浅谈钢结构稳定性设计

吴海波 刘海静 王剑锋

（1.内蒙古华地方圆设计研究有限责任公司 内蒙古赤峰市 024000 2.海洋石油工程股份有限公司 天津 300300）

1 钢结构设计的原则

对于钢结构稳定设计的原则，首先需要对平面结构构件的稳定进行考虑，并且与相关的结构布置状态相同，钢结构布置一定要对整体体系进行考虑，并且充分考虑每一个组成部分之间的稳定性，从当前的角度进行分析，钢结构很多情况下是依照平面设计体系来进行的，比如说框架和桁架，确保这些平面结构不产生平面失稳的情况，需要从结构整体方面进行合理分析和布置，比如说让必要的支撑构架增加等，另外，结构计算简图一定要根据使用来进行合理划分，如果涉及多层或单层框架结构的过程中，一般情况下不对框架稳定分析进行计算，而只计算框架柱的稳定性，通过这种方法对框架柱稳定的过程中需要使用的强度系数进行计算。利用这种框架稳定性来对稳定计算进行分析。

2 钢结构稳定性的计算方法

2.1 静力法

静力法在对结构稳定极限载荷进行求解的过程中是最为基本的方法之一，依照发生的微小形变情况对结构受力条件进行分析，并且将平衡微分方程建立出来，然后把临界载荷解出来，在对平衡微分方程进行建立的过程中，需要根据以下基本假定：①构建是一个等截面直杆；②确保压力与构建原来周线的作用始终相关；③材料需一定要和胡克定理相符合，也就是应力和应变是具有一定性关系的；④构建需要达到平截面假定的要求，也就是构件变形前的平截面和变形后依旧处于同一平截面状态；⑤构建的弯曲形变情况是微小的区别，可以通过桡度函数的二阶导数进行表示。

2.2 能量法

如果钢结构承载的保守力，在实际应用过程中与具体的形变结构受力条件来进行结合，把总体的势能体现出来，另外如果钢结构处于一种平衡的状态，一定要对总体势能进行计算，然后与势能驻值的原理进行结合，把总体势能从一阶变成零，通过这种方法来进行平衡方程的计算，然后与平衡方程进行结合，把分岔屈曲荷载计算出来。

2.3 动力法

动力法是一种结构动力稳定的计算方法，如果通过微小的干扰就能让其发生震动，说明这个结构的振动加速度和变形情况已经在结构的载荷方面体现出来，如果在静稳定的极限载荷值相比是比较小的，那么变形和加速度的方向是相反的，所以把整个干扰去除掉之后，运动就会逐渐变成静止状态，结构的平衡状态是处于一种稳定状态的，如果载荷与稳定的极限载荷相比变大，那么变形和加速度的方向是相同的，也就是如果把干扰去掉，运动依然是处于发散的状态，所以结构的平衡状态是处于一种不稳定条件下的，临界状态的载荷也就是整个结构的屈曲荷载。可以根据结构振动频率为零的条件进行分析和研究。

3 钢结构稳定性具体设计

3.1 工程概况

整个工程处在高浓度磷酸罐区的钢结构当中，整个结构的高度达到了17m，为了符合工艺的具体要求，轴距纵向的长度为19.5m，横向的长度为3m，工程主要通过q235b钢材，焊条一般通过E43型，柱和独立基础通过刚性方式进行连接，构架柱间支撑通过梯形钢水平进行支撑，本工程的希望能够达到50年的设计使用年限，建筑结构的安全等级达到了二级。

3.2 荷载取值

表1 工程主要荷载表

3.3 设计计算

整个工程需要对把梁、柱当成一个整体来进行计算，把水平推力传过来的过程中，出现一定的水平位移，反过来助利用自身形变将大部分力释放出来，让内力处于一个平衡的状态，只要钢梁具有一定的高度，在柱子不是太大的情况下，同样可以达到变形和强度的具体要求，结构分析的过程中通过STS模型进行建模，并利用Satwe软件来对稳定和强度、自振周期以及节点强度的变化进行合理的计算，首先需要注意的两点在于：①整个结构的跨度非常的大，依照工艺要求需要设计比较大的洞口，并且需要对较大的扭矩进行承受，搭建的过程中，一定要通过让梁的截面宽度增大，让纵向力增大，并且让洞口附近的支撑数量增加的方法，逐步让平面处于一种内稳定的状态；②需要注意对双向结构进行考虑，因此柱子计算长度系数一定要根据相关的规范来进行计算。

3.4 结果分析

依照以前的自振周期表和结构进行来进行分析，结构水平方向上的阵型不会出现明显的突变，结构在高度方向上的刚度和质量分布情况也相对比较合理，下面是验算结果，具体情况见表2。

表2 结构整体稳定验算结果

通过相关的计算分析，发现每一个梁、柱应力范围都在允许范围的极限的90%以下，整个结构的稳定性高度，强度相对比较好，每一个节点也能达到具体的规范要求。

4 结束语

钢结构由于具有强度高，自重轻，工业化程度比较高等诸多优点，在工程应用的过程中使用范围非常广，但是钢结构也会出现失稳的情况，钢结构稳定性在计算的过程中非常复杂，特别是在构建出现一定的残余应力、缺陷和非线性因素的影响条件下，让解决问题的困难进一步提高，然后我们一定要注意让结构的稳定整体稳定性进行加强，确保局部稳定和平面外稳定的设计的优越性。

[1]杨耀森，吕辉，白宝生.钢结构稳定设计中相关问题探讨[J].当代化工，2015（6）：1353～1356.