钢结构设计中的稳定性问题分析

【摘要】稳定的钢结构可以保证建筑物的质量，保障工程安全，然而现在很多工程建设过程中，钢结构设计的稳定性出现了不少的问题。钢结构一旦因为外在环境因素发生坍塌，就会造成无可代价的经济损失，其后果不堪想象，除此之外，还会使很多生命受到威胁和伤害，发生不必要的工程事故，这种事故不管是在工程中期的工作人员的伤亡还是在工程后期居民受到的伤亡，这都不是我们想看的的结果，所以为了实现更好的经济效益和保障人们的生命安全，我们必须对钢结构的稳定性进行进一步的研究分析。本文主要分析了钢结构设计过程中稳定性的重要性及其特点，在此基础上研究了钢结构稳定设计的主要原则，并且提出了钢结构在稳定性设计中存在的一些问题，希望有所借鉴。

【关键词】 钢结构 设计 稳定性 研究分析

一、钢结构设计过程中稳定性的重要性：

钢结构设计过程中的稳定性已经成为建筑行业一个重要的问题，建筑安全问题频发，建筑工程质量得不到保证，这些不可回避的事故大都和钢结构设计的稳定性程度存在密不可分的联系。当前，在我国建筑行业里，钢结构设计缺乏稳定性的现象比比皆是，为此我们必须弄清楚问题的根源。我认为出现这种情况主要有三者原因。第一，从工程设计人员的角度来看，可能设计者对钢结构稳定性的含义缺乏正确的理解，对稳定性的程度缺乏一个概念，由此设计不严密，从而出现问题。第二，从施工人员的角度来看，施工人员没有遵守相关建筑规定，施工程序出现偏差，甚至偷工减料，造成工程质量得不到保证。第三，从钢材料本来来看，也有可能是钢材料的选购不合格，不达标，钢铁质量本身存在问题，其稳定性程度不高。一旦发生失稳的情况，便会造成较大的经济损失，建筑物倒塌，整个工程变成废墟，甚至造成人身伤亡，所以我们要加大对钢结构稳定性的研究，从而来保障工程的质量，避免不必要的损失和伤亡。

二、钢结构设计中稳定性的特点：

1、失稳及整体刚度：要想保证钢结构的稳定度，就得对轴心压杆进行稳定程度的判断，目前通常采用的判断方法有两种，分别是临界压力求解法和折减系数法[1]。通过这两种方式可以有效地检验出钢结构轴心的稳定情况。

2、稳定研究的整体性特点：杠杆是整体中不可缺少的一部分，它的稳定程度直接影响着整体的结构的稳定程度，因此必须从整体上来研究稳定性，保证整体工程的稳定程度和安全系数，它具有整体性的特点。

3、稳定性检验的剩余因素：稳定性结构具有整体性的特点，除了整体性这一特点外，我们还要注意二阶分析。一般来说柔性构件会发生变形，而变形后结构的内力也会发生一些变化，会影响钢结构的实用性和价值，所以通过二阶分析可以对柔性构件进行更好的处理。同时，迭加原理一般都在计算应力的时候使用，但是在钢结构稳定性中却不可使用，因为此原理的使用必须有两个条件，一是结构变形很小，一是非弹性计算，而钢结构的稳定性研究分析两个条件都不符合，所以不可使用迭加原理[2]。

三、钢结构稳定设计的重要原则：

1、结构设计简图应和实际计算方式相符合

就目前来说，结构设计简图和实际计算方式存在不相符合的情况，一般有以下情况：附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架。我们知道，现在工作人员在研究框架结构时，往往不对框架进行稳定性研究，而是把焦点放在框架柱上，分析框架柱的稳定程度。在这种情况下，存在一个前提即要保证框架结构的计算满足所给出的五条基本假定。如果不采用这些假定，那么就得对钢结构的整体的稳定性进行计算，然后再来研究框架柱的长度和稳定系数，过程比较繁琐和复杂；如果按这五条假设来分析，操作的过程可能简单，但是很多工作人员在进行计算分析的时候，为了工序简化，忽视了这五条假设是否和实际情况符合[3]。可以想象，一旦和实际不符合，却仍然按照这个标准进行计算，结构简图存在问题，实地建筑也存在问题，就会埋下工程建筑安全隐患，造成重大的后果损失。

