浅析钢结构稳定性设计

王晓燕（永城职业学院,河南　永城　476600）

浅析钢结构稳定性设计

王晓燕
（永城职业学院,河南永城476600）

摘要：本文从钢结构稳定设计的失稳的类型、稳定计算的影响因素、稳定与强度的区别、稳定设计的原则和稳定设计的特点等方面进行阐述，提出了钢结构体系稳定性研究中存在的问题，为设计人员更好地完成钢结构的稳定设计提供了科学合理的建议。

关键词：钢结构；稳定性设计；失稳

1　引言

与传统的钢筋混凝土结构相比，钢结构具有施工工期短、工程成本低、抗震强度高、节省空间等优点。随着建筑施工技术的发展，高强度钢材大量的投入应用，使钢结构体系的广泛应用和发展成为现实。与此同时，伴随着钢结构日益发展的同时其设计存在的问题也日益增多，稳定性是一个突出问题。在钢结构设计中，稳定性是目前大量结构设计时有待解决的关键问题，一旦发生类似于这方面的问题，经济和人员都会受到很大的影响。所以，依据实际情况对钢结构的“稳定性”设计和研究具有十分重要的现实意义。

2　相关基本概念

2.1失稳类型

（1）“平衡分岔失稳”：一般情况下，在相同的荷载点上，钢结构构件会出现平衡分岔的现象。依据钢结构构件在受载屈曲后的“F—S”变化曲线的差异，这一类型的失稳又可以再分成不稳定和稳定分岔失稳两种类型。

（2）“极值点失稳”：具有极值点失稳的构件其“F—S”曲线上只能体现出极值点，不会出现所谓的分岔点，其弯曲变形性质也没有变化。

（3）“跃越失稳”：这一类型的失稳不存在平衡分岔点，也不存在极值点。都是在当其丧失稳定平衡之后又变化为另一个稳定平衡状态，这点和不稳定分岔失稳有相似之处。正因如此，要正确计算结构的稳定承载力，必须得能准确区分结构的失稳类型。

2.

2影响因素

在钢结构实际设计中大多情况都是将其视为完整的结构体系。其中，钢结构稳定计算的主要影响因素有以下几个方面:

（1）统计的不确定性：在相关物理量和几何量取值时，具有一定的经验性。

（2）模型的不确定性：为了便于结构分析，简化分析的难度，在分析时提出的各种假设和模型，以目前的技术水平难以在计算中体现的各种因素，致使实际值和理论值的差异，都属于模型的不确定性的范畴。

（3）几何、物理不确定性：比如杆件尺寸、力学参数、初始变形、截面积等。

2.3强度与稳定的区别

在进行钢结构轴心受力构件的强度和稳定计算时，仅与其净截面面积有关，体现了构件或者结构由受力所引起的最大应力，当其处于稳定平衡状态下是否超过了材料的极限强度；稳定性计算的研究对象是整个结构体系，可以用欧拉公式进行计算，在弹性范围内构件的临界力的具体数值，所以不是个别截面的问题。

2.4钢结构稳定设计的原则

在钢结构稳定性设计时，应遵循的原则如下：

（1）“结构的计算简图、实用的计算方法所依据的简图要对应”：进行设计时的设计依据要相互协调一致，不能出现有出入和严重矛盾的地方。

（2）“构件与细部构造必须相互协调，二者具有一致性”：钢结构中，节点的连接是非常关键的问题，应分别赋予它足够的柔度和刚度，在设计桁架节点时，应尽量避免杆件偏心受力现象，作为设计人员，这些方面都必须考虑到。

（3）“整体的布置，必须要考虑到整体和局部的稳定性要求”：要想让平面结构体系不出现失稳现象，就必须从结构整体布置来做研究，考虑设置必要的支撑构件。

2.5钢结构稳定设计的特点

（1）刚度与失稳：在现行规范中，临界压力求解法和折减系数法是轴心压杆的稳定计算法。

（2）整体性分析：稳定性分析必须从整体入手，全面考虑。杆件承受荷载时，其否能保持稳定将直接关系到结构的整体稳定。

3　钢结构稳定性研究中存在的问题

虽然目前钢结构的体系稳定性研究取得了一定的进展，但是，也存在着一些不可忽视的问题，具体如下：

（1）网壳结构：“研究中占主流的“梁-柱”单元理论，在实际情况下是否能够真实反映网壳结构的受力状态还有待进一步的验证，目前，存在的主要问题是“采用什么方式来体现出弯矩与轴力的耦合效应”。”

（2）大跨度结构：“结构的局部稳定和整体稳定的相互之间到底存在怎么样的一个的关系，是一个值得花费大量精力去探讨的问题，目前，在绝大多数的大跨度结构设计中，设计人员为简便计算，通常是取一个统一的稳定安全系数，但实际上并不能真实的反映出局部和整体之间的关联性。”

（3）预张拉体系：对于预张拉结构体系的稳定性，目前为止，还没有合理的理论体系能分析。

（4）随机因素的影响：“当前，钢结构随机因素的影响分析所面对的问题大多数仅仅局限于所确定的随机荷载的输入和结构分析参数，在考虑随机因素的影响时，因为结构分析参数存在的不确定性，引起结构响应的显著差异是很普遍的现象。”

4　结语

钢结构稳定性是一个比较复杂的问题，特别是当构件存在残余应力、非线性因素和初始缺陷等影响因素时，使其研究难度更大。除此之外，在钢结构稳定性的研究中，目前还存在着许多尚未解决的问题。例如:大跨度大空间的网壳、薄壳、桥梁和超高层建筑结构的双重非线性动力稳定性等问题。只有更深一步的把这些问题难关克服，才能不断地完善钢结构稳定设计理论。

参考文献：

[1]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京:科学出版社,2000:23-25．

[2]陈绍蕃.钢结构稳定设计指南[M].第2版．北京:中国建筑工业出版社,2004．

[3]陈骥.钢结构稳定理论与设计[M].第3版.北京:科学出版社,2006．

[4]文枚，李洪昌．钢结构住宅的发展及结构设计概述[J].山西建筑，2010,36(08):97-98．

[5]沈祖炎,陈扬骥.网架与网壳[M].上海:同济大学出版社,1997.

作者简介：王晓燕（1985-），女，永城职业学院，研究方向：工程施工、工程经济。