钢结构稳定设计浅析

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【摘要】与混凝土结构相比较，钢结构的优点有重量轻，强度高，工业化程度高，正处于推动建设阶段。笔者则通过钢结构稳定性概念的设计，分析其原理和方法的总结。与工程设计实践相结合，和大家来探讨一下钢结构稳定性的设计经验。【关键词】钢结构稳定；钢结构失稳；稳定设计；钢结构设计[Abstract] Compared with concrete structure, the advantages of steel structure has the advantages of light weight, high strength, high degree of industrialization, it is to promote the construction of phase. The author discusses its principle and methods through the stability of steel structure concept design,

[Keyword] steel structure; steel structure stability design of steel structure design; stability

中图分类号：TU391文献标识码：文章编号:

一、有关钢结构的稳定设计简要介绍

1）钢结构的稳定性和强度

一般探讨的问题有关钢强度的应力范围，最主要的就是指结构部件，以其平衡稳定的状态，由负载引起的应力最大值不能大于建筑材料的极限强度。钢材料根据其独有的特性，是其最终强度关键的决定因素。

强度和稳定性不同的问题，主要指的是内部结构的外部负载电阻之间的平衡状态并不稳定，变形的状态开始快速增长，试图避免该状态产生，因此可以说，这个问题是一个变形。

2）钢结构失稳现象

（1）在平面上的受弯构件，其梁的最大弯曲刚度达到钢的屈服强度，据之前的情况影响，它可能会发生水平位移损害，这种梁的损害一般被叫做整体失稳。

（2）组合梁的受弯构件极大多数是采用高薄的梁腹板来使截面的底抗矩与惯性矩增加，但也有更多的选择薄而宽的翼缘，以提高系统的稳定性，例如由于钢板太薄，翼缘厚度比或梁腹板高厚比在一定程度上，其受压翼缘或是腹板没有满足极限强度屈曲呈波浪状发生时，局部的稳定性会流失。这是早期损伤钢结构的因子。

（3）分力部分塑料部件的发展在一定程度上被突然粉碎，受弯构件稳定突然损失。要充分考虑稳定性在平面外和稳定性在平面内的受弯构件的计算。结构不稳定的问题是非常重要的，专为轴向压缩设计，事实上，也总是会不可避免的出现一点弯曲载荷作用。所以，我们对于这种构件的性能要充分的掌握，有必要了解它的缺陷所造成的影响，其余等部件也有一定的影响。

二、钢结构失稳现象的分类

钢结构的稳定性主要是指外部负载，全钢结构失稳现象或屈曲的作用。其类型主要有三点，分别为平衡分岔失稳，跃越失稳以及极值点失稳。清晰合理的将钢结构的失稳类型区分开来，可以对其承载能力或结构构件的稳定性进行更好地评估。

“平衡分岔失稳”现象：屈曲完美的轴向压缩负载的端部部件没有达到一定限度时，可保持一种稳定的平衡状态直路，构造承受的应力部分沿建筑物的轴线，是均匀的，只有一个对应的压缩，当积聚的压力构建部分达到限制时，会突然弯曲，造成平衡轴向加载到相邻频段弯曲的原始形态，形成分岔不稳定的平衡的形式，这是一种新的平衡，即为“平衡分岔失稳”。其中，当负载逐渐增加时，原来的结构形式的平衡被破坏，原有的平衡与新形成的的平衡形式有本质区别，从一个不稳定的平衡进入到稳定平衡的形式的出现，已经完全改变了其稳定性。无缺陷的轴心受压构件和无缺陷的平面压缩板都属于平衡分岔屈曲失稳，同时，理想的圆柱壳等受弯构件加压的不稳定现象，也都属于这类问题。

2)“极值点失稳”：极值点的不稳定性是由建筑钢材偏心部件，是塑料在一定程度上稳定的能力的丧失，屈曲发生时的负荷值是实际构件的极限荷载，这样的平衡状态是渐进的，本质不同于平衡分岔失稳。

3）“跃越失稳”现象：不稳定平衡分岔点不存在，同时也没有极端点的不稳定发生，然后跳转到另一个稳定的平衡状态。

钢结构的三个设计原则

为了确保稳定钢构件更好的设计且不失稳，要注意遵循下列三项原则。

1）结构的总体布局，必须以整个系统的一个不可分割的一部分和稳定性的要求多数是在按照与平面结构设计系统做考虑，如桁架和框架都是真实的。确保这些平面结构没有一个平面上的不稳定的情况下，有必要解决从该结构的总体布局，这是必要的，设计的支撑构件。这意味着，一台平面结构元件和结构的稳定性的计算必须是一致的布局。

