钢结构设计中稳定问题的研究

文/赵银实 吉林省石油化工设计研究院 吉林长春 130000

钢结构设计中稳定问题的研究

文/赵银实 吉林省石油化工设计研究院 吉林长春 130000

随着我国国民经济的快速发展以及建筑水平的不断提高，出现了大量的高层建筑物或构筑物，这些建筑结构中广泛的运用了钢结构设计。研究分析钢结构的稳定性问题，具有非常重要的意义。

钢结构；设计；稳定

钢结构与钢筋混凝土结构相比，具有截面轮廓尺寸小、强度高、自重轻等特点。但对于因受压、受弯和受剪等存在受压区的构件或板件，如果技术上处理不当，可能使钢结构出现失稳，一旦出现失稳事故将造成巨大的损失。

1、钢结构稳定性的涵义

所谓钢结构稳定性一般来说，指的是在建筑中钢结构经过外界扰动后恢复到最初平衡状态的性能。同样的道理，与之相对的属性即失稳，也就是建筑结构因外界扰动而自最初的平衡位置移动到其他位置。许多严重事故就是由于钢结构在外界条件发生变化时不稳定，出现结构失稳的现象，导致建筑物坍塌等事故，最终造成重大经济损失。所以稳定性问题是钢结构设计中的一个关键性问题，与工程质量和安全密切相关。

2、钢结构稳定性设计中存在的问题

2.1 强度与稳定矛盾

强度的问题通常就是指建筑钢结构中单个构件在平衡和稳定的状态下所引起的最大的应力荷载是否在建筑材料自身可以承受的荷载之内，所以是建筑结构承受应力能力的问题，极限强度的大小主要是看材料本身所具备的特点，针对混凝土一类的脆性比较强的材料就可以选取材料的最大强度，但是稳定性和强度是存在着比较大的差异的，它主要是看外部的荷载和内部的抵抗力是否已经达到了一个比较平衡的状态，也就是说要在设计的过程中避免变形过快的现象，从这一角度来看，稳定性是变形的问题，所以二者是不能统一起来的。

2.2 不确定因素的影响

在钢结构稳定性设计的研究过程中会受到很多不确定性因素的影响，同时在确定稳定性有关的物理量和力学变量的时候主要都是依照以往的经验的，所以对实际状况的分析还存在着很大的不足，所以这也会增加设计过程中的不确定性，设计人员在进行设计的过程中应该建立一个符合结构要求的模型，但是这些模型本身也具备了一些不确定性，如果将这些模型直接应用在实际的设计工作中一定会对设计的质量和效果产生一定的不利影响。

2.3 整体稳定和局部稳定的不统一

在钢结构稳定性的设计中一定要对整体稳定性和局部稳定性之间的关系有一个清晰的认识，尤其是在一些大跨度结构的设计中。钢结构稳定性设计中，梁和柱的稳定性也是影响整个钢结构稳定性的一个十分重要的因素，梁和柱是钢结构当中起到基础作用的结构，所以如果不能很好的保证梁和柱的稳定性就更无法保证钢结构整体的稳定性，所以在设计的过程中需要对梁和柱的稳定性进行有效的控制。

2.4 预张拉结构体系的理论不完善

钢结构稳定性设计中的另一个重要体系就是预张拉结构体系，以往的预张拉结构体系的理论都不是很完善，没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构中的稳定性，在工程应用中依然采用的是先前的理论体系，因此需要建立一个完善科学的预张拉结构体系理论。

3、钢结构稳定性设计的难点分析

目前，在进行钢结构稳定性设计中难以控制不确定性因素对钢结构稳定性的影响。一些工程在进行结构稳定性设计和分析时，都采用以往的经验来确定相关关系，没有结合到具体的工程来确定一个合理、科学的相关关系。在根据以往的经验确定相关关系的时候，就像是多次统计后得出的一个结果一样，存在着一定的不确定性，是不能够作为实际工程分析的。在对相关数据进行统计的时候，难以确保每一个数据的准确性，同时也难以结合具体的工程来验证这些数据的准确性，这样就给钢结构稳定性设计和分析带来了不确定性因素，使得稳定性设计没有实际意义，不具有时效性。因此要想做好钢结构稳定性的设计，就要将不确定性因素对稳定性设计的影响降到最低，确保稳定性设计和分析具有时效性。

4、钢结构稳定性设计的相关原则

4.1 计算方法与结构简图保持一致

在进行框架结构分析的时候，通常是不会采用框架稳定性分析的，而是直接进行框架柱的稳定计算，在采用这种方法的时候，一定要确保框架结构计算所给出的基本假定，然后根据结构简图确定实际的结构尺寸，再根据相应的计算方法进行稳定计算。当结构简图和计算方法不一致时，要调整计算方法，而不能修改结构简图，这样才能确保钢结构稳定性分析的要求和设计的实效性。

4.2 钢结构布置达到稳定性要求

在进行钢结构布置的时候，一定要确保每一个环节的稳定性要求，不能够为了简单，只是注重容易出现问题的环节。在出现平面失稳的情况时，不能置之不理，需要设计必要的支撑构件来消除平面失稳的现象。此外还需要注意杆件的稳定和平面横隔设置之间的关系，确保两者都满足稳定性设计的要求。

4.3 科学计算细部构造与构件稳定性

在钢结构稳定性设计中，细部构造一定要和构件的稳定性计算的方法相符合，例如在进行梁的稳定性计算时，不能够用计算梁刚度的方法去计算梁的强度，这样的计算是不科学的，为此需要保持构件与细部构造稳定性计算方法的相符性，这样才能确保稳定性计算的实际效用。

5、钢结构设计稳定性的改进措施

5.1 尽量减小不确定性因素的影响

钢结构稳定性设计中，是不可能避免不确定因素影响的。为此只有尽量的减小不确定因素为钢结构进行力学性能的分析和相关的设计，也可根据众多的实验，最终选择一个较为合理的方案来确定相关关系，也只有这样才可以满足设计要求和目的。

5.2 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。

结语：

综上所述，在实际设计中，应该明确知道结构构件的稳定性能，深入了解设计中存在的问题，才会使得钢结构稳定设计不断地完善，以免在设计过程中发生不必要的失稳损失。

[1]刘明亮，王超，赵亮.浅谈钢结构设计[J].科技致富向导,2011（20）.

[2]苗鹏.关于现代建筑中钢结构应用前景的分析报告[J].现代物理知识,2005（6）.

赵银实（1983-），女 ，吉林图们人，工程师，主要研究方向为结构设计。