关于钢结构稳定性设计之探讨

摘要：钢结构在我国现代化建设中的地位正在日益突出，在国民经济的各个领域都得到了大量应用，随着我国钢产量的持续增长，遥遥领先于世界各国，今后钢结构的发展前景和应用范围将更加广泛。本文针对钢结构稳定性设计提出了在设计过程中设计人员应须明确了解的一些基本概念，如强度与稳定的区别，失稳的分类，钢结构稳定设计原则，钢结构设计特点及钢结构稳定性设计的加固措施，以便于帮助设计人员在设计中更好地完成稳定性设计;在稳定性设计中另一个导致构件和结构失稳的因素就是设计人员对这些结构性能认识不够，因此本文提出了现有钢结构稳定性存在的一些问题，以便设计人员参考。

关键词：钢结构 结构稳定 结构设计

引言

稳定性设计是钢结构设计中的一个重要环节。在各种类型的钢结构中，都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好，将会造成不应有的工程事故。钢结构设计中的稳定性验算是钢结构设计中一个必不可少的环节，一旦出现了钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，而且会造成人员的伤亡，所以我们在钢结构设计中，一定要把握好这一关。目前，钢结构中出现过的失稳事故都是由于设计者的经验不足，对结构及构件的稳定性计算不够重视，对如何保证结构稳定缺少明确概念，造成一般性结构设计中不应有的薄弱环节。本文针对这些问题提出了在钢结构稳定设计中的一些基本概念，以及对钢结构稳定性设计应该了解的一些问题并且应该懂得如何解决这些问题。只有这样我们在设计中才能更好的处理钢结构稳定问题。

1 钢结构稳定设计的基本概念

1.1 强度与稳定的区别 强度问题是指构件截面材料或连接在荷载所引起的最大应力(或内力)作用下抵抗破坏的能力，因此是一个应力问题。强度的取值取决于材料的特性，对钢材常取它的屈服点。稳定问题则与强度问题不同，它主要是在外荷载作用下，对整个结构或构件能否发生屈曲或失稳的评估(也就是整个结构或构件失去稳定平衡的状态)，即变形开始急剧增长的状态，从而设法避免进入该状态，因此，它是一个变形问题。

1.2 钢结构失稳的分类 ①第一类稳定问题或者具有平衡分岔的稳定问题(也叫分支点失稳)。完善直杆轴心受压时的屈曲和完善平板中面受压时的屈曲都属于这一类。②第二类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题(也叫极值点失稳)。由建筑钢材做成的偏心受压构件，在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力，属于这一类。③跃越失稳是一种不同于以上两种类型，它既无平衡分岔点，又无极值点，它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。

区分结构失稳类型的性质十分重要，这样才有可能正确估量结构的稳定承载力。随着稳定问题研究的逐步深入，上述分类看起来已经不够了。设计为轴心受压的构件，实际上总不免有一点初弯曲，荷载的作用点也难免有偏心。因此，我们要真正掌握这种构件的性能，就必须了解缺陷对它的影响，其他构件也都有个别缺陷影响问题。另一方面就是深入对构件屈曲后性能的研究。

1.3 钢结构设计的原则 根据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下四项原则并具体阐明了这些原则，以更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定。

1.3.1 结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求 目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面结构构件的平面稳定计算必须和结构布置相一致，且需要注意杆件的稳定和横隔设置之间的关系。

1.3.2 结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算十分重要 目前设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定分析而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，自应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要按规范设定一些典型条件，设计者必须确知所设计的结构符合这些条件时才能正确应用。在实际工程中，框架计算简图和实用方法所依据的简图不一致的情况可举出以下两种，即附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架。这两种情况若按规范的系数计算，都会导致不安全的后果。所以所用的计算方法与前提假设和具体计算对象应该相一致。

1.3.3 设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性 结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。

1.4 钢结构稳定设计特点 ①失稳和整体刚度:现行规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法;②稳定性整体分析:杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体，稳定分析必须从整体着眼;③稳定计算的其它特点:在弹性稳定计算中，除了需要考虑结构的整体性外，还有一些其它特点需要引起重视，首先要做的就是二阶分析，这种分析对柔性构件尤为重要，这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响;其次，普遍用于应力问题的迭加原理。

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