王曉燕（永城職業(yè)學院,河南　永城　476600）

淺析鋼結構穩(wěn)定性設計

王曉燕
（永城職業(yè)學院,河南永城476600）

摘要：本文從鋼結構穩(wěn)定設計的失穩(wěn)的類型、穩(wěn)定計算的影響因素、穩(wěn)定與強度的區(qū)別、穩(wěn)定設計的原則和穩(wěn)定設計的特點等方面進行闡述，提出了鋼結構體系穩(wěn)定性研究中存在的問題，為設計人員更好地完成鋼結構的穩(wěn)定設計提供了科學合理的建議。

關鍵詞：鋼結構；穩(wěn)定性設計；失穩(wěn)

1　引言

與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構相比，鋼結構具有施工工期短、工程成本低、抗震強度高、節(jié)省空間等優(yōu)點。隨著建筑施工技術的發(fā)展，高強度鋼材大量的投入應用，使鋼結構體系的廣泛應用和發(fā)展成為現(xiàn)實。與此同時，伴隨著鋼結構日益發(fā)展的同時其設計存在的問題也日益增多，穩(wěn)定性是一個突出問題。在鋼結構設計中，穩(wěn)定性是目前大量結構設計時有待解決的關鍵問題，一旦發(fā)生類似于這方面的問題，經(jīng)濟和人員都會受到很大的影響。所以，依據(jù)實際情況對鋼結構的“穩(wěn)定性”設計和研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2　相關基本概念

2.1失穩(wěn)類型

（1）“平衡分岔失穩(wěn)”：一般情況下，在相同的荷載點上，鋼結構構件會出現(xiàn)平衡分岔的現(xiàn)象。依據(jù)鋼結構構件在受載屈曲后的“F—S”變化曲線的差異，這一類型的失穩(wěn)又可以再分成不穩(wěn)定和穩(wěn)定分岔失穩(wěn)兩種類型。

（2）“極值點失穩(wěn)”：具有極值點失穩(wěn)的構件其“F—S”曲線上只能體現(xiàn)出極值點，不會出現(xiàn)所謂的分岔點，其彎曲變形性質也沒有變化。

（3）“躍越失穩(wěn)”：這一類型的失穩(wěn)不存在平衡分岔點，也不存在極值點。都是在當其喪失穩(wěn)定平衡之后又變化為另一個穩(wěn)定平衡狀態(tài)，這點和不穩(wěn)定分岔失穩(wěn)有相似之處。正因如此，要正確計算結構的穩(wěn)定承載力，必須得能準確區(qū)分結構的失穩(wěn)類型。

2.

2影響因素

在鋼結構實際設計中大多情況都是將其視為完整的結構體系。其中，鋼結構穩(wěn)定計算的主要影響因素有以下幾個方面:

（1）統(tǒng)計的不確定性：在相關物理量和幾何量取值時，具有一定的經(jīng)驗性。

（2）模型的不確定性：為了便于結構分析，簡化分析的難度，在分析時提出的各種假設和模型，以目前的技術水平難以在計算中體現(xiàn)的各種因素，致使實際值和理論值的差異，都屬于模型的不確定性的范疇。

（3）幾何、物理不確定性：比如桿件尺寸、力學參數(shù)、初始變形、截面積等。

2.3強度與穩(wěn)定的區(qū)別

在進行鋼結構軸心受力構件的強度和穩(wěn)定計算時，僅與其凈截面面積有關，體現(xiàn)了構件或者結構由受力所引起的最大應力，當其處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)下是否超過了材料的極限強度；穩(wěn)定性計算的研究對象是整個結構體系，可以用歐拉公式進行計算，在彈性范圍內構件的臨界力的具體數(shù)值，所以不是個別截面的問題。

