钢结构设计中稳定性问题分析

高静

【摘要】不管是建筑还是桥梁工程，都与钢结构设计有着十分紧密的联系，而在钢结构设计中，稳定性问题也一直以来都属于钢结构设计中的一个关键性问题，它与工程的质量和安全密切相关。为了控制工程的质量和安全，预防工程事故的发生，加强钢结构设计中稳定性的工作就变得刻不容缓了。本文主要针对现阶段钢结构设计中稳定性的问题进行一系列探讨，并分析了一些相应的策略。

【关键词】钢结构；设计；稳定性

前言：

在现代工程之中，许多严重事故就是由于钢结构在外界条件发生变化时不稳定，出现结构失稳的现象，导致建筑物坍塌的事故，最终造成重大经济损失。一些施工方在统计相关数据时，对每一个数据的准确性很难进行验证。钢结构稳定性设计和分析也会因此而存在许多的不确定性因素，使得钢结构的稳定性设计缺乏使用价值，也使得相关分析的时效性、针对性有所欠缺。

一、钢结构稳定性设计的意义

在大多数钢结构的建筑中，钢结构稳定性差的现象屡见不鲜，其主要是因为设计者沒掌握钢结构中结构与材料的相关力学性能，缺乏稳定性设计的相关概念。额外的，某些施工方为降低成本而选择偷工减料，对重要的施工部位的质量缺少保障，导致钢结构失稳，造成不堪设想的后果。

二、钢结构稳定性的相关概念

1.稳定性的概念与分类

所谓钢结构稳定性一般来说，指的是在建筑中钢结构经过外界扰动后恢复到最初平衡状态的性能。同样的道理，与之相对的属性即失稳，也就是建筑结构因外界扰动而自最初的平衡位置移动到其他位置。通常而言，我们把失稳分为三种类型。第一种类型指的是直杆、圆环和窄梁的轴心受到压力出现的分支点失稳现象，主要是由于平衡分岔而起的问题，所以学术上又叫分支点失稳；第二种类型则并非由平衡分岔引起的失稳问题，而是极值点失稳，在实际建筑中，往往把此类失稳转化为分支点失稳进行处理；第三种类型是跃越失稳，这种失稳类型不同于上述两种类型，跃越失稳是指在一种平衡状态受到破坏后直接进入到另外一种平衡状态。

2.影响钢结构稳定性质的因素

在结构体系内，主要包括结构不可缺少的支撑系统，例如钢柱间的支撑，再如钢屋架上弦水平支持与下弦水平支撑，还有垂直支撑等支持系统。构件的长度跟截面的数值特性包括平面内外的两大方向，此外，还有材料具有的强度性和应力等属性。

三、稳定性设计特点与存在的问题

1.结构整体稳定性

在对钢结构设计中的稳定性问题进行分析时，要先树立大局观，有必要自钢结构的整体出发，并且要充分考虑到杆件的稳定性。如今，在分析钢结构设计中整体刚度和失稳问题时，通常以临界压力求解法与折减系数法等方法把轴心压杆的稳定性算出来。同时，计算弹性稳定性也是钢结构设计稳定性的主要内容，在其计算过程中不但要考虑钢结构的整体稳定性，而且还要做二阶分析，这是因为结构内力会因为某些柔性构件的变形量而发生变化；然后，应力问题的叠加原理也是应该予以考虑的，由于弹性稳定计算与叠加原理的结构变形关系复杂，目前这种原理在弹性稳定的计算中尚不明确。

2.不确定性因素

钢结构设计的稳定性还可能会受到许多不确定性因素的影响，主要就是物理与几何等方面的因素，若是细分则又被分为材料、截面积、杆件尺寸、剩余应力以及原始变形量等。在对相关稳定性的几何量和物理量进行确定时，设计人员往往喜欢按照经验去解决问题，却很少联系实际。除此之外，设计人员由于专业知识的匮乏，在对钢结构加以分析时，没有提出符合当下科技发展水平的相关假设、数学模型和边界条件等，因此在实际计算中，相关参数的结果得出与理论值相差甚远。

