异型钢结构稳定性分析

2021-05-13刘行

建材与装饰 2021年13期

刘行

（长沙怡境景观设计有限公司，湖南长沙 410000）

0 引言

异型钢结构在建筑领域应用广泛，因为它具有很强的抗震性，并且自身质量轻。但是钢结构存在很多关于稳定性的问题，如果不及时处理，不仅会损失巨大的资金，而且可能造成人员伤亡。所以我国不断加强对钢结构稳定性建设的关注，加大科学技术的投入，不断提高技术水平，专业技术人员在进行钢结构稳定性设计时，要求综合考虑各部位可能导致失稳的原因，并及时采取措施。进行修改完善，保障工程的顺利进行。异型钢结构中，它的稳定性能是至关重要的，它影响着整个建筑工程的稳定性。随着现代建筑结构体系越来越复杂，结构整体稳定性也变得更加突出，做好异型钢结构的稳定性是至关重要的，它关乎着人民的安全和社会建设的发展趋势。同时随着科研水平的不断提升，为异型结构的稳定性提供保障。

1 异型钢结构稳定性验算

稳定性是钢结构中的一个重要问题，在各种不同类型的钢结构中都会存在稳定性问题，如果稳定性问题处理不当，就会造成严重的损失，异型钢结构的稳定性问题是钢结构设计中急待解决的主要问题，如果异型钢结构的稳定性问题不及时处理，出现异型钢结构的失稳情况，不但对建设工程经济造成严重的损失，而且会造成建筑人员的意外伤害。对异型钢结构进行稳定性验算有利于保障整体结构中各个部件的稳定性，保障工程建设的安全性。

整体稳定性实质是结构处于稳定状态，由于受到一个很小的力，使整体结构发生变形，使整体不稳定，整体结构重心发生偏移，产生很大的弯矩，最终造成整体结构倒塌，丧失承重能力。局部稳定性实质指两结构间的截面尺寸很大，厚度相对较薄，由于板件偏离原来的平衡位置造成结构波状弯曲，使构件发生整体性失稳；此外由于部分部件因局部弯曲而退出受力，使其他板件受力增加，也可能造成截面不对称，最终造成构件等丧失承重能力，使整体结构坍塌。整体稳定性和局部稳定性二者都关乎整个工程的稳定性，二者出现的问题都要引起重视，并及时提出完善方案，为将要进行的建设工作提供便利。异型钢结构景观廊架如图1 所示。

图1 异型钢结构景观廊架

2 异型钢结构稳定性的影响因素

2.1 构件承重强度的影响

异型钢结构的稳定性能可能受到构件承重强度的影响，而且截面特征等因素也是造成异型钢结构不稳定的原因。另一方面来说，异型钢结构的抗弯曲性能和支持性能对异型钢结构本身也存在一些制约性，因此，设计建模时要对结构进行充分的研究，综合考虑各种因素的影响，如概念设计、假定、边界条件、技术水平等对其的影响，另外，现实承重能力和数据的理论值之间的差距也会影响异型钢结构稳定性能，所以，设计人员必须严谨地设计建模，综合考虑各项影响因素，避免发生建筑失稳现象。

2.2 稳定性设计理论的影响

在日常的工作设计中，稳定性理论也并不是完美无暇的，设计人员按照设计方案进行设计，但很多的突发因素没有参考进去，因此也会影响异型钢结构的稳定性。在现实生活的工程建设过程中，受到钢结构数据的不确定性，可能会导致现实与计算上存在差别，因此，应根据现实工程需要，专注于随机参数下扰动屈曲、极值屈曲和跳跃屈曲的研究与分析，从而对钢结构进行严谨的设计。如何体现弯矩和轴力的联合作用是异型钢结构稳定设计中最大的问题。在大跨结构设计中，设计者往往选择一个相对稳定的安全系数，其缺点是无法看到结构对自身的真实受力状态。因此，结构体系的稳定设计理论还不是很完善，局部稳定和整体稳定性值得我们研究。

