浅析钢结构的稳定设计.doc

1、浅析钢结构的稳定设计摘要：在各种类型的钢结构中，都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好，将会造成不应有的损失。本文站在如何提高钢稳定设计角度，结合钢结构设计和钢结构体系，从“钢体结构体系的优势和劣势，钢结构体系稳定性研究存在问题，钢结构稳定设计基本构架和设计流程特点，钢结构体系稳定性设计问题的研究和数值控制方法”四个方面，深刻阐述了在建筑结构中提高钢体结构稳定控制过程，为对钢型结构稳定性提供了一个针对性的研究思路和方法。 关键词：钢体结构， 稳定性，设计 中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号： 引言： 稳定性是钢结构的一个突出问题。在各种类型的钢结构中，都会遇到稳定问题。对于这个问

2、题处理不好，将会造成不应有的损失。在我国1988 年曾发生 13.2 17.99m 网架因腹杆稳定不足而在施工过程中塌落的事故。从上可以看出，钢结构中的稳定问题是钢结构设计中以待解决的主要问题，一旦出现了钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，而且会造成人员的伤亡，所以我们在钢结构设计中，一定要把握好这一关。 钢结构稳定设计的基本概念 1. 强度与稳定的区别 强度问题是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起地最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度，因此是一个应力问题。极限强度的取值取决于材料的特性，对混凝土等脆性材料，可取它的最大强度，对钢材则常取它的屈服点。 稳定问题则与强

3、度问题不同，它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，从而设法避免进入该状态，因此，它是一个变形问题。 2. 钢结构失稳的分类 2.1 第一类稳定问题或者具有平衡分岔的稳定问题（也叫分支点失稳） 。完善直杆轴心受压时的屈曲和完善平板中面受压时的屈曲都属于这一类。 2.2 第二类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题（也叫极值点失稳） 。由建筑钢材做成的偏心受压构件，在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力，属于这一类。 2.3 跃越失稳是一种不同于以上两种类型，它既无平衡分岔点，又无极值点，它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。区分结构失稳类型的性质十分重要

4、，这样才有可能正确估量结构的稳定承载力。随着稳定问题研究的逐步深入，上述分类看起来已经不够了。设计为轴心受压的构件，实际上总不免有一点初弯曲，荷载的作用点也难免有偏心。因此，我们要真正掌握这种构件的性能，就必须了解缺陷对它的影响，其他构件也都有个缺陷影响问题。另一方面就是深入对构件屈曲后性能的研究。 3. 钢结构设计的原则 根据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则，以更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定。 3.1 结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求 目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需

5、要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面结构构件的稳定计算必须和结构布置相一致。由平面桁架组成的塔架，基于同样原因，需要注意杆件的稳定和横隔设置之间的关系。 3.2 结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算十分重要。 目前设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定分折而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，自应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。GB50017- 2003 规范对单层或多层框架给出的计算长

6、度系数采用了五条基本假定，其中包括：“框架中所有柱子是同时丧失稳定的，即各柱同时达到其临界荷载” 。按照这条假定，框架各柱的稳定参数杆件稳定计算的常用方法，往往是依据一定的简化假设或者典型情况得出的，设计者必须确知所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。在实际工程中，框架计算简图和实用方法所依据的简图不一致的情况还可举出以下两种，即附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架。这两种情况若按规范的系数计算，都会导致不安全的后果。所以所用的计算方法与前提假设和具体计算对象应该相一致。 3.3 设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大

7、家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。 4 钢结构稳定设计特点 4.1 失稳和整体刚度: 现行规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法。 4.2 稳定性整体分析：杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体。稳定分析必须从整体着眼。 4.3 稳定计算的其它特点：在弹性稳定计算中，除了需要考虑结构的整体性外，还有一些其他特点需要引起重视，首先要做的就是二阶分析，这种分析对柔性构件尤为重要，这是因为柔性构件的大变形

8、量对结构内力产生了不能忽视的影响，其次，普遍用于应力问题的迭加原理，在弹性稳定计算中不能应用。 钢结构体系稳定性研究存在问题 1. 钢体结构体系稳定性研究现状 钢体结构体系越来越广的应用在建筑和施工技术的发展的，钢结构体系的稳定性成为结构体系的重要保证。现在在建筑领域，对钢结构基本构件的理论问题的研究范围大，对于各种数值分析的稳定分析也已较成熟。但对构件整体稳定和局部稳定的相互作用的理论和设计应用上还有待更加深入的研究。网壳结构、大跨度网架拱结构两个方面为现今稳定性结构设计中存在主要问题。国内外专家通过运用牛顿- 拉斐逊迭代法、弧长法、广义逆法、人工弹簧法、自动求解技术实现了复杂结构体系的几何

9、非线性全过程分析，但对网壳结构的动力失稳机理、稳定准则、动力后屈曲、缺陷性敏感结构在强风和地震作用下的动力稳定性研究，仍缺乏实质性的突破。 大跨度网架拱结构作为一种新的大跨度结构，其稳定性方面的研究成果很少。非线性有限元理论对大跨度网架拱结构的稳定性进行了全过程跟踪，得出一些具有实际应用价值的结论。但对斜拉空间网格结构、预张拉结构体系的稳定性的研究十分有限，在计算数据方法上直接验算法和稳定设计法的结合运用仍然无法判定其结构稳定性。 2. 钢体结构体系稳定性中存在问题研究 钢结构体系稳定性研究具体问题： 2.1 网壳结构稳定性的研究中梁-柱单元问题：梁- 柱单元在实际的建筑中是否能准确计算网壳结

10、构的受力状态，如何利用轴力和弯矩的产生耦合效应。 2.2 大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互协调：大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数，并通过比例率数据系数来测算整体和局部的数据量比，但不能将规划整体稳定与局部稳定的数据协调。 2.3 预张拉结构体系的稳定设计理论的局限性：预张拉结构体系的稳定设计理论仍停留在测量统计分析，缺乏建立完整精确的理论体系。 结束语： 在设计过程中设计人员应该明确的一些基本概念；其次，随着新型结构的出现，设计人员对其性能认识的不足，从而导致构件的失稳,本文就这个问题阐述了新型结构现存的一些问题，并且针对一些问题论述了产生的原因。总之，只有深入了解这些问题，才会使得钢结构稳定理论设计不断地完善。 参考文献： 1钢结构稳定理论与设计（第 5 版）