钢结构稳定问题
建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨3篇
建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨3篇建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨1建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨近年来，钢结构作为一种新型建筑构造材料，其在建筑工程中的应用越来越广泛。
钢结构的优良性能在保证建筑质量和施工效率的同时，还大大增强了建筑的美观性和安全性。
然而，钢结构设计中存在着一种非常日益突出的问题——稳定性问题。
本文将就建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨进行详细探讨。
一、钢结构设计的稳定性原则（一）整体稳定性原则整体稳定性原则是指钢结构在各种荷载作用下，其整个结构要能保持相对稳定，避免出现龙卷风、震动等不稳定现象。
一般来说，整体稳定性可以通过增加抗弯刚度和抗扭刚度来保证，从而使建筑的结构稳固牢靠。
（二）构配件稳定性原则构配件稳定性原则是指在钢结构设计中，各种构件的强度和稳定性要充分考虑，避免出现局部失稳等问题。
因此，必须保证构配件在承受极限荷载时，具有良好的抗弯、抗剪、抗压、抗扭等性能，同时对悬挂式构件进行充分支撑，使其能够避免出现扭曲、侧翻等倾斜现象。
（三）局部稳定性原则局部稳定性原则是指在钢结构设计中，必须充分考虑各个支座、连接件等局部节点的稳定性，避免出现节点扭曲破坏、支座变形、连接件塑性变形等问题。
为此，必须充分考虑节点和连接件的刚度和强度，以保证整个结构的安全和稳定性。
二、钢结构设计的设计探讨（一）钢材的选用在钢结构设计中，钢材的选用是很重要的一步，因为钢材的力学性能将直接影响到结构的强度和稳定性。
因此，设计人员应在具体工程中充分考虑材料的强度、韧性、抗腐蚀性能等因素，合理选用材料，以确保结构的安全性。
（二）结构的布局在钢结构设计中，结构的布局也是一个非常重要的环节。
设计人员应该根据具体工程的要求和实际情况，选择适当的结构形式和布局方式。
在整个设计过程中，应当注意保证结构的合理分布和承重能力的均衡，以确保结构的稳定性和安全性。
（三）节点连接的设计在钢结构设计中，节点连接的设计也是非常关键的。
钢结构构件稳定性问题浅析
图 ２ 某 钢 结 构屋 盖 的破 坏 情 况 ［ ］
图 １ 加 拿 大 魁 北 克 大 桥 的 破 坏情 况 ：
作
者 ： 召 泉 ， ， ９ ３年 出 生 ， 朱 男 １６ 教授 。
Ｅｍａｌｚｑ ｈｈ ． ｄ ． Ｉ ｉ：ｚ ＠ ｕ ｅ ｕ Ｃ１ 收 稿 日期 ：０ ０ １ ２ １ ２—０ １
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Ａ ＢＲＩ ＥＦ ＡＮ ＡＬＹＳＩ Ｓ ＯＦ ＴＡＢＩ ＴＹ Ｓ ＬＩ ＡＢＯＵＴ ＴＥＥＬ ＴＲＵＣＴＵ ＲＡＬ ＥＭ ＢＥＲＳ Ｓ Ｓ Ｍ
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ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ ： ｍ ｉｇ ａ ｏ ｅ ｐｒ ｌｍ ｓｏｆｓ ｅ ｌｓ ｒ ｔ ｒ ｌｓ ａ ｌｔ ｓｇｎ，ｉ ｉ ｇｓ ｕ ｏｍ ｅｃ ｎｃ ｐ ｉ Ａｉ ｎ ｔｓ ｍ ｏｂ ｅ ｔｅ ｔｕｃ ｕ ａ ｔ ｂｉｉｙ ｄｅ ｉ ｔｂｒｎ ｐ ｓ ｏ ｅ ｔｏｎ，ｓ ｃ ｈｅ ｕ ｈ ａｓｔ
Ｚ． ，
出现 了因平 面外 失稳 而导 致 的破坏 。
ｂ