只有不断加强科技研发，提高异型钢结构稳定性水平，并结合稳定性理论，参考现实工程需要，才能建设出更完美的工程。

3 加强异型钢稳定性的策略

3.1 稳定及失稳的含义

稳定性计算是根据建筑物结构变形后的几何形状和位置进行分析的。稳定性主要是通过寻找结构的内力与外荷载之间的不稳定的平衡状态，就是当结构发生变形且迅速增加，需要避免的状态。因此，这是一个变形问题。

失稳也被称为屈曲，也是一个过程，与构件刚度有关，是指在承载力极限状态内，钢结构失去整体的稳定性，如果出现失稳问题，对结构受压区域没有处理好，异型钢结构就会出现整体失稳现象，整体的失稳会造成建筑结构的整体坍塌，在此之前的微小结构变形是不易发现的，所以在建设过程中要严谨观察，注重建筑的微小变形，避免因小失大，造成更严重的后果。异型钢结构工程如图2 所示。

图2 异型钢结构工程

3.2 研究异型钢结构稳定性的方法

3.2.1 平衡法

平衡法，也叫静力平衡法或中性平衡法。根据异型钢结构微变形后的受力情况，建立平衡微分方程，是求解结构稳定极限荷载的最基本方法。建立平衡微分方程需要满足以下五个基本假设：构件为截面等长的直杆、压力始终沿构件的原轴线作用、材料遵循胡克定律、构件满足平截面的假设、构件的弯曲变形较小。因此，在大多数情况下，平衡法更常用。

3.2.2 动力法

动力法是利用微小的干扰使结构系统处于平衡状态振动的方法。此时结构的变形和振动加速度与已经作用在结构上的荷载有关。当荷载小于稳定极限荷载值时，加速度方向与变形方向相反。如果干扰被消除，运动就趋向于静止。此时，结构处于稳定的平衡状态。但当荷载大于稳定极限荷载值时，加速度方向与变形方向一致。在这种情况下，即使去除干涉，运动仍然是发散的，结构的平衡状态是不稳定的。

3.2.3 能量法

它是求解承载力稳定性的一种近似方法，即利用能量守恒原理和势能垂向值原理求解临界荷载。根据变形理论分析，能量法只能算出屈曲荷载的近似解。但是，如果能提前知道屈曲后的变形形式，则可以方便地得到精确的解。此外，总势能垂向值原理可用于求解失稳载荷，最小总势能原理可用于分析失稳后的平衡稳定性。

3.3 加强异型钢结构稳定性施工的措施

3.3.1 保证各部件的稳定性能

异型钢结构的稳定性其各部件构造的稳定性也很重要，只有保证每个部件的稳定性能，才能为整个钢结构的稳定性做好保障，比如在梁端做法上，要严格要求梁端的细部构造不能发生扭转，如果梁端支座不能有效的阻止扭转，则梁端结构的稳定性将大大降低。不同形状的截面内不同的板件分担的力也不一样，要正确恰当地选择钢结构的截面类型，均匀分散受力，避免出现失稳现象，对于H 形和工字形截面，腹板上的残余应力不如翼缘上的残余应力重要。设计人员应注意翼缘内残余应力的分布特征和数值。

3.3.2 严格规范施工要求

要严格遵守施工标准，避免各个部件的失稳现象，通过结合现实工程的细节要求，根据实际情况设计必要部件安装环节，为此可以更好的保障整体结构的稳定性，在进行平面结构设计时，平面稳定的计算必须和结构布置保持一致，通过严谨的操作可以使异型钢结构更加稳定，项目工程更坚固耐用。

3.3.3 提高施工人员的技能素质

异型钢结构的施工具有一定的特殊性，因而，施工人员要具备更高水平的技术，也要有更高的素质要求。在异型钢结构的施工过程中，不断提高施工人员的素质，有利于保障工程建设的质量水平，同时也要加强各种施工器械的使用培训，提高工作效率，不断加强对异型钢结构的施工管理和管控，提高整体工程的质量。当今，我国大部分的钢结构是基于平面体系设计的，对于技术人员的要求就要根据结构整体布局设计，保障平面结构的稳定性。