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1、浅谈钢结构的稳定和设计【摘要】随着社会经济与建筑技术的快速发展，工业建筑应用钢结构的越来越多。稳定问题一直是钢结构设计的关键问题之一,钢结构体系的广泛应用凸显了稳定问题研究的重要性和紧迫性。保证结构整体的稳定及其构件自身的稳定是钢结构设计中极其重要的内容。 钢材是一种性能优良的建筑结构材料，目前，随着我国国民经济的快速发展以及建筑结构技术的不断创新和应用，出现了许多跨度大、层数多的建筑物或构筑物，这些建筑中大量采用了钢结构设计。在满足相关要求的前提下，为了节省成本，钢构件截面尺寸趋势是越来越小、细长和壁薄，而细长且
2、壁薄的杆件很容易发生失稳，若失稳区域扩大则会导致整体结构坍塌。因此，深入研究钢结构的稳定问题和改进设计方法，在钢结构工程建设中具有重要的现实意义。稳定性是钢结构工程设计中必须考虑的一个重点,现实生活中有较多因钢结构失稳造成的工程事故案例,如1978年美国哈特福特城的体育馆平面92m×110m的网架结构,由于压杆屈曲失稳而坠落地面;2010年1月3日下午,昆明新机场长度约38.5米，宽为13.2米，支撑高度约为8米的钢结构桥跨突然垮塌,造成7人死亡、8人重伤、26人轻伤,原因是桥下钢结构支撑体系突然失稳。从以上案例可
3、以看出,钢结构失稳破坏的原因通常是其结构设计不合理,存在结构设计缺陷导致,要从根本上杜绝此类事故的发生,钢结构稳定性设计是关键。1、钢结构稳定性的相关概念1.1钢结构的稳定钢结构强度小或失稳都会造成结构破坏，但是强度与稳定的概念并不相同、钢结构的强度是一个应力问题，指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度、钢材以其屈服点作为极限强度、而稳定是一个变形问题，构件所受外部荷载与结构内部抵抗力间是不稳定的，关键是找出这一不稳定的平衡状态，避免变形急剧增长而发生失稳破坏。1
4、.2钢结构的失稳钢结构的失稳在形式上具有多样化的特点。例如，轴心受压构件常见的失稳形式是弯曲失稳，但不是唯一的失稳形式,还有扭转失稳和弯扭失稳。压弯构件存在弯矩作用平面内的弯曲失稳和弯矩作用平面外的弯扭失稳；刚架表现出无侧移的对称失稳和有侧移的反对称失稳；拱结构也表现出对称形式的失稳和反对称形式的失稳；薄板有受压失稳和剪切失稳；失稳既有局部失稳又有整体失稳等。这些都是稳定问题多样性的表现。对于结构来说，它是由各个构件组成的一个整体。当一个构件发生失稳变形后，必然牵动和它刚性连接的其他构件。因此，构件的稳定性不能就某
5、一个构件孤立地去分析，而应当考虑其他构件对它的约束作用。这种约束作用是要从结构的整体分析中去确定，这就是结构稳定的整体性。结构稳定的整体性在刚架稳定分析中表现的十分明显，在分析刚架的稳定时既要考虑同层柱之间的相互影响,又要考虑层与层间柱的相互影响，还要考虑梁柱之间的相互约束作用，表现出整体性分析的特点。稳定问题的整体性不仅表现在构件之间的相互约束，也表现在围护结构对承重结构的约束作用，只是这种约束作用目前在设计中被忽略了。稳定问题的整体性要求稳定分析应该从整体结构着眼。然而，当前在设计框架时，并不是去计算框架整体的
6、稳定性，而是用计算柱子的稳定性来代替，这只是一种简化方法。这种简化是有一定的条件的，如果条件不同，就不能盲目套用，需要考察结构的整体性。钢结构失稳有以下分类：1)有平衡分岔的稳定问题(分支点失稳)。完善直杆轴心受压时的屈曲和平板中面受压时的屈曲均属于这一类。2)无平衡分岔的稳定问题(极值点失稳)。由建筑钢材做成的偏心受压构件,在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力,属于这一类。3)跳跃失稳是一种不同于以上两种类型的稳定问题,它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。2、建筑钢结构的优势与不足 2.1钢结构的材料
7、优势。钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的，和混凝土等其它材料的结构相比，钢结构具有诸多优势：首先，钢材的强度高，塑性和韧性好、强度高使其适用于跨度大或荷载很大的构件和结构，而塑性和韧性好对动力荷载的适应性较强，不会轻易因超载而突然断裂、钢结构还具有良好的吸能能力和延性，这赋予了钢结构优越的抗震性能。其次，钢材内部组织接近于匀质和各向同性，在一定的应力幅度内钢材的反应几乎是完全弹性的，加之冶炼和轧制过程中材质波动的范围小，因此，钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合，有助于提供设计施工的
8、精确性。2.2钢结构在建筑上的应用优势。钢结构所具备的上述特点使其在建筑应用上具有砖混结构、混凝土结构所没有的独特优势。首先，钢结构自重轻，且延性好，因此所建建筑的抗震性能优良，因其总质量小，地震力效应相应也小，而其良好的延性也能对地震效应起到缓冲作用、混凝土施工时管道般需要在梁底通过，这样会占用较大空间，使楼层净高减少、而使用钢结构可在梁腹板处开孔走管道，
