钢结构的稳定性设计

钢结构的稳定性设计（共12篇）

钢结构的稳定性设计 篇1

稳定性是钢结构的一个突出问题。在各种类型的钢结构中, 都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好, 将会造成不应有的损失。

1 钢结构稳定设计的基本概念

1.1 强度与稳定的区别[2]

强度问题是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起地最大应力 (或内力) 是否超过建筑材料的极限强度, 因此是一个应力问题。极限强度的取值取决于材料的特性, 对混凝土等脆性材料, 可取它的最大强度, 对钢材则常取它的屈服点。稳定问题则与强度问题不同, 它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态, 即变形开始急剧增长的状态, 从而设法避免进入该状态, 因此, 它是一个变形问题。如轴压柱, 由于失稳, 侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩, 因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。显然, 轴压强度不是柱子破坏的主要原因。

1.2 钢结构失稳的分类[1]

第一类稳定问题或者具有平衡分岔的稳定问题 (也叫分支点失稳) 。完善直杆轴心受压时的屈曲和完善平板中面受压时的屈曲都属于这一类。第二类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题 (也叫极值点失稳) 。由建筑钢材做成的偏心受压构件, 在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力, 属于这一类。

跃越失稳是一种不同于以上两种类型, 它既无平衡分岔点, 又无极值点, 它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。区分结构失稳类型的性质十分重要, 这样才有可能正确估量结构的稳定承载力。随着稳定问题研究的逐步深入, 上述分类看起来已经不够了。设计为轴心受压的构件, 实际上总不免有一点初弯曲, 荷载的作用点也难免有偏心。因此, 我们要真正掌握这种构件的性能, 就必须了解缺陷对它的影响, 其他构件也都有个缺陷影响问题。另一方面就是深入对构件屈曲后性能的研究。

1.3 钢结构设计的原则

根据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则, 以更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定。

结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求。目前结构大多数是按照平面体系来设计的, 如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳, 需要从结构整体布置来解决, 亦即设计必要的支撑构件。这就是说, 平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致。就如上述的1988年加拿大一停车场的屋盖结构塌落, 1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落, 这两次事故都和没有设置适当的支撑而造成出平面失稳。由平面桁架组成的塔架, 基于同样原因, 需要注意杆件的稳定和横隔设置之间的关系。

结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致, 这对框架结构的稳定计算十分重要[3]。

目前任设计单层和多层框架结构时, 经常不作框架稳定分折而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时, 计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数, 自应通过框架整体稳定分析得出, 才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而, 实际框架多种多样, 而设计中为了简化计算工作, 需要设定一些典型条件。GBJl7-88规范对单层或多层框架给出的计算长度系数采用了五条基本假定, 其中包括:"框架中所有柱子是同时丧失稳定的, 即各柱同时达到其临界荷载"。按照这条假定, 框架各柱的稳定参数杆件稳定计算的常用方法, 往往是依据一定的简化假设或者典型情况得出的, 设计者必须确知所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。在实际工程中, 框架计算简图和实用方法所依据的简图不一致的情况还可举出以下两种, 即附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架。这两种情况若按规范的系数计算, 都会导致不安全的后果。所以所用的计算方法与前提假设和具体计算对象应该相一致。

设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合, 使二者有一致性。结构计算和构造设计相符合, 一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接, 应分别赋与它足够的刚度和柔度, 对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。

1.4 钢结构稳定设计特点

失稳和整体刚度:现行规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法。

稳定性整体分析:杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体。稳定分析必须从整体着眼。稳定计算的其它特点:在弹性稳定计算中, 除了需要考虑结构的整体性外, 还有一些其他特点需要引起重视, 首先要做的就是二阶分析, 这种分析对柔性构件尤为重要, 这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响, 其次, 普遍用于应力问题的迭加原理.在弹性稳定计算中不能应用。这是因为迭加原理的应用应以满足以下条件为前提:材料服从虎克定律变成正比;结构的变形很小。

而弹性稳定计算一般均不能满足第2个条件, 非弹性稳定计算则两个前提都不符合。了解了一些在钢结构设计中应该明确的一些基本概念, 有助于我们在设计中更好地处理稳定方面的问题, 随着新型钢结构体系地不断发展, 我们对稳定问题的研究要求也不断地提高, 之所以在设计中出现结构失稳问题, 另一个重要原因就是我们对新型结构稳定知之甚少, 也就是目前钢结构稳定研究中存在的问题。

2 钢结构稳定性研究中存在的问题

钢结构体系稳定性研究虽然取得了一定的进展, 但也存在一些不容忽视的问题:目前在网壳结构稳定性的研究中, 梁-柱单元理论已成为主要的研究工具。但梁-柱单元是否能真实反映网壳结构的受力状态还很难说, 虽然有学者对梁-柱单元进行过修正[3]。主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应。

在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题, 目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数, 未反映整体稳定与局部稳定的关联性。预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善, 目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性。

钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响, 目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围, 而在实际工程中, 由于结构参数的不确定性, 会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲、跳跃型失稳问题的研究。

一般情况下把影响钢结构稳定性随机因素分为三类:物理、几何不确定性:如材料 (弹性模量, 屈服应力, 泊松比等) 、杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等。统计的不确定性:在统计与稳定性有关的物理量和几何量时, 总是根据有限样本来选择概率密度分布函数, 因此带来一定的经验性。这种不确定性称为统计的不确定性, 是由于缺乏信息造成的。模型的不确定性:为了对结构进行分析, 所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的种种因素, 所导致的理论值与实际承载力的差异, 都归结为模型的不确定性。

以上都是钢结构稳定设计中存在的问题, 只有我们进一步地深入研究这些稳定, 钢结构稳定理论将会进一步完善, 如对于钢结构稳定设计中涉及到随机因素的影响, 国外已经引入了钢结构稳定的可靠度设计, 这也表明了钢结构稳定设计理论也在不断的完善。

结束语

钢结构稳定问题区别于强度问题。在实际设计中, 设计人员应该明确知道结构构件的稳定性能, 以免在设计过程中发生不必要的失稳损失。针对上述问题, 本文提出了在设计过程中设计人员应该明确的一些基本概念;其次, 随着新型结构的出现, 设计人员对其性能认识的不足, 从而导致构件的失稳, 本文就这个问题阐述了新型结构现存的一些问题, 并且针对一些问题论述了产生的原因。总之, 只有深入了解这些问题, 才会使得钢结构稳定理论设计不断地完善。

参考文献

[1]陈绍蕃.钢结构设计原理.科学出版社, 2000.23-25.

