浅析钢结构稳定设计

李芳

摘 要：随着城市建筑技术的发展，越来越多的大跨度、超高层建筑出现在我们的视线中，这些建筑大多数应用了钢结构，使钢结构建筑技术的发展拥有了十分广阔的前景，本文结合钢结构的稳定性设计提出了设计中需要明确的设计概念，并将结构涉及到的稳定性设计、强度设计、失稳特性应对设计等进行总结，望能为广大同行提供帮助和指导。

关键词：概念；稳定性；强度

中图分类号：TU391 文献标识码： A 文章编号：1671-3362（2013）09-0005-01

引言

钢结构的稳定设计是十分重要的设计环节，随着城市建设的需要，钢结构建筑的造型越来越多样化，这使对结构稳定问题的重视程度不断提高，如果在设计中结构稳定出现问题，就容易产生工程安全隐患，所以，在钢结构的设计中必須严把这一关。

很多钢结构失稳案例都是由于设计者的经验不足，对结构及构件的稳定性能了解得不够清楚，对如何保证结构稳定缺少明确的概念，从而形成结构设计中的一些薄弱环节。所以明确钢结构的设计概念并提高钢结构的稳定性就成为了钢结构设计的主要控制方向。

1 稳定性的基本概念

钢结构的稳定性是指结构横截面受到外部荷载时对最大应力的抵抗能力，这表明稳定性属于应力问题。而强度则是针对构件的强度和屈服性。这是材料的变形问题，所以说强度和屈服性之间存在本质区别。

2 常见的结构失稳分类

常见的稳定性问题有支点失稳、极值点失稳、跨越式失稳。下面针对这3种失稳问题进行逐一分析：支点失稳是指构件直杆的轴心受到屈服，以及在截面中受到压力后所产生的无平衡分岔点；极值点失稳是指结构受到偏心压力的时候，塑性在达到极限时所产生的变形形态；跨越式失稳并无平衡分岔点和极值点，它通常在失稳后产生不均匀的平衡状态，而这种状态又会随机出现跳跃形式。

分析钢结构的失稳性质是保证结构稳定承载力的重要条件，但是在实际的施工中，构件会发生一定的弯曲和偏心作用，所以我们必须掌握构件材料的性能，以减少钢结构的设计构件缺陷的产生。

3 钢结构设计中涉及的稳定问题

钢结构设计中要根据稳定问题和实际设计特点进行原则性分析，以保证在钢结构设计中不会出现失稳现象，首先在设计中要将结构的整体布局和钢构件之间的稳定性进行分析。结构的整个体系中由于需要多个单体结构进行拼接，要在平面体系设计中建立一个整体性。例如钢结构的整体平面中桁架和框架梁是用到最多的构件，要想保证这些构件的结构合理性就必须采用整体布置的方法，以满足设计中需要的支撑结构。也就是说结构构件的平面稳定性要和结构布置设计相同，同时要将杆件的稳定性和横隔之间的设置放在重点设计环节上，对异形的钢结构要采取专家验证和模拟计算的形式进行设计。

目前，结构设计多采用单层和多层框架结构，所以在进行结构设计前要利用框架稳定分析来代替框架柱的稳定计算。计算框架柱稳定时所有柱子的计算长度系数要由框架整体稳定分析得出。所以，稳定计算要等效于框架稳定计算。但是根据不同的设计需要，设计框架就会出现多样性，所以在设计中会简化设计，并且按照相关的规范进行设计。设计人要将结构设计和实际条件相互结合，才可以正确的使用。但是框架设计图和实际工程不一致就会导致以下两种情况：当摇摆柱的框架和横梁受到很大的压力框架。如果按照不同规范进行系数计算就会产生了不安全的因素，所以计算方法在计算前必须将设计前提进行假设，并且在计算过程中使其保持一致。

4 结构设计中细部设计和构件稳定设计是一个有机整体

在结构设计的过程中，要注意结构细部设计和构造整体设计相互结合，首先在设计中要注意传递和不传递弯矩之间的节点连接，要分清材料间的刚度和柔度。尤其在桁架节点设计的过程中，要减少偏心杆件的应用。当涉及到结构稳定性时要根据不同的结构点和材料强度进行考虑，不得一概而论。例如在设计简支梁的过程中，要针对梁体的抗弯强度进行分析，要合理的阻止梁体支座的大幅位移，同时要保证在设计范围内进行转动。梁体支座还要可以阻止梁纵轴扭转，允许梁体在水平平面内转动和梁端面自由翘动，以保证梁体能够符合稳定允许所需的边界条件。

5 钢结构加固的常用方法

常用的钢结构加固方法有改变结构图形、降低荷载、加大构件尺寸和连接强度阻止裂纹扩展等方法。下面针对改变结构图形和提高结构连接加固方法进行分析。

5.1 改变结构计算图形的加固方法

采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件，增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法，增加支撑形成空间结构并按空间结构验算，加设支撑增加结构刚度或调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构动力特性，增设支撑或辅助杆件使结构的长细比减少以提高其稳定性，在排架结构中重点加强某一列柱的刚度，使之承受大部分水平力，以减轻其他柱列的负荷，在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。

5.2 连接的加固与加固件的连接

钢结构连接方法即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择，应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件，并考虑结构原有的连接方法确定。钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接，有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时，应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。除此之外，对加固件连接点的几何尺寸也要认真检查，要防止螺栓出现脱丝和坏扣的现象。

6 结语

钢结构设计中的稳定性和强度有着本质上的区别，所以在设计过程中必须将稳定性的性能进行明确，要将结构失稳受到的影响降到最低，本文在设计过程中对设计概念进行说明，望引起大家重视，并在以后的工作中将钢结构的稳定性设计进行发展和完善。

参考文献

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