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摘要：本文在简要阐述钢结构稳定理论的基础上，结合相关测量数据和实验资料，对钢结构抗震设计时轴心受压支撑构件的长细比限值进行讨论，并进一步分析了基于轴心受压支撑长细比的钢结构抗震设计的相关问题。
关键词：轴心受压 支撑长细比 钢结构 抗震设计
一、钢结构设计理论概述
钢结构设计对建筑工程项目的稳定性和安全性具有重要影响意义，其设计的基本指标有两个：①构件长细比，构件长细比可以提高整体钢结构的抗震构架的稳定性，在《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）中，对构件长细比有明确规定，当构件长细比超出限值时，应及时修改结构；②板件宽厚比，板件宽厚比可以提高钢结构的抗震性，如果钢结构的板件宽厚比不具备建筑抗震要求，则需根据钢结构承载力对其进行修正。
二、轴心压杆的长细比和承载力
建筑结构的轴心压杆的结构强度是支撑建筑钢结构的主要支撑力，其压杆的柔度通常用长细比来表示，构件的计算长度L0和构件的截面回转半径r的比值视为长细比λ。构件长度系数α由构件端部的约束关系来确定，不同约束关系的轴心压杆，其弯曲波形相邻两个反弯点间的距离不同，从物理学角度讲，提高构件结构端部约束，可以增加轴心压杆的稳定性和结构强度，结构构件中轴心压杆的临界承载力取决于构件的长细比值。
1.轴心压杆的临界荷载
通过分析理想轴压杆非弹性理论可知，轴心压杆的弹塑性是决定钢结构临界载荷的主要依据，轴心压杆作为钢结构的支撑构件，其临界载荷取值对钢结构设计的影响很大。轴心压杆的临界载荷和轴心压杆的临界应力的计算公式如下：
==
==
式中，为切线模量；为弹性模量；为轴心压杆截面的惯性矩；为构件结构弹塑性的切线抗弯刚度。
当杆件长细比过大时，钢结构会发生定向的弹性弯曲，其弯曲范围内的临界力由Euler公式确定。构件是否发生弹性屈曲和弹性界限及长细比有关，本文以Q235钢为例，取弹性模量为=2.14×105MPa，弹性界限=0.6=141MPa，计算公式==122（对于Q235钢，钢结构弹性模量越大，其弹性界限越大）。
2.影响钢结构承载力的因素
通过上文对钢结构和构件结构稳定性进行系统分析可知，影响钢结构构件长细比的因素有很多，如结构设计、钢材类型、构件安装运输过程中其物理结构变化、安装使用情况等。这些原因对钢结构承载力的影响，具体表现在以下几个方：①轴心压杆和钢构件在安装初期，构件倾斜后由于自重作用而发生挠曲；②钢材类型和钢结构设计不匹配，在设计钢结构时，应根据不同的承载力，确定其应用钢材类型；③残余应力对钢结构承载力的影响也很大，和钢材类型无关。钢结构的承载力值和钢结构的稳定性、可靠性有密切联系，如果钢结构整体处在一个安全的状态，各构件之间的连接十分紧密，则钢结构的承载力很高，反之，则会降低。
3.钢结构承载力的计算公式
钢结构的稳定系数用φ表示，采用Perry公式，参数长细比计算，当<0.215时，计算公式为：
==
当>0.215时，计算公式为：
式中：和是钢结构和构件截面的相关系数。
三、钢结构抗震设计对长细比的要求
1.规定钢结构长细比限值
通过上文对钢结构的稳定承载力进行分析可知，要想提高钢结构的稳定性和抗震性，必须对其轴心压杆和支撑构件的长细比进行系统分析和测算，钢结构的长细比要求，其具体数据如表1所示。
支撑构件和抗震承载力设计的比较
钢结构的抗震设计不仅是设计的重点，也是设计难点，所以在制定钢结构设计方案时，设计师应严格按照相关的程序和规范，对其支撑构件的承载力进行精准计算，并对钢结构要达标的抗震性能进行系统研究。通过比较支撑构件的长细比限值，确定钢结构的抗震承载力，其具体数据如表2所示。
斜杆抗震承载力：
式中，N为钢结构支撑构件斜杆的最大轴向承载力；为钢结构支撑构件斜杆的横截面积；为钢结构支撑构件抗震系数。
通过对上表数据进行分析可知，钢结构长细比较大时，其采用的支撑构件承载力不能过大，钢结构长细比较小时，应根据钢结构支撑构件的实际抗震性能对其进行逻辑计算和推理，选用合理、科学的钢材类型和设计方案。
