鋼結構設計中穩定性問題分析

夏宇興 朱正

摘要： 鋼結構設計在建筑工程和橋梁工程當中都有著非常廣泛的應用，鋼結構設計的好壞將會直接決定整個建筑工程的質量，其中的穩定性設計是鋼結構設計中至關重要。大量的工程實踐表明，現代工程許多大型的工程事故都是因為鋼結構不穩定造成的，一般都是外界條件發生變化之后，導致鋼結構失穩，使得整個建筑倒塌，造成巨大的人員和財產損失，因此在鋼結構設計時加強穩定性設計對提高工程質量及預防工程事故具有非常重要的作用，本文在強調鋼結構設計的重要性的基礎上，針對鋼結構穩定性設計當中出現的問題進行了分析，同時提出了針對性的解決方法。

關鍵詞：鋼結構設計；工程質量；穩定性；

引言

伴隨著我國經濟的快速發展，我國的建筑工程要求越來越高，鋼結構在工程當中的應用也越來越廣泛，在鋼結構設計當中穩定性設計是非常重要的組成部分，做好這一部分工作可以很好的減少不必要的經濟損失。目前來說，鋼結構穩定性設計已經成為整個鋼結構設計，甚至是結構設計領域當中比較熱門的問題，也是整個行業的發展趨勢和目標。因此最大限度做好鋼結構穩定性設計不僅僅節約資源，還能保證工程質量，減少工程事故的發生。

1、鋼結構穩定性設計的重要性

在目前存在的鋼結構建筑當中有相當一部分存在穩定性差的問題，主要的問題關鍵就是設計者在進行設計時沒有很好的將鋼結構當中的材料和結構的相關性能弄清楚，同時缺乏穩定性設計概念。包括施工企業在施工過程當中沒有嚴格按照設計和規范要求進行，從而導致失穩現象的產生，往往造成巨大的經濟損失。因此在建筑工程設計與施工當中做好鋼結構穩定性設計是至關重要的，不僅僅關系到整個建筑工程的質量，同時還關系到相關人員的生命財產安全。因為鋼結構失穩導致的是整個建筑物的倒塌，而不是某一個部位出現問題，造成的經濟損失和人員傷亡是不可估量的。在現階段我國的工程實際當中做好鋼結構穩定性設計已經是迫在眉睫了，在關注鋼架構設計穩定性問題的同時，采取有針對性的措施，保證鋼結構建筑物的安全穩定是具有重要意義。

2、穩定性的設計原則

2.1細部構造和構件穩定性計算方法

在進行鋼結構設計時需要將設計的構造和對應的結構計算對應起來，在滿足結構的穩定性的同時還需要滿足結構的細部設計要求，是兩者達到高度的一致性。連接節點當中需要傳遞傳遞彎矩就需要設計足夠的剛度和柔度；在桁架結構設計中，針對節點位置應該要盡量的減少桿件的偏心，對于鋼結構設計來說，這也僅僅是構件的細部構造，但是在穩定性設計當中，對于細部的構造就會有很多其他的要求，例如對簡支梁來說，其抗彎強度主要就是針對動鉸支座是允許其在平面內轉動的，但是在梁的整體穩定性當中，支座不僅僅需要滿足上述要求滿足梁繞縱軸扭轉的要求，允許梁在平面內轉動以及在梁端截面自由的翹曲。

1.2整體和組成部分穩定性的統一

當前的鋼結構設計當中主要是以平面體系作為主要的出發點，比較典型的例子就是桁架和框架的設計。在進行設計時，為了避免平面失穩現象的發生，就必須要從鋼結構的整體出發，在設計時有針對性的設計一些支撐構件，保持平面構件的結構布置和平面穩定性是一致的。

2.3結構簡圖和計算方法的統一

在進行單層或者是多層框架的結構設計時必須要充分考慮框架的穩定性，要經過充分的計算保證其穩定性。計算框架結構當中柱的穩定時主要需要用到的是計算長度系數，在對框架結構的整體進行了穩定性分析的基礎上，讓最終框架的穩定性計算和柱的穩定性計算一致。此外。還需要保證計算方法和計算的結構簡圖保持一致，不行的話就需要對計算方法進行調整，以求保證鋼結構的穩定性。

3設計中存在的問題

3.1小確定性因素

在鋼結構體系設計中，有許多小確定性因素會影響設計的穩定性，比如物力、幾何小確定性因素，包括材料（彈性模量、屈服應力等）、桿件尺寸、截面積、殘余應力和初始變形等。在確定與穩定性有關的幾何量和物理量時，大多會根據以往經驗分析問題，結合實際情況。另外，設計人員在分析鋼結構時，所提的假設、數學模型、邊界條件與目前的技術發展水平小相符，難以真實的反映到計算中，導致理論值與實際承載力有差異等。結構隨機影響分析所處理的問題大多局限于確定的結構參數、隨機荷載輸入在一定范圍內，而在實際工程中，由于參數的不確定性，會引起結構響應的明顯差異。

3.2梁一柱穩定性設計

對于網殼結構來說，在進行穩定性設計時，針對梁-柱單元進行穩定性設計時最為重要的設計方法之一，但是就目前的梁-柱單元理論來說，其無法完全證實的反應網殼結構的真實受力狀態，例如網殼結構中的彎矩和軸力的禍合效應等都沒有辦法進行全面的反應。但是在整個網殼結構的設計當中，梁-柱單元理論是最為基礎的，因此就需要對該理論進行完善，同時在進行穩定性設計時需要充分的主義梁和柱之間的穩定性關系以及相互之間的力學效應。

3.3整體穩定與局部穩定

在鋼結構穩定性設計中，存在大跨度的鋼結構的整體穩定性和局部穩定性計算小到位的情況。雖然它的穩定性計算借鑒了以往的經驗來確定整體穩定性和局部穩定性之問的安全系數，但是，并沒有結合具體的工程情況來計算一個較為科學的安全系數，所以，它小能真實反映整體穩定性與局部穩定性之問的關系，小能保證鋼結構設計的穩定性。

4、針對問題提出的相關措施

4.1降低不確定性因素的影響

在進行鋼結構設計時，一些不確定的因素往往都是不可避免的，在進行設計和施工時都需要對這些不確定的因素給予最多的考慮。這些不確定因素導致鋼結構設計在進行力學性能分析和相關設計時出現錯誤，在施工時導致施工的誤差，致使施工難度加大。針對這些不確定的因素，可以通過大量的實驗對其進行確定，然后根據相關的力學與穩定性分析理論基礎，選取比較合理的方案將不確定關系變為確定關系，在進行設計時予以考慮，以求滿足相關設計的要求和目的。

4.2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。

4.3完善預張拉結構理論體系

對于鋼結構穩定性設計來說，預張拉結構的分析是至關重要的，要想做好預張拉結構的受力分析就必須要有一整套完整的預張拉結構理論分析體系，根據這個體系的分析結構，確定最終的合理而且準確的結果。同時在現代的鋼結構工程當中，預張拉結構使用非常廣泛，做好這方面基礎理論體系的研究，對于保證鋼結構的穩定性具有非常重要的意義。

5、結語

在進行鋼結構穩定性設計時應該根據工程實際情況進行及時的調整設計，因地制宜、因時制宜，避免結構在投入使用之后出現失穩現象，造成不可挽回的巨大損失。對鋼結構穩定設計相關理論進行深入研究，對于出現的問題及時給予解決，同時進步完善相關的設計理論，在提高工程質量的同時，避免工程事故的發生。

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