建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性原則與設(shè)計要點

黃 毅

（廣西建工集團(tuán)第五建筑工程有限責(zé)任公司，廣西 南寧530003）

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計除應(yīng)遵守現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程相關(guān)規(guī)定之外，還應(yīng)與建筑設(shè)計緊密配合，根據(jù)所設(shè)計房屋的高度和抗震設(shè)防烈度，綜合考慮其特點和使用功能、荷載性質(zhì)、材料供應(yīng)、制作安裝、施工條件等因素，選用抗震和抗風(fēng)性能好且又經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系。

1 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計的特點

1.1 鋼結(jié)構(gòu)的多樣性

由于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的問題主要表現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)的各種設(shè)計之中，特別是對于鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)受壓部位，在對其進(jìn)行設(shè)計的過程中需要注意探究與分析鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時，鋼結(jié)構(gòu)中的一些部位由于結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，也會因為從不受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌?，最終導(dǎo)致整體失去穩(wěn)定性。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)的整體性

鋼結(jié)構(gòu)是依據(jù)各種構(gòu)件組成有效的整體。因此，當(dāng)出現(xiàn)一個桿件失穩(wěn)以及變形之后，其一定會牽扯與它進(jìn)行剛性連接的其余的桿件。

1.3 相關(guān)性

穩(wěn)定的相關(guān)性是指不同失穩(wěn)模式的耦合作用。如果桿件存在缺陷，局部和整體之間相互影響更具有復(fù)雜性。

2 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的計算方法

2.1 失穩(wěn)與整體剛度

現(xiàn)在的規(guī)范里，比較通用的是軸心壓桿穩(wěn)定計算方法，其主要采用是臨界壓力求解法與折減系數(shù)方法。其中，臨界壓力是由歐拉公式給出。

2.2 整體分析其穩(wěn)定性

鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性主要受制于桿件是否可以確保穩(wěn)定性以及杠桿之間能否保證一定的穩(wěn)定性，因此必須要從整體來對其穩(wěn)定性分析著手。鋼結(jié)構(gòu)主要通過各個桿件來構(gòu)成一個統(tǒng)一的整體，因此當(dāng)遇到一個桿件出現(xiàn)失穩(wěn)以及變形之后，其一定會對其它的同其進(jìn)行剛性相連接的桿件。

2.3 穩(wěn)定計算的其他特點

在彈性穩(wěn)定計算中，還有一些別的特點需要得到重視。一方面是二階分析，對于柔性構(gòu)件而言，這種分析特別重要。這是由于柔性構(gòu)件大量的變形導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)不可忽略的變化，對其造成較大的影響；另一方面，不能利用力迭加的相關(guān)原理來計算鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的具體分析方法

在實際生活中，主要是在外荷載的相關(guān)作用下來探討鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的相關(guān)問題，所以關(guān)于這一變形方面的研究都同結(jié)構(gòu)以及相關(guān)構(gòu)件的失穩(wěn)性保持同步，可以采用以下三種方法進(jìn)行有效研究：

3.1 靜力法

所謂靜力法就是結(jié)合已經(jīng)產(chǎn)生了微小的變形后的一些結(jié)構(gòu)受力的條件，依據(jù)這些條件來建立較為平衡的微分的方程。從這些方程里來具體的計算出臨界的相關(guān)荷載。在具體實際應(yīng)用中，若構(gòu)建相關(guān)的平衡微分方程，需要遵守下面的設(shè)定：構(gòu)件應(yīng)該為截面的直桿，其壓力要始終遵循之前的軸線進(jìn)行作用。

3.2 動力法

動力法的研究主要是結(jié)合處在平衡狀態(tài)之下的結(jié)構(gòu)體系，因此如果在上面增加較小的干擾，就會導(dǎo)致其發(fā)生一定的振動。而在這種情況下所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形和鋼結(jié)構(gòu)振動加速，均與整體結(jié)構(gòu)的荷載產(chǎn)生密切的聯(lián)系。遇到荷載值比較低，超過了鋼結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定性的極限荷載值時，會出現(xiàn)加速度和之前的鋼結(jié)構(gòu)變形的具體方向相反的狀況。

3.3 能量法

若是鋼結(jié)構(gòu)承載著保守力，則在實際應(yīng)用中，可以結(jié)合已經(jīng)具有了變性結(jié)構(gòu)的相關(guān)受力條件來構(gòu)建總體的勢能。同樣若鋼結(jié)構(gòu)處在比較平衡的狀態(tài)，則需要計算其總體勢能。要結(jié)合相關(guān)勢能駐值的原理，將總體勢能從一階變分為零，以此來得出平衡的方程，再結(jié)合平衡方程來得出分岔屈曲荷載。

4 穩(wěn)定性設(shè)計需要注意的問題

4.1 結(jié)構(gòu)計算簡圖和實用計算方法所參考的簡圖應(yīng)該保持一致性

當(dāng)遇到其計算的對象與實用的方法簡圖有相應(yīng)出入時，應(yīng)該結(jié)合其所對應(yīng)的簡圖差異結(jié)果來進(jìn)行把握，從而防止工程設(shè)計中存在隱患。

4.2 確保鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計算與結(jié)構(gòu)的布置方案保持符合

對于這個問題主要能夠確定桁架以及塔架等的桿件，要重視其在鋼結(jié)構(gòu)出平面的穩(wěn)定性。目前大多數(shù)結(jié)構(gòu)是按照平面體系來設(shè)計的，如桁架和框架都是如此。

4.3 鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計算和構(gòu)造設(shè)計相符合

構(gòu)造和計算相符合一直是設(shè)計者所關(guān)注的問題。然而一旦牽涉到鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能時，都需要考慮強度或其他不同的特殊考慮。應(yīng)該分別給予它們較強的剛度以及柔度，最大限度的降低桁架節(jié)點的桿件偏心度，以上均是設(shè)計者在設(shè)計的過程中需要處理的相關(guān)問題。

5 結(jié)語

本文對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原則與設(shè)計要點做了簡要介紹。同時，針對穩(wěn)定性研究中的問題，提出了穩(wěn)定設(shè)計的原則。希望本文研究能對今后的研究提供借鑒，能使鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究更加深入，并最終解決實際應(yīng)用中的問題。

[1]陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012，3（04）:22-25.

[2]陳銘，何麗麗，鞏偉平.淺談鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計[J].山西建筑，2012，2（09）:13-15.

[3]吳文德.淺析鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2012，5（24）:36-39.