[2]夏志斌, 潘有昌结构稳定理论.高等教育出版社.1988.11-12.

[3]陈绍蕃.钢结构稳定设计指南.中国建筑工业出版社, 1995.

钢结构的稳定性设计 篇2

海口市第四中学 邓倩

【教材分析】

《探究结构——结构与稳定性》是苏教版教材的《技术与设计2 》第一章第二节的内容。本节内容安排在学生了解结构之后，符合学生的认知规律，从浅到深由易到难。教材首先通过一些不稳定的现象，进而引出结构稳定性的概念。本节围绕结构的稳定性展开，不涉及到结构的强度，课本从实例出发，分析影响结构稳定性的因素。这一节课的内容与生活实际联系密切，在《结构与设计》这一章中起着举足轻重的作用。不仅可以使学生对结构的基本知识有更深的认识与巩固，而且也为后面的结构与强度、结构的设计等知识的学习打下坚实的基础。

【学情分析】

作为高二的学生，已经学习了《技术与设计1》的内容，经历了技术设计的一般过程，对技术设计的思想和方法有了一定的理解。结构是具体的、形象的，结构的稳定性是与学生学习和生活息息相关的，且学生在以前进行作品设计制作过程中也已经对稳定性有了一定的认识。因此，对于基础好，思维活跃又有着很好的技术素养的高二学生定能很好掌握本节课的内容。【教学目标】

一、知识与技能:

1、理解结构的稳定性的概念。2．掌握影响结构稳定性的主要因素，懂得如何保持结构的稳定。

二、过程与方法：通过学生的探究与交流，理解和应用稳定性的知识。提高学生的技术素养。经历技术实践活动，掌握基本的技术学习方法和技术探究方法，能综合运用知识解决实际问题，具有初步的参与技术活动的能力和实践能力。

三：情感与价值观：通过探究和交流学习，促进学生间的交流与合作，培养学生对技术文化的理解。通过所学知识和技能解决实际问题，发展学生创新精神和理论运用能力。通过技术实践活动，形成和保持对技术问题的敏感性和探究欲望；培养自己与他人协作的精神。【学习重点、难点】

知识重点：结构的稳定性及其主要影响因素

教学方法重点：学生的探究和交流 知识难点：区分“接触面”与“支撑面”这两个概念

影响因素的改变常伴随其他因素的改变 通过技术活动，掌握影响结构稳定性的因素

教学方法难点：学生探究与合作交流的组织，教学过程的控制。

利用结构稳定的影响因因素解决生活中存在的不稳定结构 【教学策略】

根据课标要求结合本节内容与学情分析，在教学中为了使学生掌握相关知识，以“影响结构稳定性的主要因素”为主线，并以这条主线进行展开，使学生达到将知识学以致用的目的，用技术活动的手段巩固理论知识。在教学中充分利用探究、设计实践等的教学方法。在课堂教学中，对作品评价采用了自评、互评和教师总评的评价方式，且更注重对学生学习过程的评价。【教学准备】

多媒体、筷子、牛奶，线、米尺 【设计思路】

本教学设计采用逆向思维，先由学生自学，并应用自学的知识解决问题，教师提出疑问再来验证同学们的观点。在学生自主探究学习的基础上培养学生的协作精神。教学的主要流程：情景导入——感性认知——知识建构——施展神术——拓展提升——课堂小结 【教学过程】 情景导入：

认识的结构稳定性，采用少数仡佬族的神术，立石头视频。为何编导立不稳，而仡佬族的老者能立稳。设问:这是神术还是科学？激发学生的学习兴趣，由此，引出结构的重要性质——稳定性，这节课主要探究结构的稳定性。

设计意图：利用仡佬族的神术立石头导入，激发学生的学习欲望。知识建构：感性认识

设计意图：学生通过生活的经验，能针对结构做一些稳定性的改进。出发点不具有科学性。为论证理论探究做铺垫。

抛问题：刘敏同学设计了一个放置CD盘的CD架，并制 作了如图的原型。为了测试CD架的稳定性能，在支板上逐渐增放CD盘，当增至一定数量时，CD架出现了问题。

看书，思考如何改进才能让CD架稳定？

思考:影响稳定性的因素有哪些？你的改进应用了哪一个影响因素？

组织学生用5分钟时间看书自学，整理本节课的知识脉胳。用幻灯片梳理稳定性的概念及影响结构稳定性的因素。

结构稳定性：是指结构在荷载（外力）的作用下，维持其原有的平衡形式（状态）的能力。它是结构的重要性质之一。结构具有阻碍翻倒或移动的特性

影响结构的稳定性因素：重心的高低、结构与地面接触形成的支撑面大小、结构的形状 理性探究 探究的内容与方式

设计意图：通过生活常见的资源和试验载体。学生很容易上手，试验效果也很明显。丰富课堂的同时，更多的是让学生体验试验的魅力。实践环节变得更容易。

探究一:如何让鸡蛋站立桌面上？ 啤酒瓶正立和倒立两种状态下，我们对其施加同样的力，哪一种状态物体更稳定？

结论：支撑面的大小影响结构的稳定性。

探究二：如何让一张纸站立于桌面上？ 同种形状，改变高矮稳定性会怎么样?

