结构
柱屈曲计算器(欧拉与 AISC)
细长柱在压碎之前先发生屈曲破坏。本计算器给出欧拉弹性屈曲荷载,对于钢柱还给出 AISC 360 临界应力和设计强度 φPn。本结果仅供估算,正式设计须由持照专业工程师(PE)完成。
公式
欧拉公式:Pcr = π²EI/(KL)²,KL 以英寸计。Fe = Pcr/A = π²E/(KL/r)²,r = √(I/A)。AISC 360-22 第 E3 节:若 Fy/Fe ≤ 2.25,则 Fcr = 0.658^(Fy/Fe) × Fy(非弹性);否则 Fcr = 0.877Fe(弹性)。设计强度 φPn = 0.90 × Fcr × A。
计算示例
W8x31(A = 9.13 in²,Iy = 37.1 in⁴),两端铰支(K = 1.0),长 12 ft,Fy = 50 ksi:Pcr = π² × 29,000 × 37.1 ÷ 144² = 512.1 kips。r = 2.02 in,KL/r = 71.4。Fe = 56.1 ksi。Fy/Fe = 0.89 ≤ 2.25,因此 Fcr = 0.658^0.89 × 50 = 34.4 ksi,φPn = 0.9 × 34.4 × 9.13 = 282.9 kips,与 AISC 手册中的柱承载力表一致。
假设条件与适用范围
- 轴心受压、初始平直的等截面构件。
- 采用弱轴,除非支撑沿各轴不同;需校核两个轴向。
- 不校核细长构件的局部屈曲、扭转屈曲或轴力与弯矩的组合作用。
- 欧拉公式适用于任何线弹性材料;AISC公式仅适用于钢材。
- 仅供估算。任何结构、基础或生命安全相关构件都必须由持照专业工程师(PE)设计并盖章。
常见问题
我应该使用什么 K 值?
理论K值:两端铰接为1.0,两端固定为0.5,一端固定一端铰接为0.7,悬臂(一端固定一端自由)为2.0。AISC注释表C-A-7.1给出的推荐设计值,对于约束不完全的情况略高。
为什么 AISC 强度低于欧拉荷载?
实际柱存在残余应力和初始弯曲,短柱会在达到欧拉荷载之前屈服。AISC 曲线同时考虑了这两方面的影响。
什么是细长柱?
KL/r足够大、由压屈控制的构件。按AISC的说法,当Fy/Fe超过2.25时由弹性压屈控制,对于50 ksi钢材约为KL/r = 113。AISC建议KL/r不超过200。