基于鋼結構穩定性設計綜述

王興輝

【摘要】本文首先介紹了建筑項目中鋼結構應用中所存在的一些缺陷，然后詳細的分析了建筑鋼結構的穩定性設計，以期能夠更好的促進建筑鋼結構的應用和發展。本文就此進行了深入的探索研究。

【關鍵詞】建筑鋼結構； 穩定性； 建筑

隨著社會的進步，工程建筑的結構越來越復雜，建筑形式也來也多樣，就目前來看，鋼結構建筑的應用已經十分廣泛，鋼結構與其它結構存在很大差別，其穩定性分析也面臨著更大的難度，一旦鋼結構穩定性分析出現偏差，將會為整個工程留下風險隱患，可見做好鋼結構設計，做好鋼結構穩定性分析十分必要。

一、建筑項目中鋼結構應用中所存在的一些缺陷

1、鋼結構也是存很多的缺點，例如它耐高溫性差，耐腐蝕性差，高溫情況下，鋼更容易導熱，其強度、彈性等都會下降甚至溫度過高會快速變形，其他建筑材料來說差很多，而且鋼材易氧化，會在某種程度上影響鋼結構的安全。另外我國目前鋼結構設計理念并不能滿足市場快速發展的需要。

2、在通常情況下，房建工程具有的質鋼結構設計不合理問題大部分都是施工的過程中被發現的。有一些建筑企業都會以企業以往的建設工程出現的鋼結構設計問題再加上經驗作為依據，讓房建行業專業技術人員以及多年實踐經驗的技術工人分析探討，找到一套辦法，這時候部分地區鋼結構企業盲目上馬，一哄而起，浪費大量資源。加之鋼材漲價，市場無序競爭，競相壓價造成加工和安裝企業虧損。

二、鋼結構失穩的類別與原因分析

1、鋼結構失穩的類別

常見的穩定性問題有分支點失穩、極值點失穩、跨越式失穩。分支點失穩，指的是平衡分岔的穩定問題。此類問題的主要表現為在完善直桿軸心和平板中面受壓時的屈曲；二是極值點失穩，即無平衡分岔的穩定問題。這一類問題主要表現為，是指結構受到偏心壓力的時候，塑性在達到極限時所產生的變形形態；三是跳躍失穩，它與上述兩種穩定問題的類型不同，并無平衡分岔點和極值點，其主要是指在穩定平衡喪失以后，會隨機跳躍到另一個穩定平衡狀態。

2、鋼結構設計失穩的原因

鋼結構的穩定性問題主要是指該結構在受到外界的干擾的時候能否恢復到原來的狀態的一種性能。鋼結構的穩定性容易受到很多種因素的影響，存在很大的隨機性。所以，影響鋼結構設計失穩的原因需要考慮全面，在考慮自身的原因的同時要考慮到外界因素，進而解決失穩問題。

（1）鋼自身構件的承載力。鋼結構自身的承載能力對于其穩定性設計有一定程度的影響，這些結構包括材料的截面特征等。在設計建模時為了對結構進行更加詳細的研究，在設計時期對于數學模型等提出的假設和現有的技術水平很難在前期的計算中得到十分準確的反應，造成出現計算值和實際的承載力相差極大的現象。

（2）大跨度設計中的問題。目前對于鋼結構穩定性設計中存在很大的問題就是在大跨度的設計中，對于如何反應軸力和彎矩的效應問題存在很大的缺陷。在通常情況下，大跨度設計時會提取一個安全系數。所以，在預張拉結構體系不完善的情況下，鋼結構整體和部分之間的穩定性相互關系也是影響鋼結構設計失穩的重要原因。

（3）穩定理論不完善。由于鋼結構的穩定理論并不完善，但是很多設計師在進行鋼結構穩定性設計的過程中，忽略了穩定性因素，所以就帶來了一些無法確定的因素，影響鋼結構的穩定性，這樣就會引起結構上一些顯著差異的出現。

三、鋼結構設計穩定性現狀分析

1、鋼結構的強度和穩定之間的區別

鋼結構的強度通常是指從結構上或者某個構件角度考慮，荷載引發的應力與建筑材料極限強度的關系，屬于應力范疇。鋼結構的穩定問題是找出外荷載和結構內部抵抗力間的不穩定平衡狀態，也就是通常意義上的并行開始并快速增加時的狀態，進而可以研究如何避免該狀態的出現，所考慮的是變形問題，而不是應力問題。