预设：同学一般都用固定的思维模式会采用折叠成不同的形状，让纸站起来。不难引出结构的形状影响稳定性。引导学生思考的探究，同样的形状，从高，矮，或是与地面的支撑大小、或是摆放的位置去思考。不难也可以导出影响结构稳定性的其他因素。探究三：人站立时比较稳定，但当身体倾斜的时候却变的不稳定，为什么重心下降了，反而不稳定了呢？

每小组六人，探究，得出结论，并提出疑问。补充结论。展示结论，提出疑问？ 教师点评：

预设：同学一般都用固定的思维模式会采用折叠成不同的形状，让纸站起来。不难引出结构的形状影响稳定性。引导学生思考的探究，同样的形状，从高，矮，或是与地面的支撑大小、或是摆放的位置去思考。不难也可以导出影响结构稳定性的其他因素。

结构稳定的条件，人体的结构不变，站立的支撑面不变，重心下降了，反而不稳。实物演示观察重心垂线变化。得出结论。重心所在点的垂线落在支撑面的范围，就是稳定的。最主是要协调各影响因素的关系，一个结构稳定一个影响因素的改变往往伴随其他影响因素的改变。只要协调关系，结构就可以很稳定。施展神术：利用所学知识，用筷子支撑重物。

以小组为单位，用筷子支撑牛奶，看那一组设计得又高，又稳。设计意图：针对所学知识，马上进行应用，加强记忆。与导入的仡佬族的神术互相辉映。

拓展提升：不稳定的结构有用处吗？ 倒立啤酒预测地震，笔芯滚珠的利用

课堂小结： 板书：结构的概念：

影响结构的稳定性因素：重心的高低 支撑面的大小 结构的形状 结构稳定的条件：重心所在点的垂线落在支撑面的范围

浅谈钢结构稳定性设计 篇3

关键词：钢结构稳定性设计细部构造

稳定性是钢结构工程设计中需要重点考虑的内容之一,现实生活中因钢结构失稳造成的工程事故案例也较多,如美国哈特福特城的体育馆平面92m×110m的网架结构,突然于1978年坠落地面,原因是由于压杆屈曲失稳; 1988年我国也曾发生13·2m×18·0m钢网架因腹杆稳定不足在施工过程中塌落的事故; 2010年1月3日下午,昆明新机场38m钢结构桥跨突然垮塌,造成7人死亡、8人重伤、26人轻伤,原因是桥下钢结构支撑体系突然失稳, 8m高的桥面随即垮塌下来。从上述案例可以看出,钢结构失稳破坏的原因通常是其结构设计不合理,存在结构设计缺陷所致,要从根本上杜绝此类事故的发生,钢结构稳定性设计是关键。

1、钢结构稳定性设计的概念

1.1强度与稳定的区别强度是指结构或者单个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,因此它是一个应力问题。极限强度的取值因材料的特性不同而异,对钢材是取它的屈服点。稳定主要是找出外部荷载与结构内部抵抗力间不稳定的平衡状态,即变形开始急剧增长而需设法避免进入的状态,因此它是一个变形问题。例如轴压柱,当失稳时柱的侧向挠度使柱中增加很大的附加弯矩,从而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度,此时,失稳是柱子破坏的主要原因。

1.2钢结构失稳的分类1)有平衡分岔的稳定问题(分支点失稳)。完善直杆轴心受压时的屈曲和平板中面受压时的屈曲均属于这一类。2)无平衡分岔的稳定问题(极值点失稳)。由建筑钢材做成的偏心受压构件,在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力,属于这一类。3)跳跃失稳是一种不同于以上两种类型的稳定问题,它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。

2、钢结构稳定性设计的原则

2.1钢结构布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求目前钢结构大多数是按照平面体系来设计的,如桁架和框架。保证这些平面结构不出现平面外失稳,需要从结构整体布置来解决,如增加必要的支撑构件等。要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致。

2.2结构计算简图需与实用计算方法所依据的简图一致当设计单层或多层框架结构时,通常不做框架稳定分析而只做框架柱的稳定计算。采用这种方法计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数,应通过框架整体稳定分析得出,使柱稳定计算等效于框架稳定计算。《钢结构设计规范》(GB50017-2003)对单层或多层框架给出的柱计算长度系数采用了5条基本假定,其中包括:“框架中的所有柱子是同时丧失稳定的,即各柱同时达到其临界荷载”,按照这条假定,框架各柱的稳定参数、杆件稳定计算的常用方法,是依据一定的简化假设或者典型情况得出的,设计者需确认所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。

2.3钢结构的细部构造设计与构件的稳定计算应一致保证钢结构的细部构造设计与构件的稳定计算相符合,是钢结构设计中需要高度注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接,应分别赋与它足够的刚度和柔度,对桁架节点应尽量减少杆件偏心。但是,当涉及稳定性能时,构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如,简支梁就抗弯强度来说,对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移,同时允许在平面内转动。然而在解决梁整体稳定时上述要求就不够了,支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转,同时允许梁在平面内转动和梁端截面自由翘曲,以符合稳定分析所采取的边界条件。

3、钢结构稳定性的分析方法

钢结构稳定问题的分析都是针对在外荷载作用下结构存在变形的条件下进行的,此变形应该与所研究的结构或构件失稳时出现的变形相对应。结构变形与荷载之间呈非线性关系,稳定计算属于非线性几何问题,采用的是二阶分析方法。稳定计算所确定的不论是屈曲荷载还是极限荷载,都可视为所计算的结构或构件的稳定承载力。

3.1静力法静力法即静力平衡法,是根据已发生了微小变形后结构的受力条件建立平衡微分方程,然后解出临界荷载。在建立平衡微分方程时遵循如下基本假定:1)构件是等截面直杆。2)压力始终沿构件原来轴线作用。3)材料符合胡克定律,即应力与应变成线性关系。4)构件符合平截面假定,即构件变形前的平截面在变形后仍为平截面。5)构件的弯曲变形是微小的,曲率可以近似地用挠度函数的二阶导数表示。根据以上假定条件可建立平衡微分方程,代入相应的边界条件,即可解得两端铰支的轴压构件的临界荷载。

3.2能量法能量法是求解稳定承载力的一种近似方法,通过能量守恒原理和势能驻值原理求解临界荷载。1)能量守恒原理求解临界荷载。保守体系处在平衡状态时,贮存在结构体系中的应变能等于外力所做的功,即能量守恒原理。其临界状态的能量关系为:ΔU =ΔW式中ΔU——指应变能的增量;ΔW——指外力功的增量。由能量守恒原理可建立平衡微分方程。2)势能驻值原理求解临界荷载。势能驻值原理指:受外力作用的结构,当位移有微小变化而总势能不变,即总势能有驻值时,结构处于平衡状态。表达式为:dΠ=dU-dW =0式中dU——指虚位移引起的结构内应变能的变化,它总是正值;dW——指外力在虚位移上作的功。

