钢结构稳定性分析

钢材是工程中用量最大的材料之一，它具有强度高、延性好的特点，而且质地相对均匀。为了充分发挥钢材的性能，通常使用的钢结构构件壁薄修长，构造轻巧，故在相当多的情形下，钢结构及其构件的极限承载力取决于稳定条件。再则，失稳前结构的变形可能很微小，突然失稳使结构物的几何形状急剧改变而导致结构物完全丧失抵抗能力，以致整体塌落，造成非常严重的后果。近几年来，国内外因失稳而破坏的钢结构事例很多，使得钢结构稳定性问题成为广泛关注的问题。
稳定问题主要分为两大类：分支点失稳和极值点失稳，本文分别从轴心受压、受弯、压弯以及结构整体四个方面介绍钢结构的稳定理论。阐述各种情况下失稳的机理及影响因素，着重说明为满足各类稳定要求所进行相应计算的理论依据和应遵循的方法。并以单层厂房的门式刚架为例，来分析钢结构的稳定性。
关键词：钢结构；稳定；分支点失稳；极值点失稳


钢结构工程是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。 钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。我国是最早用铁制造承重结构的国家，远在秦始皇时代(公元前246-219年)，就已经用铁做简单的承重结构， 而西方国家在17世纪才开始使用金属承重结构。公元3-6世纪， 聪明勤劳的我国人民就用铁链修建铁索悬桥，著名的四川泸定大渡河铁索桥，云南的元江桥和贵州的盘江桥等都是我国早期铁体承重结构的例子。





钢结构优点
抗震性：
低层别墅的屋面大都为坡屋面，因此屋面结构基本上采用的是由冷弯型钢构件做成的三角型屋架体系，轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后，形成了非常坚固的"板肋结构体系"，这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力，适用于抗震烈度为8度以上的地区。
抗风性：
型钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强。建筑物自重仅是砖混结构的五分之一，可抵抗每秒70米的飓风，使生命财产能得到有效的保护。
耐久性：
轻钢结构住宅结构全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响，增加了轻钢构件的使用寿命。结构寿命可达100年。
保温性：
采用的保温隔热材料以玻纤棉为主，具有良好的保温隔热效果。用以外墙的保温板，有效的避免墙体的“冷桥”现象，达到了更好的保温效果。100mm左右厚的R15保温棉热阻值可相当于1m厚的砖墙。
隔音性：
隔音效果是评估住宅

的一个重要指标，轻钢体系安装的窗均采用中空
玻璃，隔音效果好，隔音达40分贝以上；由轻钢龙骨、保温材料石膏板组成的墙体，其隔音效果可高达60分贝。 健康性：干作业施工，减少废弃物对环境造成的污染，房屋钢结构材料可100%回收，其他配套材料也可大部分回收，符合当前环保意识；所有材料为绿色建材，满足生态环境要求，有利于健康。 ?
舒适性：
轻钢墙体采用高效节能体系，具有呼吸功能，可调节室内空气干湿度；屋顶具有通风功能，可以使屋内部上空形成流动的空气间，保证屋顶内部的通风及散热需求。dd
快捷：
全部干作业施工，不受环境季节影响。一栋300平方米左右的建筑，只需5个工人30个工作日可以完成从地基到装修的全过程。
环保：
材料可100%回收，真正做到绿色无污染。
节能：
全部采用高效节能墙体，保温、隔热、隔音效果好，可达到50%的节能标准。













