钢结构稳定设计指南

钢结构稳定设计指南

钢结构失稳形式存在多样性外，还应了解下列四个方面的特点：(1)稳定问题要考虑构件及结构的整体作用；(2)稳定计算要按二阶分析进行；(3)考虑初始缺陷的极值稳定计算正在取代完善构件的分岔点稳定计算；(4)稳定性不仅通过计算来保证，还需要从结构方案布置和构造设计来配合。

关键字：钢结构稳定，轴心压杆，计算长度，受弯构件，框架稳定

一．钢结构稳定问题的待点

失稳形式存在多样性外，还应了解下列四个方面的特点：(1)稳定问题要考虑构件及结构的整体作用；(2)稳定计算要按二阶分析进行；(3)考虑初始缺陷的极值稳定计算正在取代完善构件的分岔点稳定计算；(4)稳定性不仅通过计算来保证，还需要从结构方案布置和构造设计来配合。

二．轴心压杆的稳定计算

(1)影响轴心压杆稳定承载力的最主要因素是残余应力，它是把稳定系数分成a、b、c三类的依据，残余压应力越大，位置距形心轴越远，值越低。

(2)轴心压杆不仅会发生弯曲失稳，也可能发生扭转失稳。在采用单轴对称截面时．需要特别注意扭转的不利作用。

(3)设计格构柱时，需要了解几何缺陷的不利影响和柱肢压缩对缀条的影响。

三．轴心压杆的计算长度

关于压杆计算长度的确定，需要明确以下几点：

(1)确定杆系结构中的杆件计算长度时，应把它和对它起约束作用的构件一起作稳定分析。这是稳定性整体计算的一种简化方法。压杆一般不能依靠其他压杆对它的约束作用，除非两者的压力相差悬殊。

(2)节点连接的构造方式会影响杆件的稳定性能。因此，杆件计算长度和构造设计有密切联系。比如杆件在交叉点的拼接会影响它的出平面弯曲刚度并使计算长度增大。又如起减小计算长度作用的撑杆的连接有偏心，会降低它的有效性。

(3)塔架杆件的计算长度有不同于平面桁架(屋架)的特点．主杆和腹杆都各有其特殊之处。此外、塔架中单角钢杆件预期绕平行轴失稳时，需要考虑扭转的不利影响。

(4)桁架体系的支撑构件和塔架中的横隔构件都对杆件的计算长度有直接影响。确定桁架杆件出平面计算长度时，需要特别注意杆系的相互关系

四. 受弯构件的整体稳定

(1)梁的稳定承载力与梁的截面形式、弯矩分布和荷载作用部位等多种因素有关，并受其影响。

(2)简支梁的支承条件必须保证梁端不能绕纵轴扭转，才符合规范系数的计算前提。悬臂梁根部是否完全嵌固，对它的稳定承载力也影响极大。这些均应结合构造进行分析。

(3)当梁的截面由整体稳定控制时，不宜做成变截面的。梁端切去一部分翼缘也会使稳定承载力下降。

(4)支撑可以起到防止梁整体失稳的作用，但与其设置部位有关；梁上采用铺板作文撑时，铺板应满足一定刚度要求，才能起到防止梁失稳的作用。

五. 兼承轴力和弯矩的构件稳定

(1)压弯构件的稳定计算需要引进适当的等效弯矩系数.

(2)单轴对称的冷弯薄壁压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算不同于热轧或焊接构件。

(3)规范给出的框架柱计算长度是由典型框架计算得出的(其各柱相同)，对于非典型的情况，该系数需要修正。

(4)横梁受有轴线压力的框架和附有摇摆杠的框架，设计柱子时不能直接采用GBJl7—88规范规定的计算长度。

六．框架稳定

(1)承受重力荷载作用的框架弹性稳定，可以用转角位移法分析。

(2)有水平荷载作用的框架稳定问题，宜用二阶弹塑性分析。二阶效应可以通过放大系数加以考虑，但还应计入缺陷影响。单层和双层的简单框架常可用Merchsnt法计算极限承载。

(3)现在通行的用一阶分析计算框架内力，再用计算长度法计算柱子的稳定的方法，—般可以保证框架稳定，但要注意的是它低估了横梁的内力。

(4)轴线压力使框架构件刚度下降，这一二阶效应在框架计算中不应忽视。

七．板件的稳定

(1)影响受压板件稳定的主要因素是宽厚比而不是长厚比。

(2)组成构件的各板会因相互牵制而同时失稳，弱板受到强板约束而提高临界应力，强板因提供约束而降低临界应力。

(3)加劲助必须有足够刚度，才能对板件起完全支承作用。

(4)设计重型桁架和带撑框架的节点时，必须特别重视节点板的稳定性。

八．板件屈曲后的强度与利用

(1)宽厚比大的受压、弯或剪的板件都具有屈曲后强度。四边支承板的屈曲后强度高于一纵边自由的板。

(2)单轴对称截面利用板件屈曲后强度，需要考虑有效截面形心移动的不利影响。

(3)利用薄腹板梁的屈曲后强度时，对梁的加劲肋。尤其是端加劲助，必须考虑拉力带的效应。

九．稳定设计中的支撑

(1)设置支撑可以提高压杆、梁和框架的稳定承载能力。支撑设置得当可以获得节约钢材的效果。

(2)支撑并非不受力的构件。它作为支承构件的弹性支座，应满足一定的刚度要求，同时还应具有必要的承载力。

(3)只对一根构件起支承作用(减小自由长度作用)的支撑，按规范规定的容许长细比和压杆剪力V设计，能够满足要求。但是对多根构件起支承作用的支撑则未必能满足要求。

(4)轴心受压构件的支撑杆有偏心时，其支撑作用有所下降，但梁的支撑却以设在上翼缘平面为好。

(5)阻止框架柱失稳时出现侧移的斜撑体系，除承受风力和其他水平力外，还应承受一定的支撑力。

十．塑性设计和抗震设计中的稳定问题

(1)在塑性设计的结构中，构件及其组成板件必须在形成塑性铰和铰的转动过程中保持稳定。为此，板件宽厚比的限值和侧向支撑间距的限值都比常规设计要严格。

(2)单层的一、二跨框架的整体稳定承载力通常接近形成机构的承载力；按现行GBJl7—88规范设计的框架，不必进行整体稳定验算。但跨数很多的框架中间柱刚度较小，需要考察是否有整体失稳的可能性。

(3)抗震设计和塑性设计在稳定问题上有很多相似之处，但也有其不同特点。尤其是支撑斜杆，既允许它在强烈地震作用下屈曲，又要赋与较好的吸能能力。