異型鋼結構穩定性分析

劉行

（長沙怡境景觀設計有限公司，湖南長沙 410000）

0 引言

異型鋼結構在建筑領域應用廣泛，因為它具有很強的抗震性，并且自身質量輕。但是鋼結構存在很多關于穩定性的問題，如果不及時處理，不僅會損失巨大的資金，而且可能造成人員傷亡。所以我國不斷加強對鋼結構穩定性建設的關注，加大科學技術的投入，不斷提高技術水平，專業技術人員在進行鋼結構穩定性設計時，要求綜合考慮各部位可能導致失穩的原因，并及時采取措施。進行修改完善，保障工程的順利進行。異型鋼結構中，它的穩定性能是至關重要的，它影響著整個建筑工程的穩定性。隨著現代建筑結構體系越來越復雜，結構整體穩定性也變得更加突出，做好異型鋼結構的穩定性是至關重要的，它關乎著人民的安全和社會建設的發展趨勢。同時隨著科研水平的不斷提升，為異型結構的穩定性提供保障。

1 異型鋼結構穩定性驗算

穩定性是鋼結構中的一個重要問題，在各種不同類型的鋼結構中都會存在穩定性問題，如果穩定性問題處理不當，就會造成嚴重的損失，異型鋼結構的穩定性問題是鋼結構設計中急待解決的主要問題，如果異型鋼結構的穩定性問題不及時處理，出現異型鋼結構的失穩情況，不但對建設工程經濟造成嚴重的損失，而且會造成建筑人員的意外傷害。對異型鋼結構進行穩定性驗算有利于保障整體結構中各個部件的穩定性，保障工程建設的安全性。

整體穩定性實質是結構處于穩定狀態，由于受到一個很小的力，使整體結構發生變形，使整體不穩定，整體結構重心發生偏移，產生很大的彎矩，最終造成整體結構倒塌，喪失承重能力。局部穩定性實質指兩結構間的截面尺寸很大，厚度相對較薄，由于板件偏離原來的平衡位置造成結構波狀彎曲，使構件發生整體性失穩；此外由于部分部件因局部彎曲而退出受力，使其他板件受力增加，也可能造成截面不對稱，最終造成構件等喪失承重能力，使整體結構坍塌。整體穩定性和局部穩定性二者都關乎整個工程的穩定性，二者出現的問題都要引起重視，并及時提出完善方案，為將要進行的建設工作提供便利。異型鋼結構景觀廊架如圖1 所示。

圖1 異型鋼結構景觀廊架

2 異型鋼結構穩定性的影響因素

2.1 構件承重強度的影響

異型鋼結構的穩定性能可能受到構件承重強度的影響，而且截面特征等因素也是造成異型鋼結構不穩定的原因。另一方面來說，異型鋼結構的抗彎曲性能和支持性能對異型鋼結構本身也存在一些制約性，因此，設計建模時要對結構進行充分的研究，綜合考慮各種因素的影響，如概念設計、假定、邊界條件、技術水平等對其的影響，另外，現實承重能力和數據的理論值之間的差距也會影響異型鋼結構穩定性能，所以，設計人員必須嚴謹地設計建模，綜合考慮各項影響因素，避免發生建筑失穩現象。

2.2 穩定性設計理論的影響

在日常的工作設計中，穩定性理論也并不是完美無暇的，設計人員按照設計方案進行設計，但很多的突發因素沒有參考進去，因此也會影響異型鋼結構的穩定性。在現實生活的工程建設過程中，受到鋼結構數據的不確定性，可能會導致現實與計算上存在差別，因此，應根據現實工程需要，專注于隨機參數下擾動屈曲、極值屈曲和跳躍屈曲的研究與分析，從而對鋼結構進行嚴謹的設計。如何體現彎矩和軸力的聯合作用是異型鋼結構穩定設計中最大的問題。在大跨結構設計中，設計者往往選擇一個相對穩定的安全系數，其缺點是無法看到結構對自身的真實受力狀態。因此，結構體系的穩定設計理論還不是很完善，局部穩定和整體穩定性值得我們研究。