3.3动力法处于平衡状态的结构体系,如果施加微小干扰使其发生振动,这时结构的变形和振动加速度都和已经作用在结构上的荷载有关。当荷载小于稳定的极限荷载值时,加速度和变形的方向相反,因此干扰撤去后,运动趋于静止,结构的平衡状态是稳定的;当荷载大于稳定的极限荷载值时,加速度和变形的方向相同,即使撤去干扰,运动仍是发散的,因此结构的平衡状态是不稳定的。临界状态的荷载即为结构的屈曲荷载,可由结构的振动频率为零的条件解得。

4、钢结构稳定性设计的几点体会

（1)目前钢结构设计多借助钢结构计算机软件进行结构受力计算,结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可依靠程序自动完成,结构和构件的平面外强度及稳定计算,需要设计者另做分析、计算和设计。此时可将整个结构按标高分解成多个不同布置形式的结构体系,在不同的水平荷载作用下,进行结构体系的强度和稳定计算。（2)受弯钢构件的板件局部稳定有两种方式:一是以屈曲为承载能力的极限状态,并通过对板件宽厚比的限制,使之不在构件整体失效前屈曲;二是允许板件在构件整体失效前屈曲,并利用其屈曲后强度,构件的承载能力由局部屈曲后的有效截面确定。对于不考虑屈曲后强度的梁局部稳定,可对梁设置横向或纵向加劲肋,以解决梁的局部稳定问题,加劲肋按《钢结构设计规范》(GB50017 -2003)规定设置;对于组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算按《钢结构设计规范》(GB50017-2003)第4·4规定执行。（3)轴心受压构件和压弯构件局部稳定有两种方式:一是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比;二是控制腹板计算高度与其厚度之比。对于圆管截面的受压构件,应控制外径与壁厚之比,加劲肋按《钢结构设计规范》(GB50017-2003)第5·4规定设置。

5、结语

钢结构因具有自重轻、强度高、工业化程度高等优点,在建筑工程中得到了广泛的应用,相信通过加强对结构的整体稳定、局部稳定以及平面外稳定的设计,克服结构设计缺陷,其应用的领域会越来越广泛。

参考文献:

[1]GB50017-2003,钢结构设计规范[S].

钢结构设计中稳定性的探讨 篇4

稳定性是钢结构的一个突出问题。在各种类型的钢结构中, 都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好, 将会造成不应有的损失。目前, 钢结构中出现过的失稳事故多是由于设计者的经验不足, 对结构及构件的稳定性能不够清楚, 对如何保证结构稳定缺少明确概念, 造成一般性结构设计中不应有的薄弱环节。另一方面是由于新型结构的出现, 如空间网架, 网壳结构等, 设计者对其如何设计还没有完全的了解。本文针对这些问题提出了在设计中应该明确在钢结构稳定设计中的一些基本概念, 以及对新型钢结构稳定性研究应该了解的一些问题, 并且应该懂得如何解决这些问题。

2 钢结构稳定设计的基本概念

2.1 强度与稳定的区别

强度问题是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起地最大应力 (或内力) 是否超过建筑材料的极限强度, 因此是一个应力问题。极限强度的取值取决于材料的特性, 对混凝土等脆性材料, 可取它的最大强度, 对钢材则常取它的屈服点。稳定问题则与强度问题不同, 它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态, 即变形开始急剧增长的状态, 从而设法避免进入该状态, 因此, 它是一个变形问题。如轴压柱, 由于失稳, 侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩, 因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。显然, 轴压强度不是柱子破坏的主要原因。

2.2 钢结构失稳的分类

2.2.1 第一类稳定问题或者具有平衡分岔的稳定问题 (也叫分支点失稳) 。

完善直杆轴心受压时的屈曲和完善平板中面受压时的屈曲都属于这一类。

2.2.2 第二类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题 (也叫极值点失稳) 。

由建筑钢材做成的偏心受压构件, 在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力, 属于这一类。

2.2.3 跃越失稳是一种不同于以上两种类型,

它既无平衡分岔点, 又无极值点, 它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。

区分结构失稳类型的性质十分重要, 这样才有可能正确估量结构的稳定承载力。随着稳定问题研究的逐步深入, 上述分类看起来已经不够了。设计为轴心受压的构件, 实际上总不免有一点初弯曲, 荷载的作用点也难免有偏心。因此, 我们要真正掌握这种构件的性能, 就必须了解缺陷对它的影响, 其他构件也都有个缺陷影响问题。另一方面就是深入对构件屈曲后性能的研究。

2.3 钢结构设计的原则

根据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则, 以更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定。

2.3.1 结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求

目前结构大多数是按照平面体系来设计的, 如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳, 需要从结构整体布置来解决, 亦即设计必要的支撑构件。这就是说, 平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致。

2.3.2 结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致, 这对框架结构的稳定计算十分重要。

目前任设计单层和多层框架结构时, 经常不作框架稳定分折而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时, 计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数, 自应通过框架整体稳定分析得出, 才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而, 实际框架多种多样, 而设计中为了简化计算工作, 需要设定一些典型条件。GBJl7-88规范对单层或多层框架给出的计算长度系数采用了五条基本假定, 其中包括:“框架中所有柱子是同时丧失稳定的, 即各柱同时达到其临界荷载”。按照这条假定, 框架各柱的稳定参数杆件稳定计算的常用方法, 往往是依据一定的简化假设或者典型情况得出的, 设计者必须确知所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。在实际工程中, 框架计算简图和实用方法所依据的简图不一致的情况还可举出以下两种, 即附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架。这两种情况若按规范的系数计算, 都会导致不安全的后果。所以所用的计算方法与前提假设和具体计算对象应该相一致。

2.3.3 设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合, 使二者有一致性。

结构计算和构造设计相符合, 一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接, 应分别赋与它足够的刚度和柔度, 对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是, 当涉及稳定性能时, 构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如, 简支梁就抗弯强度来说, 对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移, 同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转, 同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲, 以符合稳定分析所采取的边界条件。

