钢结构设计中稳定性问题分析

夏宇兴 朱正

摘要： 钢结构设计在建筑工程和桥梁工程当中都有着非常广泛的应用，钢结构设计的好坏将会直接决定整个建筑工程的质量，其中的稳定性设计是钢结构设计中至关重要。大量的工程实践表明，现代工程许多大型的工程事故都是因为钢结构不稳定造成的，一般都是外界条件发生变化之后，导致钢结构失稳，使得整个建筑倒塌，造成巨大的人员和财产损失，因此在钢结构设计时加强稳定性设计对提高工程质量及预防工程事故具有非常重要的作用，本文在强调钢结构设计的重要性的基础上，针对钢结构稳定性设计当中出现的问题进行了分析，同时提出了针对性的解决方法。

关键词：钢结构设计；工程质量；稳定性；

引言

伴随着我国经济的快速发展，我国的建筑工程要求越来越高，钢结构在工程当中的应用也越来越广泛，在钢结构设计当中稳定性设计是非常重要的组成部分，做好这一部分工作可以很好的减少不必要的经济损失。目前来说，钢结构稳定性设计已经成为整个钢结构设计，甚至是结构设计领域当中比较热门的问题，也是整个行业的发展趋势和目标。因此最大限度做好钢结构稳定性设计不仅仅节约资源，还能保证工程质量，减少工程事故的发生。

1、钢结构稳定性设计的重要性

在目前存在的钢结构建筑当中有相当一部分存在稳定性差的问题，主要的问题关键就是设计者在进行设计时没有很好的将钢结构当中的材料和结构的相关性能弄清楚，同时缺乏稳定性设计概念。包括施工企业在施工过程当中没有严格按照设计和规范要求进行，从而导致失稳现象的产生，往往造成巨大的经济损失。因此在建筑工程设计与施工当中做好钢结构稳定性设计是至关重要的，不仅仅关系到整个建筑工程的质量，同时还关系到相关人员的生命财产安全。因为钢结构失稳导致的是整个建筑物的倒塌，而不是某一个部位出现问题，造成的经济损失和人员伤亡是不可估量的。在现阶段我国的工程实际当中做好钢结构稳定性设计已经是迫在眉睫了，在关注钢架构设计稳定性问题的同时，采取有针对性的措施，保证钢结构建筑物的安全稳定是具有重要意义。

2、稳定性的设计原则

2.1细部构造和构件稳定性计算方法

在进行钢结构设计时需要将设计的构造和对应的结构计算对应起來，在满足结构的稳定性的同时还需要满足结构的细部设计要求，是两者达到高度的一致性。连接节点当中需要传递传递弯矩就需要设计足够的刚度和柔度；在桁架结构设计中，针对节点位置应该要尽量的减少杆件的偏心，对于钢结构设计来说，这也仅仅是构件的细部构造，但是在稳定性设计当中，对于细部的构造就会有很多其他的要求，例如对简支梁来说，其抗弯强度主要就是针对动铰支座是允许其在平面内转动的，但是在梁的整体稳定性当中，支座不仅仅需要满足上述要求满足梁绕纵轴扭转的要求，允许梁在平面内转动以及在梁端截面自由的翘曲。

1.2整体和组成部分稳定性的统一

当前的钢结构设计当中主要是以平面体系作为主要的出发点，比较典型的例子就是桁架和框架的设计。在进行设计时，为了避免平面失稳现象的发生，就必须要从钢结构的整体出发，在设计时有针对性的设计一些支撑构件，保持平面构件的结构布置和平面稳定性是一致的。

2.3结构简图和计算方法的统一

在进行单层或者是多层框架的结构设计时必须要充分考虑框架的稳定性，要经过充分的计算保证其稳定性。计算框架结构当中柱的稳定时主要需要用到的是计算长度系数，在对框架结构的整体进行了稳定性分析的基础上，让最终框架的稳定性计算和柱的稳定性计算一致。此外。还需要保证计算方法和计算的结构简图保持一致，不行的话就需要对计算方法进行调整，以求保证钢结构的稳定性。

3设计中存在的问题

3.1小确定性因素

在钢结构体系设计中，有许多小确定性因素会影响设计的稳定性，比如物力、几何小确定性因素，包括材料（弹性模量、屈服应力等）、杆件尺寸、截面积、残余应力和初始变形等。在确定与稳定性有关的几何量和物理量时，大多会根据以往经验分析问题，结合实际情况。另外，设计人员在分析钢结构时，所提的假设、数学模型、边界条件与目前的技术发展水平小相符，难以真实的反映到计算中，导致理论值与实际承载力有差异等。结构随机影响分析所处理的问题大多局限于确定的结构参数、随机荷载输入在一定范围内，而在实际工程中，由于参数的不确定性，会引起结构响应的明显差异。

3.2梁一柱稳定性设计

对于网壳结构来说，在进行稳定性设计时，针对梁-柱单元进行稳定性设计时最为重要的设计方法之一，但是就目前的梁-柱单元理论来说，其无法完全证实的反应网壳结构的真实受力状态，例如网壳结构中的弯矩和轴力的祸合效应等都没有办法进行全面的反应。但是在整个网壳结构的设计当中，梁-柱单元理论是最为基础的，因此就需要对该理论进行完善，同时在进行稳定性设计时需要充分的主义梁和柱之间的稳定性关系以及相互之间的力学效应。

3.3整体稳定与局部稳定

在钢结构稳定性设计中，存在大跨度的钢结构的整体稳定性和局部稳定性计算小到位的情况。虽然它的稳定性计算借鉴了以往的经验来确定整体稳定性和局部稳定性之问的安全系数，但是，并没有结合具体的工程情况来计算一个较为科学的安全系数，所以，它小能真实反映整体稳定性与局部稳定性之问的关系，小能保证钢结构设计的稳定性。

4、针对问题提出的相关措施

4.1降低不确定性因素的影响

在进行钢结构设计时，一些不确定的因素往往都是不可避免的，在进行设计和施工时都需要对这些不确定的因素给予最多的考虑。这些不确定因素导致钢结构设计在进行力学性能分析和相关设计时出现错误，在施工时导致施工的误差，致使施工难度加大。针对这些不确定的因素，可以通过大量的实验对其进行确定，然后根据相关的力学与稳定性分析理论基础，选取比较合理的方案将不确定关系变为确定关系，在进行设计时予以考虑，以求满足相关设计的要求和目的。

4.2重视局部稳定与整体稳定的关系

局部稳定与整体稳定之间有着重要关系，需要重视两者之间的关系，有些单位为了省事，只是根据以往的经验确定两者直接的安全系数，这样在进行相关问题的分析时，就会存在很大的误差，严重影响到设计结构的准确性，更不用说达到设计的目的，满足稳定性的要求，为此需要特别重视两者之间的关系。

4.3完善预张拉结构理论体系

对于钢结构稳定性设计来说，预张拉结构的分析是至关重要的，要想做好预张拉结构的受力分析就必须要有一整套完整的预张拉结构理论分析体系，根据这个体系的分析结构，确定最终的合理而且准确的结果。同时在现代的钢结构工程当中，预张拉结构使用非常广泛，做好这方面基础理论体系的研究，对于保证钢结构的稳定性具有非常重要的意义。

5、结语

在进行钢结构稳定性设计时应该根据工程实际情况进行及时的调整设计，因地制宜、因时制宜，避免结构在投入使用之后出现失稳现象，造成不可挽回的巨大损失。对钢结构稳定设计相关理论进行深入研究，对于出现的问题及时给予解决，同时进步完善相关的设计理论，在提高工程质量的同时，避免工程事故的发生。

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