2、细部构造与构件稳定性计算方法相统一

细部构造和构件稳定分析必须做到统一，这也是进行钢结构稳性计算中一大原则。一些节点处一定处理好，比如节点的柔度和钢度，在不同的情况下，根据不同的需要来调节钢度和柔度，使节点处更加牢固。除此之外，在节点处有时候会发生杆件偏差，这个情况是不可避免的，但是我们一定要发挥自身能动性，尽可能地减少偏离的程度。另外，我们要明确不同词语的概念，某些词语看上去一样，但是他们蕴含的意思实则是不同的。如强度和钢度这两个词语，不能用强度去代替钢度，强度也不等于钢度。上述的细节都是细部构造要重视的问题。

3、钢结构的每个环节一定要符合稳定性的要求

想要提高钢结构的稳定程度，我们必须对钢结构的每个环节加以重视，本着既抓重点又要兼顾的原则来确保环节的稳定性。在平面构造中一旦发生平面失稳的情况，马上采取必要的支撑结构来消除平面失稳的现象，这就要求我们要保证平面结构构件的平面稳定计算必须和结构布置相一致[4]。

四、钢结构设计中稳定性存在的主要问题：

目前，在各个建筑行业钢结构的应用十分广泛，为了更好地促进钢结构的使用，提高钢结构的稳定性，我们必须要清楚以下几个问题。

1、既要重视整体，又要兼顾局部。通常我们在进行钢结构稳定性计算的时候，往往只重视整体的稳定性，对局部细节没有把握。为了提高钢结构的稳定性，我们必须重视细小的局部，尤其是对于某些跨度大的工程。即使整体稳定和局部稳定有些某些系数关系，可以通过对整体稳定的计算推理出局部稳定，但是如果没有具体的参照工程和数据是难以相信的，我们必须在具体的工程基础上，根据各项之间的关系，推出合理精确的数值，才能保证局部工程的稳定性。为此，我们在重视整体稳定性的同时也需把局部做好。

2、钢结构稳定性的影响因素很多，并且这些影响因素大都具有不确定性的特点。就材料的变形来说，我们难以确切地说变形到什么程度，其力度是多少。不仅如此，在整个钢结构稳定性的计算过程中，经验因素涉及过多，凭借经验并不是不可以，但是一旦某些部分发生新的变动，如果还是在以往的经验下来分析，那么结果就会出现偏差，这些都是不确定性因素的影响。另外，工作人员在进行工程设计的时候，不可能具体到确切的数值，只是一个模糊的概念，并非实际操作，就这方面来说，这也是一个不确定的影响因素。

3、梁和柱的稳定性研究应该加以重视。在钢结构设计中，梁和柱在钢结构中发挥着重要的作用，其地位甚高。如果梁和柱发生问题，那么钢结构的稳定性肯定难以保障。因此我们在进行工程设计的时候，首先要把根基打好，打稳。具体到工程上来说，也就是要保证梁和柱的稳定程度，所以我们需要注意梁和柱的稳定性和了解两者之间的力学效应，以此为钢结构的稳定性奠定良好的基底。

参考文献：

[1]陈骥.钢结构稳定理论与设计（第三版）.科学出版社，2006

[2]陈绍蕃. 钢结构设计应多考虑稳定问题[J]，建筑与结构设计，2006

[3]宗梓；重视钢结构设计稳定性消除安全隐患[N]；中华建筑报，2010年

[4]常凤杰；钢结构设计简单步骤与设计思路[J]；黑龙江科技信息，2011年