一级结构师基础辅导：钢结构稳定设计的探讨.docx

一级结构师基础：钢结构稳定设计的探讨1、 引言稳定性是钢构造的一个突出问题在各种类型的钢构造中，都会遇到稳定问题对于这个问题处理不好，将会造成不应有的损失现代工程不乏因失稳而造成的钢构造事故，其中影响的是1907年加拿大魁北克一座大桥在施工中破坏，9000吨钢构造全部坠入河中，桥上施工的人员75人遇难破坏是由于悬臂的受压下弦失稳造成的而美国哈特福特城的体育馆网架构造，平面92m×110m,突然于1978年破坏而落地，破坏起因可能是压杆屈曲以及1988年加拿大一停车场的屋盖构造塌落，1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落，这两次事故都和没有设置适当的文撑有关 [1]在我国1988年也曾发生l3.2 ×l7.99m网架因腹杆稳定位缺乏而在施工过程中塌落的事故从上可以看出，钢构造中的稳定问题是钢构造设计中以待解决的主要问题，一旦消失了钢构造的失稳事故，不但对经济造成严峻的损失，而且会造成人员的伤亡，所以我们在钢构造设计中，肯定要把握好这一关目前，钢构造中消失过的失稳事故都是由于设计者的阅历缺乏，对构造及构件的稳定性能不够清晰，对如何保证构造稳定缺少明确概念，造成一般性构造设计中不应有的薄弱环节。

另一方面是由于新型构造的消失，如空间网架，网壳构造等，设计者对其如何设计还没有完全的了解本文针对这些问题提出了在设计中应当明确在钢构造稳定设计中的一些根本概念，以及对新型钢构造稳定性讨论应当了解的一些问题并且应当懂得如何解决这些问题只有这样我们在设计中才能更好处理钢构造稳定问题2、 钢构造稳定设计的根本概念2.1 强度与稳定的区分[2]强度问题是指构造或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起地应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度，因此是一个应力问题极限强度的取值取决于材料的特性，对混凝土等脆性材料，可取它的强度，对钢材则常取它的屈服点 稳定问题则与强度问题不同，它主要是找出外荷载与构造内部反抗力间的不稳定平衡状态，即变形开头急剧增长的状态，从而设法避开进入该状态，因此，它是一个变形问题如轴压柱，由于失稳，侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩，因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度明显，轴压强度不是柱子破坏的主要缘由2.2钢构造失稳的分类[1](1)第一类稳定问题或者具有平衡分岔的稳定问题（也叫分支点失稳）完善直杆轴心受压时的屈曲和完善平板中面受压时的屈曲都属于这一类2)其次类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题（也叫极值点失稳）。

由建筑钢材做成的偏心受压构件，在塑性进展到肯定程度时丢失稳定的力量，属于这一类3)跃越失稳是一种不同于以上两种类型，它既无平衡分岔点，又无极值点，它是在丢失稳定平衡之后跳动到另一个稳定平衡状态区分构造失稳类型的性质非常重要，这样才有可能正确估量构造的稳定承载力随着稳定问题讨论的逐步深入，上述分类看起来已经不够了设计为轴心受压的构件，实际上总不免有一点初弯曲，荷载的作用点也难免有偏心因此，我们要真正把握这种构件的性能，就必需了解缺陷对它的影响，其他构件也都有个缺陷影响问题另一方面就是深入对构件屈曲后性能的讨论2.3钢构造设计的原则依据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并详细说明了这些原则，以更好地保证钢构造稳定设计中构件不会丢失稳定1)构造整体布置必需考虑整个体系以及组成局部的稳定性要求目前构造大多数是根据平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此保证这些平面构造不致出平面失稳，需要从构造整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件这就是说，平面构造构件的出平面稳定计算必需和构造布置相全都就如上述的1988年加拿大一停车场的屋盖构造塌落，1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落，这两次事故都和没有设置适当的文撑而造成出平面失稳。

由平面桁架组成的塔架，基于同样缘由，需要留意杆件的稳定和横隔设置之间的关系2)构造计算简图和有用计算方法所依据的简图相全都，这对框架构造的稳定计算非常重要[3]目前任设计单层和多层框架构造时，常常不作框架稳定分折而是代之以框架柱的稳定计算在采纳这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，自应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件GBJl7—88标准对单层或多层框架给出的计算长度系数 采纳了五条根本假定，其中包括：“框架中全部柱子是同时丢失稳定的，即各柱同时到达其临界荷载”根据这条假定，框架各柱的稳定参数杆件稳定计算的常用方法，往往是依据肯定的简化假设或者典型状况得出的，设计者必需确知所设计的构造符合这些假设时才能正确应用在实际工程中，框架计算简图和有用方法所依据的简图不全都的状况还可举出以下两种，即附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架这两种状况若按标准的系数计算，都会导致担心全的后果所以所用的计算方法与前提假设和详细计算对象应当相全都3)设计构造的细部构造和构件的稳定计算必需相互协作，使二者有全都性。

