關于鋼結構穩定設計的若干思考

【摘要】近年來，我國鋼結構建筑的發展十分迅速，新型結構不斷地出現，結構構件的穩定性作為設計建筑產品的重要環節，極大地影響著鋼結構建筑的發展壯大，如何確保鋼結構設計的穩定性是當前鋼結構設計關注的焦點問題。因此，探索鋼結構穩定設計具有十分重要的現實意義。本文在概述鋼結構穩定設計的基礎上，通過分析鋼結構穩定設計的原則，探討了鋼結構穩定設計的影響因素，旨在說明鋼結構穩定設計的重要性，以期為鋼結構穩定設計提供參考。

【關鍵詞】鋼結構 穩定設計 設計原則 影響因素

一.概述鋼結構穩定設計

穩定性是鋼結構的一個突出問題，在進行鋼結構設計時我們尤其應該引起重視。關于鋼結構穩定設計，我們應首先了解兩個基本的概念，一是強度與穩定的區別；二是鋼結構失穩的分類。在區別強度與穩定的過程中，強度是一個應力問題，它是衡量零件本身承載能力的重要指標，指結構或者單個構件在穩定平衡狀態下由荷載所引起地最大應力（或內力）是否超過建筑材料的極限強度，不同材料的極限強度也不盡相同，對鋼材常取它的屈服點。而鋼結構設計中遇到的穩定問題是一個變形問題，要考慮構件及結構的整體作用，主要是找出外荷載與結構內部抵抗力間的不穩定平衡狀態，確定臨界載荷的平衡方法。對鋼結構穩定設計而言，區分結構失穩類型的性質十分重要，在鋼結構失穩的分類方面，通常可分為三類，一類是分支點失穩。分支點是平衡狀態從穩定轉變為不穩定的分界點，完善直桿軸心受壓時的屈曲就屬于這一類，在分支點處所對應的荷載稱為屈曲荷載或臨界荷載。二是極值點失穩。由建筑鋼材做成的偏心受壓構件，在塑性發展到一定程度時喪失穩定的能力，屬于這一類。三是躍越失穩。躍越失穩是在喪失穩定平衡之后跳躍到另一個穩定平衡狀態。

二、鋼結構穩定設計的原則

從鋼結構設計的原則上看，在對鋼結構穩定性設計時應遵循三個方面的原則，即宏觀把握整體與局部的穩定性、結構計算簡圖的依據保持一致、結構計算和構造設計相互配合，下文將逐一進行分析：

1.宏觀把握整體與局部的穩定性

宏觀把握整體與局部的穩定性是鋼結構穩定設計的原則之一。在鋼結構設計過程中，必須具有整體意識，對鋼結構結構整體布置要考慮整個體系以及組成部分的穩定性要求，從而達到穩定設計的目標。目前大多數結構是按照平面體系來設計的，如桁架和框架都是如此。保證這些平面結構不致出平面失穩，需要從結構整體布置來解決。這就是說，平面結構構件的出平面穩定計算必須和結構布置相一致。

2.結構計算簡圖的依據保持一致

結構計算簡圖的依據保持一致是鋼結構穩定設計的又一原則，這對框架結構的穩定計算十分重要。目前，在采用以框架柱的穩定計算這種方法時，計算框架柱穩定時用到的柱計算長度系數，應通過框架整體穩定分析得出，才能使柱穩定計算等效于框架穩定計算。

3.結構計算和構造設計相互配合

鋼結構穩定設計的原則還表現在結構計算和構造設計相互配合方面。設計結構的細部構造和構件的穩定計算必須相互配合，使二者有一致性。對要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節點連接，應分別賦予它足夠的剛度和柔度，對桁架節點應盡量減少桿件偏心，這些都是設計者處理構造細部時經常考慮到的。但是，當涉及穩定性能時，構造上時常有不同于強度的要求或特殊考慮。

三、鋼結構穩定設計的影響因素

為進一步提高鋼結構穩定設計水平，在了解鋼結構穩定設計的相關要求的基礎上，鋼結構穩定設計的影響因素也至關重要，下文將從五個方面具體論述鋼結構穩定設計的影響因素（如圖1所示），其具體內容如下：

圖1 鋼結構穩定設計的影響因素

1.受彎構建的整體穩定

受彎構建的整體穩定是鋼結構穩定設計的影響因素之一。受彎構件指截面上通常有彎矩和剪力共同作用而軸力忽略不計的構件，影響受彎構件整體穩定因素較多，如荷載種類、荷載作用位置、截面剛度、受彎構件的支承條件等，其受力特點為上部受壓，下部受拉。在鋼結構穩定設計中，梁的穩定承載力與梁的截面形式受其影響，懸臂梁根部是否完全嵌固，對它的穩定承載力也影響極大。

2.軸心壓桿的穩定計算

軸心壓桿的穩定計算是鋼結構穩定設計的又一影響因素。在鋼結構穩定設計中，軸心壓桿作為鋼結構穩定設計的重要組成部分，軸壓構件的穩定極限承載力受多方面因素的影響，在制造過程中，各種工藝作用與影響殘留在構件內造成的殘余應力，極大地影響著軸心壓桿穩定承載力。一般來說，殘余壓應力越大，位置距形心軸越遠，值越低。不僅如此，扭轉失穩的不利作用和幾何缺陷的不利影響都將影響到軸心壓桿的穩定計算。

3.壓彎構建的穩定計算

壓彎構建的穩定計算也在一定程度生影響著鋼結構穩定設計。壓彎構件實際上就是軸力與彎矩共同作用的構件，壓彎構件的整體穩定計算比軸心受壓構件要復雜。壓彎構件的穩定計算需要引進適當的等效彎矩系數。單軸對稱的冷彎薄壁壓彎構件在彎矩作用平面外的穩定計算不同于熱軋或焊接構件。

4.板件的穩定

影響鋼結構穩定設計的因素還表現在板件的穩定上。在鋼結構穩定設計中，影響受壓板件穩定的主要因素是寬厚比而不是長厚比，為了提高板件的穩定性，可減小板件的寬厚比或減小板件的長寬比。與此同時，加勁肋必須有足夠剛度，才能對板件起完全支承作用。

5.框架的穩定

框架的穩定對鋼結構穩定設計也具有一定的影響。為增強框架結構的穩定性，在鋼結構穩定設計中，承受重力荷載作用的框架彈性穩定，可以用轉角位移法分析。有水平荷載作用的框架穩定問題，宜用二階彈塑性分析。一階分析計算框架內力，再用計算長度法計算柱子穩定的方法，一般可以保證框架穩定。

結 語

總之，鋼結構穩定設計是一項綜合的系統工程，具有長期性和復雜性。對建筑結構設計人員而言，在進行鋼結構穩定設計時，應了解鋼結構穩定設計的基本內涵，并遵循鋼結構穩定設計的相關原則，充分考慮受彎構建的整體穩定、軸心壓桿的穩定計算、壓彎構建的穩定計算、板件的穩定和框架的穩定等影響鋼結構穩定設計的因素，才能不斷提高鋼結構穩定設計水平，以便于幫助我們在設計中更好地完成穩定設計。

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作者簡介：肖融（1984.10-） 女，籍貫：湖北省洪湖市，現職稱：助理工程師，職務：設計經理，學歷：大學本科，研究方向：結構設計。