2.4 钢结构稳定设计特点

2.4.1 失稳和整体刚度:现行规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法。

2.4.2 稳定性整体分析:杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体。稳定分析必须从整体着眼。

2.4.3 稳定计算的其它特点:

在弹性稳定计算中, 除了需要考虑结构的整体性外, 还有一些其他特点需要引起重视, 首先要做的就是二阶分析, 这种分析对柔性构件尤为重要, 这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响, 其次, 普遍用于应力问题的迭加原理.在弹性稳定计算中不能应用。这是因为迭加原理的应用应以满足以下条件为前提:

a.材料服从虎克定律变成正比;

b.结构的变形很小。

而弹性稳定计算一般均不能满足条件b, 非弹性稳定计算则两个前提都不符合。

了解了一些在钢结构设计中应该明确的一些基本概念, 有助于我们在设计中更好地处理稳定方面的问题, 随着新型钢结构体系地不断发展, 我们对稳定问题的研究要求也不断地提高, 之所以在设计中出现结构失稳问题, 另一个重要原因就是我们对新型结构稳定知之甚少, 也就是目前钢结构稳定研究中存在的问题。

3 钢结构稳定性研究中存在的问题

钢结构体系稳定性研究虽然取得了一定的进展, 但也存在一些不容忽视的问题:

3.1 目前在网壳结构稳定性的研究中, 梁-柱单元理论已成为主要的研究工具。

但梁-柱单元是否能真实反映网壳结构的受力状态还很难说, 主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应。

3.2 在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳

定的相互关系也是一个值得探讨的问题, 目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数, 未反映整体稳定与局部稳定的关联性。

3.3 预张拉结构体系的稳定设计理论还很不

完善, 目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性。

3.4 钢结构体系的稳定性研究中存在许多随

机因素的影响, 目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围, 而在实际工程中, 由于结构参数的不确定性, 会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲、跳跃型失稳问题的研究。

4 结论

钢结构的稳定性设计 篇5

一、教材分析

本课题是《技术与设计2》第一单元第二节第1部 分的教学内容，计划用1课时进行教学。“结构与稳定性”安排在学生学习了“常见结构的认识”之后，这样安排符合学生的认知规律，从浅到深由易到难。“结构与稳定性”是“结构与设计”这单元的一个重要组成部分，同时也是后面学习“结构与强度”的基础，有着承上启下的作用。并且“结构与稳定性”和生活实际联系密切。所以，这部分内容是本单元的重点。

本课教学对象是我校高二年级学生。学生们已经有一定的生活经验，并且经过技术与设计1模块的学习后，也具备了一定的分析问题能力。但动手能力较差，不能很好地将理论知识与实践相结合。所以在教学过程中，我注意创设情境，采取多种形式的教学方法吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣和热情，挖掘学生的创造潜能，从而达到本课的教学目标。

二、教学目标

根据课标要求结合本节教材及学生已有的认知水平，我确定本节课的教学目标如下 ：

(1)知识与技能：通过技术试验，使学生了解影响结构稳定性的主要因素；培养学生的观察分析能力，运用本节知识分析解决实际问题的能力。

(2)过程与方法：通过技术试验及试验分析、讨论等方法引导学生综合运用相关的理论知识，提高学生的知识迁移能力。

(3)情感与价值：通过本节教材内容的学习，提高学生对结构稳定性设计的意识，激发他们的学习兴趣，促进学生之间的相互交流与合作。

三、教学重点难点

重点：通过技术试验，引导学生分析影响结构稳定性的主要因素。难点：运用影响结构稳定性的主要因素解决生活实际问题。

四、教法

“教无定法，贵在得法”，选择有效的教学方法是取得良好教学效果的保证。根据课标要求结合本节教学内容与学情分析，我采取以下教学方法：

1、情境创设：通过播放视频和做演示试验，引导学生观察、分析、交流、探讨影响结构稳定性的主要因素。

2、引导发现：在学生参与演示实验的过程中，激发学生对技术理论知识掌握和学习的兴趣。通过动手制作激发学生的创造力和想象力，巩固课堂所学的理论知识。

3、总结评价：在课堂教学中，对学生进行过程评价及总结评价。

五、教具准备

教学课件、铁块泡沐组合体1个、矿泉水2瓶、三角形、四边形等组合体的结构框架几个、活动的方形架1个、自制不倒翁1个、筷子几十把、橡皮绳和棉线若干米、小剪刀若干把。

六、教学过程：(一)视频导入

采用激趣法，播放视频资料，介绍超强台风的电影画面，台风中心所到之处，一片狼藉，很多结构受到破坏，给人类带来了无比的恐慌和伤害，08年汶川大地震的灾难性的画面应该给我们带来很强的责任 感，稳定的结构可以保护人们的生命和财产安全，日本的五重佛塔让我们知道稳定的结构是可以做到的，所以研究结构的稳定性是非常有意义的。从而激发起学生对稳定性学习的兴趣，引出结构稳定性的概念。

注：结构的稳定性不能光理解成倒与不倒的问题。(二)演示探究

老师与学生共同演示技术试验，让学生仔细观察，并提出问题引导学生分析影响结构稳定性的主要因素。

探究影响结构稳定性的主要因素

1、试验一：(探究结构的稳定性与重心位置高低的关系)

思考: 将此结构按以上两种方式放置，要将此结构拉倒,哪种方式用的力大?为什么? 说明：重心位置的高低是影响结构稳定性的主要因素之一。

学生举例：生活中有哪些结构的稳定性设计用到这一要素？同时请学生演示不倒翁的稳定性，讨论书P16制作不倒翁办法的可行性。

2．探讨试验二：

演示：挂重锤的活动方形架的稳定性演示。

说明：结构的稳定性与结构重心所在点的垂线是否落在结构底面的范围内有关。学生举例：生活中有哪些结构的稳定性设计用到这一要素？ 3．试验三：(探究结构的稳定性与结构的形状的关系)

请学生上台演示各种结构不同的稳定性，自己总结出结论。说明：结构的形状是影响结构稳定性的主要因素之一 学生举例：生活中有哪些结构的稳定性设计用到这一要素？ 4．试验四：(探究结构的稳定性与支撑面的大小的关系)

