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摘要：现阶段我国社会经济发展日新月异，城市化进程飞速发展，直接带动动着我国建筑工程行业呈现出繁荣迅猛的发展势头。在建筑工程行业的规模和数量持续增长的同时，人们对建筑物的质量和安全问题就会格外关注和重视，结构设计师要充分考虑到这方面的问题。对于钢结构建筑的稳定性设计，一直都是钢结构设计中核心的特征问题之一，需要在设计阶段就将生产制造、运输和起吊安装等各方面因素统筹考虑，尽量做到设计方案全面而清晰。设计方案的优劣，会直接影响到整个建筑工程自身的社会效益和经济效益，甚至还会同人民的生命和财产安全直接挂钩，其责任非常重大，任务十分艰巨。因此，相关的工程技术人员需要持续探索和努力研究钢结构的稳定性问题，最大程度地保证所设计的钢结构建筑安全可靠，经济合理，为人们提供健康舒适的工作和生活环境。
关键词：建筑工程；钢结构设计；稳定性；注意事项
引言
钢结构建筑具有多样性和复杂性特点，其稳定性问题主要依赖钢结构设计环节解决或提供解决方案，即钢结构稳定性设计部分，开展该部分设计工作时需要从整体和局部两部分进行重点分析，即钢结构体系的稳定性设计和钢构件的稳定性设计。钢结构的稳定性能是决定其极限承载能力的关键指标，分为概念设计阶段和计算设计阶段。通过对稳定性理论的正确掌握和清析认识，并选择合适的分析方法进行数值计算，以确保钢结构体系或钢构件不会在承载力远小于其极限承载力的情况下不会发生失稳破坏。
1钢结构稳定性问题的特点
1.1多样性特点
在钢结构建筑设计过程中，稳定性问题广泛存在着，钢结构的失稳形式也多种多样。如轴心受压构件最常见的是弯曲失稳，但还可能发生扭转失稳和弯扭失稳同时存在的情形。受力板件的屈曲失稳、桁架和框架等的局部或整体失稳等。
1.2整体性特点
一个完整的钢结构建筑是由许多根杆件、连接件、地基基础和围护结构等共同组成的，各组成部分之间相互关联相互作用。例如，杆件之间通过刚性连接件连接成一个结构体系，若其中一根杆件发生失稳变形，和它相连的杆件会发生协同变形，并对此杆件产生一定的约束作用。
1.3相关性特点
钢结构稳定性问题的相关性，是指不同失稳形式的相互耦合的作用。如单根杆件的弯扭屈曲问题，单根杆件的初始缺陷对结构体系的极限承载力造成的影响程度等问题。
1.4抗震设计中的特点
钢结构在抗震设计中，按照《建筑抗震设计规范》GB50011中“小震不坏、大震不倒”的原则，钢结构在强烈的罕遇地震作用下允许出现塑性变形。因此钢框架结构中出现塑性铰后的稳定性问题和支撑斜杆屈曲后的稳定性问题等。
2钢结构稳定性的计算方法
钢结构稳定性问题所研究的结构变形与外加荷载之间呈非线性关系，因此稳定性计算也是几何非线性的，采用二阶分析的方法[1]。
2.1静力平衡法
静力平衡设计方法主要应用于钢结构有平衡分岔点的弹性稳定问题，又被称之为欧拉方法，是用于计算钢结构稳定极限承载力的最基本方法。平衡计算法是建立在结构已产生了微小变形后，根据结构受力的条件而得出平衡方程，然后求解得到具有最小值的解，即该结构的分岔屈曲荷载。
2.2能量法
能量法是利用结构总势能驻值原理求解屈曲荷载，并利用总势能最小原理判断结构屈曲后的平衡稳定性的计算方法。总势能是结构的应变能和外力势能之和，应变能可根据变形后的结构的受力条件建立。当结果处在平衡状态的时，总势能必定有驻值，根据势能驻值原理，由总势能对于位移的一阶变分为零得到平衡方程，求解出分岔屈曲荷载。
2.3动力法
动力法是用于计算结构的动态稳定性的方法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆处于平衡状态的结构体系，如果对它施加轻微干扰可以产生振动，就表明结构的变形和振动加速度都和结构上作用的荷载有关。如果静态静荷载的值相对稳定极值较小，则变形方向和加速度方向相反，在扰动消除后，结构由运动逐渐变为静态，这时结构的平衡状态处于稳定状态。如果荷载大于稳定极值，则变形方向和加速方向一致，即使在消除干扰之后，结构的运动仍处于发散状态，此时结构的平衡状态处于不稳定状态。临界状态的荷载就是结构的屈曲荷载，可以根据结构的振动频率为零的条件求解。
3建筑钢结构稳定性设计时几点注意事项
