钢结构稳定设计的探讨

摘要：稳定性是钢结构的一个突出问题。目前，钢结构中出现过的失稳事故都是由于设计者的经验不足，对结构及构件的稳定性能不够清楚，对如何保证结构稳定缺少明确概念。本文对在设计中应该明确在钢结构稳定设计中的一些基本概念以及新型钢结构穗定性研究应该了解的一些问题和如何解决这些问题进行了探讨。

关键词：钢结构 强度 稳定性 失稳分析

1、钢结构稳定设计的基本概念

（1）强度。强度问题是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起地最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度。因此，它是一个应力问题。极限强度的取值取决于材料的特性，对混凝土等脆性材料，可取它的最大强度，对钢材则常取它的屈服点。

（2）稳定。稳定问题则与强度问题不同，它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，从而设法避免进入该状态。因此，它是一个变形间题。如轴压柱，由于失稳，侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩，因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。显然，轴压强度不是柱子破坏的主要原因。

2、钢结构失稳的分类

（1）第一类稳定问题或者具有平衡分岔的稳定问题(也叫分支点失稳)。完善直杆轴心受压时的屈曲和完善平板中间受压时的屈曲都属于这一类。

(2)第二类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题(也叫极值点失稳)。由建筑钢材做成的偏心受

压构件，在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力，属于这一类。

(3)跃越失稳是一种不同于以上两种类型，它既无平衡分岔点，又无极值点，是在丧失稳定

平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。

区分结构失稳类型的性质十分重要，这样才有可能正确估量结构的稳定承载力。随着稳定问题研究的逐步深入，上述分类看起来已经不够了。设计为轴心受压的构件，实际上总不免有一点初弯曲，荷载的作用点也难免有偏心。

因此，我们要真正掌握这种构件的性能，就必须了解缺陷对它的影响，其他构件也都有个缺陷影响问题。另一方面就是深人对构件屈曲后性能的研究。

3、钢结构设计的原则

根据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则，以更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定。

（1）结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求。目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如析架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，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。就如上述的1988年加拿大一停车场的屋盖结构塌落，1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落，这两次事故都和没有设置适当的支撑而造成出平面失稳。由平面析架组成的塔架，基于同样原因，需要注意杆件的稳定和横隔设置之间的关系。

（2）结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算十分重要。

目前任设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定分析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，自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。GBJ17-88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”。按照这条假定，框架各柱的稳定参数杆件稳定计算的常用方法，‘往往是依据一定的简化假设或者典型情况得出的，设计者必须确知所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。在实际工程中，框架计算简图和实用方法所依据的简图不一致的情况还可举出以下两种，即附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架。这两种情况若按规范的系数计算，都会导致不安全的后果。所以所用的计算方法与前提假设和具体计算对象应该相一致。

(3)设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。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，应分别赋予它足够的刚度和柔度，对析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。

4结语

钢结构稳定间题区别于强度问题。在实际设计中，设计人员应该明确知道结构构件的稳定性能，以免在设计过程中发生不必要的失稳损失。针对上述问题，本文提出了在设计过程中设计人员应该明确的一些基本概念;其次，随着新型结构的出现，设计人员对其性能认识的不足，从而导致构件的失稳，本文就这个问题阐述了新型结构现存的一些间题，并且针对一些问题论述了产生的原因。

总之，只有深入了解这些问题，才会使得钢结构稳定理论设计不断地完善。