1、1小议钢结构的稳定设计【摘要】钢结构自身具有强度高、自重轻等诸多优点，已被广泛应用，但其自身仍存在一定缺陷，在各种类型的钢结构中，保持稳定性是经常遇到的问题，也是钢结构设计的关键所在。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，而且会造成人员伤亡。我们在钢结构设计中，一定要把握好这一关文中笔者通过其优缺点进行分析，着重阐述了其稳定性的设计原则及要点。 【关键词】钢结构；稳定性；设计探讨 中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 随着城市化进程的不断加快，一座座高层建筑拔地而起，高层建筑中应用最普及的也便是各式各样的“钢结构”轻钢结构、混组合结构、主宰钢结构、重型钢
2、结构等多种钢结构体系均已在当前建筑行业中得到了重要的运用。其主要原因在于钢结构具有易安装、环境污染少、自重轻、抗震性能好等优势。目前国内对钢结构设计时，考虑最多的是其稳定性的设计，其主要原因是钢结构失稳的问题时有发生，因此钢结构的应用中，掌握其稳定性的设计方法至关重要。 二、钢结构建筑是优势和不足分析 1.建筑钢结构的优势 首先钢结构具有自重轻，延性好的特点，因此将其应用在建筑中，2可以很好的突出抗震优势。主要因为钢结构的总质量较小，其地震力效应自然也小。良好的延性同样对地震效应有着很好的缓冲作用。通常混凝土施工时管道需要通过梁底，占用了较大的空间，迫使楼层的净高减少。而通过采用钢结构，可有效
3、提高各楼层之间净高效果。除此之外，与传统“肥梁胖柱”才能建造出开问较大的结构相比，钢结构由于其轻质高强的特点，可简单实现复杂结构及大跨结构，有效实现开放式住宅建造目的。 其次，钢结构建筑还具有地域应用优势。与其他施工结构相比，钢结构施工速度较快，这一特点对于不利于施工冬季较长的西部地区来说，优势非常明显，它不但保证了施工质量、缩短了施工周期而且还可有效减少因施工带来的温度等问题。 第三，钢结构建筑具有较好的保温性能。北方地区冬季室内采暖期较差，部分地区可达半年之久，引起对外墙保温措施的要求相对较高。钢结构主宰与传统砖墙结构相比，其墙体通过选用相配套的建筑板材，可有效确保其良好的保温性能，从而满
4、足北方用户居住的基本需求，同时也有效实现了建筑节能的发展趋势。 2.建筑钢结构的不足 因其优势，钢结构得到了广泛的应用，同时钢结构住宅也促进了国内住宅产业化的发展，尤其是钢结构的环保性能，更是符合当今世界所提倡的可持续发展方向和基本额需求，给社会带来了良好的效益，但其自身也存在一定的不足。如刚才本身具有耐火性和耐腐蚀性差，因此使用过程必须严格注意其防护工作，且防护工作的费用远远高于钢筋混凝3土结构。虽然刚才本身具有一定耐热性，但温度一旦达到 150，钢结构必须由隔热层进行保护。钢材不耐火的缺点，因此对于一些重要结构，必须采取相应的防火措施进行保护。钢材强度高，多数构建壁薄且截画小，因此往往在受
5、压时为了使稳定和强度之间取得最优，在满足了稳定要求时，却使得强度不能充分发挥其作用等。 三、钢结构稳定设计特点 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。 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。 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。这是因为迭加原理的应用应以满足以下条件为前提 a材
6、料服从虎克定律变成正比； h结构的变形很小。 而弹性稳定计算一般均不能满足 b 条件，非弹性稳定计算则两个前提都不符合。了解了一些在钢结构设计中应该明确的一些基本概念，有助于我们在设计中更好地处理稳定方面的问题，随着新型钢结构体系地不断发展，我们对稳定问题的研究要求也不断地提高，之所以在设计中4出现结构失稳问题，另一个重要原因就是我们对新型结构稳定 知之甚少，也就是目前钢结构稳定研究中存在的问题。 四、钢结构稳定性设计 通过对钢结构的优势和不足进行分析以后，得知钢结构设计中必须注意一个最为突出的问题钢结构的稳定性设计。各类钢结构中，因钢结构的失稳而造成的伤亡事故屡见不鲜，为了确保其足够的刚度、
