鋼結構穩定設計的探討

　　摘要：本文針對鋼結構穩定設計提出了在設計過程中設計人員應須明確了解的一些基本概念，如強度與穩定的區別，失穩的分類，鋼結構穩定設計原則，鋼結構設計特點以便于幫助設計人員在設計中更好地完成穩定設計；隨著新型結構不斷地出現，在穩定設計中另一個導致構件和結構失穩的因素就是設計人員對這些結構性能認識甚少，因此本文提出了現有新型結構穩定性存在的一些問題，以便設計人員參考。
　　關鍵詞：鋼結構 穩定性
1、 引言
　　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。現代工程史上不乏因失穩而造成的鋼結構事故，其中影響最大的是19xx年加拿大魁北克一座大橋在施工中破壞，9000噸鋼結構全部墜入河中，橋上施工的人員75人遇難。破壞是由于懸臂的受壓下弦失穩造成的。而美國哈特福特城的體育館網架結構，平面92m×110m,突然于1978年破壞而落地，破壞起因可能是壓桿屈曲。以及1988年加拿大一停車場的屋蓋結構塌落，1985年土耳其某體育場看臺屋蓋塌落，這兩次事故都和沒有設置適當的文撐有關 <1>。在我國1988年也曾發生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。目前，鋼結構中出現過的失穩事故都是由于設計者的經驗不足，對結構及構件的穩定性能不夠清楚，對如何保證結構穩定缺少明確概念，造成一般性結構設計中不應有的薄弱環節。另一方面是由于新型結構的出現，如空間網架，網殼結構等，設計者對其如何設計還沒有完全的了解。本文針對這些問題提出了在設計中應該明確在鋼結構穩定設計中的一些基本概念，以及對新型鋼結構穩定性研究應該了解的一些問題并且應該懂得如何解決這些問題。只有這樣我們在設計中才能更好處理鋼結構穩定問題。
　　2、 鋼結構穩定設計的基本概念
　　2.1 強度與穩定的區別<2>
　　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。
　　2.2鋼結構失穩的分類<1>
　　(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。