ａ 一屋 盖破 坏 情 况 ． 一有 屋 盖 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 撑 时 的屋 架 上 弦 平 面 外 ｂ 计 算 长度 ；一无 屋 盖 支 撑 时 的 屋架 上弦 平 面外 计 算 长度 ｃ 注： ｚ 为 ｊ弦 杆 在 屋 架 平 面 外 的 计算 长 度 ； ＝ ￡ 上 弦 杆 的 扭转 计 为
Ｕ
ａ ａｌｚ ｄ ａ ｕ ｍ ａ ｉｅ ｈ ｅ ｈｏ ｏ ｒ ｔｖ ｎａｙ ｉ ｎ ｔ ｓｐａ ｒ Ｉ ｉ ｌ ｆ １ｔ ｈｅ ｃ ｍ ａ ｄ ａ ｎ ｙ ｅ ｎｄ ｓ ｍ ｒｚ ｄ ｂｙ ｔ ｅ ｍ ｔ ｄｓｏｆｃ ｎｔａｓ ｉｅ ａ ｌ ｓ ｓｉ ｈｉ ｐｅ ． ｔｗ ｌ ｂｅ ｈｅｐ ｕ Ｏ ｔ ｏｍ １ ｎ ｎｄ
第二课 钢结构稳定及简支梁计算
第二课钢结构稳定及简支梁设计门刚整体失稳檩条失稳屋面梁失稳脚手架失稳1、钢结构的稳定问题与强度问题有何区别？强度问题针对结构或构件在稳定平衡状态下由荷载所引起的最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度。
本质上是应力问题。
稳定问题主要是找出外荷载与构件或结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态。
属于结构或构件的整体刚度问题。
总结：强度针对构件截面而言，稳定针对整个杆件或整个结构。
钢结构稳定问题有哪些特点？A：失稳形式多样性。
凡是结构的受压部位，在设计时必须认真考虑其稳定性。
比如轴心受压杆件一般存在三种失稳形式，对各种截面的失稳特性了然于心才能合理用材。
B：结构整体性，构件之间往往存在唇亡齿寒关系。
因此不能单独地考究某根杆件，而应综合考察其他杆件对它的约束作用。
这种约束作用要从结构的整体分析来分析，这就是稳定问题的整体性。
例如：C：相关性。
各种失稳模式的耦合、局部与整体稳定相关。
钢结构稳定计算需要注意的事项？A：从结构整体着眼，注意一些稳定近似处理方法的适用范围B：叠加原理不再适用。
叠加原理适用条件a:材料服从胡克定律，应力与应变成正比。
b:结构变形很小，可以用一阶分析计算。
外延：目前主流软件弹性阶段怎么计算？结构设计工作中怎么把控？设计时应考虑三个维度：结构整体、构件稳定、板件局部稳定。
结构整体之稳定性目前中国规范处理方法一些大跨度空间结构需要通过几何非线性甚至双非线性计算来保证，几何非线性可采用midas gen和sap2000等实现，双非线性推荐采用ANSYS。
构件稳定性可通过规范相关条文计算实现，重要构件建议采用有限元进行稳定性分析。
局部稳定通过构造保证。
结构稳定设计中需要注意哪些事宜？A：实用计算方法所依据的简图和适用性。
如：框架柱稳定计算所采用的计算长度系数是针对横梁不承受轴力的情况得出的，若横梁轴力大则需对原数据进行修正。
B：结构稳定性计算和结构布置方案相符合。
例如桁架、塔架等的构件出平面稳定性计算需注意此问题，正确确定平面外计算长度。
建筑结构设计：钢结构强度与稳定有哪些区别与联系？
建筑结构设计：钢结构强度与稳定有哪些区
别与联系？
对结构构件，强度计算是基本要求，但是对钢结构构件，稳定计算比强度计算更为重要。
强度问题与稳定问题虽然均属第一极限状态问题，但两者之间概念不同。
强度问题关注在结构构件截面上产生的大内力或大应力是否达到该截面的承载力或材料的强度，因此，强度问题是应力问题；而稳定问题是要找出作用与结构内部抵抗力之间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，属于变形问题。
1。
钢结构设计中稳定性研究
钢结构设计中稳定性研究钢结构设计中，稳定性是一个非常重要的问题。
稳定性问题不仅会影响到钢结构本身的安全性能，也会影响到钢结构的设计、制造和施工等方面。
因此，在进行钢结构设计时，必须充分考虑稳定性问题。