7、强度以及稳定性，确保其工程质量和使用安全，必须对钢结构的稳定性进行详细设计，以便发挥其最大优势。 1.钢结构设计的基本原则 了解钢结构设计原则之前，必须清楚钢结构稳定和强度的问题，二者的区别及联系，钢结构的强度属于一个应力问题，通常我们所说的极限强度取决于材料基本特性：如混凝土等一些脆性材料，必须取其最大的强度：对于钢材这种材料则通常取其屈服点。但强度和稳定问题却并非同一概念，要想解决强度问题，必须先找出不稳定的平衡状态，该状态主要存在于构件内部抵抗力和外部荷载之间，也就是变形快速增长的那个状态，由此我们可知强度问题实质上是一个变形的问题。基于此，钢结构设计必须遵循以下原则： （一）钢结构整体
8、布置必须符合所有组成部分及全部整体稳定性的要求。当前钢结构大多以平面体系进行设计的，如框架的设计等。若想确保这些平面结构不出现失稳的问题，必须通过整体布置，综合考虑钢结构的整体布置，也即是设计必要的支撑构建，防止失稳现象的出现。这一点也充分说明了平面结构构建的结构布置和平面稳定计算必须具有5一致性。 （二）设计结构中的系部结构和各构建之间稳定计算必须一致。设计工作者在处理构造的细部时，对于传递弯矩及不传递弯矩的节点连接做出相应要求时，均要考虑其应具备的柔度和刚度，还必须注意桁架点的位置，尽量减少杠件的偏心，一旦构造上特殊情况徐特殊考虑时或不同于强度的要求时，这些涉及构建稳定性能时，必须对其进行
9、综合考虑 2.钢结构稳定性分析的方法 通常我们对钢结构稳定的分析均是针对外荷载作用下钢结构存在的变形的条件进行的，此变形与所要研究的构件或结构失稳时所出现的变形相互对应。荷载与结构变形之间呈非线性关系。稳定计算过程采用二阶分析方法，属于非线性的几何问题。因此所确定的无论是极限荷还是屈曲荷载，都可视为计算构建或结构的稳定承载力。 （一）能量法 该方法是求解稳定承载力的近似方法，能够通过势能驻值原理和能量守恒原理求解临界的荷载。势能驻值原理可实现临界荷载的求解。势能驻值原理也即是指：由于结构受外力的作用，当位移出现微小变化，但总势能保持不变，其表达式为： dII=dU dW =0 式 1 式 1
10、中 d u 指虚位移动引起的结构内应变化，其总正直 dW 指外力在虚位移上所作的功。能量守恒原理来求解临界的荷载。通常将保守体系处于平衡状态时，结构体系中贮存的应变能等于外力所作6的功，并将其成为能量守恒的原理。通常将临界状态能量关系表达为： U = W 式 2 式 2 中的u 也即是应变能的增量； w也即是外力功的增量。 （二）静力法 静力法又称静力平衡法，主要根据已经发生了的微小变形结构的受力条件来建立平衡微分方程，并以此解出临界荷载。建立平衡微分方程的过程中，必须进行事先假定，并根据相应假定来建立平衡微分方程，并将其带入相应边界的基本条件，从而解得临界荷载。 五、结束语 钢结构自身的强度
11、高、自重轻等特质，使得它在建筑工程中得到了广泛应用，相信通过对其进行局部稳定、整体稳定及平面稳定等方面的设计，克服其自身存在的缺陷，必定使其应用领域更加广泛。 参考文献： 1张彩霞 王丽 钢结构稳定设计的相关概念山西建筑-2012 年 5 期 2梁? 钢结构稳定性问题探析中国新技术新产品-2012 年 1 期 3陶然 锅炉钢结构设计的步骤及特点电站系统工程-2011 年 5 期 4白家铭 段宁 钢结构稳定设计浅谈江苏建筑-2011 年 B12 期 5白银广 浅谈建筑钢结构及其稳定性设计方法科技风-2011 年 19期 6张媛媛 程健 建筑钢结构及其施工稳定性建材世界-2011 年 5 期 7顾浩磊 钢结构设计的稳定性研究商情-2011 年 22 期 78张国荣 钢结构建筑设计的构思及其稳定性问题分析建材发展导向-2011 年 11 期
