淺談鋼結構穩定性設計

吳海波 劉海靜 王劍鋒

（1.內蒙古華地方圓設計研究有限責任公司 內蒙古赤峰市 024000 2.海洋石油工程股份有限公司 天津 300300）

1 鋼結構設計的原則

對于鋼結構穩定設計的原則，首先需要對平面結構構件的穩定進行考慮，并且與相關的結構布置狀態相同，鋼結構布置一定要對整體體系進行考慮，并且充分考慮每一個組成部分之間的穩定性，從當前的角度進行分析，鋼結構很多情況下是依照平面設計體系來進行的，比如說框架和桁架，確保這些平面結構不產生平面失穩的情況，需要從結構整體方面進行合理分析和布置，比如說讓必要的支撐構架增加等，另外，結構計算簡圖一定要根據使用來進行合理劃分，如果涉及多層或單層框架結構的過程中，一般情況下不對框架穩定分析進行計算，而只計算框架柱的穩定性，通過這種方法對框架柱穩定的過程中需要使用的強度系數進行計算。利用這種框架穩定性來對穩定計算進行分析。

2 鋼結構穩定性的計算方法

2.1 靜力法

靜力法在對結構穩定極限載荷進行求解的過程中是最為基本的方法之一，依照發生的微小形變情況對結構受力條件進行分析，并且將平衡微分方程建立出來，然后把臨界載荷解出來，在對平衡微分方程進行建立的過程中，需要根據以下基本假定：①構建是一個等截面直桿；②確保壓力與構建原來周線的作用始終相關；③材料需一定要和胡克定理相符合，也就是應力和應變是具有一定性關系的；④構建需要達到平截面假定的要求，也就是構件變形前的平截面和變形后依舊處于同一平截面狀態；⑤構建的彎曲形變情況是微小的區別，可以通過橈度函數的二階導數進行表示。

2.2 能量法

如果鋼結構承載的保守力，在實際應用過程中與具體的形變結構受力條件來進行結合，把總體的勢能體現出來，另外如果鋼結構處于一種平衡的狀態，一定要對總體勢能進行計算，然后與勢能駐值的原理進行結合，把總體勢能從一階變成零，通過這種方法來進行平衡方程的計算，然后與平衡方程進行結合，把分岔屈曲荷載計算出來。

2.3 動力法

動力法是一種結構動力穩定的計算方法，如果通過微小的干擾就能讓其發生震動，說明這個結構的振動加速度和變形情況已經在結構的載荷方面體現出來，如果在靜穩定的極限載荷值相比是比較小的，那么變形和加速度的方向是相反的，所以把整個干擾去除掉之后，運動就會逐漸變成靜止狀態，結構的平衡狀態是處于一種穩定狀態的，如果載荷與穩定的極限載荷相比變大，那么變形和加速度的方向是相同的，也就是如果把干擾去掉，運動依然是處于發散的狀態，所以結構的平衡狀態是處于一種不穩定條件下的，臨界狀態的載荷也就是整個結構的屈曲荷載。可以根據結構振動頻率為零的條件進行分析和研究。

3 鋼結構穩定性具體設計

3.1 工程概況

整個工程處在高濃度磷酸罐區的鋼結構當中，整個結構的高度達到了17m，為了符合工藝的具體要求，軸距縱向的長度為19.5m，橫向的長度為3m，工程主要通過q235b鋼材，焊條一般通過E43型，柱和獨立基礎通過剛性方式進行連接，構架柱間支撐通過梯形鋼水平進行支撐，本工程的希望能夠達到50年的設計使用年限，建筑結構的安全等級達到了二級。

3.2 荷載取值

表1 工程主要荷載表

3.3 設計計算

整個工程需要對把梁、柱當成一個整體來進行計算，把水平推力傳過來的過程中，出現一定的水平位移，反過來助利用自身形變將大部分力釋放出來，讓內力處于一個平衡的狀態，只要鋼梁具有一定的高度，在柱子不是太大的情況下，同樣可以達到變形和強度的具體要求，結構分析的過程中通過STS模型進行建模，并利用Satwe軟件來對穩定和強度、自振周期以及節點強度的變化進行合理的計算，首先需要注意的兩點在于：①整個結構的跨度非常的大，依照工藝要求需要設計比較大的洞口，并且需要對較大的扭矩進行承受，搭建的過程中，一定要通過讓梁的截面寬度增大，讓縱向力增大，并且讓洞口附近的支撐數量增加的方法，逐步讓平面處于一種內穩定的狀態；②需要注意對雙向結構進行考慮，因此柱子計算長度系數一定要根據相關的規范來進行計算。

3.4 結果分析

依照以前的自振周期表和結構進行來進行分析，結構水平方向上的陣型不會出現明顯的突變，結構在高度方向上的剛度和質量分布情況也相對比較合理，下面是驗算結果，具體情況見表2。

表2 結構整體穩定驗算結果

通過相關的計算分析，發現每一個梁、柱應力范圍都在允許范圍的極限的90%以下，整個結構的穩定性高度，強度相對比較好，每一個節點也能達到具體的規范要求。

4 結束語

鋼結構由于具有強度高，自重輕，工業化程度比較高等諸多優點，在工程應用的過程中使用范圍非常廣，但是鋼結構也會出現失穩的情況，鋼結構穩定性在計算的過程中非常復雜，特別是在構建出現一定的殘余應力、缺陷和非線性因素的影響條件下，讓解決問題的困難進一步提高，然后我們一定要注意讓結構的穩定整體穩定性進行加強，確保局部穩定和平面外穩定的設計的優越性。

[1]楊耀森，呂輝，白寶生.鋼結構穩定設計中相關問題探討[J].當代化工，2015（6）：1353～1356.