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【摘 要】随着经济以及轻工业的发展，钢结构以其质量轻、抗震性能好、强度高、塑性韧性好以及施工速度快等在现代建筑当中得到广泛的应用。然而钢结构在应用当中，其稳定性问题是一个突出的问题，一旦出现失稳事故，不仅会造成经济损失，还有造成人员伤亡的可能性，因此，钢结构的稳定性一直是关注的问题。基于此，文章就钢结构设计的稳定性进行了研究。
【关键词】钢结构；设计；稳定性
目前，在进行钢结构稳定性设计中难以控制好不确定因素对钢结构稳定性的影响。一些工程在进行结构稳定性设计和分析的时候，都是采用以往的经验来确定相关关系，没有结合到具体的工程来确定一个合理科学的相关关系。在对相关数据进行统计的时候，难以确保每一个数据的准确性，同时也难以结合具体的工程来验证这些数据的准确性，这样就给钢结构稳定性设计和分析带来了不确定性因素，使得稳定性设计没有实际意义和相关分析不具有时效性。针对稳定性的问题，找出合理、科学的解决办法，才能满足设计的要求，降低因稳定性问题而出现事故的发生率。
一、钢结构失稳的类型
（一）稳定分岔失稳
在一般情况下，根据分类指导的实践结构稳定性理论分析，结构如果达到临界状态的对应，从无屈曲平衡形状过渡到无限接近屈曲平衡的时间就是由直杆而出现微弯的阶段。结构在经历这一阶段之后，变形的表现会逐渐增大，甚至有时要求荷载的数量也有所增加。在这种因素的影响下，轴向压缩以及中间的表面压缩平板下直杆都属于这种情况。当板屈曲强度变得比较明显之后，在工程设计的过程中可以对此加以利用。
（二）不稳定分岔失稳
当屈曲临界荷载后，结构则只能在远低于的状态下保持平衡配置。在轴向载荷和均匀外力的作用下，钢结构使用较多的格构柱与圆柱壳非常相似。薄壁钢管支柱在一定条件下也会表现出相似的特征。这种屈曲被称为“干扰受限的屈曲”。
（三）极值点失稳
极值点失稳是指偏心受压构件施工钢制成的稳定性与塑性发展到一定程度的能力丧失，载荷失稳发生时的实际价值就是最终的负荷，这种平衡状态是渐进地失稳，差异有重要的分支与平衡。
二、钢结构稳定设计的特点
对于钢结构的稳定性问题主要是通过钢结构设计来表现出来的，当在对钢结构中的某些受压部位进行设计时，要尤其注意对钢结构稳定性的探究。而对于某些不受压部位，其在使用中出现了一定的变形，这种情况会使得不受压部位转变成为受压部位，从而引起钢结构失稳。也就是说钢结构的稳定性设计要注意多方面的因素，具有多样性。同时钢结构的失稳也具有整体性，即当一个部件失稳后产生变形，也会相应的使其它的连接件受到影响而慢慢也会失稳。由于钢结构主是通过一定的连接方式将钢材料进行组合，如果某结构存在缺陷，局部也会影响到整体，使得相关性表现更为明显，分析局部及整体之间的关系也更为复杂。
三、钢结构稳定性设计的原则
（一）考虑整体和局部的稳定性
长期以来，我国的钢结构设计基本都是基于平面体系进行设计的。在实际的设计过程当中，首先以平面体系为依据，再相继设计桁架及框架等等，这样的设计方式存在一定的不确定因素。那么要想降低其对钢结构稳定性的影响，就要在考量钢结构整体布局的前提下，设计具有更强针对性的支撑结构。也就是说要将整体稳定性与局部稳定性进行结合考虑，保持平面稳定性及相应的平面构件布置相统一，从而提高钢结构稳定性。
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（二）保证使用计算简图和结构计算简图一致
在进行单层与多层框架结构设计时，许多设计人员经常是直接计算框架柱的稳定，而不对框架的稳定进行分析。采用这种方法计算框架柱的稳定时，需要通过分析框架柱的整体稳定得到柱计算长度系数，这样才能保证柱稳定计算等于框架稳定计算。但是，框架的类型多种多样，在设计的过程中，为了简化计算工作，可以设置一些典型条件。在具体实践中，在附有摇摆拄的框架以及横梁受有较大压力的框架的情况下，框架计算简图与使用方法所依据的简图是不一致的，如果按照规范的系数进行计算，都会产生不安全的后果。