钢结构的优势
钢结构与其它建设相比，在使用中、设计、施工及综合经济方面都具有优势，造价低，可随时移动。 一、钢结构住宅比传统建筑能更好的满足建筑上大开间灵活分隔的要求，并可通过减少柱的截面面积和使用轻质墙板，提高面积使用率，户内有效使用面积提高约6％。 二、节能效果好，墙体采用轻型节能标准化的C型钢、方钢、夹芯板，保温性能好，抗震度好。节能50％， 三、将钢结构体系用于住宅建筑可充分发挥钢结构的延性好、塑性变形能力强，具有优良的抗震抗风性能，大大提高了住宅的安全可靠性。尤其在遭遇地震、台风灾害的情况下，钢结构能够避免建筑物的倒塌性破坏。 四、建筑总重轻，钢结构住宅体系自重轻，约为混凝土结构的一半，可以大大减少基础造价。 五、施工速度快，工期比传统住宅体系至少缩短三分之一，一栋1000平米只需20天、五个工人方可完工。 六、环保效果好。钢结构住宅施工时大大减少了砂、石、灰的用量，所用的材料主要是绿色，100%回收或降解的材料，在建筑物拆除时，大部分材料可以再用或降解，不会造成垃圾。 七、以灵活、丰实。大开间设计，户内空间可多方案分割，可满足用户的不同需求。 八、符合住宅产业化和可持续发展的要求。钢结构适宜工厂大批量生产，工业化程度高，并且能将节能、防水、隔热、门窗等先进成品集合于一体，成套应用，将设计、生产、施工一体化，提高建设产业的水平。 钢结构与普通钢筋混凝土结构相比，其匀质、高强、施工速度快、抗

震性好和回收率高等优越性，钢比砖石和砼的强度和弹性模量要高出很多倍，因此在荷
载相同的条件下,钢构件的质量轻。从被破坏方面看，钢结构是在事先有较大变形预兆，属于延性破坏结构，能够预先发现危险，从而避免。 钢结构厂房具有总体轻、节省基础、用料少、造价低、施工周期短，跨度大，安全可靠，造型美观，结构稳定等优势。钢结构厂房广泛应用于大跨度工业厂房、仓库、冷库、高层建筑、办公大楼，多层停车车场及民宅等建筑行业。
编辑本段钢结构的安装要点：
（1） 摩擦系数： ，其中F为抗滑移试验所测得的使试件产生初始 滑移的力，nf为摩擦面数， 为与F对应的高强螺栓拧紧预拉力实测 值之和。 （2） 扭矩系数： ，其中d为高强螺栓公称直径(mm)，M为施加扭矩值（N﹒M ），P为螺栓预紧力。10.9级高强度大六角螺栓连接必须保证扭矩系数K的平均值为0.110～0.150。其标准偏差应小于等于0.010。 （3） 初拧扭矩：为了缩小螺栓紧固过程中钢板变形的影响，可用二次拧紧来减小先后拧紧螺栓之间的相互影响。高强螺栓第一次拧为初拧，使其轴力宜达到标准轴力的60%～80%。 （4） 终拧扭矩：高强螺栓最后紧固用的扭矩为终拧扭矩。考虑各种预应力的损失，终拧扭矩一般比按设计预拉力作理论计算的扭矩值大5%～10%。 钢结构的清理 钢结构抛丸机，清理过程中由电气控制的可调速输送辊道将钢结构件或钢材送进清理机室体内抛射区，其周身各面受到来自不同坐标方位的强力密集弹丸打击与磨擦，使之其上的氧化皮、锈层及其污物迅速脱落，钢材表面就获得一定粗糙度的光洁表面，在清理室外两边进出口辊道装卸工件。落入钢材上面的弹丸与锈尘经吹扫装置吹扫，撒落下来的丸尘混合物由回收螺旋输送到室体漏斗、纵横向螺旋输送机汇集于提升机下部，再提升到机器上部的分离器里，分离后的纯净弹丸落入分离器料斗中内，供抛丸循环使用。抛丸清理中产生尘埃，由抽风管送向除尘系统，净化处理后的净气排放到大气中，颗粒状尘埃被捕捉收集。 二.主要构成 DISA钢结构抛丸机
1.清理室 清理室为大容腔板式箱形组焊结构，室体内壁衬有ZGMn13耐磨防护板，清理作业在密封的容腔内进行。 2.输送辊道 分为室内输送辊道和装卸料段输送辊道。 室内辊道外套高铬耐磨护套及限位环，高铬耐磨护套用于保护辊道，承受弹丸打击，限位环可使工件按预定的位置运行，防止跑偏，造成事故。 3.提升机 主要由上、下部传动、筒体、皮带、料

