淺談鋼結構穩定性設計

郄紅芳

摘要：建筑中鋼結構的穩定性設計不是簡單的將建筑付諸于施工階段即可，它是一項責任十分重大的工作，直接關系到人民群眾的生命安全和建筑工程的經濟收益。因此，在建筑工程中，鋼結構穩定性設計單位和技術人員需要采用新的理念和方法，保障鋼結構在建筑工程中的安全性和穩定性，使得我國的建筑事業在摸索中穩步前進。本文對鋼結構穩定性設計進行了探討。

關鍵詞：鋼結構；穩定性；設計；策略

在鋼結構建筑設計的過程中，穩定性是一個非常重要的環節。鋼結構在建筑行業中的廣泛應用使得其穩定性的研究非常迫切。穩定性設計并不是簡單地將圖紙付諸于施工即可，它是一項十分重要的工作，直接與建筑工程的效益和施工群眾的生命掛鉤。

一、鋼結構穩定性設計的重要性

目前，在很多鋼結構的建筑中都普遍存在鋼結構穩定性差的問題，出現這樣的問題主要是設計者沒有把鋼結構中的結構和材料的力學性能了解清楚，缺乏穩定性設計的相關概念，另外在施工的過程中也沒有按照嚴格的施工規范，有的為了降低成本，偷工減料，關鍵部位沒有保證施工的質量，最后導致鋼結構出現失穩的現象，造成重大的經濟損失和人員傷亡。為此做好建筑施工中的鋼結構穩定性的設計是極為重要的，他不僅關乎工程的質量，也還關乎人們的生命安全，一旦出現鋼結構失穩的現象，輕者使建筑中的某一個方面出現問題，重者則能夠讓整個工程全部倒塌和造成人員傷亡。現階段，做好鋼結構穩定性設計已經迫在眉睫，只有注意了穩定性設計存在問題，針對問題采取相應的措施，這樣才能夠更好的推動建筑中鋼結構的進一步發展。

二、 鋼結構穩定性設計的原則

1、構件與細部構造穩定性計算方法一致

在鋼結構設計中，要使構造設計與結構計算相匹配，以滿足構件穩定性和設計結構細部構造的一致性。對傳遞彎矩和不傳遞彎矩的連接節點，應該分別給予足夠的剛度和柔度；對桁架節點的設計也應盡量減少桿件偏心等，這些僅僅是設計構件細部構造。但是，當涉及到穩定性時，對細部構造就會有其他要求，比如簡支梁就抗彎強度來說，對不動鉸支座的要求只是阻止位移和允許其在平面內轉動，然而在處理梁整體的穩定性時，支座除了要滿足上述要求外，還需要阻止梁繞縱軸扭轉，允許梁在水平面內轉動和梁端截面自動翹曲。

2、 兼顧整體和組成部分穩定性的要求

目前，大部分鋼結構設計都是以平面體系為出發點的，比如桁架設計和框架設計等。為了避免出現平面失穩問題，需要從鋼結構的整體布局出發，設計有針對性的支撐構件，也就是說要使平面構件的結構布置與平面穩定計算保持一致。比如，在平面桁架組成的塔架中，要注意橫隔設置和桿件之間的穩定性。

3、計算方法與結構簡圖一致

在設計單層和多層框架結構時，并不分析框架穩定性，而要計算框架柱的穩定性。采用這種方法計算框架柱穩定性時用到的計算長度系數，應該分析框架整體的穩定性，這樣才能使最終框架穩定計算等效于柱穩定計算。此外，如果計算方法與結構簡圖不一致，就需要調整所使用的計算方法，以保證鋼結構穩定性分析的要求。

三、 鋼結構穩定性的具體分析方法

1、 靜力法

所謂靜力法就是結合已經產生了微小的變形后的一些結構受力的條件，依據這些條件來建立較為平衡的微分的方程。從這些方程里來具體的計算出臨界的相關荷載。在具體實際應用中，若構建相關的平衡微分方程，需要遵守下面的設定：構件應該為截面的直桿，其壓力要始終遵循之前的軸線進行作用。

2、 動力法

動力法的研究主要是結合處在平衡狀態之下的結構體系，因此如果在上面增加較小的干擾，就會導致其發生一定的振動。而在這種情況下所產生的結構變形和鋼結構振動加速，均與整體結構的荷載產生密切的聯系。遇到荷載值比較低，超過了鋼結構自身穩定性的極限荷載值時，會出現加速度和之前的鋼結構變形的具體方向相反的狀況。

3、 能量法

若是鋼結構承載著保守力，則在實際應用中，可以結合已經具有了變性結構的相關受力條件來構建總體的勢能。同樣若鋼結構處在比較平衡的狀態，則需要計算其總體勢能。要結合相關勢能駐值的原理，將總體勢能從一階變分為零，以此來得出平衡的方程，再結合平衡方程來得出分岔屈曲荷載。

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。通常情況下，在采用焊縫的連接過程中，要注意選用已被確認的焊接工藝和連接材料，才可以進行焊接加固，從而確保鋼結構的穩定性。

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。

總而言之，鋼結構設計中的穩定在整個建筑工程中有著舉足輕重的作用。設計人員在設計之前應該熟知結構件穩定性設計的基本原則，并了解各個結構件的穩定性能。設計完之后要不斷地完善設計方案，與此同時，設計人員應當要不斷地加強自身專業知識的學習，從而確保鋼結構設計的穩定性。

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