鋼結構設計中穩定問題的研究

文/趙銀實 吉林省石油化工設計研究院 吉林長春 130000

鋼結構設計中穩定問題的研究

文/趙銀實 吉林省石油化工設計研究院 吉林長春 130000

隨著我國國民經濟的快速發展以及建筑水平的不斷提高，出現了大量的高層建筑物或構筑物，這些建筑結構中廣泛的運用了鋼結構設計。研究分析鋼結構的穩定性問題，具有非常重要的意義。

鋼結構；設計；穩定

鋼結構與鋼筋混凝土結構相比，具有截面輪廓尺寸小、強度高、自重輕等特點。但對于因受壓、受彎和受剪等存在受壓區的構件或板件，如果技術上處理不當，可能使鋼結構出現失穩，一旦出現失穩事故將造成巨大的損失。

1、鋼結構穩定性的涵義

所謂鋼結構穩定性一般來說，指的是在建筑中鋼結構經過外界擾動后恢復到最初平衡狀態的性能。同樣的道理，與之相對的屬性即失穩，也就是建筑結構因外界擾動而自最初的平衡位置移動到其他位置。許多嚴重事故就是由于鋼結構在外界條件發生變化時不穩定，出現結構失穩的現象，導致建筑物坍塌等事故，最終造成重大經濟損失。所以穩定性問題是鋼結構設計中的一個關鍵性問題，與工程質量和安全密切相關。

2、鋼結構穩定性設計中存在的問題

2.1 強度與穩定矛盾

強度的問題通常就是指建筑鋼結構中單個構件在平衡和穩定的狀態下所引起的最大的應力荷載是否在建筑材料自身可以承受的荷載之內，所以是建筑結構承受應力能力的問題，極限強度的大小主要是看材料本身所具備的特點，針對混凝土一類的脆性比較強的材料就可以選取材料的最大強度，但是穩定性和強度是存在著比較大的差異的，它主要是看外部的荷載和內部的抵抗力是否已經達到了一個比較平衡的狀態，也就是說要在設計的過程中避免變形過快的現象，從這一角度來看，穩定性是變形的問題，所以二者是不能統一起來的。

2.2 不確定因素的影響

在鋼結構穩定性設計的研究過程中會受到很多不確定性因素的影響，同時在確定穩定性有關的物理量和力學變量的時候主要都是依照以往的經驗的，所以對實際狀況的分析還存在著很大的不足，所以這也會增加設計過程中的不確定性，設計人員在進行設計的過程中應該建立一個符合結構要求的模型，但是這些模型本身也具備了一些不確定性，如果將這些模型直接應用在實際的設計工作中一定會對設計的質量和效果產生一定的不利影響。

2.3 整體穩定和局部穩定的不統一

在鋼結構穩定性的設計中一定要對整體穩定性和局部穩定性之間的關系有一個清晰的認識，尤其是在一些大跨度結構的設計中。鋼結構穩定性設計中，梁和柱的穩定性也是影響整個鋼結構穩定性的一個十分重要的因素，梁和柱是鋼結構當中起到基礎作用的結構，所以如果不能很好的保證梁和柱的穩定性就更無法保證鋼結構整體的穩定性，所以在設計的過程中需要對梁和柱的穩定性進行有效的控制。

2.4 預張拉結構體系的理論不完善

鋼結構穩定性設計中的另一個重要體系就是預張拉結構體系，以往的預張拉結構體系的理論都不是很完善，沒有一個完整合理的理論體系來分析預張拉結構中的穩定性，在工程應用中依然采用的是先前的理論體系，因此需要建立一個完善科學的預張拉結構體系理論。

3、鋼結構穩定性設計的難點分析

目前，在進行鋼結構穩定性設計中難以控制不確定性因素對鋼結構穩定性的影響。一些工程在進行結構穩定性設計和分析時，都采用以往的經驗來確定相關關系，沒有結合到具體的工程來確定一個合理、科學的相關關系。在根據以往的經驗確定相關關系的時候，就像是多次統計后得出的一個結果一樣，存在著一定的不確定性，是不能夠作為實際工程分析的。在對相關數據進行統計的時候，難以確保每一個數據的準確性，同時也難以結合具體的工程來驗證這些數據的準確性，這樣就給鋼結構穩定性設計和分析帶來了不確定性因素，使得穩定性設計沒有實際意義，不具有時效性。因此要想做好鋼結構穩定性的設計，就要將不確定性因素對穩定性設計的影響降到最低，確保穩定性設計和分析具有時效性。

4、鋼結構穩定性設計的相關原則

4.1 計算方法與結構簡圖保持一致

在進行框架結構分析的時候，通常是不會采用框架穩定性分析的，而是直接進行框架柱的穩定計算，在采用這種方法的時候，一定要確保框架結構計算所給出的基本假定，然后根據結構簡圖確定實際的結構尺寸，再根據相應的計算方法進行穩定計算。當結構簡圖和計算方法不一致時，要調整計算方法，而不能修改結構簡圖，這樣才能確保鋼結構穩定性分析的要求和設計的實效性。

4.2 鋼結構布置達到穩定性要求

在進行鋼結構布置的時候，一定要確保每一個環節的穩定性要求，不能夠為了簡單，只是注重容易出現問題的環節。在出現平面失穩的情況時，不能置之不理，需要設計必要的支撐構件來消除平面失穩的現象。此外還需要注意桿件的穩定和平面橫隔設置之間的關系，確保兩者都滿足穩定性設計的要求。

4.3 科學計算細部構造與構件穩定性

在鋼結構穩定性設計中，細部構造一定要和構件的穩定性計算的方法相符合，例如在進行梁的穩定性計算時，不能夠用計算梁剛度的方法去計算梁的強度，這樣的計算是不科學的，為此需要保持構件與細部構造穩定性計算方法的相符性，這樣才能確保穩定性計算的實際效用。

5、鋼結構設計穩定性的改進措施

5.1 盡量減小不確定性因素的影響

鋼結構穩定性設計中，是不可能避免不確定因素影響的。為此只有盡量的減小不確定因素為鋼結構進行力學性能的分析和相關的設計，也可根據眾多的實驗，最終選擇一個較為合理的方案來確定相關關系，也只有這樣才可以滿足設計要求和目的。

5.2 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。

結語：

綜上所述，在實際設計中，應該明確知道結構構件的穩定性能，深入了解設計中存在的問題，才會使得鋼結構穩定設計不斷地完善，以免在設計過程中發生不必要的失穩損失。

[1]劉明亮，王超，趙亮.淺談鋼結構設計[J].科技致富向導,2011（20）.

[2]苗鵬.關于現代建筑中鋼結構應用前景的分析報告[J].現代物理知識,2005（6）.

趙銀實（1983-），女 ，吉林圖們人，工程師，主要研究方向為結構設計。