稳定性是指在外力的作用下，物体或结构的形状、大小、位置等不发生明显的变化。
在钢结构设计中，稳定性问题通常包括两个方面。
一方面是结构的整体稳定性，另一方面是结构中不同部位的局部稳定性。
结构的整体稳定性主要考虑结构的屈曲能力。
屈曲是指在受到一定外力的作用下，杆件在全截面的弯曲破坏。
在计算结构的屈曲能力时，需要考虑到结构的几何形状、材料的弹性模量、截面的惯性矩等因素。
在实际工程中，常采用弹性分析和弹塑性分析等方法来计算结构的屈曲能力。
局部稳定性是指在结构的某些部位，由于受到集中力的作用而发生局部破坏的情况。
常见的局部稳定性问题包括柱件的稳定性和连接件的稳定性。
在设计中，需要采用合适的截面形状和尺寸，以及分析结构的受力情况，来保证结构的局部稳定性。
为了增强结构的稳定性，设计中常采用以下的措施：1.加强截面和支承。
增加截面的面积和惯性矩，或者加强支承的刚度和稳定性，可以有效提高结构的屈曲能力和局部稳定性。
2.选择高强度材料。
采用高强度的材料可以提高结构的整体强度和刚度，从而增强结构的稳定性。
但是需要注意，高强度材料可能会导致结构的塑性变形能力变差，从而导致结构的抗震性能变差。
3.加强连接件的刚度和稳定性。
连接件是结构中非常重要的组成部分，它们的刚度和稳定性将直接影响到整个结构的稳定性。
因此，在设计和制造连接件时，需采用合适的材料、加工工艺和检验方法，来确保连接件的质量和性能。
总之，在进行钢结构设计时，需要充分考虑稳定性问题，从而保证结构的安全性能和使用寿命。
同时，还应加强对于材料、构造和施工等方面的研究和监督，以便提高结构的质量和可靠性。
钢结构稳定问题的特点及应该注意的几个问题
大于 ４ 。（ 《 Ｏ 见 钢结 构设计 规范》 Ｇ ５０ ７— ０ ３ 第 ４ （ Ｂ ０ １ ２ ０ ） ３页
５ １４条 规 定 ） ．．
２ 钢结 构 稳定设 计应 该 注意 的问题
（） １ 正确选择轴心受压构件 的截面类 型。 目前钢结 构的
作 用。单轴 对称轴心 受压 杆件 ， 当在对称 面外失 稳时 ， 显现
既 弯曲又扭 转的变形 ， 是弯扭耦合 的屈 曲。另外还 有整体稳 定 和局 部稳定 的相关 性 ， 格构式压杆分 肢稳定 和整体稳定 的 相关性 等。先前 的钢结构 设计规范认为 ， 缀条柱分 肢的长细
来 说都是绕 弱轴弯曲屈曲的临界力 低： 于扭转屈 曲的临 界力。
规范 的规定是 ： 缀条柱 Ａ ≤Ｏ７ … ， ．Ａ 缀板柱 Ａ ≤Ｏ５ｔ 且不 。 ．２
外， 很多受 压设计 的杆 件 ， 由于运输 、 装变形 的影 响 ， 受 安 从
拉 杆件 变成受压 杆件 ， 这种 杆件 往往 长细 比 比较 大 ， 易造 容 成构件 失稳破坏 。设计过 程中应该 引起足够 的重视 。 （） ２ 整体性 。结构稳定 整体性 问题是指 ： 于结 构来说 ， 对 它是 由杆件 组成 的一 个 整体 ， 当其 中 的一 个杆 件 失稳 变 形 后， 必然牵动和它刚性连接的其他杆件 。因此杆 件的稳定 性 不能就某一个杆件孤立地 分析 ， 而应该考 虑其 他杆 件对 它的 约束作用 。如 图 １ 所示的一个 简支 桁架 ， 中的上弦受压 最 跨
稳定设计多采 用 长度 系 数计 算法 ， 这种 方法 虽 然是 一种 方
便、 简单 的方法 ， 问题 的关键是如 何确定构 件的截面类 型， 但
钢结构稳定性的新诠释ppt课件.ppt
n
支撑抗侧刚度 K 至少要 3 Pi / h 。 i 1
现有支撑是否都满足这一要求？
•返回
0.4
轴 力的 等 效 轴 压 负刚 度
λ =100
EA
1
l 1 2n2 (1 P PE )3
2
λ =150
0.2
0.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
P/PE
图5：有初曲压杆的切线轴压刚度
•返回
