摘要：鋼結構中的穩定問題是鋼結構設計中以待解決的主要問題，一旦出現了鋼結構的失穩事故，不但對經濟造成嚴重的損失，而且會造成人員的傷亡，所以我們在鋼結構設計中，一定要把握好這一關。本文探討了鋼結構的穩定設計。

　　關鍵詞：鋼結構,穩定,設計

　　穩定性是鋼結構的一個突出問題。 在各種類型的鋼結構中，都會遇到穩定問題 。對于這個問題處理不好，將會造成不應有的損失。 在我國1988年曾發生l3.2× l7.99m網架因腹桿穩定位不足而在施工過程中塌落的事故。 從上可以看出，鋼結構中的穩定問題是鋼結構設計中以待解決的主要問題，一旦出現了鋼結構的失穩事故，不但對經濟造成嚴重的損失，而且會造成人員的傷亡，所以我們在鋼結構設計中，一定要把握好這一關。

　　一、鋼結構穩定設計的基本概念

　　1、強度與穩定的區別

　　強度問題是指結構或者單個構件在穩定平衡狀態下由荷載所引起地最大應力(或內力)是否

　　超過建筑材料的極限強度，因此是一個應力問題極限強度的取值取決于材料的特性，對混凝土等脆性材料，可取它的最大強度，對鋼材則常取它的屈服點。

　　穩定問題則與強度問題不同，它主要是找出外荷載與結構內部抵抗力間的不穩定平衡狀態，

　　即變形開始急劇增長的狀態，從而設法避免進入該狀態，因此，它是一個變形問題 如軸壓柱，由于失穩，側向撓度使柱中增加數量很大的彎矩，因而柱子的破壞荷載可以遠遠低于它的軸壓強度 顯然，軸壓強度不是柱子破壞的主要原因。

　　2、鋼結構失穩的分類

　　(1)第一類穩定問題或者具有平衡分岔的穩定問題(也叫分支點失穩)， 完善直桿軸心受壓時的屈曲和完善平板中面受壓時的屈曲都屬于這一類。

　　(2)第二類穩定問題或無平衡分岔的穩定問題(也叫極值點失穩)。 由建筑鋼材做成的偏心受壓構件，在塑性發展到一定程度時喪失穩定的能力，屬于這一類。

　　(3)躍越失穩是一種不同于以上兩種類型，它既無平衡分岔點，又無極值點，它是在喪失穩定平衡之后跳躍到另一個穩定平衡狀態區分結構失穩類型的性質十分重要，這樣才有可能正確估量結構的穩定承載力 。隨著穩定問題研究的逐步深入，上述分類看起來已經不夠了設計為軸心受壓的構件，實際上總不免有一點初彎曲，荷載的作用點也難免有偏心。 因此，我們要真正掌握這種構件的性能，就必須了解缺陷對它的影響，其他構件也都有個缺陷影響問題 。另一方面就是深入對構件屈曲后性能的研究。

　　3、 鋼結構穩定設計原則

　　( 1)結構整體布置必須考慮整個體系以及各組成部分的穩定性要求。目前, 結構大多數是按照平面體系來設計的,如桁架、 框架都是如此。保證這些平面結構不出現失穩, 需要從結構整體布置來考慮,即必須設置必要的支撐構件。也就是說,結構構件的平面內和平面外的穩定計算必須和結構布置相一致。

　　( 2)結構計算簡圖和實用計算方法所依據的簡圖相一致。目前設計單層和多層框架結構時, 經常不進行框架穩定分析而是代之以框架柱穩定計算。在采用這種方法時,計算框架穩定時用到的計算長度系數應通過框架整體穩定分析得出,這樣才能使柱穩定計算等效于框架穩定計算。然而,實際框架多種多樣, 而設計中為了簡化計算工作, 需要設定一些條件。框架各柱的穩定參數及桿件穩定計算的常用方法,往往是依據一定的簡化假設或者典型情況得出的, 設計者必須明確所設計的結構符合這些假設時才能正確應用。

　　( 3)結構的細部構造和構件的穩定計算必須相互配合。結構計算和構造設計相符合一直是結構設計中大家都十分關心的問題。對要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節點連接, 應分別賦予它足夠的剛度和柔度,對桁架節點應盡量減少桿件偏心,這些都是設計者處理構造細部時經常考慮到的。但是,當涉及穩定性能時, 構造上時常有不同于強度的要求或特殊考慮。例如, 簡支梁就抗彎強度來說, 對不動鉸支座的要求僅僅是阻止位移,同時允許在平面內轉動。然而在處理梁整體穩定時上述要求就不夠了,支座還必須能夠阻止梁繞縱軸扭轉,同時允許梁在水平平面內轉動和梁端截面自由翹曲,以符合穩定分析所采取的邊界條件。現行 GB 50017 -2003 《鋼結構設計規范》第 4.2.5條已明確規定梁的支座處應采取構造措施以防止梁截面的扭轉。