斗等组成。 提升机上下同径带轮采用筋板、轮板与轮毂组焊成多边形结构，以增强磨擦力，避免打滑现象，延长了皮带使用寿
命。 提升机罩壳折弯成形，打开提升机中壳上的盖板可维修更换料斗和搭接皮带。打开提升机下壳上的盖板可排除底部弹丸的阻塞。 调整提升机上壳两侧螺栓带动拉板上下移动便可保持提升皮带的松紧度。 上下带轮采用带方座外球面球轴承，受到振动冲击时可自动调整，密封性好。 4.分离器 螺旋输送器主要由减速电机、螺旋轴、螺旋体壳组成。 采用带方座外球面球轴承，该轴承受到振动冲击时能自动调整，密封性好。 6.输丸管道 本输丸管道具有双重控丸功能，每一闸管上方均设一闸板，分别切断来自分离器的弹丸，便于维修各自的抛丸器；闸板开启大小，可以调节弹丸流量，也可根据清理工件的规格任意组合，开启与关闭闸门数量，以节约能源，减少对机器的磨损，并保证满足生产需要。 7.抛丸器 采用单圆盘抛丸器，成为当今国内完美无缺的高水平抛丸器。它主要由转动机构、叶轮、罩壳、定向套、分丸轮、护板等组成，其中叶轮采用Cr40材质 由锻造而成，叶片、定向套、分丸轮及护板均采用高铬. 8.吹扫装置 本装置采用高压风机，并在室体内辅室部分设有不同角度的多组弹性吹嘴，对工件表面余留的弹丸进行吹扫清理。 9.进出口密封 工件进出口密封装置，均采用橡胶弹簧钢板制成，为防止在抛丸时，弹丸飞溅出清理室外，在工件进出口处各设多道加强密封，其特点为弹性强、寿命长、密封效果俱佳。 10.除尘系统 布袋式除尘器 主要由袋式除尘器和风机、除尘管道等一起组成除尘系统。除尘效率可达99.5％。 11.电气控制 电气控制系统采用常规控制实现对全机的控制，采用国内外生产的优质电器元件，具有可靠性高及维修方便等优点，主电路由小型断路器和热继电器实现对各电机的短路、缺相、过载保护。并设有多处急停开关，方便紧急关机，防止事故扩大。 在清理室及清扫室的各个检修门上设有安全保护开关，当任何一个检修门打开后，抛丸器不能启动。 三.总结 通过式抛丸机主要用于金属结构、机床床身、钢(铸铁)制品、网架、工程机械与桥梁制造业，随着国家对环境污染的惩罚力度的加大，酸洗清理已经逐渐被市场淘汰，通过式抛丸机会得到越来越多的使用。
编辑本段钢结构工程实例
鸟巢体育馆、国家大剧院、上海世博会馆中的大部分展馆[2]、广州

亚运会海心沙工程都是是近几年来我国典型的钢结构建筑 上海世博钢结构工程











钢结构的特点
1、 钢结构自重较轻 2、 钢结构工作的可靠性较
高 3、 钢材的抗振（震）性、抗冲击性好 4、 钢结构制造的工业化程度较高 5、 钢结构可以准确快速地装配 6、 钢结构室内空间大 7、 容易做成密封结构 8、 钢结构易腐蚀 9、 钢结构耐火性差 10、钢结构可回收利用 11、钢结构工期较短