（三）结构计算和构造设计一致
在连接不同节点时，应该设置不同的柔度与刚度，对于桁架节点而言，应该尽可能减少杆件偏心。当涉及到稳定性能时，有时对构件有强度要求或者其他特殊要求。在处理梁的整体稳定时，可以在平面内设置转动梁，从而保证稳定分析与采取的边界条件相符合。理解和掌握钢结构稳定概念能够加深对设计薄弱环节的理解，清楚设计中有哪些问题需要注意。随着钢结构的快速发展，钢结构理论研究方面也取得了较大成就，设计者需要加强对钢结构概念和稳定分析理论知识的理解。
四、钢结构稳定性计算方法
结构稳定问题的分析方法都是针对着在外荷载作用下结构存在变形的条件下进行的，此变形应该与所研究结构或构件失稳时出现的变形相对应。总体上来说，稳定问题的计算方法有以下三种：
（一）能量法
如果结构承受着保守力，可以根据有了变形的结构的受力条件建立总的势能，总的势能是结构的应变能和外力势能两项之和。如果结构处在平衡状态，那么总势能必有驻值。根据势能驻值原理，先由总势能对于位移的一阶变分为零，可得到平衡方程，再由平衡方程求解分岔屈曲荷载。根据小变形理论，能量法一般只能获得屈曲荷载的近似解；但是，如果事先能够了解屈曲后的变形形式，采用此变形形式作计算可以得到精确解。稳定平衡时总势能最小的原理称为最小势能原理。当总势能具有最小值时，它的二阶微分是正值，平衡状态是稳定的。这就是说，用总势能驻值原理可以求解屈曲荷载，而用总势能最小原理可以判断屈曲后平衡的稳定性。
（二）动力法
处于平衡状态的结构体系，如果施加微小干扰使其发生振动，这时结构的变形和振动加速度都和己经作用在结构上的荷载有关。当荷载小于稳定的极限值时，加速度和变形的方向向相反，因此，干扰撤去以后，运动趋于静止，结构的平衡状态是稳定的；当荷载大于极限值时，加速度和变形的方向向相同，即使将干扰撤去，运动仍是发散的，因此，结构的平衡状态是不稳定的：临界状态的荷载即为结构的屈曲荷载，可由结构振动频率为零的条件解得。动力法属于结构动力稳定问题。
（三）平衡法
中性平衡法或静力平衡法，简称平衡法，是求解结构稳定极限荷载的最基本的方法。对于有平衡分岔点的弹性稳定问题，在分岔点附近存在着两个极为临近的平衡状态，一个是原结构的平衡状态，一个是己经有了微小变形的结构的平衡状态。平衡法是根据己产生了微小变形后结构的受力条件建立平衡方程而后求解的。如果得到的符合平衡方程的解有不止一个，那么其中具有最小值的一个才是该结构的分岔屈曲荷载。平衡法只能求解屈曲荷载，但不能判断结构平衡状态的稳定性。尽管如此，由于常常只需要得到结构的屈曲荷载，所以经常采用平衡法。在许多情况下，采用平衡法可以获得精确解。
综上所述，在钢结构得到广泛使用的当下，提高钢结构稳定性是确保项目工程施工质量，且保证其日后安全使用的必要前提。因此有关部门要加强对钢结构稳定性设计的认识，深化钢结构设计管理，深化设计人员的思想认识，使得从事钢结构设计的工作人员在进行具体的设计时严格遵守相关设计章程进行设计，并积极的对工程的实际情况进行详细了解和分析，从而提高钢结构的稳定性，促进我国钢结构工程行业稳定快速的发展。
参考文献
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[2]刘创业.钢结构设计中稳定性探究[J].四川水泥,2014,12
[3]潘秋生.钢结构设计中稳定性分析[J].中国建筑金属结构,2013,14
论文作者:蒋雪啸
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第4期
论文发表时间:2016/8/22
标签：钢结构论文; 稳定性论文; 结构论文; 屈曲论文; 荷载论文; 稳定论文; 势能论文; 《低碳地产》2015年第4期论文;