关于钢结构稳定性设计探究

【摘要】文章以钢结构稳定性研究中存在的问题为论述对象，在此背景下重点探讨如何通过设计来加强钢结构的稳定性。分别从设计原则以及结构加固方法等方面进行，在设计工作开展过程中应用这些方法，能够帮助提升工程使用安全，优化受力形式还可以起到节省材料的作用。

【关键词】钢结构；结构稳定性；稳定性提升

一、钢结构稳定性研究中存在的问题

梁一柱单元理论对钢结构稳定性的研究有着奠定作用，也是目前应用最广泛的研究体系。钢结构稳定性与受力形式有着必然联系，结构设计阶段通过改变钢材料之间的搭建角度来实现优化承载，但对其稳定性的研究却很难做出突破，原因在于判断单一钢筋材料的承载性能很容易，对于互动效应的受力形式却很难做出正确计算。尤其是在结构跨度大的钢筋框架中，研究结构稳定性时需要理清复杂的承载关系。

在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题，目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数，未反映整体稳定与局部稳定的关联性。预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善，目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性。

钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响，目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围，而在实际工程中，由于结构参数的不确定性。会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲，跳跃型失稳问题的研究。

从上面可以看出，我们的钢结构稳定理论还是不够完善，我们在设计中一般都是把钢结构看成是完善的结构体系，针对上述问题，我们可以看出在设计中我们没有考虑一些随机因素的影响。但是我们在考虑这些因素之前，应该弄清楚这些随机因素的来源，一般情况下把影响钢结构稳定性随机因素分为三类：物理，几何不确定性：如材料（弹性模量，屈服应力，泊松比等）、杆件尺寸、截面积、残余应力，初始变形等；统计的不确定性：在统计与稳定性有关的物理量和几何量时，总是根据有限样本来选择概率密度分布函数，因此带来一定的经验性。模犁的不确定性：为了对结构进行分析，所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的种种因素，所导致的理论值与实际承载力的差异，都归结为模型的不确定性。

二、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

建筑物中的钢结构设计借助平面设计软件来完成，技术人员对其稳定性的分析与判断也是从平面阶段进行的。先优化钢筋材料的分布，在承载重力前自身结构要维持稳定，达到一个受力均衡的状态，这样才可以开展受力模拟。对钢筋框架结构的不同角度施加重力，从模拟软件中观察受力过程中是否偏差，并判断结构承载能力相对薄弱的部分，用来开展加固处理。钢结构安全事故的引发原因多数都是因平面设计没有达到平衡状态，由平面衍生的立体结构在使用中并不能维持稳定，整体结构中一旦出现承载力下降的部位便会引发坍塌事故。

2、结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致

对结构承载性能的计算要与工程真实情况保持一致，设计工作是分阶段进行的，将钢结构分为若干部分，依次对其稳定性进行计算、设计。利用计算对比来完成设计工作时要考虑选用方法的一致性，一旦计算方式中产生差异，会导致结构真实参数与额定情况存在差异。钢结构的设计形式种类繁多，根据工程使用需求开展的结构设计在承载性能上必然是相同的，因此在计算过程中可以选择经典的形式来进行，这样能够帮工作人员减轻任务量。

3、设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合

为节省钢结构设计所用时间，通常是以先整体后细节的形式来进行，以此来达到工程对稳定性的需求。整体平面结构承载能力的计算要与细节保持一致，尤其是在钢材料的连接点处，如果选择焊接形来连接，要重新检测焊接接头处的强度是否大于等于钢结构等级。稳定性研究需要严谨的分析计算流程，各构建在组成整体结构前的强度需要计算并整理在报表中，这样可以方便后续分析工作顺利开展，对细节部分进行调整时也拥有科学依据。

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，同时允许粱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、钢结构稳定设计特点

失稳和整体刚度：现行规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法；稳定性整体分析：杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体。稳定分析必须从整体着眼，稳定计算的其它特点：在弹性稳定计算中，除了需要考虑结构的整体性外，还有一些其他特点需要引起重视，首先要做的就是二阶分析，这种分析对柔性构件尤为重要，这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响，其次，普遍用于应力问题的迭加原理。

三、钢结构加固方法

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，改变结构计算图形的一般加固方法：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：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，C.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。D.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，E.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、受弯杆件加固方法

对受弯杆件可采用下列改变其截面内力的方法进行加固。A.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，B.改变端部支承情况。例如变铰接为刚结，C.增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构，D.调整连续结构的支座位置，E.将结构变为撑杆式结构；F.施加预应力。

3、桁架加固方法

对桁架可采取下列改变其杆件内力的方法进行加固，A.增设撑杆变桁架为撑杆式结构，B.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检连接方法的选择，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。

小结：虽然钢结构在建筑领域的应用有着很好的前景，但是在设计过程中应加强其整体稳定性与安全性，要特别的注意。本文主要对钢结构所在建筑工程的应用中存在的问题进行了分析，同时阐述了钢结构的稳定设计一些具体的思路，以期能够为相关的从业人员工作中提供可借鉴的思路。

参考文献：

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