只有不斷加強科技研發，提高異型鋼結構穩定性水平，并結合穩定性理論，參考現實工程需要，才能建設出更完美的工程。

3 加強異型鋼穩定性的策略

3.1 穩定及失穩的含義

穩定性計算是根據建筑物結構變形后的幾何形狀和位置進行分析的。穩定性主要是通過尋找結構的內力與外荷載之間的不穩定的平衡狀態，就是當結構發生變形且迅速增加，需要避免的狀態。因此，這是一個變形問題。

失穩也被稱為屈曲，也是一個過程，與構件剛度有關，是指在承載力極限狀態內，鋼結構失去整體的穩定性，如果出現失穩問題，對結構受壓區域沒有處理好，異型鋼結構就會出現整體失穩現象，整體的失穩會造成建筑結構的整體坍塌，在此之前的微小結構變形是不易發現的，所以在建設過程中要嚴謹觀察，注重建筑的微小變形，避免因小失大，造成更嚴重的后果。異型鋼結構工程如圖2 所示。

圖2 異型鋼結構工程

3.2 研究異型鋼結構穩定性的方法

3.2.1 平衡法

平衡法，也叫靜力平衡法或中性平衡法。根據異型鋼結構微變形后的受力情況，建立平衡微分方程，是求解結構穩定極限荷載的最基本方法。建立平衡微分方程需要滿足以下五個基本假設：構件為截面等長的直桿、壓力始終沿構件的原軸線作用、材料遵循胡克定律、構件滿足平截面的假設、構件的彎曲變形較小。因此，在大多數情況下，平衡法更常用。

3.2.2 動力法

動力法是利用微小的干擾使結構系統處于平衡狀態振動的方法。此時結構的變形和振動加速度與已經作用在結構上的荷載有關。當荷載小于穩定極限荷載值時，加速度方向與變形方向相反。如果干擾被消除，運動就趨向于靜止。此時，結構處于穩定的平衡狀態。但當荷載大于穩定極限荷載值時，加速度方向與變形方向一致。在這種情況下，即使去除干涉，運動仍然是發散的，結構的平衡狀態是不穩定的。

3.2.3 能量法

它是求解承載力穩定性的一種近似方法，即利用能量守恒原理和勢能垂向值原理求解臨界荷載。根據變形理論分析，能量法只能算出屈曲荷載的近似解。但是，如果能提前知道屈曲后的變形形式，則可以方便地得到精確的解。此外，總勢能垂向值原理可用于求解失穩載荷，最小總勢能原理可用于分析失穩后的平衡穩定性。

3.3 加強異型鋼結構穩定性施工的措施

3.3.1 保證各部件的穩定性能

異型鋼結構的穩定性其各部件構造的穩定性也很重要，只有保證每個部件的穩定性能，才能為整個鋼結構的穩定性做好保障，比如在梁端做法上，要嚴格要求梁端的細部構造不能發生扭轉，如果梁端支座不能有效的阻止扭轉，則梁端結構的穩定性將大大降低。不同形狀的截面內不同的板件分擔的力也不一樣，要正確恰當地選擇鋼結構的截面類型，均勻分散受力，避免出現失穩現象，對于H 形和工字形截面，腹板上的殘余應力不如翼緣上的殘余應力重要。設計人員應注意翼緣內殘余應力的分布特征和數值。

3.3.2 嚴格規范施工要求

要嚴格遵守施工標準，避免各個部件的失穩現象，通過結合現實工程的細節要求，根據實際情況設計必要部件安裝環節，為此可以更好的保障整體結構的穩定性，在進行平面結構設計時，平面穩定的計算必須和結構布置保持一致，通過嚴謹的操作可以使異型鋼結構更加穩定，項目工程更堅固耐用。

3.3.3 提高施工人員的技能素質

異型鋼結構的施工具有一定的特殊性，因而，施工人員要具備更高水平的技術，也要有更高的素質要求。在異型鋼結構的施工過程中，不斷提高施工人員的素質，有利于保障工程建設的質量水平，同時也要加強各種施工器械的使用培訓，提高工作效率，不斷加強對異型鋼結構的施工管理和管控，提高整體工程的質量。當今，我國大部分的鋼結構是基于平面體系設計的，對于技術人員的要求就要根據結構整體布局設計，保障平面結構的穩定性。

4 結語

目前，隨著科技突飛猛進的發展，對于異型鋼結構的研究方法更加多樣化，鋼結構問題穩定性的解決將有更大程度的提升，工程建筑將更加堅固，并應用在各行各業中。