2）结构计算简图和实用计算方法是根据在图上是一致的，这是一个稳定的框架结构，在计算中也是非常重要的。在该方法中，计算时所用的稳定的帧列的列长度的因素，因为框架的整体稳定性分析，以使相当于帧稳定性计算柱的稳定性计算应绘制。

3）组件的稳定性计算和详细结构设计结构需要互相配合，所以两者之间存在一致性。结构设计和结构计算一致，需要传递力矩和不通过的节点连接，应分别具有足够的弹性和刚性。然而，当涉及到稳定的结构强度的要求往往是不同的，要进行特殊的考虑。例如，简支梁的抗弯强度运行，不移动的铰链轴承的要求仅仅是为了防止位移，同时允许在平面内旋转。然而，在处理上述要求的光束的整体稳定性是不够的。支持需要阻挡光束的纵向轴线转动，同时允许在水平平面内的梁与梁的自由端，以满足边界条件而采取的横截面的翘曲稳定性分析的旋转。四、有关钢结构稳定设计特点经验

不稳定和它的规范的整体稳定支柱轴的整体刚度是临界压力计算方法是折减系数法和压力求解法。整个杆件可以保持稳定会涉及到结构的整体稳定性。必须着眼于整体稳定性分析。其他功能还包括稳定性计算的弹性稳定性计算，需要考虑另外的结构完整性，还需要注意一些其他的功能，第一件事要做的就是二阶分析，这是特别重要的，灵活的组件，因为大量的变形柔性构件产生的力的结构的影响不能被忽略，第二件事就是叠加在弹性稳定计算应力问题的一般原则，不能应用于其中。

1）到现在为止，梁，柱等构件理论上已成为研究的主要工具，但梁的结构稳定性的研究。其元素不保证真实反映应力状态的网壳结构，所以如何反映弯矩耦合壳结构和轴向力的稳定性是其主要的设计问题。

2）结构分析的随机影响问题的处理在很大程度上制约着结构参数，随机加载输入范围的格局，而在实际的项目中，因为这样的材料（屈服应力，泊松比，弹性模量等），横截面面积，杆尺寸，初始变形，残余应力等不能确定，都将导致的结构响应的明显差异。因此，我们应该专注于随机参数的结构被认为是干扰型屈曲，跳跃式失稳，极值失稳等问题来进行深入研究。

3）钢的稳定性和其物理量等有关的统计数据，一般是以有限的样本概率密度函数为根据的，选择主要限制的设计所造成的稳定性的基础上的数据，统计信息是不够准确的。因此，在统计的时候，要与实践经验相结合依照相关规范来对统计信息的准确性进行确定。

4）弯曲板钢构件局部稳定在两个方面：首先，屈曲承载力极限状态，并通过限制钢板的宽厚比，使整体部件故障不前屈曲;其次，允许构件整体屈曲，并利用其屈曲后强度，有效截面确定后局部屈曲载荷能力的组成件。对于屈曲后的强度不考虑局部稳定，可以设置水平或垂直方向上的梁加劲肋局部稳定梁来解决问题。

五、结论

现如今，也存在比较多的因钢结构失稳导致工程事故的案例，例如在美国哈特福特城的平面110m×92m体育馆的网架结构，于1978年突然坠落地面，主要就是因为压杆屈曲失稳;在1988年，曾经发生在我国的18.0m×13.2m钢网架塌落在施工过程中的事故也是因腹杆稳定不足造成的；这些案例告诉我们，钢结构失稳破坏主要是因为其不合理的结构设计，要想避免这类问题，就要狠抓钢结构稳定性设计。 在钢结构工程中，稳定性内容需要被重点考虑，设计者可以通过相关计算确定其容量，如果技术上处理不当，可能会导致对钢结构的出现不稳定，甚至折叠。因此，设计者应该注意对影响钢的稳定性因素进行分析，特别是当有组件缺陷，残余应力及其他不明朗因素时，设计者要小心处理。将强度钢的稳定性问题区分开来。在设计实践过程中，设计师更应该注意结构构件在设计过程中的稳定性，要尽可能避免由于构件的不稳定而发生不必要的损失。总体而言，只有在对这些问题进行深入理解后，钢结构设计才会更加合理，使其稳定性不断提高。

参考文献

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