四、钢结构抗震设计中支撑杆长细比改进意见
通过上文对钢结构抗震设计进行研究讨论可知，其支撑杆和轴心压杆的长细比限值对钢结构的抗震性能、稳定性能影响最大，提高钢结构抗震设计的稳定性，其改进意见如下。
1.按照规定设置钢材类型和支撑构件长细比限值
从钢结构抗震设计角度将，支撑杆和轴心压杆的长细比限值如果不符合钢材类型，则其钢结构的承载力会因承载截面较小、刚性弱而大幅度下降，如果其长细比和钢材类型相匹配的话，则其承载能力会大幅度提升。所以要想提高钢结构的抗震性能，必须在设计之初，认真系统的分析其钢材类型和长细比变量参数是否符合设计标准。
轴心压杆的承载力预算
轴心压杆虽然不会起到承载作用，但其构件长细比和钢结构的弹塑性有着密切的联系，当轴心压杆的承载力超出额定范围时，轴心压杆将处于约束状态，随时会出现断裂脱落现象，所以在设计钢结构之初，应根据轴心压杆具体的承载力设计支撑构件。
结论：综上所述，通过控制长细比来提高钢结构抗震性能的方法最为有效，也最为实用。目前我国对于抗震结构的设计一般采用控制构件长细比的方法，通过对钢结构各组成构件长细比限值、承载力进行预算，可以精准的找到设计重点和設计方向，以便工作人员制定合理、有效、科学的设计方案。
参考文献：
[1陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京：科学出版社，2005.
[2]GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].
[3]陈炯.关于钢结构抗震设计中轴心受压支撑长细比问题的讨论[J].钢结构，2010，15（10）：115-127.
[4]铁摩辛柯S P，盖莱J M.弹性稳定理论.第二版.张福范，译.北京：科学出版社，1965.
[5]杨俊芬.中心支撑钢框架的结构影响系数和位移放大系数研究[J].西南建筑科技大学学报，2010，14（12）：101-113.
[6]罗桂发.钢支撑和框架的弹塑性抗侧性能及其协同工作[D].浙江大学，2012（11）：112-117.
关键词：轴心受压 支撑长细比 钢结构 抗震设计
一、钢结构设计理论概述
钢结构设计对建筑工程项目的稳定性和安全性具有重要影响意义，其设计的基本指标有两个：①构件长细比，构件长细比可以提高整体钢结构的抗震构架的稳定性，在《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）中，对构件长细比有明确规定，当构件长细比超出限值时，应及时修改结构；②板件宽厚比，板件宽厚比可以提高钢结构的抗震性，如果钢结构的板件宽厚比不具备建筑抗震要求，则需根据钢结构承载力对其进行修正。
二、轴心压杆的长细比和承载力
建筑结构的轴心压杆的结构强度是支撑建筑钢结构的主要支撑力，其压杆的柔度通常用长细比来表示，构件的计算长度L0和构件的截面回转半径r的比值视为长细比λ。构件长度系数α由构件端部的约束关系来确定，不同约束关系的轴心压杆，其弯曲波形相邻两个反弯点间的距离不同，从物理学角度讲，提高构件结构端部约束，可以增加轴心压杆的稳定性和结构强度，结构构件中轴心压杆的临界承载力取决于构件的长细比值。
1.轴心压杆的临界荷载
通过分析理想轴压杆非弹性理论可知，轴心压杆的弹塑性是决定钢结构临界载荷的主要依据，轴心压杆作为钢结构的支撑构件，其临界载荷取值对钢结构设计的影响很大。轴心压杆的临界载荷和轴心压杆的临界应力的计算公式如下：
==
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式中，为切线模量；为弹性模量；为轴心压杆截面的惯性矩；为构件结构弹塑性的切线抗弯刚度。
当杆件长细比过大时，钢结构会发生定向的弹性弯曲，其弯曲范围内的临界力由Euler公式确定。构件是否发生弹性屈曲和弹性界限及长细比有关，本文以Q235钢为例，取弹性模量为=2.14×105MPa，弹性界限=0.6=141MPa，计算公式==122（对于Q235钢，钢结构弹性模量越大，其弹性界限越大）。
2.影响钢结构承载力的因素
