.5S + 1.6W和0.9G + 1.6W）与程序地震组合（地震工况下1.2G，Q至少取1.0）的包络。这些组合不会改变项目中的荷载组合列表，仅用于钢结构设计。给出包络值的组合名称显示在报告中需求值旁边。
分析警告中的**“Çelik kiriş/kolon tasarımında rüzgâr birleşimleri yok”（钢梁/钢柱设计中无风荷载组合）一行，表示项目中未定义风荷载工况。默认（TBDY）组合列表中没有风荷载；若要将风荷载纳入计算，请在荷载组合**选项卡中选择已定义的荷载工况及其组合。
7. 报告
分析之后，报告选择树中会出现钢构件报告组：
| 报告 | 内容 |
|---|---|
| 钢梁计算 | 逐层、每根梁一个块：截面名称；材料（Fy）；截面特性（A、Ix、Wel、Wpl、ry）；Lb、Cb、Lp、Lr；设计弯矩（连同给出包络值的荷载组合）、Mn、比值及起控极限状态；设计剪力、Vn及比值；组合作用；挠度行；结论：Yeterli / Yetersiz（满足 / 不满足） |
| 钢柱计算 | 截面特性（A、Ix、Iy、rx、ry）；KLx、KLy、最大KL/r（必要时给出警告）；轴力（连同其组合）、φcPn、比值及起控屈曲模式；两个轴向的弯矩及其承载力；相互作用公式及其数值；结论 |
满足的验算以绿色UYGUN（满足）标记，不满足的以红色X标记。程序语言为土耳其语时报告以土耳其语生成，其他语言时以英语生成。
8. 三维视图
已指定型钢的梁和柱在三维窗口中按真实截面几何形状（I/H型的腹板–翼缘、箱形、圆管、冷弯成型外轮廓）绘制。未指定型钢的构件显示为矩形棱柱。截面图也会加入报告中的截面表。
9. 重要说明
- 对于细长截面的柱，本版本不采用有效面积法；程序不给出承载力，而是明确标记该构件。结果绝不会被悄然显示为“安全”。
- 梁的计算中，Cb按每个组合的弯矩图计算；悬臂梁以及在Le字段中手动输入较短Lb时取1.0（见第4节）。
- 柱的屈曲长度中假定K = 1.0；对于不同的支承条件，请在Le字段中手动输入K·L值。
- 钢材的弹性模量从材料库读取；无论以kg/cm²还是MPa定义均可（单位自动识别）。
- TBDY第9章的地震延性截面条件、柱–梁承载力比以及支撑构件不在本版本范围之内。
10. 常见问题
报告树中看不到“钢构件报告”。 只有当项目中至少有一根梁或一根柱的设计类型标记为钢，并且完成分析之后，该组才会显示。请确认构件属性窗口中已勾选“钢”选项，并已重新进行分析。
报告中显示“Profil katalogda bulunamadı”。 （报告字符串，意为“在型钢目录中未找到该型钢”。）指定给构件的截面名称在工厂型钢库中无法完全匹配（例如截面名称被手动修改）。请通过选择工厂型钢截面窗体重新指定该截面。
承载力结果比预期低很多或高很多。 首先将报告中的截面特性行（A、Ix、Wpl）与型钢表对照；然后查看Lb、Cb和KL的数值——侧向支撑或屈曲长度可能是手动输入的。梁极限状态（屈服 / 非弹性 / 弹性侧向扭转屈曲）与Lp和Lr是否一致，可在报告中看到。
钢梁或钢柱在三维视图中显示为矩形。 该构件未指定型钢。请按第2节的步骤指定型钢。
同一构件能否同时进行钢与钢筋混凝土验算？ 不能；设计类型为单选。构件标记为哪种类型，就进入相应模块的验算。