浅谈钢结构稳定性设计

郄红芳

摘要：建筑中钢结构的稳定性设计不是简单的将建筑付诸于施工阶段即可，它是一项责任十分重大的工作，直接关系到人民群众的生命安全和建筑工程的经济收益。因此，在建筑工程中，钢结构稳定性设计单位和技术人员需要采用新的理念和方法，保障钢结构在建筑工程中的安全性和稳定性，使得我国的建筑事业在摸索中稳步前进。本文对钢结构稳定性设计进行了探讨。

关键词：钢结构；稳定性；设计；策略

在钢结构建筑设计的过程中，稳定性是一个非常重要的环节。钢结构在建筑行业中的广泛应用使得其稳定性的研究非常迫切。稳定性设计并不是简单地将图纸付诸于施工即可，它是一项十分重要的工作，直接与建筑工程的效益和施工群众的生命挂钩。

一、钢结构稳定性设计的重要性

目前，在很多钢结构的建筑中都普遍存在钢结构稳定性差的问题，出现这样的问题主要是设计者没有把钢结构中的结构和材料的力学性能了解清楚，缺乏稳定性设计的相关概念，另外在施工的过程中也没有按照严格的施工规范，有的为了降低成本，偷工减料，关键部位没有保证施工的质量，最后导致钢结构出现失稳的现象，造成重大的经济损失和人员伤亡。为此做好建筑施工中的钢结构稳定性的设计是极为重要的，他不仅关乎工程的质量，也还关乎人们的生命安全，一旦出现钢结构失稳的现象，轻者使建筑中的某一个方面出现问题，重者则能够让整个工程全部倒塌和造成人员伤亡。现阶段，做好钢结构稳定性设计已经迫在眉睫，只有注意了稳定性设计存在问题，针对问题采取相应的措施，这样才能够更好的推动建筑中钢结构的进一步发展。

二、 钢结构稳定性设计的原则

1、构件与细部构造稳定性计算方法一致

在钢结构设计中，要使构造设计与结构计算相匹配，以满足构件稳定性和设计结构细部构造的一致性。对传递弯矩和不传递弯矩的连接节点，应该分别给予足够的刚度和柔度；对桁架节点的设计也应尽量减少杆件偏心等，这些仅仅是设计构件细部构造。但是，当涉及到稳定性时，对细部构造就会有其他要求，比如简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求只是阻止位移和允许其在平面内转动，然而在处理梁整体的稳定性时，支座除了要满足上述要求外，还需要阻止梁绕纵轴扭转，允许梁在水平面内转动和梁端截面自动翘曲。

2、 兼顾整体和组成部分稳定性的要求

目前，大部分钢结构设计都是以平面体系为出发点的，比如桁架设计和框架设计等。为了避免出现平面失稳问题，需要从钢结构的整体布局出发，设计有针对性的支撑构件，也就是说要使平面构件的结构布置与平面稳定计算保持一致。比如，在平面桁架组成的塔架中，要注意横隔设置和杆件之间的稳定性。

3、计算方法与结构简图一致

在设计单层和多层框架结构时，并不分析框架稳定性，而要计算框架柱的稳定性。采用这种方法计算框架柱稳定性时用到的计算长度系数，应该分析框架整体的稳定性，这样才能使最终框架稳定计算等效于柱稳定计算。此外，如果计算方法与结构简图不一致，就需要调整所使用的计算方法，以保证钢结构稳定性分析的要求。

三、 钢结构稳定性的具体分析方法

1、 静力法

所谓静力法就是结合已经产生了微小的变形后的一些结构受力的条件，依据这些条件来建立较为平衡的微分的方程。从这些方程里来具体的计算出临界的相关荷载。在具体实际应用中，若构建相关的平衡微分方程，需要遵守下面的设定：构件应该为截面的直杆，其压力要始终遵循之前的轴线进行作用。

