基于钢结构设计中的稳定性问题分析与探讨

基于钢结构设计中的稳定性问题分析与探讨

作者：杨磊

来源：《房地产导刊》2014年第12期

【摘要】本文首先概述了钢结构的稳定性问题，然后提出了在钢结构稳定设计中应该明确的一些基本概念，最后对新型钢结构稳定性问题进行了深入的探索研究。在此提出了自己的一些观点和见解，可供同行参考。

【关键词】钢结构； 结构稳定； 结构设计 一、前言

近年来，我国建筑行业不断发展，建筑质量问题已经成为关系到人们生活舒适度和安全程度的重要问题。在现在的一些建筑施工过程中，由于施工的技术问题、材料选择问题以及管理水平不到位等问题导致建筑钢结构设计过程中不稳定，影响了建筑质量，此类问题函待解决。 二、钢结构稳定性的基本概念分析 1、稳定与强度的不同之处。

所谓强度问题，指的是在稳定平衡状态下的单个构件或者结构，施加外荷载而引发的最大应力时，是否突破了建筑材料的极限强度，从这个角度来讲，是一个应力问题。稳定问题则与之有着很大的区别，稳定问题的重点在于找出结构内部抵抗力与外部荷载间的不稳定平衡状态，主要包括变形开始急剧上升的状态，并使自身尽量避免进入该状态区域。由以上的分析可知，稳定问题属于变形问题。 2、钢结构失稳的类型。

第一类钢结构稳定问题也叫做平衡分岔的稳定问题，也被称为分支点失稳。例如，完善平板中面受压时的屈曲以及完善直杆轴心受压时的屈曲，都可以归入此类中。第二类钢结构稳定问题也叫做无平衡分岔的稳定问题，也被称为极值点失稳。例如，一些材料为建筑钢材的偏心受压构件，当其塑型发展到某种程度时，就会失去稳定的能力。跃越失稳：这种失稳类型明显不同于以上所提及的两种类型，跃越失稳既没有极值点，也不存在平衡分岔点，而是在稳定平衡丧失之后接着进入下一个稳定平衡状态。 三、影响钢结构的稳定性设计的因素

虽然钢结构体系在很多工程中得到了广泛的应用，但是要想取得进展，在钢结构稳定性设计这一方面还需要注意一些问题。

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1、在钢结构稳定性设计的研究中存在着多种不确定影响，像材料的力学性能、几何变形和初始变形。此外在确定与稳定性有关的几何量及物理量时，主要是根据以往的经验来分析，没有结合具体的情况进行细致的分析，这也是不确定性的影响。

2、钢结构稳定性设计中，需要注意整体稳定与局部稳定的关系，特别是一些大跨度的够结构。虽然根据以往的经验可以确定整体稳定与局部稳定之间的安全系数，但是没有结合具体的工程情况，来确定一个较为科学的安全系数，是不能够真实反映整体稳定与局部稳定两者之间关系的。

3、钢结构稳定性设计中的另一个重要体系就是预张拉结构体系，以往的预张拉结构体系的理论都不是很完善，没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构中的稳定性，在工程应用中依然采用的是先前的理论体系，因此需要建立一个完善科学的预张拉结构体系理论。 4、在钢结构稳定性设计中，梁与柱的稳定性设计也是一个重要环节，因为梁和柱是整个钢结构体系中最为基础的部分，如果梁和柱的稳定性没有保障，更不用谈整个钢结构的稳定性，因此需要注意梁和柱的稳定性和了解两者之间的力学效应。 四、钢结构设计的主要原则

根据笔者多年的工作经验，保证钢结构在设计中的稳定主要包括三方面的原则。 1、钢结构布置时，应考虑各个环节的稳定性要求

目前的结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。为了令这些平面结构不致出现平面失稳，需要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致。 2、结构计算简图和实用计算方法相一致

目前在设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定性分折，而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件 GB 50017-2003 规范对单层或多层框架给出的计算长度系数采用了五条基本假定，其中包括“框架中所有柱子是同时丧失稳定的，即各柱同时达到其临界荷载”

3、细部构造和构件的稳定计算方法相符合

结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强

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度的要求或特殊考虑。例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。

五、钢结构加固方法

钢结构加固的主要方法有：减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时，亦可采用其它加固方法。

1、改变结构计算图形。改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件，增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法：（1）对结构可采用下列增加结构或构件的刚度的方法进行加固：（2）增加支撑形成空间结构并按空间结构验算；加设支撑增加结构刚度，或者调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构动力特性；（3）增设支撑或辅助杆件使结构的长细比减少以提高其稳定性；（4）在排架结构中重点加强某一列柱的刚度，使之承受大部分水平力，以减轻其它柱列负荷；（5）在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。 2、对受弯杆件可采用下列改变其截面内力的方法进行加固。（1）改变荷载的分布，例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载；（2）改变端部支承情况，例如变铰接为刚结；（3）增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构；（4）调整连续结构的支座位置；（5）将结构变为撑杆式结构；（6）施加预应力。

3、对桁架可采取下列改变其杆件内力的方法进行加固。（1）增设撑杆变桁架为撑杆式结构；（2）加设预应力拉杆。

4、加大构件截面的加固。采用加大截面加固钢构件时，所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。

5、连接的加固与加固件的连接。钢结构连接方法，即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择，应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件，并考虑结构原有的连接方法确定。钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接，有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时，应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。 六、结束语

笔者在本文中结合自己的多年工作经验，对钢结构稳定性强度和稳定度的区别进行了分析，对失稳的类型进行了说明，并且探讨了钢结构稳定性设计的原则要点，对如何加固提出了笔者自己的看法，希望笔者在本文中的研究可以应用到今后的建筑施工中去。

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参考文献

[1] 龚海龙，侯舒兰. 钢结构稳定性设计的研究与分析[J]. 科技传播. 2010（13） [2] 郑玉峰. 钢结构稳定性设计探析[J]. 科技资讯. 2011（08）

[3] 张涛，任前进. 浅谈钢结构稳定性设计[J]. 中小企业管理与科技（上旬刊）. 2011（05） [4] 龚海龙，侯舒兰. 钢结构稳定性设计的研究与分析[J]. 科技传播. 2010（13） [5] 郭志先. 浅谈钢结构设计步骤及思路与砖混结构设计[J]. 科技创新导报. 2013（13）