为了做出安全经济的高质量钢结构建筑设计方案，保证结构体系和构件的稳定是极其重要的内容，这就要求工程设计人员在严格依照新钢规《钢结构设计标准》GB50017规定的基础上，能全面深入地认识到对钢结构和钢构件稳定性产生影响的各种因素，并能在实际设计工作中避免和排除各种不利因素。以下论述在实际设计工作中处理钢结构稳定问题时比较重要的几点注意事项，供大家探讨。
3.1要注意钢结构材料的选用
钢结构的稳定计算是以钢材拉伸试验得出的相关数据为基础的，工程设计人员要对所采用的各种钢结构材料的性能特征有充分的了解和认知，结合施工地域气候、温度、地理环境等因素进行综合分析论证，参照权威部门发布的钢结构材料性能参数指标进行选用设计。我国钢结构主要采用碳素结构钢和低合金高强度结构钢两个种类，Q235是常用的碳素结构钢，强度与屈服比约为1.6，Q345是常用的低合金高强度结构钢，强度与屈服比约为1.5。此两类材料的强屈比都大于1.2，意味着在弹塑性设计中，能充分发展塑性变形，保证塑性铰能充分展开。
3.2要注意钢构件与结构的整体作用
在建筑钢结构设计过程中，结构的整体布置方案应注意到结构体系与其构成部分的稳定性要求。结构及构件的平面外稳定性问题应在进行结构整体性方案布置时进行考虑和解决，设置必要的支撑构件等。构件的失稳有时也可能会影响到整个结构的变形，甚至可能造成结构局部或整体的坍塌。因此，必须从结构的整体上来进行综合的分析。
3.3要注意结构计算见图和稳定计算方法的一致性
钢结构的计算简图，应尽可能地按照结构或构件的实际受力情况进行合理的简化。钢结构稳定性计算的常用方法，也是根据理想化的假定条件得出的，设计运用时应明晰所设定的计算简图是否符合计算方法的假定条件。对计算简图和结构实际受力情况的差异造成的计算结果的偏差，要着重分析并妥善处理。
3.4要注意到钢结构稳定计算是按二阶非线性分析
由于研究钢结构稳定性问题时，结构变形与荷载是非线性的关系，稳定计算则属于几何非线性问题，计算的出的应力不可以进行叠加，应力效用必须根据不同荷载组合作用进行总体上的分析研究。
3.5要注意结构的详细构造和构件稳定性计算的一致性
钢结构稳定性设计在详细构造上的要求和强度设计方面的要求是有差异的。比如常见的简支梁端部连接铰接节点，强度方面的要求时能同时约束三个方向的线位移，不约束梁端转动等角位移，而稳定性方面则要求梁不能绕梁轴向转动，即约束梁端的扭转，否则梁的稳定承载力下降明显。梁柱连接处的“强节点弱构件”问题，则是为了确保连接节点处结构不能先于构件失稳等。
3.6要注意结构的初始缺陷对稳定承载力的影响[2]
钢结构及构件在设计、制造、安装和原材料制作的过程中，总会产生各式各样的程度不一的初始缺陷。常见的就有钢材性能、几何尺寸、连接条件、残余应力和荷载作用等，这些不利因素都会导致结构的稳定承载力下降，必须在设计中进行足够的重视才能保证结构设计的安全性。
3.7要注意抗震设计中钢结构稳定性的特点
钢结构在罕遇地震作用下的抗震设计，属于一类特殊的弹塑性设计。框架结构的稳定性问题依赖于严格遵循“强柱弱梁”的设计原则，使钢柱尽量不出现或少出现塑性铰，保证结构和构件的滞回能力，在循环反复的水平地震力作用下确保框架不发生失稳。
结束语
综上可知，钢结构的稳定性是设计过程中一个影响因素繁多且极其重要的问题，只有做到清晰深刻的理论基础和丰富扎实的工程实践经验相结合，才能完善地完成好钢结构的稳定性设计任务，实现所设计的钢结构建筑安全可靠，经济适用，为人们提供健康舒适的工作和生活环境，为我国钢结构行业的发展贡献力量。
参考文献
[1]陈绍蕃.钢结构稳定设计指南.第二版.北京：中国建筑工业出版社，2004：362.
[2]陈骥.钢结构稳定理论与设计.第四版.北京：科学出版社，2008：21.
[3]冯涛.建筑钢结构工程设计及其注意事项浅述[J].城市建设理论研究（电子版），2017（36）：96.
[4]关吉隆.关于建筑钢结构工程设计及其注意事项的探析[J].黑龙江科技信息，2017（8）：234.
论文作者:王晓明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年11期
论文发表时间:2019/8/28
标签：钢结构论文; 结构论文; 稳定论文; 稳定性论文; 荷载论文; 屈曲论文; 构件论文; 《建筑学研究前沿》2019年11期论文;