2、 动力法

动力法的研究主要是结合处在平衡状态之下的结构体系，因此如果在上面增加较小的干扰，就会导致其发生一定的振动。而在这种情况下所产生的结构变形和钢结构振动加速，均与整体结构的荷载产生密切的联系。遇到荷载值比较低，超过了钢结构自身稳定性的极限荷载值时，会出现加速度和之前的钢结构变形的具体方向相反的状况。

3、 能量法

若是钢结构承载着保守力，则在实际应用中，可以结合已经具有了变性结构的相关受力条件来构建总体的势能。同样若钢结构处在比较平衡的状态，则需要计算其总体势能。要结合相关势能驻值的原理，将总体势能从一阶变分为零，以此来得出平衡的方程，再结合平衡方程来得出分岔屈曲荷载。

四、提高钢结构稳定性设计的策略

1、 尽量减小不确定性因素的影响

钢结构稳定性设计中，是不可能避免不确定因素影响的。为此只有尽量的减小不确定因素为钢结构进行力学性能的分析和相关的设计，也可根据众多的实验，最终选择一个较为合理的方案来确定相关关系，也只有这样才可以满足设计要求和目的。

2、 重视局部稳定与整体稳定的关系

局部稳定与整体稳定之间有着重要关系，需要重视两者之间的关系，有些单位为了省事，只是根据以往的经验确定两者直接的安全系数，这样在进行相关问题的分析时，就会存在很大的误差，严重影响到设计结构的准确性，更不用说达到设计的目的，满足稳定性的要求，为此需要特别重视两者之间的关系。

3、 建立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是极为重要的，是需要做好这方面的工作的。在进行预张拉结构的分析时，一定要有一套完善的预张拉结构理论体系，根据这个体系进行分析，最终得出准确的结果，为此需要建立一套完善的预张拉结构理论体系，确保钢结构稳定性设计的要求和目的。

4、减轻及改变荷载的分布

通過受弯杆件荷载的改变，把单独的集中端部支撑荷载承受转变为多个的端部支撑的荷载承受并进行相应的加固。在选取截面进行加固之时，一定要注意到截面的形式，其须具有实际的加固缺陷与损伤满足的加固要求，这样才可使得钢结构变得更加稳定。

5、 对固件的连接进行加固

通过采用焊缝或高强度的螺栓以及柳钉等的方式将钢结构进行相应的连接加固。在进行加固连接的时候，一定要根据实际的工程钢结构进行必要的加固。比如钢结构的加固的原因与目的以及钢结构的实际受力情况与构造等进行分析之后，方可确定固件的连接方式。通常情况下，在采用焊缝的连接过程中，要注意选用已被确认的焊接工艺和连接材料，才可以进行焊接加固，从而确保钢结构的稳定性。

6、合理地运用梁—柱理论

梁—柱理论是当前钢结构稳定性设计中最基础的理论，也是最重要的理论。在钢结构设计中，要实际考察钢结构工程的场地、材料、设计方案等相关事项，合理地运用梁—柱理论分析钢结构设计中细部构造和构件之间的稳定性、整体结构和组成部分之间的稳定性等，达到提高钢结构设计稳定性的目的。

7、 钢结构的稳定计算和构造设计相符合

构造和计算相符合一直是设计者所关注的问题。然而一旦牵涉到钢结构稳定性能时，都需要考虑强度或其他不同的特殊考虑。应该分别给予它们较强的刚度以及柔度，最大限度的降低桁架节点的杆件偏心度，以上均是设计者在设计的过程中需要处理的相关问题。

总而言之，钢结构设计中的稳定在整个建筑工程中有着举足轻重的作用。设计人员在设计之前应该熟知结构件稳定性设计的基本原则，并了解各个结构件的稳定性能。设计完之后要不断地完善设计方案，与此同时，设计人员应当要不断地加强自身专业知识的学习，从而确保钢结构设计的稳定性。

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