钢结构稳定性设计

李守涛

【摘要】钢结构设计中的稳定性是影响钢结构工程安全和质量的重要因素之一。在实际设计中，设计人员应避免钢结构稳定性设计中出现的问题，根据工程的实际情况进行钢结构稳定性设计，避免在其使用过程中出现失稳现象，引发重大的安全事故。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

在钢结构设计的过程中，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人员的生命挂钩。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。

一、钢结构失稳的类别与原因分析

1、钢结构失稳的类别

常见的稳定性问题有分支点失稳、极值点失稳、跨越式失稳。分支点失稳，指的是平衡分岔的稳定问题。此类问题的主要表现为在完善直杆轴心和平板中面受压时的屈曲；二是极值点失稳，即无平衡分岔的稳定问题。这一类问题主要表现为，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；三是跳跃失稳，它与上述两种稳定问题的类型不同，并无平衡分岔点和极值点，其主要是指在稳定平衡丧失以后，会随机跳跃到另一个稳定平衡状态。

2、钢结构设计失稳的原因

钢结构的稳定性问题主要是指该结构在受到外界的干扰的时候能否恢复到原来的状态的一种性能。钢结构的稳定性容易受到很多种因素的影响，存在很大的随机性。所以，影响钢结构设计失稳的原因需要考虑全面，在考虑自身的原因的同时要考虑到外界因素，进而解决失稳问题。

（1）钢自身构件的承载力。钢结构自身的承载能力对于其稳定性设计有一定程度的影响，这些结构包括材料的截面特征等。在设计建模时为了对结构进行更加详细的研究，在设计时期对于数学模型等提出的假设和现有的技术水平很难在前期的计算中得到十分准确的反应，造成出现计算值和实际的承载力相差极大的现象。

（2）结构参数不精确

众所周知，参数十分常重要的，尤其是建筑材料方面，某些行业在进行工程建造时，凭借的是以往的经验或参照以前类似的工程的稳定性结构参数，对现存的建筑市场的实际情况掌握程度不够，缺乏科学的市场调研，因此，使用的结构参数难免与实际情况有出入，降低了工程的稳定性。

（3）稳定理论不完善。由于钢结构的稳定理论并不完善，但是很多设计师在进行钢结构稳定性设计的过程中，忽略了稳定性因素，所以就带来了一些无法确定的因素，影响钢结构的稳定性，这样就会引起结构上一些显著差异的出现。因此，钢结构的稳定性设计应该将随机参数考虑在内，并对干扰型屈曲等问题进行详细研究。

二、钢结构稳定性设计应该遵循的原则

由于钢结构稳定性设计存在很多缺陷，造成在建筑工程的实际施工中经常出现一些损失，影响施工的进行并威胁生命安全。以下是对钢结构稳定性设计中应该遵循的原则进行详细分析。

1、结合实际

钢结构需要进行计算的简图和实际钢结构的计算方式对应的简图一致。如果是一些特殊的框架设计，设计工作人员就需要根据实际的情况来进行稳定性计算，从而保证钢结构设计的稳定性。据我国相关文件表示，框架的稳定参数与杆件的设计和制定都来自于简化和假设。

2、设计与计算一致

钢结构的稳定性设计和钢结构的稳定性实际计算相吻合。确保钢结构的稳定性设计和钢结构的稳定性实际计算是设计人员在进行设计的时候最应该关注的问题。所以，在考虑钢结构的构造的时候，应该从不同的强度进行全面布局。

3、稳定性必须是整体的或者对应组成部分的稳定性

由于设计多数属于平面设计，为了保证平面设计体系的稳定性，就要在整体结构布局上下功夫，还需要注意到相互部件之间的关系。

三、钢结构设计稳定性现状分析

1、钢结构的强度和稳定之间的区别

钢结构的强度通常是指从结构上或者某个构件角度考虑，荷载引发的应力与建筑材料极限强度的关系，属于应力范畴。钢结构的稳定问题是找出外荷载和结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态，也就是通常意义上的并行开始并快速增加时的状态，进而可以研究如何避免该状态的出现，所考虑的是变形问题，而不是应力问题。

2、不够完善的预张拉力体系

钢结构施工前都预测对应的张拉力，只有科学的张拉力预测，才可以有效保障施工中材料的合理安排，科学地确定材料的位置。由于我国当前施工单位人员还没有形成相关理论体系，在施工中很难有这部分的科学理论保证。

3、钢结构的整体与局部之间不妥当

由于无论是从设计还是施工，当前的技术人员都缺乏科学的整体和局部观念，在设计与施工过程中，考虑都有疏漏，这在比较复杂的工程中，尤其是跨度大的建筑体施工时，都会影响工程的进度和工程质量。

4、钢结构的柱理论

针对网壳结构的稳定性，我们应该重点研究它的梁和柱，也就是梁-柱理论。但由于该理论目前不成熟，所以还需对轴力与弯矩等进行有针对性的切实研究。

5、我国钢结构体系的稳定性不确定因素较多

在钢结构建设项目施工中，会出现多种不确定的因素，由于这些不确定性，造成参数上的误差加大，使得结构偏离科学，发生变化。

四、对钢结构稳定性的方法的分析

通常情况下，分析钢结构稳定的问题，要根据结构在外荷载作用下存在变形的条件下进行。这一变形应该对应于研究的结构或构件失稳时出现的变形。结构变形与荷载两者之间的关系是非线性的，因此稳定计算应该采用二阶分析方法来对非线性的几何问题进行解决。在进行稳定计算的过程中确定的屈曲荷载或者极限荷载，都可以被看作是所计算的结构或构件的稳定承载力。

1、能量法。在求解稳定承载力的方法中，能量法是的一种近似的方法，它主要是指利用势能驻值原理和能量守恒原理对临界荷载进行求解。一是利用势能驻值原理对临界荷载进行求解。势能驻值原理的内涵是，结构受到外力作用时，当总势能有驻值即有微小位移而总势能不变时，结构处在平衡的状态；二是利用能量守恒原理对临界荷载进行求解。能量守恒原理的内涵是指，贮存在结构体系中的应变能，在保守体系处于平衡状态时，等于外力所做的功。

2、改变结构计算图形的加固方法

根据实际经验，目前，钢结构稳定性加固的设计方式可以从改变结构计算图形、调整荷载分布形式、加大结构截面以及连接强度等几个方面着手，以此来保证钢结构施工的稳定进行。

3、加固钢结构

由于钢结构的稳定性容易在实际的施工中出现问题，所以在设计期间应该提前对钢结构的稳定性进行加固。根据目前我国的实际情况，发现钢结构的稳定性设计应该从改变计算图形和加大连接强度等方面入手，保证施工的安全进行。

总之，随着社会的进步，工程建筑的结构越来越复杂，建筑形式也来也多样，就目前来看，钢结构建筑的应用已经十分广泛，钢结构与其它结构存在很大差别，其稳定性分析也面临着更大的难度，一旦钢结构稳定性分析出现偏差，将会为整个工程留下风险隐患，可见做好钢结构设计，做好钢结构稳定性分析十分必要。

参考文献：

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