七、如何使结构失稳方式从有侧移 模式变化为无侧移模式？
当然的方法是加侧向支撑使之不会发生有侧移失稳。接下来的问题是加 多大的支撑？这就涉及到《钢结构设计规范》GBJ17-88 第 5.2.2 条的注中有
所以，返回来以后可以认定稳定问题仍是一个刚度问题。构件的稳定计算为什么要与钢材 的屈服强度发生关系？因为在弹塑性阶段，钢材的切线模量与钢材的应力有关。
•返回
三、刚度是什么
刚度是抵抗变形的能力。什么东西抵抗什么变形的能力？在大学的课程中我 们学到如下刚度概念。
1.材料微元体：微元体的变形为正应变和剪切应变，材料抵抗这种变形的刚度指标为
拉力即刚度，有拉力，无物理抗弯刚度（EI 0）也可以承 受荷载。拉力可以使一个几何可变的结构具有承受荷载的 能力。张力膜结构和悬索、拉索结构是对拉力作为刚度 （而不是强度）使用的最好例子。作这个论断并不是说这 类结构可以不作强度计算，可以这样理解这些张力结构的 强度计算：控制应力使之以规定的可靠度低于其屈服强度， 防止整体结构中某一单个的张力元件本身被拉断而破坏结 构整体的张力平衡关系（正是这种整体的张力平衡为结构 提供刚度），防止单个元件的破坏导致整体刚度的丧失。
钢结构稳定性ppt
cr
σy。
2btf y 2kbt 0.5 0.8kf y 2bt
(1 0.4k 2 ) f y
联立以上各式，可以得到与长细比λx和λy对应的屈曲应力σx和
第四章 单个构件的承载能力—稳定性
4.2.1 纵向残余应力对轴心受压构件整体稳定性的影响 可将其画成无量纲曲线， 如右（c）： 纵坐标是屈曲应力与屈 服强度的比值，横坐标 是正则化长细比。
2E cr 2
p E f p 时，可采用欧拉公式计算临界应力；
2 EI 2 EI NE 2 2 l l
第四章 单个构件的承载能力—稳定性
4.2.1 纵向残余应力对轴心受压构件整体稳定性的影响 当 N A f f 或 p E f p 时， p y rc 截面出现塑性区，由切线模量理论知，柱屈曲时,截面不
第四章 单个构件的承载能力—稳定性
4.1.1 失稳的类别
二、按屈曲后性能分类： 1）稳定分岔屈曲
稳定分岔屈曲
第四章 单个构件的承载能力—稳定性
4.1.1 失稳的类别
2）不稳定分岔屈曲
不稳定分岔屈曲
第四章 单个构件的承载能力—稳定性
4.1.1 失稳的类别
3）跃越屈曲
跃越屈曲
第四章 单个构件的承载能力—稳定性 Nhomakorabea4.1.2 一阶和二阶分析
二者的区别：
一阶分析：认为结构（构件）的变
形比起其几何尺寸来说很小，在分析
结构（构件）内力时，忽略变形的影 响。 二阶分析：考虑结构（构件）变形 对内力分析的影响。
同时承受纵横荷载 的构件
第四章 单个构件的承载能力—稳定性
4.1.3 稳定极限承载能力
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稳定
1、稳定为何复杂
稳定是“混沌”问题比随机模糊都要复杂，欧拉公式至今已236年，但在稳定理论方面进展不大；随机问题可用概率法来解决，事先不知、事后可知；模糊问题属于有些说不清问题，属于经验的问题如专家系统等可以用模糊数学解决。
但混沌问题理论较深缺乏数理资料，当前还无法解决，混沌的特点非线性，解的多样性、初始值敏感，因此振动，地震均是混沌。
2、第二类失稳是否是强度问题
从现象看似乎是强度问题，但应是稳定问题，强度与稳定的区分：强度是截面承载力而稳定是杆件整体承载力问题伴随大变形，过去规范用δ= N/φA是混淆概念，将稳定表达为强度，现已改进。
3、二阶效应与非线性分析有什么区别
二者本质一样，都是由变形后的轴线来求得平衡条件，但二者在要概念上有区别：非线性分析有几何非线性与物理非线性之分，二阶仅对一阶而只有几何非线性。
对于柔性结构根本就没有一阶二阶之分就是非线性。
4、计算长度与非线性关系
