浅谈钢结构构件的稳定性

摘要：针对钢结构构件的稳定性问题，阐述了有关钢结构的基本概念，分析了影响钢结构稳定性的相关因素，并简述了钢结构稳定性设计的原则和特点，并对稳定性设计中的前沿问题进行了归纳总结。

关键词：钢结构, 稳定性

Abstract: aiming at the problems of the stability of the steel structure components, this paper expounds the basic concept of the steel structure, and analyzes the impact of steel structure stability of related factors, and describes the principle of design of stability steel structure and features, and stability in the design of a frontier has summarized.

Keywords: steel structure and stability

中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：

钢结构构件与传统的砖砌或混凝土结构相比，具有抗震度高，节省空间，工程成本低廉等优势。高强度钢材的研发生产，设计施工技术的进步以及计算机辅助设计的成熟为钢结构体系的发展和广发应用提供了充足的条件。在钢结构构件迅猛发展的过程中，其稳定性问题逐凸显，本文就此阐释了一些相关的基本概念，并对钢结构构件稳定性的问题作了具体的分析。

一、钢结构构件稳定性的相关概念

1. 稳定性问题的概念和分类

稳定性问题是指钢结构在受到外界扰动的情况下能否恢复到初始状态的性能，而与之相对应的，失衡就是钢结构从初始的平衡状态移动至另外一个平衡位置，无法恢复到原始的状态。失衡的类型主要分为三种：第一种是分支点失稳，一般情况下，窄梁，圆环等都容易发生这种失稳；第二种是极值点失稳，钢结构的偏心受压构丧失稳定性属于这种失稳，这种失稳现象在现实中极为普遍，在实际操作中，常常把它作为第一种失稳状况来处理；第三种失稳情况成为跃越失稳，与上述两种失稳情形不同，它是在初始的平衡状态被破坏之后直接进入到下一种平衡状态。

区分钢结构构件失稳的类型性质具有重要的意义，因为这样才能采用正确的方法估算出结构整体的稳定承载力。在设计上为轴心受压的钢结构构件，在实际使用中无法做到完全避免弯曲和变形，因此承载压力的作用点也会变为偏心，要掌握钢结构构件的特性，必须对构件发生屈曲和受压后的性能做出全面分析和研究。

2. 影响钢结构构件稳定性的因素

钢结构构件的稳定性可以分为结构本身的稳定性能和结构整体的稳定性能，因此对钢结构构件稳定性产生影响的因素主要包括结构自身的因素、结构系统的因素和外界影响造成的一些随机因素也会对钢结构构件产生作用。具体来说，可以分为以下几个方面：

（1）构件自身因素：这部分主要包括构件的承载强度，构件材料的应力和屈曲性能，构件的截面特征等； ，

（2）构件整体因素：主要包含结构整体的支撑性能和抗扭力屈曲的性能，比如钢柱的柱间支撑；

（3）随机因素：包括在设计建模时未被考虑在内的误差和偏误都有可能在实际使用中对钢结构构件的稳定性造成影响。

二、钢结构构件稳定性设计的原则和特点

1. 钢结构构件稳定性设计的原则

根据实际设计制造中钢结构构件存在的稳定性问题，可以总结出一下三条原则，更好地遵循这些原则可以增强钢结构构件的稳定性能。

（1）必须同时考虑整体及各组成部分的稳定性要求。

从目前的钢结构构件设计制造情况来看，大部分的设计都是从平面体系来进行的，例如桁架和框架的设计就属于这种情况。为了确保这些平面结构不散失其稳定性，就需要从结构整体来进行考虑解决方案，也就是要设计必要的支撑构件，要满足这一点，就要求实现平面结构构件的平面稳定计算必须和结构布置的一致，且需要注意横隔设置和杠杆稳定等相关细节。

（2）结构计算简图和使用方法所依据的简图相一致

目前实际设计操作过程中，在设计单层或多层框架结构时，经常为了节省成本不做框架稳定性分析，而采用框架柱的稳定性计算来取代。这就容易产生下列问题，在采用这种方法时，框架柱稳定性计算的参数应该由框架整体的稳定性分析来得出，而实际操作中为了简化计算往往会设定典型数值，也就是说通常情况下只会考虑典型情况，而忽略了实际中钢结构构件的多样性，这样会导致计算出现偏误，造成钢结构构件的失稳。

（3）结构细部构造设计和稳定性计算相一致

在钢结构构件的设计制造中，结构计算和结构设计一致性的问题一直是广受关注的问题，为了实现这一目标，必须赋予传递弯矩和不传递弯矩的节点相应的刚度和柔度，而针对桁架节点的结构特性尽量减少其杠杆偏心。在涉及到稳定性能时，对于钢结构构造经常有不容的强度要求和特殊考虑。

2. 钢结构构件稳定性设计的特点

（1）整体刚度和失稳效应：在现行的轴心压杆稳定相计算方法主要是通过临界压力求解和这件系数这两种方法

（2）稳定性分析的整体性：钢结构构件的稳定性分析和计算必须从整体考量，因为杆件能够保持稳定性是结构整体的性能和承载力决定的。

（3）稳定性计算的二阶分析：在计算钢结构构件的稳定性过程中，除了需要整体考虑结构的屈曲性能和强度等指标，还有一些特性需要重点加以分析，首当其冲的就是二阶分析。钢结构设计规范中涉及一阶弹性分析法和二阶弹性分析法，对于构件稳定性涉及到到结构和位移对结构内力产生的影响，称之为二阶效应。采用二阶分析发，可以针对大变形、大挠度的钢结构进行较为系统准确的分析计算。

（4）稳定性分析不需要对钢结构够构件的超静定性能进行分析，因为稳定分析只是针对位移进行的计算。

三、钢结构构件稳定性设计中的前沿问题

近年来，对于钢结构的基本构建的理论实践研究以日臻成熟，基本数值分析的稳定性分析也进行的很充分了，但是，新型钢结构构件的发展也导致了稳定性设计中的一些问题：

预张拉结构是目前在钢结构设计生产中越来越广泛采用的一种结构体系，但这种体系在理论研究领域大大滞后于实际发展的需要，目前，还没有成熟完备的理论体系能够分析解释预张拉结构体系的稳定性。

网壳结构也是在钢结构构件制造领域常常采用的一种结构体系，但由于其自身的结构特性使其结构敏感度较高，因此在地震风暴等自然环境下的稳定性设计需要稳定理论和振动理论的支撑，因此尚缺乏有效的研究成果。

大跨度网架拱形结构属于钢结构中的大跨度结构，非线性有限元理论对于这一结构的稳定性研究提供了一定的解释，但总体上来说关于其稳定性设计的研究还十分缺乏。

斜拉空间网格是一种新型的钢结构设计体系，目前对于这方面的研究尚处于空白阶段。

以上都是钢结构构件稳定性设计中存在的前沿问题，我们只有不断完善相关基础理论研究，加强对影响钢结构稳定性设计的随机因素加强检测和控制，才能从根本上使得钢结构的稳定性问题得到根本解决。

参考文献

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