构造计算和构造设计相符合，始终是构造设计中大家都留意的问题对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量削减杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时常常考虑到的但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特别考虑例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻挡位移，同时允许在平面内转动然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了支座还需能够阻挡梁绕纵轴扭转，同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所实行的边界条件2.4钢构造稳定设计特点（1）失稳和整体刚度:现行标准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构造的整体稳定分析必需从整体着眼3）稳定计算的其它特点：在弹性稳定计算中，除了需要考虑构造的整体性外，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，这是由于柔性构件的大变形量对构造内力产生了不能无视的影响，其次，普遍用于应力问题的迭加原理[4]．在弹性稳定计算中不能应用这是由于迭加原理的应用应以满意以下条件为前提：1）材料听从虎克定律变成正比；2）构造的变形很小。

而弹性稳定计算一般均不能满意第2）个条件，非弹性稳定计算则两个前提都不符合了解了一些在钢构造设计中应当明确的一些根本概念，有助于我们在设计中更好地处理稳定方面的问题，随着新型钢构造体系地不断进展，我们对稳定问题的讨论要求也不断地提高，之所以在设计中消失构造失稳问题，另一个重要缘由就是我们对新型构造稳定知之甚少，也就是目前钢构造稳定讨论中存在的问题3、 钢构造稳定性讨论中存在的问题钢构造体系稳定性讨论虽然取得了肯定的进展，但也存在一些不容无视的问题[5]：(1)目前在网壳构造稳定性的讨论中，梁-柱单元理论已成为主要的讨论工具但梁-柱单元是否能真实反映网壳构造的受力状态还很难说，虽然有学者对梁-柱单元进展过修正[3]主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应2)在大跨度构造设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题，目前大跨度构造设计中取一个统一的稳定安全系数，未反映整体稳定与局部稳定的关联性3)预张拉构造体系的稳定设计理论还很不完善，目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉构造体系的稳定性4)钢构造体系的稳定性讨论中存在很多随机因素的影响，目前构造随机影响分析所处理的问题大局部局限于确定的构造参数、随机荷载输入这样一个格局范围，而在实际工程中，由于构造参数的不确定性，会引起构造响应的显着差异。

所以应着眼于考虑随机参数的构造极值失稳、干扰型屈曲、跳动型失稳问题的讨论从上面可以看出，我们的钢构造稳定理论还是不够完善，我们在设计中一般都是把钢构造看成是完善的构造体系，针对上述问题（4），我们可以看出在设计中我们没有考虑一些随机因素的影响但是我们在考虑这些因素之前，应当弄清晰这些随机因素的来源，一般状况下把影响钢构造稳定性随机因素分为三类：(1)物理、几何不确定性：如材料（弹性模量，屈服应力，泊松比等）、杆件尺寸、截面积、剩余应力、初始变形等2)统计的不确定性：在统计与稳定性有关的物理量和几何量时，总是依据有限样原来选择概率密度分布函数,因此带来肯定的阅历性这种不确定性称为统计的不确定性，是由于缺乏信息造成的3)模型的不确定性：为了对构造进展分析，所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的种种因素，所导致的理论值与实际承载力的差异，都归结为模型的不确定性以上都是钢构造稳定设计中存在的问题，只有我们进一步地深入讨论这些稳定，钢构造稳定理论将会进一步完善，如对于钢构造稳定设计中涉及到随机因素的影响，国外已经引入了钢构造稳定的牢靠度设计，这也说明了钢构造稳定设计理论也在不断的完善。

4、 完毕语钢构造稳定问题区分于强度问题在实际设计中，设计人员应当明确知道构造构件的稳定性能，以免在设计过程中发生不必要的失稳损失针对上述问题，本文提出了在设计过程中设计人员应当明确的一些根本概念；其次，随着新型构造的消失，设计人员对其性能熟悉的缺乏，从而导致构件的失稳,本文就这个问题阐述了新型构造现存的一些问题，并且针对一些问题论述了产生的缘由总之，只有深入了解这些问题，才会使得钢构造稳定理论设计不断地完善。