淺談鋼結構穩定性設計

李奕寬

（山東省城建設計院 山東省濟南市 250001）

1 鋼結構設計的原則

①結構的總體布局必須考慮到整個系統及其組件的穩定性要求。目前大多數結構都是按照平面系統設計的，如桁架和框架。為了確保這些平面結構不會導致平面不穩定，有必要從結構的整體布置中解決它們，即設計必要的支撐構件。也就是說，平面結構構件的平面穩定性計算必須與結構布置一致，并且必須注意構件的穩定性與橫向分離設置之間的關系。②結構計算圖和實際計算方法符合簡圖，這對框架結構的穩定性計算非常重要。在設計單層和多層幀結構時，幀穩定性分析通常不會執行，而是由幀列取代。穩定性計算。當使用這種方法時，用于計算框架柱穩定性的計算列長度系數應從框架的整體穩定性分析中獲得，以便柱穩定性計算可等效于框架穩定性計算。但是，實際的框架是各種各樣的。在設計中，為了簡化計算，需要根據規范設置一些典型條件。設計師必須確保所設計的結構在能夠正確應用之前滿足這些條件。在實際工程中，基于框架計算圖和實際方法的示意圖不一致的情況可能有以下兩種類型，即搖桿框架和梁受到較高壓力的框架。如果根據標準系數計算這兩個條件，就會導致不安全的后果。因此，使用的計算方法應該與假設和具體的計算對象一致。③設計結構的詳細結構和部件的穩定性計算必須相互協調，使得結構計算的一致性和兩者的結構設計是一致的，而且一直是個問題在結構設計上注重。傳遞彎矩而不傳遞彎矩所需的接頭應分別具有足夠的剛度和柔性，并且桁架接頭的設計應盡量減小構件的偏心率。設計師在處理結構細節時通常會考慮這些問題。但是，就穩定性而言，通常會有不同于施工強度的要求或特殊考慮因素。

2 鋼結構穩定性的計算方法

2.1 靜力法

靜力法是解決結構穩定極限荷載過程中最基本的方法之一。根據微小變形的發生情況分析結構應力情況，建立微分方程，解決臨界載荷問題。在建立平衡微分方程時，需要以下基本假設：①施工是等截面的直線鋼筋；②確保壓力始終與構造原始輪廓相關；③材料必須符合胡克定理。整合，即壓力與緊張是一定的關系；④施工時需要滿足扁平截面的假設條件，即扁平截面和變形前的變形仍處于同一平面截面狀態；⑤結構的彎曲變形是最小的差別可以通過移動性函數的二階導數來表示。

2.2 能量法

如果鋼結構承受的保守力與實際施工過程中的混凝土變形結構受力條件相結合，則總體勢能反映出來，如果鋼結構處于平衡狀態，則必須計算總勢能。然后結合勢能駐值的原理，將總勢能從一階變為零。通過這種方法，計算平衡方程，然后與平衡方程相結合來計算分岔屈曲載荷。

2.3 動力法

動力法是一種結構動力穩定性計算方法，如果能夠通過輕微擾動進行振動，表明該結構的振動加速度和變形已經在結構荷載中反映出來，如果靜態穩定極限荷載值比較相對較小，則變形方向與加速度相反，因此在消除整個擾動后，運動將逐漸變為靜止，結構的平衡狀態處于穩定狀態，如果荷載和穩定性隨著極限荷載的變化變形方向和加速度方向相同，即去除干涉后，運動仍處于發散狀態，因此結構的平衡狀態處于不穩定狀態，臨界狀態為負荷也是整個結構的屈曲載荷。可以根據結構振動頻率為零的條件進行分析研究。

3 鋼結構加固方法

3.1 改變結構計算圖形

加強結構計算圖的方法是增加載荷分布，力傳遞路徑，接頭的性質和邊界條件，并增加附加構件和支撐件的數量，施加預應力，并考慮空間合作努力加強結構。支持形成空間結構，并根據空間結構進行檢查。增加支撐以增加結構剛度，或調整結構的固有振動頻率以增加結構承載能力并改善結構的動態特性。增加支撐或輔助桿以降低結構的長細比。為了提高其穩定性，在桁架結構中強調了柱的剛度，以便可以占用大部分水平力來減小其他柱上的載荷。拉桿或適度張緊的電纜安裝在塔架或其他結構中。

3.2 連接的加固與加固件的連接

鋼結構的連接方法，即焊縫，鉚釘，普通螺栓和高強度螺栓連接方法，應根據結構加固的原因，目的，受力條件，結構和施工條件，并應考慮結構的原始連接方式來確定。鋼筋結構一般是焊接接頭，摩擦式高強度螺栓連接，也有基于使用焊接接頭和摩擦式高強度螺栓的混合連接方式。當使用焊接接頭時，應使用經批準的焊接工藝和連接材料。

4 鋼結構穩定性具體設計

4.1 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。

4.2 設計計算

整個項目需要計算梁和柱的整體。在傳遞水平推力的過程中，會發生一定程度的水平位移，從而有助于利用其自身的變形釋放大部分力，從而使內力處于平衡狀態。只要鋼梁具有一定的高度，在柱不太大的情況下，也可以達到對變形和強度的特定要求。結構分析過程由STS模型建模，穩定性和強度由Satwe軟件確定。自振周期的合理計算和節點強度的變化需要注意以下兩點：①整個結構的跨度非常大。根據工藝要求，必須設計較大的孔，并且必須接受大扭矩。在施工過程中，必須增大梁的橫截面寬度，增加縱向截面力，增加開口附近支撐的數量，使平面處于內部穩定狀態。②有必要注意雙向結構。考慮到，所以列長度計算必須根據相關規范計算。

5 結語

鋼結構的穩定性問題與強度問題不同。在實際設計中，設計人員應清楚知道結構構件的穩定性，以免在設計過程中造成不必要的不穩定性損壞。針對上述問題，本文提出了設計人員在設計過程中應該明確的一些基本概念。總之，只有深入了解這些問題才能使鋼結構的結構設計不斷完善。

[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.