思考:

将两瓶矿泉水放在桌面上,放置方式如上图所示,当摇动桌子时,哪个先倒下?说明了什么问题? 说明：结构与接触面所形成的支撑面的大小是影响结构稳定性的主要因素之一。学生举例：生活中有哪些结构的稳定性设计用到这一要素？ 最后提出是不是支撑面越大越稳定呢？

例如：边长：5×100mm,20×20mm,高相同形状一样，且重心的垂线均在底面的中心的两结构哪一个更稳定？

结论：这些要素是综合的不是孤立的。

5．介绍五重佛塔不倒的原因，拓展出结构稳定性的其他要素。(三)亲身体验、探究实践：

1．以小组为单位，利用筷子、橡皮筋和棉绳，搭建一个稳定结构，并能承受一个鸡蛋，使其在吹风机的作用下能保持一定的稳定性。

2．鼓励性的评价学生设计的作品

(四)知识拓展迁移

1．运动状态与静止状态的结构稳定条件不相同：

(1)自行车骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？(2)静止状态的陀螺会倾倒，但它转动时却可以立起来？ 2．人们又利用不稳定的结构实现某些功能：(1)倒置的啤酒瓶可以预报地震。

(2)在打水的桶口扣一重物，在水面时能自动翻到打水。(五)课堂小结

本节课你学到了什么？

通过问答形式引导学生总结本节课内容：

影响结构稳定性的主要因素有重心位置的高低，结构与地面接触形成的支撑面的大小，结构的形状；以及结构重心所在点的垂线是否落在结构底面范围内有关。

(六)作业布置

钢结构的稳定性设计 篇6

关键词：多层建筑 结构 稳定性

我国政府对住宅建设十分关心，特别是改革开放以来给予了高度重视，投入了大量的人力、物力和财力，近期住宅建设成为新的经济增长点和居民消费热点，因此，积极开展住房制度改革，推进住宅商品化，为广人居民提供良好的居住环境，是全社会关注的重要课题。

由于我国是一个人口大国，农村人口占全国人口比例十分大。因此农村居民住房也是一个急需解决的问题。而在住宅建筑中多层房屋结构最为适合农村及中小城市的使用。所以多层宅在我国农村新建或正在建造的住宅中占90％以上。

多层房屋结构的广泛使用的有一个重要的问题：就是多层房屋结构的稳定性。若这个问题得不到重视那么将会给我们带来不少的安全隐患。

一、多层建筑结构的概述

住宅建筑按其层数分为：低层（l～3层）、多层（4～6层）、中高层（7～9层）、高层（l0层以上）四类。

从80年代开始至今，是我国多层房屋建筑在设计使用及施工建筑等各方面得到迅速发展的阶段，各中等城市以及广大农村都普遍兴起建造以框架结构、砖混结构、砖木结构、加筋砌体等多层建筑。

多层住宅为4～6层高的住宅，借助公共楼梯解决垂直交通，其优点在于：①它比低层住宅占地少，比高层住宅建设工期短，一般开工一年内即可竣工；②公摊面积少，无需像高层住宅需要增加公共走道、电梯、高压水泵等方面的投资，物业费也较低，整体的性能价格比高；③结构设计成熟，建材可就地大量工业化、标准化地生产。因此，多层住宅造价较低，售价适中，易于被普通消费者接受。

由于广西南宁所管辖的有很多城乡结合地区。因此都存在很大部分的农村自留地。因南宁是石灰岩地质环境、地下溶洞较多的情况，高层建筑对自留地拥有者来说又投资太大，所以南宁的自留地建筑物主要是以3～6层的多层为主。多层建筑的广泛使用，不但能够改善广大群众的居住水平，而且通过房屋的出租提高群众的收入。所以多层房屋在南宁推广的比较普及。

二、设计失误对结构稳定性的影响

1．多层建筑的基础

多层房屋建筑无地质详勘报告，仅仅依据建设单位口头或笼统参照附近建筑物的基础设计资料就进行施工图设计；采用换土垫层进行软弱地基处理，不进行换土垫层设计，只凭经验处置，没有进行垫层宽度和厚度计算，既不安全，又不经济。

2．多层建筑的砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用

在砖混结构中，构造柱不但能够提高墙体的坑剪能力，而且构造柱与圈梁联结在一起，形成对砌体的约束，这对于限制墙体裂缝的开展，维持竖向承载力，提高结构的抗震性能有着重要的作用。

在当前结构设计中，构造柱经常被作为承重柱使用，这种做法使得构造柱提前受力，柱底基础的抗冲切、抗弯曲及局部承压强度必然不能满足要求，降低了构造柱的拉结和约束作用，一旦遭遇地震，构造柱位置因应力集中首先破坏。

3．多层建筑在框架结构设计中，只注意横向框架而忽视纵向框架

现行建筑抗震设计规范要求水平地震作用应按两个主轴方向分别计算，纵向框架与横向框架同等重要。一些结构设计者对于非抗震设计，没有考虑地震的纵向作用，在实际设计中经常出现梁的支座负筋，跨中纵筋及箍筋的配筋置均不足的现象。

4．多层建筑的悬挑梁的梁高选用过小

设计者往往只注意了对梁的强度和倾覆进行验算，而忽略了对梁挠度的验算。梁高选用过小，引起梁截面的受压区应力过高，梁的延性减小，在竖向地震作用下易发生脆性破坏，失去承载力。

5．多层建筑的连续梁按单梁进行设计

这种情况多发在阳台边梁的设计中。由于边梁上的荷重一般较小，没有引起设计者的重视，为图受力分析方便，设计者把实际应为连续梁的边梁按简支梁进行设计，致使边梁在支座处上部负筋配置量过少，加载后梁支座上部受拉区出现竖向裂缝，引起梁上的拦板出现竖向裂缝。

6．多层建筑的楼板设计常见题

板是建筑工程中的主要承重构件，是它将楼面、屋面的荷载传递到墙或梁，楼板的设计问题必将影响梁、墙、柱等构件安全。整个设计考虑不周，容易出现质量隐患。楼板设计中常见如下几个问题。