　　4、穩定設計的特點

　　(1) 穩定問題是針對結構變形進行計算

　　在求解結構強度時， 除由柔索組成的結構外， 按未變形的結構來分析其平衡， 經常可以獲得足夠精確的結果。 穩定問題的分析是針對外荷載作用下結構存在變形的條件下進行的， 此變形應該與所研究結構或構件失穩時出現的變形相對應。

　　(2)采用的是二階分析方法

　　針對已變形的結構來分析其平衡， 稱為二階分析方法。 這種分析對柔性構件尤為重要， 這是因為結構變形后的位移和變形對外力效應產生了不能忽視的影響。 結構穩定計算由于所研究的變形與荷載之間呈非線性關系， 屬于幾何非線性問題， 采用的就是此方法。 這種分析方法與普通結構力學中的內力計算不同對于靜定結構， 內力計算與結構的變形無關， 屬于一階分析; 對于超靜定結構， 雖然在計算中涉及到變形問題， 但仍屬于一階分析的方法。

　　(3)用于應力問題的迭加原理， 在穩定計算中不能應用迭加原理的應用應滿足以下條件:

　　(a) 材料服從虎克定律。(b) 結構的變形很小。而彈性穩定計算一般均不能滿足條件(b) ， 非彈性穩定計算則兩個前提都不符合鋼結構穩定問題區別于強度問題， 鋼結構穩定問題是很復雜的， 尤其當構件存在初始缺陷、 殘余應力以及非線性因素的影響時， 就更增加了解決穩定問題的難度 。在實際設計中， 設計者應該明確結構構件的穩定性能及一些基本概念， 將有助于我們在設計中更好地處理穩定方面的問題， 以免在設計過程中發生不必要的失穩損失。

　　二、鋼結構穩定設計應注意的問題

　　1、 穩定設計與強度設計的區別

　　強度問題是指結構或者單個構件在穩定平衡狀態下由荷載所引起的最大應力( 或內力) 是否超過建筑材料的極限強度， 因此是一個應力問題。 穩定問題則與強度問題不同， 它主要是找出外荷載與結構內部抵抗力間的不穩定平衡狀態， 即變形開始急劇增長的狀態， 從而設法避免進入該狀態， 因此， 它是一個變形問題如軸壓柱， 由于失穩， 側向撓度使柱中增加數量很大的彎矩， 因而柱子的破壞荷載可以遠遠低于它的軸壓強度。 顯然， 軸壓強度不是柱子破壞的主要原因。強度是構件上某一個截面的應力問題， 而穩定則是構件的整體問題， 因此， 在處理穩定問題時， 應具有結構整體觀點。

　　2、充分考慮缺陷對穩定承載力的影響

　　(1)構件幾何缺陷的影響

　　桿件并非是完善直桿， 在制造 、安裝過程中難免有初始彎曲;構件由于施工和加載等方面的原因， 使荷載作用線偏離桿件軸線形成初始偏心。 初始彎曲和初始偏心統稱為幾何缺陷 有幾何缺陷的鋼壓桿在承受軸向壓力后， 其側向撓度從加載開始就不斷增加， 從而使二階彎矩不斷增大， 失穩時不是以平衡形式由直變彎， 而是以變形發展導致承載力達到極限， 因此降低了其穩定承載力。

　　(2)力學缺陷的影響

　　包括屈服點在整個構件截面上的非均勻分布， 存在殘余應力。 殘余應力使壓桿的部分提前屈服， 而按照鋼材為理想彈塑性體的簡化假定， 已屈服的塑性區剛度將消失， 不能繼續有效地承載 當繼續加載時， 有效截面只剩下彈性部分， 塑性部分不再分擔增加的荷載， 壓桿的穩定承載力只取決于剩余強度， 桿件的剛度大大削弱， 導致了構件屈曲時穩定承載力降低。

　　(3)充分認識穩定問題， 進行鋼結構穩定設計

　　保證結構和構件的穩定性， 是鋼結構設計中極其重要的部分 。《鋼結構設計規范 》中很大的一部分條文都和結構的穩定性有關。 這些條文的規定對防止結構出現失穩事故是必不可少的然而， 僅僅按照 《規范》 的條文來處理結構的穩定問題還不夠， 設計者需要對條文的規定有一定深度的理解， 并且通曉各種因素對結構和構件穩定性的影響， 從而對鋼結構穩定問題進行全面的把握， 進而靈活的運用各種措施來增強結構穩定性。

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