钢结构设计中稳定性设计分析

钢结构设计中稳定性设计分析

摘要：随着我国经济建设的飞速发展，人们生活水平不断提升，对建筑工程的

要求也越来越严格。针对建筑工程主要特征与钢结构稳定性的优化策略，结合工

程施工现场实际情况，通过科学、合理的测验与计算，设计出能够适应我国建筑

工程需求的钢结构稳定性方案，为我国建筑行业的提高与健康发展奠定坚实的基础。

关键词：钢结构设计；稳定性；设计

1钢结构设计的原则

（1）结构的总体布局必须考虑到整个系统及其组件的稳定性要求。目前大多数结构都是按照平面系统设计的，如桁架和框架。为了确保这些平面结构不会导

致平面不稳定，有必要从结构的整体布置中解决它们，即设计必要的支撑构件。

也就是说，平面结构构件的平面稳定性计算必须与结构布置一致，并且必须注意

构件的稳定性与横向分离设置之间的关系。（2）结构计算图和实际计算方法符

合简图，这对框架结构的稳定性计算非常重要。在设计单层和多层帧结构时，帧

稳定性分析通常不会执行，而是由帧列取代。稳定性计算。当使用这种方法时，

用于计算框架柱稳定性的计算列长度系数应从框架的整体稳定性分析中获得，以

便柱稳定性计算可等效于框架稳定性计算。但是，实际的框架是各种各样的。在

设计中，为了简化计算，需要根据规范设置一些典型条件。设计师必须确保所设

计的结构在能够正确应用之前满足这些条件。在实际工程中，基于框架计算图和

实际方法的示意图不一致的情况可能有以下两种类型，即摇杆框架和梁受到较高

压力的框架。如果根据标准系数计算这两个条件，就会导致不安全的后果。因此，使用的计算方法应该与假设和具体的计算对象一致。

2钢结构稳定性的计算方法

2.1静力法

静力法是解决结构稳定极限荷载过程中最基本的方法之一。根据微小变形的

发生情况分析结构应力情况，建立微分方程，解决临界载荷问题。在建立平衡微

分方程时，需要以下基本假设：（1）施工是等截面的直线钢筋；（2）确保压力

始终与构造原始轮廓相关；（3）材料必须符合胡克定理。整合，即压力与紧张

是一定的关系；（4）施工时需要满足扁平截面的假设条件，即扁平截面和变形

前的变形仍处于同一平面截面状态；（5）结构的弯曲变形是最小的差别可以通

过移动性函数的二阶导数来表示。

2.2能量法

如果钢结构承受的保守力与实际施工过程中的混凝土变形结构受力条件相结合，则总体势能反映出来，如果钢结构处于平衡状态，则必须计算总势能。然后

结合势能驻值的原理，将总势能从一阶变为零。通过这种方法，计算平衡方程，

然后与平衡方程相结合来计算分岔屈曲载荷。

2.3动力法

动力法是一种结构动力稳定性计算方法，如果能够通过轻微扰动进行振动，

表明该结构的振动加速度和变形已经在结构荷载中反映出来，如果静态稳定极限

荷载值比较相对较小，则变形方向与加速度相反，因此在消除整个扰动后，运动

将逐渐变为静止，结构的平衡状态处于稳定状态，如果荷载和稳定性随着极限荷

载的变化变形方向和加速度方向相同，即去除干涉后，运动仍处于发散状态，因

此结构的平衡状态处于不稳定状态，临界状态为负荷也是整个结构的屈曲载荷。

可以根据结构振动频率为零的条件进行分析研究。

3建筑工程项目的钢结构稳定性设计要点

3.1长细比的选取

长细比越大，结构稳定性越差，钢结构设计规范根据构件受力情况规定有限制，这里特别要强调的是计算长细比所用到的构件计算长度，不可单纯地理解为

构件长度，计算长度与构件端部的连接方式有关，如固接、铰接、链接、自由等。

3.2阻尼比的选择

阻尼比是结构的动力特性之一，阻尼比越大，则结构稳定性越好，正确地选

取阻尼比是结构稳定与否的关键。钢结构阻尼比标准如下：多遇地震下的计算，

高度不大于50m时取0.04；高度大于50m且小于200m时，可取0.03；高度不

小于200m时，宜取0.02。当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总

地震倾覆力矩的50%时，其阻尼比取值可在上述情况下相应增加0.005。在罕遇

地震下的弹塑性分析，阻尼比可取0.05。

3.3电算结果的人工调整

随着计算机的迅猛发展电算越来越多地用于结构设计中，电算可免去大量人

工计算，加快出图速度，但电算因各种软件设计条件限制、设计人员熟悉程度等

因素，往往设计中出现诸多问题，需设计人员引起高度重视，并学会判断电算结果。设计可从以下几个主要方面进行相关设计验算与调整：

3.3.1强剪弱弯

“弯曲破坏”是延性破坏，是可预见的，如开裂或下挠等，而“剪切破坏”是一

种脆性的破坏，没有预兆的，瞬时发生，无法做出防范措施，所以我们要避免发

生剪切破坏，在设计中适当增加抗剪强度是维护结构稳定的必要条件。同时，通

过合理科学的剪力调整可以加强钢结构的稳固性与安全性，将钢结构建筑部件在

承受水平力的受力点更加理想化、合理化。

3.3.2强柱弱梁

钢结构设计主题思想是柱子不应先于梁破坏，因为梁破坏属于构件破坏，是

局部性的，柱子破坏将危及整个结构的安全，可能造成整体倒塌，后果严重。所

以我们要保证柱子更“相对”安全，故要进行“强柱弱梁”的结构调整。

强柱弱梁侧重于加强建筑设计中柱与梁之间的和谐性与整体性。在建筑工程

设计中运用强柱弱梁设计可以有效缓解钢结构整体的变形与损害，对钢结构整体

完整与稳定起到相对的保障效果。通过实施强柱弱梁设计，即便钢结构整体由于

外力作用产生变形后，也能够在较短时间内迅速恢复原形，使钢结构整体能够在

建筑工程中更好地发挥其效果。

3.3.3强节点弱构件

结构设计首先必须考虑节点的承载力，因节点失效意味着与之相连的梁与柱

都失效，结构也坍塌失效，首先需从梁端设计内力出发，按照“强节点弱构件”设

计原则进行内力调整；其次需采取必要的技术措施，如采用削弱梁端，保证结构

发生破坏前框架梁能出现明显的塑性变形，达到消耗地震能量的作用；采用梁翼

缘对应的柱位置设置加劲肋，避免集中应力过大；采用节点加焊盖板或在梁下翼

缘加掖，使节点抗弯承载力大于梁全截面承载力；翼缘焊缝的冲击韧性需满足规

范要求。

4钢结构加固方法

4.1改变结构计算图形

加强结构计算图的方法是增加载荷分布，力传递路径，接头的性质和边界条