1）对板的受力状态认识不足，简单地将双向板作单向板进行计算，使计算假定与实际受力状态不符，导致一个方向配筋过大，而另一方向仅按构造配筋，造成配筋严重不足，致使板出现裂缝。

2）计算板承受线荷载的弯矩时，常常将该部分线荷载换算成等效的均布荷载后，进行板的配筋计算。但有些设计人员错误地将隔墙的总荷载附以板的总面积。另外，在板的设计中没考虑板上砌墙的影响，在板支承点上部出现了负弯矩，致使板顶出现裂缝。

3）双向板有效高度取值偏大。双向板计算时应考虑两个方向的弯矩，取各自的有效高度，一般长向的有效高度比短向的有效高度小。有的设计者为图省事或对板受力认识不足，取两方向的有效高度一致进行配筋计算，致使长跨有效高度偏大，配筋降低，使结构构件存在的质量隐患，甚至出现开明缝的现象。

总之，我们设计工作者应按规范相应的构造要求严格执行，才能从根本上消除设计质量的隐患。

三、抗震设计对稳定性的影响

1．抗震措施

当前，在抗震设计中，从概念设计、抗震验算及构造措施等三方面入手，在将抗震与消震（结构延性）结合的基础上，建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法，直至进一步通过一些结构措施（隔震措施，消能减震措施）来减震，即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且，强柱弱梁、强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用己得到普遍的认可。

2．多层建筑的抗震设计理念

我国《建筑抗震规范》（GB50011-2001）对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求。“三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。对建筑抗震的三个水准设防要求，是通过“两阶段”设计来实现的。第一阶段：第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求；第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角，使其不超过抗震规范所规定的限值；同时采用相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能，从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段：采用与第三水准相对应的地震动参数，计算出结构（特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节）的弹塑性层间位移角，使之小于抗震规范的限值，并采用必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要求。

总之，影响多层建筑结构稳定性的因素很多，通过对各方面易被忽略的问题进行分析，提出意见和建议，为创建和谐社会贡献一分力。

参考文献：

[1].曹建新.论多层住宅结构的体系问题[J].中小企业管理与科技(下旬刊)，2010，（08）.

[2].李建新.多层住宅结构体系应用分析与研究[J].黑龙江科技信息,2009,(13).

钢结构稳定性设计研究 篇7

现阶段, 很多建筑工程的建设过程中都会使用到钢结构, 在对钢结构进行运用的时候经常会出现结构不够稳定的现象, 这主要是因为相关的设计人员缺乏相应的钢结构稳定性设计的概念所导致的。此外, 在对钢结构进行施工的时候, 一些施工单位为了降低施工的成本, 往往会出现偷工减料的情况, 导致钢结构稳定性不足的问题。而建筑工程的钢结构出现失稳的情况, 不仅会使得整个建筑工程的功能出现相应的问题, 更有甚者会导致整个建筑工程的倒塌, 给社会造成巨大的经济损失和人员伤亡。由此可以看出, 在对钢结构进行设计的时候, 确保其设计稳定性具重大现实意义。

2 钢结构失稳的类别与原因分析

2.1 钢结构失稳的类别

钢结构失稳的情况主要分为以下几个类别:第一个类别是分支点失稳, 指的是平衡分岔的稳定问题。这类失稳主要是因为当直杆轴心和平板中面受到的压力过大时, 会出现一定的屈曲现象;第二种类别的失稳是极值点失稳, 这种失稳情况主要是因为钢结构在受到压力的时候, 其结构塑性值达到极限所发生的变形情况;还有一种类别的失稳叫做跳跃失稳, 这种类别的失稳主要是指当钢结构的一个平衡稳定点被打破之后, 会随机跳跃到另一个平衡稳定的状态。

2.2 钢结构设计失稳的原因

钢结构的稳定性问题主要是指该结构在受到外界的干扰的时候能否恢复到原来的状态的一种性能。钢结构的稳定性容易受到很多种因素的影响, 存在很大的随机性。影响钢结构设计失稳的原因除了考虑自身的原因, 还考虑外界因素。

(1) 分支点失稳。一般来说, 每个钢结构的轴心所能承受的压力大小都有一个限值, 当轴心承受的压力低于这个限值的时候, 这时候的钢结构所承受的压力是均匀的, 从而确保钢结构还能保持相应的平衡和稳定状态。而当钢结构的轴心所承担的压力很大时, 就会超过其所能承受的最大限值, 而一旦超过了这个限值, 就会使得原有的钢结构平衡形式被打破, 这时候钢结构就会发生相应的弯曲情况, 当钢结构发生弯曲之后所能承受的压力与此时轴心所承担的压力相持时, 就会形成一种弯曲的新平衡形式, 这种新的平衡形式也叫分支点失稳。这种新的平衡形式与之前的平衡形式有着本质的区别, 同时这种新的平衡形式也是导致钢结构分支点失稳的主要原因。

(2) 极值点失稳。极值点失稳情况与分支点失稳情况是完全不同的, 因为当出现这种失稳情况之后, 钢结构的平衡状态会一直的进行变化, 而不会再出现一个新的平衡形式, 因此这种失稳情况也叫做无平衡点分岔失稳。之所以会发生这种失稳情况, 主要是因为钢结构的偏心受压构件失去了原有的稳定性所导致的, 究其根本原因还是因为所受到的压力超过了其所能承受的最大压力值。

(3) 跳跃失稳。这种失稳情况与前面所讲诉的两种失稳情况都不相同, 因为钢结构一旦出现了这种失稳情况, 说明其不存在极值, 同时也不存在相应的平衡分岔点, 而是钢结构由一个平衡状态跳跃到另外一个平衡状态之中去了。

3 工程中钢结构设计稳定性

3.1 工程中钢结构稳定设计的特点

首先, 在对钢结构的稳定性进行设计的时候存在着多样性的特点, 为了保证钢结构设计的稳定性, 需要在设计的时候对多方面的因素进行综合、全面的考虑, 从而确保将钢结构的稳定性设计工作做得更好。其次就是整体性, 建筑工程中的钢结构由不同的构件所组成的一个整体, 其中任何一个组成构件都非常重要, 只要有一个构件出现了问题, 势必都会导致整个钢结构出现变形或者是失稳的情况。因此, 在设计的过程中, 还需要注重钢结构整体性这一特点。