轻钢和重钢的质的区别
判定结构为重钢与轻钢结构确实没有一个统一的标准，很多有经验的设计师或项目经理也常常不能完全说明白，但我们可以以一些数据综合考虑并加以判断： 1、厂房行车起吊重量：大于等于25吨，可以认为为重钢结构了。 2、每平米用钢量：大于等于50KG/M2，可认为是重钢结构。 3、主要构件钢板厚度：大于等于10MM，轻钢结构用的较少。 另外，还有一些参考值：如每平米造价，最大构件重量，最大跨度，结构形式，檐高等，以上这些在判断厂房是否为重钢或轻钢时可以提供经验数据，当然现在很多建筑都是轻、重钢都有。但有一些我们可以较肯定的说是重钢：如：石化厂房设施、电厂厂房、大跨度的体育场馆、展览中心，高层或超高层钢结构。 ~~~~~ 实际上国家规范和技术文件都并没有重钢一说，为区别轻型房屋钢结构，也许称一般钢结构为“普钢”更合适。因为普通钢结构的范围很广，可以包含各种钢结构，不管荷载大小，甚至包括轻型钢结构的许多内容，轻型房屋钢结构技术规程只是针对其“轻”的特点而规定了一些更具体的内容，而且范围只局限在单层门式刚架。 轻钢也是一个比较含糊的名词，一般可以有两种理解。一种是现行《钢结构设计规范》（GBJ 17－88）中第十一章“圆钢、小角钢的轻型钢结构”，是指用圆钢和小于L45＊4和L56＊36＊4的角钢制作的轻型钢结构，主要在钢材缺乏年代时用于不宜用钢筋混凝土结构制造的小型结构，现已基本上不大采用，所以这次钢结构设计规范修订中已基本上倾向去掉。另一种是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》所规定的具有轻型屋盖和轻型外墙（也可以有条件地采用砌体外墙）的单层实腹门式刚架结构，这里的轻型主要是指围护是用轻质材料。既然前一种已经快取消，所以现在的轻钢含义主要是指后一种。 由此可见，轻钢与重钢之分不在结构本身的轻重，而在所承受的围护材料的轻重，而在结构设计概念上还是一致的 .







钢

结构发展前景
钢结构发展：应关注三大领域 根据行业发展状况，刘军认为，海洋石油工程装备、钢结构住宅、钢结构桥梁等3个领域的发展应当引起国家有关主管部门的关注，如果受到重视和政策鼓励，
完全可以实现产业倍增的目标。 刘军指出，海洋石油的产量在2015年要达到1亿吨，海洋工程装备企业的目标是要为深海1500米～3000米的开采提供大量装备，产业水平及规模必须提高；钢结构住宅符合绿色环保、节能减排和循环经济政策，其工业化、标准化的钢结构住宅产品具有广阔和无限的市场空间；目前，全国59万座公路桥梁中钢结构桥梁不足1%，铁路系统高速发展，新建线路以桥代路，80%均是预应力钢筋混凝土桥梁。而钢结构桥梁在日本占到41%，美国占到33%，由此可见我国钢结构桥梁的市场需求和产业发展与发达国家还有很大差距。 中国钢结构产业在近10余年期间发展迅速，已成为全球钢结构用量最大、制造施工能力最强、产业规模第一、企业规模第一的钢结构大国。 钢结构企业：须重视“十二五”发展 刘军指出，各地重大钢结构工程的成功建设，说明我国的钢结构综合技术水平已处于国际先进水平。但我国的钢结构产业在信息化、自动化、标准化、科研创新方面同发达国家相比还有不小的差距。2011年是国家“十二五”规划起始之年，国家有关部委、行业协会及企业集团、钢结构企业都在进行调研、分析市场及未来发展趋势。国家发改委、工信部、科技部也正在研究有关战略性新型产业确定和规划目标，对具有国际先进水平、自主创新能力强、国际竞争实力强大并可以占领更多市场的产业，将列入规划并给予支持、扶持政策。机遇也是挑战，我国钢结构产业能否上台阶、上规模，“十二五”期间的发展至关重要。 刘军介绍说，中国钢结构协会经过调查研究，在听取有关专家意见和建议后，草拟了《关于钢结构产业在国家“十二五”规划的战略思考及建议草案》，在征求有关人员的意见后，协会将组织有关专家具体落实、完善，以促进“十二五”期间钢结构行业取得更大发展。






钢结构优点
抗震性：
低层别墅的屋面大都为坡屋面，因此屋面结构基本上采用的是由冷弯型钢构件做成的三角型屋架体系，轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后，形成了非常坚固的"板肋结构体系"，这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力，适用于抗震烈度为8度以上的地区。
抗风性：
型钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力