3.预张拉体系

预张拉体系是钢结构稳定性设计中的一个关键构成体系，却在很长一段时间之内都仍然缺少一个完整、合理的理论系统，对于预张拉结构中稳定性的分析缺乏理论依据，因此工程的稳定性也就得不到保证。

4.整体稳定与局部稳定

在跨度很大的钢结构稳定性设计中，仍然出现过其整体和局部稳定性计算不到位的情况。虽然部分稳定性计算是以经验来确定整体稳定性和局部稳定性的安全系数，但是并没有结合具体的工程情况来计算一个较为科学的安全系数。

四、稳定性设计的原则

1.计算方法要契合结构简图

就目前而言，在进行建筑物的框架结构分析时，一般不是以框架稳定性为依据，而是框架柱稳定性的直接计算。而采用此方法时，务必对框架结构稳定性的计算给出一定假设，之后按照结构简图对实际的结构尺寸加以确定，最后由相应的计算方法计算稳定性的大小。除此之外，当出现结构简图和计算方法不一致的情况时，有必要对目前所用计算方法进行调整，切不可擅自对做出结构简图任何修改，如此才可以有效地达到钢结构稳定性分析的要求，同时体现设计的实效性。

2.钢结构布置达到要求

在对钢结构进行布置时，必须确保每一个环节都达到稳定性的要求，不可只图简易方便，就仅仅在易发生问题的环节上下功夫。如果出现了平面失稳的情况，应该及时采取处理措施，设计相关的支持构件以避免平面失稳的发生。此外，还不得不处理好杆件与平面横隔布置之间的稳定关系，保证达到稳定的设计。

3.细部构造与稳定性计算方法一致

在钢结构稳定性的设计中，细部构造必须与其稳定性的计算方法保持一致。比如，在进行梁的稳定性计算时，用计算梁刚度的方法去计算梁的强度就不够科学与合理。由此可见，保持细部构造与其稳定性有相对同步的计算方法，可使穩定性的分析计算体现出实际价值。

五、问题的解决措施

1.尽量减少不确定性因素的负面作用

钢结构稳定性设计中，是不可能避免不确定因素影响的。是以，唯有尽可能的减少不确定因素带来的负面作用，才可以对钢结构的稳定性起到缓和作用。在为钢结构进行力学性能的分析和相关的设计时，也应该多参考、借鉴权威的实验结果，然后为一个较为合理的方案来做出选择，并且确定相关关系，就能够最终达到设计的要求。

2.重视整体与局部稳定的关系

整体与局部稳定之间存在不言而喻的紧密关系，如果仅仅是通过理论经验来对这两者的安全系数进行估定，那么在展开相关问题的分析时，就会出现显著的误差，并且很可能会对设计结构的准确性产生严重影响。因此如果想要达到设计目的，满足稳定性的要求，就必须高度重视两者之间的关系。

3.创建完善的预张拉结构理论体系

预张拉结构的分析对于钢结构稳定性设计极其重要，因此在对预张拉结构进行分析时，一套完善的预张拉结构理论体系是必不可少的。可以根据这套体系的理论来加以分析，保证最终得到结果的准确性，确保钢结构的稳定性设计。

结语：

总而言之，在具体的工程中，要遵循具体情况具体考虑的原则，来进行钢结构的稳定性设计，尽量减少失稳现象的发生。只有在全面了解过钢结构稳定设计中出现的问题后对其及时采取措施加以解决，才有利于进一步完善钢结构稳定设计体系。

参考文献：

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[2]王多祥，靳同良.钢结构设计中稳定性分析探讨[J].甘肃冶金，2014（3）.

[3]蒋君全.钢结构设计中稳定性分析[J].科技与创新，2014（21）.