2、不夠完善的預張拉力體系

鋼結構施工前都預測對應的張拉力，只有科學的張拉力預測，才可以有效保障施工中材料的合理安排，科學地確定材料的位置。由于我國當前施工單位人員還沒有形成相關理論體系，在施工中很難有這部分的科學理論保證。

3、鋼結構的整體與局部之間不妥當

由于無論是從設計還是施工，當前的技術人員都缺乏科學的整體和局部觀念，在設計與施工過程中，考慮都有疏漏，這在比較復雜的工程中，尤其是跨度大的建筑體施工時，都會影響工程的進度和工程質量。

4、鋼結構的柱理論

針對網殼結構的穩定性，我們應該重點研究它的梁和柱，也就是梁一柱理論。但由于該理論目前不成熟，所以還需對軸力與彎矩等進行有針對性的切實研究。

四、提高鋼結構穩定性設計的策略

1、 盡量減小不確定性因素的影響

鋼結構穩定性設計中，是不可能避免不確定因素影響的。為此只有盡量的減小不確定因素為鋼結構進行力學性能的分析和相關的設計，也可根據眾多的實驗，最終選擇一個較為合理的方案來確定相關關系，也只有這樣才可以滿足設計要求和目的。

2、 重視局部穩定與整體穩定的關系

局部穩定與整體穩定之間有著重要關系，需要重視兩者之間的關系，有些單位為了省事，只是根據以往的經驗確定兩者直接的安全系數，這樣在進行相關問題的分析時，就會存在很大的誤差，嚴重影響到設計結構的準確性，更不用說達到設計的目的，滿足穩定性的要求，為此需要特別重視兩者之間的關系。

3、 建立完善的預張拉結構理論體系

預張拉結構的分析對于鋼結構穩定性設計是極為重要的，是需要做好這方面的工作的。在進行預張拉結構的分析時，一定要有一套完善的預張拉結構理論體系，根據這個體系進行分析，最終得出準確的結果，為此需要建立一套完善的預張拉結構理論體系，確保鋼結構穩定性設計的要求和目的。

4、減輕及改變荷載的分布

通過受彎桿件荷載的改變，把單獨的集中端部支撐荷載承受轉變為多個的端部支撐的荷載承受并進行相應的加固。在選取截面進行加固之時，一定要注意到截面的形式，其須具有實際的加固缺陷與損傷滿足的加固要求，這樣才可使得鋼結構變得更加穩定。

5、 對固件的連接進行加固

通過采用焊縫或高強度的螺栓以及柳釘等的方式將鋼結構進行相應的連接加固。在進行加固連接的時候，一定要根據實際的工程鋼結構進行必要的加固。比如鋼結構的加固的原因與目的以及鋼結構的實際受力情況與構造等進行分析之后，方可確定固件的連接方式。

6、合理地運用梁—柱理論

梁—柱理論是當前鋼結構穩定性設計中最基礎的理論，也是最重要的理論。在鋼結構設計中，要實際考察鋼結構工程的場地、材料、設計方案等相關事項，合理地運用梁—柱理論分析鋼結構設計中細部構造和構件之間的穩定性、整體結構和組成部分之間的穩定性等，達到提高鋼結構設計穩定性的目的。

7、 鋼結構的穩定計算和構造設計相符合

構造和計算相符合一直是設計者所關注的問題。然而一旦牽涉到鋼結構穩定性能時，都需要考慮強度或其他不同的特殊考慮。應該分別給予它們較強的剛度以及柔度，最大限度的降低桁架節點的桿件偏心度，以上均是設計者在設計的過程中需要處理的相關問題。

綜上所述，在鋼結構不斷發展的過程中難免出現一些問題，但是經過縝密思考和合理預防還是可以未雨綢繆的，這就需要從業人員的細心和耐心，只有不斷地進取學習，才能更好地設計出合理發揮鋼結構穩定性的建筑作品。

參考文獻：

[1] 姚君玉. 關于鋼結構穩定性設計的思考[J]. 門窗. 2014（12）

[2] 蔣君全. 鋼結構設計中穩定性分析[J]. 科技與創新. 2014（21）

[3] 彭駿，楊海明. 解析影響鋼結構穩定性設計的一些因素[J]. 中華民居（下旬刊）. 2014（01）