计算长度是在一阶基础上考虑变形引起的附加弯矩，是近似的非线性分析，如悬臂柱计算长度L。
=2L也就是悬臂柱所产生的附加弯矩与一个跨度2L的筒支柱的附加弯矩等效，以每筒的附加弯矩作为标准，计算长度是近似的，如一个悬臂柱设计数L。
=2L，但在图5情况下左柱上下2个铰要倾倒，必须由右柱加以支持，精确计算右柱L0=2.69h，一个框架再加一个摇摆柱，要保证其不失稳必然靠框架支撑，因此按一般规范可给的框架计算长度即不对，应该
, n=P3/(P1+P2)，而一般框架计算长度1.25，1.5也是考虑群柱作用即各柱互相
支持的问题，如悬臂柱有水平力时其计算长度即如图6：其合力延长线与曲线交点才是计算长度这些情况无法一一反映，因此计算长度是近似的。
5、网壳稳定是混沌问题，为何稳定问题无法解决
沈土钊院士陈昕教授最大的贡献是经过2800次试算
采用“一致缺陷摸态法”即结构缺陷分布正好与结构最
低阶的模态一致，得到在一般正常缺陷下稳定承载数值
不小于下临界点，这样就使计算工作简化，当然网壳稳
定的解决并不是从理论上解决，而是从工程处理上解决
了难题，因为数值分析，人为假定，失稳的荷载位移曲
线以控制变形来解决稳定。
网壳稳定还有缺陷，即网壳
结构稳定与杆件稳定是分别独立计算的，未考虑其耦合作用。
如整体稳定承载力破坏前会不会有个别杆件先失稳的影响。
网壳稳定一般是根据内力计算的截面进行稳定验算，如果稳定验算不够，好的办法应该是从结构体型上解决，如加高矢高，或改变支撑条件，加大端面高度等，局部双层也是一种措施。
如只能靠加大截面时，如何判断是一个问题，一般可从失稳模态上分析，判断出加强部位；比较多的是全部加大截面因为杆件加大对稳定是互有支撑作用的，但加大断面的效果还是有限的。
稳定问题是一个未解决的问题，计算方法没有统一，人为假定很多，因此设计采用时应慎重。
能用构造措施解决更好，否则尽量应力小、变形小
6、用几何非线性如何考虑物理非线性影响
单层网壳是多次超静定，千百个自由度解决稳定问题已属非常困难，如果再考虑物理非线性是不可能的，因此考虑物理非线性及缺陷敏感总的安全度取 4.2 (4.2=1.64x1.2/0.47,其中1.64为一般安全度，1.2为考虑缺陷敏感，0.47为考虑材料非线性)，对于其他结构，稳定分析的公式如何考虑，看法不一、有的认为稳定中已包括物理非线性与缺陷敏感（如柱子曲线），有的稳定按几何非线性分析，但断面又考虑了弹塑性。
这是当前国际上普遍存在的设计上矛盾，而又为大家所接受，现在尚未解决，但对使用阶段，二者并矛盾，因此这种稳定计算，考虑这种矛盾而且这些稳定计算尚未列入规程，设计中可以偏安全的乘以附加安全度1.2以上。
7、钢管立体桁架平面外稳定如何考虑
根据罗尧治教授研究与跨度L有关（图8）
L<80m a/h= 1/4
L=80-150m a/h= 1/3
L>150m a/h= 1/2
8、棱形柱，格构式柱、园弧实腹拱的平面内稳定如何计算。
根据郭彦林教授研究，这些结构稳定分析仍沿着实腹柱
设计思路，将受压直线等价归纳到计算长度，但入结构特性用正则化长细比，然后代入柱子稳定公式（详见清华大学郭彦林教授文章：棱形柱的稳定性能研究和应用，第十一届空间结构论文采实腹圆弧拱平面内稳定极限承载力设计清华大学论文钢结构技术总监（建筑篇）日本钢结构协会中国建筑出版社）。
对于棱形柱由于枝杆可能有剪力，因此考虑剪力扭转影响。
9、交叉拱的稳定如何考虑
根据罗尧治教授分析：交叉拱的屈曲荷载比单拱高出4倍。
10、人行道的受压弦杆平面外不稳定如何办
人行桥有的希望上面弦杆外全无支撑，因此是难以解决的
问题(图9)，现国外资料利用腹杆的刚度及受拉弦杆的扭转刚度
作为上弦压杆的支撑，具体算法可见（“空心管结构连接设计指
南JA，Packer J.E Headerson J.J CAO科学出版社”）
腹杆接平面桁架计算，原平面桁架公式中d1/do应折
算为de+d1/2d
代替。