建筑钢结构的稳定性设计探讨.docx

建筑钢结构的稳定性设计探讨摘要： 钢结构由于强度高、自重轻、抗震性能好和材料可回收等诸多优点而被广泛应用到现代建筑工程中。稳定的钢结构设计对建筑物的安全和使用寿命起着至关重要的作用。本文对钢结构失稳形式、建筑钢结构的稳定性设计进行了分析,并对钢结构的稳定性设计原则和应注意的问题进行了探讨。关键词：建筑钢； 结构设计； 稳定； 探讨1 钢结构失稳形式 钢结构失稳形式存在多样性外，还应了解下列四个方面的特点：（1）稳定问题要考虑构件及结构的整体作用；（2）稳定计算要按二阶分析进行；（3）考虑初始缺陷的极值稳定计算正在取代完善构件的分岔点稳定计算；（4）稳定性不仅通过计算来保证，还需要从结构方案布置和构造设计来配合。 2建筑钢结构的稳定性设计 钢结构的稳定性设计、在各种类型的钢结构中，由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生、为了更好地保证钢结构稳定设计中构件不失稳定，保证工程质量及使用安全，有必要对钢结构的稳定性设计进行详细探讨。 2.1钢结构稳定性的概念。钢结构强度小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。 2.2钢结构稳定性设计要点。在符合钢结构设计的一般原则前提下，要保证钢结构的稳定性还需满足以下条件： 2.2.1钢结构布置必须从体系和各组成部分的稳定性要求整体考虑，目前钢结构大多是按照平面体系进行设计，如桁架和框架、保证平面结构不出现平面外失稳，要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致，如增加必要的支撑构件等。 2.2.2实用计算方法所依据的简图与结构计算简图保持一致中层或多层框架结构设计框架稳定分析通常是省略的，只进行框架柱的稳定计算、由于框架各柱的杆件稳定计算的常用力法、稳定参数等是依据一定的简化典型情况或假设者得出的，因此设计者要能保证所有的条件符合假设时才能应用。 3钢结构稳定性设计的原则 3.1钢结构布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求，目前钢结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架。保证这些平面结构不出现平面外失稳，需要从结构整体布置来解决，如增加必要的支撑构件等。要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致。 3.2结构计算简图需与实用计算方法所依据的简图一致当设计单层或多层框架结构时，通常不做框架稳定分析而只做框架柱的稳定计算。采用这种方法计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，应通过框架整体稳定分析得出，使柱稳定计算等效于框架稳定计算。钢结构设计规范（GB50017-2003）对单层或多层框架给出的柱计算长度系数采用了5条基本假定，其中包括：“框架中的所有柱子是同时丧失稳定的，即各柱同时达到其临界荷载”，按照这条假定，框架各柱的稳定参数、杆件稳定计算的常用方法，是依据一定的简化假设或者典型情况得出的，设计者需确认所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。 3.3钢结构的细部构造设计与构件的稳定计算应一致保证钢结构的细部构造设计与构件的稳定计算相符合，是钢结构设计中需要高度注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度。对桁架节点应尽量减少杆件偏心。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如：简支粱就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在解决粱整体稳定时上述要求就不够了，支座还需能够阻止粱绕纵轴扭转，同时允许粱在平面内转动和粱端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。 4建筑钢结构设计中应注意的问题 4.1钢结构住宅的设计。钢结构住宅有低层和多层之分、低层一般用于别墅，而多层用于公寓、根据抗震规范GB50011对12层以下和以上房屋的不同要求，建造钢结构住宅一般不宜超过12层。钢结构住宅抗震性能受结构布置规则性影响、因此，其平面布置应力求规则、对称、不规则布置在地震时容易遭到损坏。 4.2钢结构稳定性设计的经验。 4.2.1借助于计算机技术和相关软件的发展，目前钢结构设计中结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可由计算机辅助完成，而由设计者对结构和构件的平面外强度及稳定计算，进行分析、计算和设计、为了提高效率和提供方便，在设计时可将整个结构按标高进行分解，简化成不同水平荷载作用下的多个布置形式的结构体系来进行强度和稳定的计算。 4.2.2受弯钢构件的板件局部稳定可以通过几种方式实现:限制板件宽厚比，使之达到屈曲的极限承载能力，不在构件整体失效前屈曲；允许板件在构件整体失效前屈曲，然后利用其屈曲后强度达到构件的承载能力；对梁设置横向或纵向加劲肋，以解决不考虑屈曲后强度的梁的局部稳定问题。 4.2.3轴心受压构件和压弯构件局部稳定也可通过两种方式实现，分别是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比和控制腹板计算高度与其厚度之比，如果受压构件为圆管截面，则应控制外径与壁厚之比。 5钢结构稳定性设计的的几点体会 5.1目前钢结构设计多借助钢结构计算机软件进行结构受力计算，结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可依靠程序自动完成，结构和构件的平面外强度及稳定计算，需要设计者另做分析、计算和设计。此时可将整个结构按标高分解成多个不同布置形式的结构体系，在不同的水平荷载作用下，进行结构体系的强度和稳定计算。 5.2受弯钢构件的板件局部稳定有两种方式：一是以屈曲为承载能力的极限状态，并通过对板件宽厚比的限制，使之不在构件整体失效前屈曲；二是允许板件在构件整体失效前屈曲，并利用其屈曲后强度，构件的承载能力由局部屈曲后的有效截面确定。对于不考虑屈曲后强度的粱局部稳定，可对粱设置横向或纵向加劲肋，以解决粱的局部稳定问题，加劲肋按钢结构设计规范（GB50017-2003）规定设置；对于组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算按钢结构设计规范（GB50017-2003）第4.4规定执行。 5.3轴心受压构件和压弯构件局部稳定有两种方式：一是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比；二是控制腹板计算高度与其厚度之比。对于圆管截面的受压构件，应控制外径与壁厚之比，加劲肋按钢结构设计规范（GB50017-2003）第5.4规定设置。 6 结语 钢结构在建筑工程当中应用的范围十分广泛，究其原因在于其拥有自重轻，高强度和工业化强度高的特点。自从国家将轻型钢结构住宅建筑通用体系的开发和应用列入到国家重点技术创新项目以来，建筑钢结构的发展取得了一定的成效。然而近年来由于地震等自然灾害的频繁发生，钢结构失去稳定而造成的事故也越来越多，对社会主义的经济建设造成了严重的危害，因此关于建筑钢的稳定结构设计越来越受到人们的关注。 参考文献： 【1】黄友江，钢结构的稳定设计分析.黑龙江科技信息，2009 【2】陈淑燕，提高钢结构设计稳定性的有效策略.城市建设与商业刊点，2009