通过上文对钢结构和构件结构稳定性进行系统分析可知，影响钢结构构件长细比的因素有很多，如结构设计、钢材类型、构件安装运输过程中其物理结构变化、安装使用情况等。这些原因对钢结构承载力的影响，具体表现在以下几个方：①轴心压杆和钢构件在安装初期，构件倾斜后由于自重作用而发生挠曲；②钢材类型和钢结构设计不匹配，在设计钢结构时，应根据不同的承载力，确定其应用钢材类型；③残余应力对钢结构承载力的影响也很大，和钢材类型无关。钢结构的承载力值和钢结构的稳定性、可靠性有密切联系，如果钢结构整体处在一个安全的状态，各构件之间的连接十分紧密，则钢结构的承载力很高，反之，则会降低。
3.钢结构承载力的计算公式
钢结构的稳定系数用φ表示，采用Perry公式，参数长细比计算，当<0.215时，计算公式为：
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当>0.215时，计算公式为：
式中：和是钢结构和构件截面的相关系数。
三、钢结构抗震设计对长细比的要求
1.规定钢结构长细比限值
通过上文对钢结构的稳定承载力进行分析可知，要想提高钢结构的稳定性和抗震性，必须对其轴心压杆和支撑构件的长细比进行系统分析和测算，钢结构的长细比要求，其具体数据如表1所示。
支撑构件和抗震承载力设计的比较
钢结构的抗震设计不仅是设计的重点，也是设计难点，所以在制定钢结构设计方案时，设计师应严格按照相关的程序和规范，对其支撑构件的承载力进行精准计算，并对钢结构要达标的抗震性能进行系统研究。通过比较支撑构件的长细比限值，确定钢结构的抗震承载力，其具体数据如表2所示。
斜杆抗震承载力：
式中，N为钢结构支撑构件斜杆的最大轴向承载力；为钢结构支撑构件斜杆的横截面积；为钢结构支撑构件抗震系数。
通过对上表数据进行分析可知，钢结构长细比较大时，其采用的支撑构件承载力不能过大，钢结构长细比较小时，应根据钢结构支撑构件的实际抗震性能对其进行逻辑计算和推理，选用合理、科学的钢材类型和设计方案。
四、钢结构抗震设计中支撑杆长细比改进意见
通过上文对钢结构抗震设计进行研究讨论可知，其支撑杆和轴心压杆的长细比限值对钢结构的抗震性能、稳定性能影响最大，提高钢结构抗震设计的稳定性，其改进意见如下。
1.按照规定设置钢材类型和支撑构件长细比限值
从钢结构抗震设计角度将，支撑杆和轴心压杆的长细比限值如果不符合钢材类型，则其钢结构的承载力会因承载截面较小、刚性弱而大幅度下降，如果其长细比和钢材类型相匹配的话，则其承载能力会大幅度提升。所以要想提高钢结构的抗震性能，必须在设计之初，认真系统的分析其钢材类型和长细比变量参数是否符合设计标准。
轴心压杆的承载力预算
轴心压杆虽然不会起到承载作用，但其构件长细比和钢结构的弹塑性有着密切的联系，当轴心压杆的承载力超出额定范围时，轴心压杆将处于约束状态，随时会出现断裂脱落现象，所以在设计钢结构之初，应根据轴心压杆具体的承载力设计支撑构件。
结论：综上所述，通过控制长细比来提高钢结构抗震性能的方法最为有效，也最为实用。目前我国对于抗震结构的设计一般采用控制构件长细比的方法，通过对钢结构各组成构件长细比限值、承载力进行预算，可以精准的找到设计重点和設计方向，以便工作人员制定合理、有效、科学的设计方案。
参考文献：
[1陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京：科学出版社，2005.
[2]GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].
[3]陈炯.关于钢结构抗震设计中轴心受压支撑长细比问题的讨论[J].钢结构，2010，15（10）：115-127.
[4]铁摩辛柯S P，盖莱J M.弹性稳定理论.第二版.张福范，译.北京：科学出版社，1965.
[5]杨俊芬.中心支撑钢框架的结构影响系数和位移放大系数研究[J].西南建筑科技大学学报，2010，14（12）：101-113.
[6]罗桂发.钢支撑和框架的弹塑性抗侧性能及其协同工作[D].浙江大学，2012（11）：112-117.