2.4鋼結構穩(wěn)定設計的原則

在鋼結構穩(wěn)定性設計時，應遵循的原則如下：

（1）“結構的計算簡圖、實用的計算方法所依據(jù)的簡圖要對應”：進行設計時的設計依據(jù)要相互協(xié)調一致，不能出現(xiàn)有出入和嚴重矛盾的地方。

（2）“構件與細部構造必須相互協(xié)調，二者具有一致性”：鋼結構中，節(jié)點的連接是非常關鍵的問題，應分別賦予它足夠的柔度和剛度，在設計桁架節(jié)點時，應盡量避免桿件偏心受力現(xiàn)象，作為設計人員，這些方面都必須考慮到。

（3）“整體的布置，必須要考慮到整體和局部的穩(wěn)定性要求”：要想讓平面結構體系不出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，就必須從結構整體布置來做研究，考慮設置必要的支撐構件。

2.5鋼結構穩(wěn)定設計的特點

（1）剛度與失穩(wěn)：在現(xiàn)行規(guī)范中，臨界壓力求解法和折減系數(shù)法是軸心壓桿的穩(wěn)定計算法。

（2）整體性分析：穩(wěn)定性分析必須從整體入手，全面考慮。桿件承受荷載時，其否能保持穩(wěn)定將直接關系到結構的整體穩(wěn)定。

3　鋼結構穩(wěn)定性研究中存在的問題

雖然目前鋼結構的體系穩(wěn)定性研究取得了一定的進展，但是，也存在著一些不可忽視的問題，具體如下：

（1）網(wǎng)殼結構：“研究中占主流的“梁-柱”單元理論，在實際情況下是否能夠真實反映網(wǎng)殼結構的受力狀態(tài)還有待進一步的驗證，目前，存在的主要問題是“采用什么方式來體現(xiàn)出彎矩與軸力的耦合效應”。”

（2）大跨度結構：“結構的局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定的相互之間到底存在怎么樣的一個的關系，是一個值得花費大量精力去探討的問題，目前，在絕大多數(shù)的大跨度結構設計中，設計人員為簡便計算，通常是取一個統(tǒng)一的穩(wěn)定安全系數(shù)，但實際上并不能真實的反映出局部和整體之間的關聯(lián)性?！?/p>

（3）預張拉體系：對于預張拉結構體系的穩(wěn)定性，目前為止，還沒有合理的理論體系能分析。

（4）隨機因素的影響：“當前，鋼結構隨機因素的影響分析所面對的問題大多數(shù)僅僅局限于所確定的隨機荷載的輸入和結構分析參數(shù)，在考慮隨機因素的影響時，因為結構分析參數(shù)存在的不確定性，引起結構響應的顯著差異是很普遍的現(xiàn)象。”

4　結語

鋼結構穩(wěn)定性是一個比較復雜的問題，特別是當構件存在殘余應力、非線性因素和初始缺陷等影響因素時，使其研究難度更大。除此之外，在鋼結構穩(wěn)定性的研究中，目前還存在著許多尚未解決的問題。例如:大跨度大空間的網(wǎng)殼、薄殼、橋梁和超高層建筑結構的雙重非線性動力穩(wěn)定性等問題。只有更深一步的把這些問題難關克服，才能不斷地完善鋼結構穩(wěn)定設計理論。

參考文獻：

[1]陳紹蕃.鋼結構設計原理[M].北京:科學出版社,2000:23-25．

[2]陳紹蕃.鋼結構穩(wěn)定設計指南[M].第2版．北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004．

[3]陳驥.鋼結構穩(wěn)定理論與設計[M].第3版.北京:科學出版社,2006．

[4]文枚，李洪昌．鋼結構住宅的發(fā)展及結構設計概述[J].山西建筑，2010,36(08):97-98．

[5]沈祖炎,陳揚驥.網(wǎng)架與網(wǎng)殼[M].上海:同濟大學出版社,1997.

作者簡介：王曉燕（1985-），女，永城職業(yè)學院，研究方向：工程施工、工程經(jīng)濟。