强。建筑物自重仅是砖混结构的五分之一，可抵抗每秒70米的飓风，使生命财产能得到有效的保护。
耐久性：
轻钢结构住宅结构全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响
，增加了轻钢构件的使用寿命。结构寿命可达100年。
保温性：
采用的保温隔热材料以玻纤棉为主，具有良好的保温隔热效果。用以外墙的保温板，有效的避免墙体的“冷桥”现象，达到了更好的保温效果。100mm左右厚的R15保温棉热阻值可相当于1m厚的砖墙。
隔音性：
隔音效果是评估住宅的一个重要指标，轻钢体系安装的窗均采用中空玻璃，隔音效果好，隔音达40分贝以上；由轻钢龙骨、保温材料石膏板组成的墙体，其隔音效果可高达60分贝。 健康性：干作业施工，减少废弃物对环境造成的污染，房屋钢结构材料可100%回收，其他配套材料也可大部分回收，符合当前环保意识；所有材料为绿色建材，满足生态环境要求，有利于健康。 ?
舒适性：
轻钢墙体采用高效节能体系，具有呼吸功能，可调节室内空气干湿度；屋顶具有通风功能，可以使屋内部上空形成流动的空气间，保证屋顶内部的通风及散热需求。dd
快捷：
全部干作业施工，不受环境季节影响。一栋300平方米左右的建筑，只需5个工人30个工作日可以完成从地基到装修的全过程。
环保：
材料可100%回收，真正做到绿色无污染。
节能：
全部采用高效节能墙体，保温、隔热、隔音效果好，可达到50%的节能标准。
钢结构工程有哪些特点？

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新闻来源：公司新闻 发布时间：2010-07-15

钢结构工程

钢结构工程的特点：
1、钢结构自重较轻
2、钢结构工作的可靠性较高
3、钢材的抗振（震）性、抗冲击性好
4、钢结构制造的工业化程度较高
5、钢结构可以准确快速地装配
6、钢结构室内空间大
7、容易做成密封结构
8、钢结构易腐蚀
9、钢结构耐火性差

钢结构工程优点：

1 抗震性 低层别墅的屋面大都为坡屋面，因此屋面结构基本上采用的是由冷弯型钢构件做成的三角型屋架体系，轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后，形成了非常坚固的"板肋结构体系"，这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力，适用于抗震烈度为8度以上的地区。
2 抗风性 型钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强。建筑物自重仅

是砖混结构的五分之一，可抵抗每秒70米的飓风，使生命财产能得到有效的保护。
3 耐久性 轻钢结构住宅结构全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响，增加了轻钢构件的使用寿命。结构寿命可达100年。
4 保温
性 采用的保温隔热材料以玻纤棉为主，具有良好的保温隔热效果。用以外墙的保温板，有效的避免墙体的“冷桥”现象，达到了更好的保温效果。100mm左右厚的R15保温棉热阻值可相当于1m厚的砖墙。
5 隔音性 隔音效果是评估住宅的一个重要指标，轻钢体系安装的窗均采用中空玻璃，隔音效果好，隔音达40分贝以上；由轻钢龙骨、保温材料石膏板组成的墙体，其隔音效果可高达60分贝。
6 健康性 干作业施工，减少废弃物对环境造成的污染，房屋钢结构材料可100%回收，其他配套材料也可大部分回收，符合当前环保意识；所有材料为绿色建材，满足生态环境要求，有利于健康。
7 舒适性 轻钢墙体采用高效节能体系，具有呼吸功能，可调节室内空气干湿度；屋顶具有通风功能，可以使屋内部上空形成流动的空气间，保证屋顶内部的通风及散热需求。
8 快捷 全部干作业施工，不受环境季节影响。一栋300平方米左右的建筑，只需5个工人30个工作日可以完成从地基到装修的全过程。
9 环保 材料可100%回收，真正做到绿色无污染。
10 节能 全部采用高效节能墙体，保温、隔热、隔音效果好，可达到50%的节能标准。