浅析钢结构设计中的稳定性设计

浅析钢结构设计中的稳定性设计

陶乐明

浙江省现代建筑设计研究院有限公司杭州市310007

摘要：在当今社会，随着经济的发展和科学技术的飞速进步，建筑业也得到了迅猛的发展。在建筑业中，钢结构具有抗震强度高、施工速度快、结构性能好等优点，因此得到了广泛应用。虽然钢结构发展较快，且逐步普及，但是在使用过程中，也暴露出一些问题，如稳定性的问题便是其中较为突出的问题，文章对此进行了分析。

关键词：钢结构；设计；稳定性

1前言

城市化的快速推进，工业化的发展，越来越多的高层建筑和大型建筑。钢结构在结构设计中的应用越来越普遍，其优势在建筑面积中占有很大的比例。与混凝土相比，具有自重轻、抗震性能好、施工周期短、施工方便等优点。

2钢结构稳定性设计的重要性分析

目前钢结构的稳定性问题普遍存在，此类问题首先是设计人员对稳定性设计概念，材料的力学性能和钢结构的原理缺乏了解，再者是在施工过程中，偷工减料，没有严格按照规范施工，没有保证工程关键部位的施工质量，从而出现钢结构的不稳定现象，造成重大的人员伤亡和经济损失。从这一点看，做好钢结构稳定设计工作在施工中具有重要意义，它不仅与工程质量密切相关，而且关系到人们的生命安全。钢结构的不稳定现象一旦出现，严重时会造成人员伤亡和工程坍塌。在今天的阶段，只有对钢结构的稳定设计问题采取相应的措施，才能使建筑钢结构得到快速的发展。

3稳定性设计特点与存在的问题

钢结构布置对建筑结构的抗震性能影响很大，因此钢结构布局应尽可能对称有规则，将更好的避免地震中受损。目前，计算机软件技术得到了快速发展，因此，可以在钢结构设计，计算机应用，计算机的换算完成整体稳定性和强度的计算。因此，计算干涉使得设计过程的稳定性更为方便，提高工作效率。为使钢板经弯曲成形，可以使用以下方法。控制的厚度和宽度之比，从而使该板弯曲的承载能力的限制，以避免在整个钢结构失败的面板屈曲现象发生之前出现，而其他如钢结构整体故障之前发生，屈曲现象与屈曲强度，提高了轴承组件的能力。

3.1结构整体稳定性问题

在进行稳定性设计的过程中，需要立观大局，从钢结构的整体性出发，并且将杆件的稳定性纳入考量范围。在进行钢结构的设计过程中，遇到刚度失稳的问题时，首先采用折减系数以及临界压力的方法将轴心压杆的稳定性计算出来。同时，还需要将弹性的稳定性计算，在对它们计算的过程中，要充分的考虑到钢结构的整体性的稳定性，同时还需要做好二次设计，这主要是由于结构内力它会随着一些柔性的构件变化而产生变化;其次，还需要将应力问题与叠加原理问题纳入考量范围。因为弹性稳定性的计算在和叠加原理结构变化中，它们的关系比较复杂，当前对于这两者的计算还没一个明确的确定。

3.2不确定性因素问题

在钢结构的设计过程中，其稳定性还会受到外界不确定因素的影响，其中比较突出的影响因素来自于物理以及几何方面。设计过程中，在对稳定性因素进行确定时，一些设计人员比较喜欢按照自己的施工经验进行确定，缺少对实际问题的联系。此外，由于一些设计人员缺少专业知识，在进行钢结构的设计过程中，没有能够将符合当前需求的要素考虑，以至于在实际的计算过程中，得出的结构与设计要求相差甚远。

3.3预张拉体系问题

在钢结构的稳定性设计过程中，预张拉体系是一个关键的内容，但是在实践的过程中，没能够得到一个合理的理论系统。在对预张拉结构稳定性的设计过程中，还是缺少有利的理论依据，因此，工程的稳定性想要得到保证基本上是比较困难。

