钢结构的稳定性设计研究

王健

【摘要】随着我国国民经济的不断进步，人们对于住宅建设的要求也随之提高，并促进了建筑施工技术水平的提升，不断满足建筑安全与舒适的需要。现阶段，由于具有较高稳定性与抗震度等特点，钢结构在建筑施工中得到了越来越广泛的应用，不仅可以进一步的节省空间，还将给整个工程降低成本。因此，高强度钢材的研发生产已经成为目前亟待探讨和解决的课题，钢结构稳定性设计也成为建筑施工技术进步的重要因素之一。本文根据我国建筑施工钢结构应用的基本状况对钢结构稳定性设计进行研究，分析影响钢结构稳定性的相关因素，针对存在的问题提出解决策略，以供参考。

【关键词】钢结构；稳定性；结构设计；相关因素

1.钢结构稳定性设计中存在的问题

钢结构稳定性问题是指在受到外界扰动的情况下能否恢复到初始状态的性能，在钢结构的使用中，其稳定性会受到其本身或者外界各方面因素的影响，具有一定的随机性，因此，对于钢结构稳定性设计不仅仅要考虑到自身影响因素，还要顾及到外界影响造成的不良后果，才能从根本上阻止各种隐患的发生。

首先，钢结构稳定性受到其构件承载强度的影响，其中也包括构件材料的应力、截面特征等，都对钢结构稳定性产生影响。整体结构的支撑力与抗扭力性能也十分重要，包括在设计建模设计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出现的差异,都是影响钢结构稳定性的重要因素，这些在稳定性设计时都是必须考虑的。

其次，目前钢结构稳定性设计中存在的问题是大跨度结构设计中如何反映轴力和弯矩的耦合效应。一般情况下，大跨度结构设计中取一个稳定安全系数，不一定能真实的反应网壳结构的受力状态，因此，预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善的状况下，整体与局部的稳定性之间的相互作用关系也是值得研究的问题。

另外，对于钢结构来说其稳定理论也不是十分完善，而通常人们在设计中时却是从完善的角度思考，很多随即因素并没有考虑进去，就去对其稳定性造成严重的影响。在实际工程施工中，因为大部分局限于结构参数的不确定性，就会引起结构响应的显著差异，所以，钢结构稳定性设计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。才能确保钢结构应用顺利进行。

以上都是钢结构构件稳定性设计中存在的问题，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。

2.钢结构稳定性设计原则和特点

2.1钢结构稳定性设计的原则

首先，一般情况下保证平面结构不出现失稳现象，需要从钢结构整体的布置着手，因此，在设计时就要考虑必要的支撑构件，满足整个体系以及构件局部稳定性的要求。同时，在计算平面结构的稳定也必须和结构布置保持一致，由平面桁架组成的塔架，需要注意杆件的稳定和横隔设置之间的关系。

其次，在设计时结构计算简图和实际计算方式所依据的简图必须保持一致。很多时候为了节约成本，在设计单层或多层框架的结构时，忽略了其稳定性的分析，而采用计算的方式代替分析过程。稳定性计算费方式只能从一定的程度上特定因素，计算出的数值并不是全部参数而是典型数值，这就从根本上忽视了钢结构稳定性多样化因素的发生，再加上计算会出现部分误差，就会造成钢结构失稳的状况。因此，在此基础上必须要稳定性分析和计算相结合，才能有效的保证钢结构稳定性。

在实际钢结构的设计制造过程中，细部构造设计与稳定性的一致性是备受关注的问题，必须要求钢结构细部构造设计和稳定性相一致，是钢结构设计原则的必要因素。因此，就要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接时分别赋与足够的刚度和柔度，尽量减少桁架节点杆件偏心现象，支座还要能够阻止梁饶纵轴扭转等，保证其稳定性能。

2.2钢结构稳定性设计的特点

根据钢结构整体稳定性的要求来看，对于其稳定性设计的特点可以分为整体刚度和失稳效应、稳定性分析的整体性、稳定性计算的其他特点等。刚度和失稳效应上根据现在实行的规范，轴心压杆的稳定计算法是通过临界压力求解与折减系数法来实现的；由于杆件能够保持稳定性是结构整体的性能和承载力综合决定的，杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体，因此钢结构稳定性分析和计算必须从整体进行考量。

另外，在弹性稳定计算中，除了需要整体考虑结构的屈曲性能和强度等指标，还有一些其它特点需要引起重视，二阶分析即是必须要考虑的因素，对于钢结构稳定性也是十分重要的，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，而对结构内力产生了不能忽视的影响。

3.钢结构稳定性设计中的加固方法

在钢结构稳定性实际施工中受到多方面因素的影响，在先期稳定性的设计时就应该找出应急的方法对钢结构整体进行加固，确保其更加稳定。目前，根据实际经验，钢结构稳定性加固的设计方式可以从改变结构计算图形、减轻荷载分布形式、加大结构截面以及连接强度等几个方面开始着手，进一步的保证钢结构施工的稳定进行。

通常我们所说的改变钢结构计算图形的加固方法就是利用荷载分布状况、边界条件等，通过增设附加杆件和支撑点，对其施加预应力，而进一步的保证其稳定性的方式。这种方式要考虑到空间协调因素的应用，增加支撑点形成一定的空间结构，通过提高刚度和承载力的方式提高其稳定性，使之能承受大部分水平力，以减轻其它柱列的负荷，并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。

在设计中还可以采用对受弯杆件改变其界面内力的方式对钢结构进行稳定加固。例如变铰接为刚结，增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构，调整连续结构的支座位置等。特别需要注意的是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，并要求考虑已有缺陷和损伤状况。当然焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择，也是十分有利于钢结构稳定性的，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，这一点在稳定性设计时也是必要考虑的方式。[科]

【参考文献】

［１］张耀春,武振宇,张文元.值得探讨的若干钢结构稳定问题[J].钢结构工程研究,2002.

［２］郑金泰.探究钢结构稳定性设计.2008.

［３］陈铭,何丽丽,巩伟平.浅谈钢结构稳定性设计.山西建筑,2008.

［４］永毓栋,王志骞.钢结构稳定性原理.西安交通大学出版社,1991.

［５］吴文德.浅析钢结构的稳定设计.吉林工程技术师范学院学报,2008.