浅谈钢结构设计的稳定性

摘要：钢结构因具有自重轻，强度高。在建筑工程中，钢结构应用非常广泛。如何保证钢结
构设计的稳定性，是建筑设计中面临的重要议题。本文通过对钢结构的稳定性的设计概念，
原则、分析方法、问题、经验等等。，结合工程实际谈谈钢结构稳定性问题及加固方法。

 

　　关键词：钢结构

 稳定性 分析方法 

　　中图分类号：

TU318 文献标识码： A 

　　引言

 

　　钢结构与传统的钢筋混凝土相比，有着很多优势，因而在建筑工程中发挥着不可替代
的作用。然而，钢结构的稳定性问题也一直困扰着建筑行业。分析解决钢结构的稳定性问题，
成为研究学者们的重要任务。本文并就这些问题进行了一些探讨。

 

　　一、钢结构稳定性的概念以及稳定与强度的区别

 

　　钢结构的稳定问题是指结构在外界扰动下能否恢复到初始平衡状态。钢结构失稳就是结
构或构件从初始平衡位置移至另一平衡位置。钢结构强度不够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。

 

　　二、钢结构失稳的类型

 

　　

1．稳定分岔失稳。按照结构稳定性分析理论, 结构在达到临界状态时, 从未屈曲的平衡

位形过渡到无限临近的屈曲平衡位形

,即由直杆而出现微弯。此后,变形的进一步增大,要求荷

载增加。直杆轴心受压和平板在中面受压

,都属于这种情况。板的屈曲后强度比较显著,在工程

设计中往往可以利用。

 

　　

2. 不稳定分岔失稳。结构屈曲后只能在远比临界荷载低的条件下才能维持平衡位形。属

于这种情况的有承受轴向荷载的圆柱壳和承受均匀外布压力的外球壳

, 钢结构常用的缀条柱

和圆柱壳很相似。薄壁型钢方管压杆也在一定条件下表现出类似特性。这种屈曲也叫做

“有限

干扰屈曲

”,因为在有限干扰下,在达到分岔屈曲荷载前就可能由未屈曲平衡位形转到非临近

的屈曲平衡位形。

 

　　

3. 极值点失稳。极值点失稳是指建筑钢材做成的偏心受压构件在塑性发展到一定程度时

丧失了稳定的能力，发生失稳时的荷载值就是构件的实际极限荷载，这类的平衡状态是渐
变的，与平衡分岔失稳具有本质的区别。

 

　　

4.跨越失稳。跨越失稳不存在平衡分岔点，也没有极值点，是失稳发生后又跳跃到另一

个稳定的平衡状态。

 

　　三、钢结构稳定性的分析方法

 

　　钢结构稳定问题的分析与计算是基于结构在外荷载作用下产生形变的情况下进行的，
涉及到的形变与钢结构失稳时出现的形变一致。钢结构失稳时产生的形变与其所受到的外部
荷载的关系是非线性的，因此，稳定问题的分析是非线性几何问题。不管是

“屈曲荷载”还是

“极限荷载”，通过稳定性计算所得出的承载力均可视为结构或构件的稳定承载力。钢结构稳
定问题的计算方法一般有如下几种。

 

　　

1. 能量法。能量法也称铁木辛柯法，是求解稳定承载力的一种近似方法，是过能量守恒

原理和

 势能驻值原理求解临界荷载。 

　　

2. 静力法。静力法即静力平衡法，也称欧拉方法，是计算弹性系统屈曲荷载的常用方法。

假设弹性稳定体系存在平衡分岔点，那么分岔点周边存在一个状态完好结构的平衡状态和
一个发生细微屈服的结构的平衡状态。静力平衡法是就发生细微屈服后结构的力学状态建立