3.4整体稳定与局部稳定问题

在对大跨度的钢结构设计过程中，其稳定性经常得不到保证，在设计的过程中往往有整体稳定性与稳定系数计算不到位的情况发生。在对其稳定性计算的过程中，一些工作人员往往采用经验判断其稳定系数，并没有结合实际的情况进行计算。

4稳定性设计的原则

4.1计算方法要契合结构图

当前在进行建筑物框架结构的设计过程中，采用的不是框架稳定作为计算依据，而是采用框架柱的稳定性进行计算。在采用这种计算方法的过程中，必须要对框架结构的稳定性进行假设，然后在按照结果图纸进行尺寸确定，最后在通过相应的计算方法把稳定的系数算出。此外，在计算的过程中，如果有结构图以及计算方法出现矛盾时，需要对计算的方法进行调整，但是不能够随意更改设计图纸，只有这样，才能够保证设计的稳定性能够符合现实标准。

4.2钢结构安装达到要求

在钢结构的安装过程中，需要重视各个环节的施工要求需要符合施工规范，不能够贪图方便，随意的进行安装。在安装过程中，若存在平面失稳的显现，就需要立刻采取措施进行处理。此外，在钢结构设计的过程中，还需要加以控制杆件与平面横隔的安装的稳定性问题，要保证它们能够符合设计的标准。

4.3细部构造与稳定性计算方法一致

同步的计算方法，是钢结构设计过程中细部结构计算结果的主要途径，只有采用同步的计算方法才能保证计算结构的准确性。例如，在对梁稳定性计算的过程中，采用计算梁刚度的方式对其强度进行计算，就显得不是很合理。由此可见，想要保证钢结构稳定性的一致，在计算的过程中，必须要采用同步的计算方式进行计算，只有这样才能保证稳定性。

5钢结构稳定性设计问题的解决措施

5.1建立完善的预张拉结构理论体系

对于钢结构的稳定性设计，预拉力结构分析是非常重要的，需要做好这个工作，首先要有一套比较完整的预拉伸结构体系理论来分析预张力结构，然后根据理论分析结果，得到的结果将是比较准确的，使得钢结构稳定设计的目的和要求有保证。

5.2重视整体稳定与局部稳定之间的关系

整体稳定性与局部稳定性有着非常重要的关系，一些单位为了尽可能减少工程成本，简单地根据以前的经验对安全系数进行了确定，这样的相关问题在分析中可能会导致较大误差，从而影响精度的结构设计，不能满足稳定性要求，因此两者之间的距离应给予充分重视。

5.3尽量减小不确定性因素造成的影响

钢结构稳定性设计的不确定因素是不可避免的。因此，我们应该尽可能地做相关性和力学性能的分析，对钢结构设计的不确定因素尽可能减少，并更多的在实验基础上选择一个科学的程序，以确定之间的相关性，以满足设计目标和要求。

6案例

广西钦州市体育场看台设计有大型屋盖，分东、西看台屋盖两大部分，造型独特酷似海边飘带，其中西看台为主看台，屋盖覆盖面积最大，高度最高，南北长300m，最宽处39m。东看台屋盖南北长240m，最宽处26m。屋盖均采用大跨度悬挑钢结构，屋盖后支撑－V型支撑和下部分混凝土结构跨层联系;钢结构双V支撑形成前锥型支撑，前后支撑在高差悬殊的较高混凝土结构上，形成了支座独特的支座结构:前锥型－后V型支撑结构。本工程的屋盖主桁架为横向布置大悬挑钢结构，与其前后支撑形成的单榀结构易于形成瞬变机构。而由于屋盖为双曲的空间结构，各榀结构不共面(见图1)，空间上形成了稳定的整体结构，整体模型为稳定结构。因此设计上增加屋盖空间整体稳定性分析，以确保结构安全可靠。西看台钢结构悬挑最大，悬挑部分较长，稳定性要求高。