3.2 钢结构稳定性的计算

(1) 整体刚度计算。在对钢结构的整体刚度进行计算的时候, 主要计算方法有折减系数法和临界压力求解法这两种。

(2) 其他特点的稳定计算。组成钢结构的构件可以分为两大类, 第一类是弹性构件, 还有一类是柔性构件。由于柔性构件相比于弹性构件更容易发生变形的情况, 从而对钢结构的整体稳定性产生严重的影响, 所以, 必须重视柔性构件的分析。

(3) 剪力设计中的稳定性分析。当今社会, 我国的建筑工程的施工技术有了很大的进步, 并且高层、超高层建筑的数量在不断的增多。同时在大部分高层建筑中, 斜柱支撑得到了非常广泛的应用, 这种支撑是一种浅基坑支护方式。在实际的工程结构之中, 斜柱还会承受相应的水平荷载, 这样在对钢结构进行剪力设计的时候, 就不能忽略这一问题, 不然会造成相应的偏差, 使得钢结构的整体稳定性下降。因此, 设计人员在进行稳定性设计的时候, 一定要确保斜柱设计的质量。

(4) 强柱弱梁设计中的稳定性分析。柱和梁是建筑工程中钢结构最主要的两个组成构件, 为了使钢结构具有更高的稳定性, 就首先要做好这两个组成构件之间的设计工作。当建筑钢结构在受到较大的水平荷载或者是遇到较强的地震时容易受到破坏, 这是因为钢结构塑性铰的稳定性设计没有做好所导致的。在这两种作用力的情况下, 钢结构的塑性铰是在梁上, 所以在对强柱弱梁进行设计的时候一定要严格的按照国家相应的规定标准来进行设计, 这样才能保证钢结构具有更好的稳定性能。

(5) 节点连接设计中的稳定性分析。过去, 在进行钢结构设计的时候, 有一部分设计人员为了简化设计的流程, 经常把梁柱节点的连接看成完全刚接和理想铰接, 其中完全刚接就是说框架在出现受荷变形后, 梁柱的夹角不发生任何变化;理想铰接是说梁柱不可以出现传递弯矩。但是从目前的现状来看, 钢结构节点连接的形式具有丰富性的特征, 所以在进行钢结构设计的时候, 不应该将一些节点看成理想铰接或完全刚接。

4 结束语

总之, 笔者在以上文中对于钢结构的稳定性设计进行了极其详细的研究, 其主要包括钢结构失稳的类别与原因。

参考文献

[1]王健.钢结构的稳定性设计研究[J].科技致富向导, 2013, (02) :201.

钢结构设计中稳定性分析 篇8

1 稳定性的设计原则

1.1 构件与细部构造稳定性计算方法一致

在钢结构设计中, 要使构造设计与结构计算相匹配, 以满足构件稳定性和设计结构细部构造的一致性。对传递弯矩和不传递弯矩的连接节点, 应该分别给予足够的刚度和柔度;对桁架节点的设计也应尽量减少杆件偏心等, 这些仅仅是设计构件细部构造。但是, 当涉及到稳定性时, 对细部构造就会有其他要求, 比如简支梁就抗弯强度来说, 对不动铰支座的要求只是阻止位移和允许其在平面内转动, 然而在处理梁整体的稳定性时, 支座除了要满足上述要求外, 还需要阻止梁绕纵轴扭转, 允许梁在水平面内转动和梁端截面自动翘曲。

1.2 兼顾整体和组成部分稳定性的要求

目前, 大部分钢结构设计都是以平面体系为出发点的, 比如桁架设计和框架设计等。为了避免出现平面失稳问题, 需要从钢结构的整体布局出发, 设计有针对性的支撑构件, 也就是说要使平面构件的结构布置与平面稳定计算保持一致。比如, 在平面桁架组成的塔架中, 要注意横隔设置和杆件之间的稳定性。

1.3 计算方法与结构简图一致

在设计单层和多层框架结构时, 并不分析框架稳定性, 而要计算框架柱的稳定性。采用这种方法计算框架柱稳定性时用到的计算长度系数, 应该分析框架整体的稳定性, 这样才能使最终框架稳定计算等效于柱稳定计算。此外, 如果计算方法与结构简图不一致, 就需要调整所使用的计算方法, 以保证钢结构稳定性分析的要求。

2 设计特点与重要性

2.1 结构整体稳定性

在分析钢结构设计中的稳定性时, 必须要从钢结构的整体出发, 考虑杆件的稳定性和结构整体的稳定性。

2.2 整体刚度与失稳问题

对钢结构设计中整体刚度和失稳问题来说, 目前通用的规范计算方法是临界压力求解法和折减系数法, 以此计算轴心压杆的稳定性。

2.3 弹性稳定分析

弹性稳定计算是钢结构设计稳定性中的重要内容之一, 除了要考虑钢结构的整体性外, 还要考虑以下两方面的因素: (1) 要做二阶分析。这种分析在柔性构件上显得尤为重要, 因为柔性构件的变形量会对结构内力产生重大影响。 (2) 要考虑应力问题的叠加原理。不能将这种原理应用在弹性稳定计算中, 是因为弹性稳定计算不符合叠加原理的结构变形。

3 设计中存在的问题

3.1 不确定性因素

在钢结构体系设计中, 有许多不确定性因素会影响设计的稳定性, 比如物力、几何不确定性因素, 包括材料 (弹性模量、屈服应力等) 、杆件尺寸、截面积、残余应力和初始变形等。在确定与稳定性有关的几何量和物理量时, 大多会根据以往经验分析问题, 而不结合实际情况。另外, 设计人员在分析钢结构时, 所提的假设、数学模型、边界条件与目前的技术发展水平不相符, 难以将其反映在计算中, 导致理论值与实际承载力有差异等。目前, 结构随机影响分析所处理的问题大多局限于确定的结构参数、随机荷载输入的格局范围内, 而在实际工程中, 由于参数的不确定性, 会引起结构响应的明显差异。

3.2 梁—柱稳定性设计

在网壳结构稳定性设计中, 梁—柱单元理论已经成为了主要的设计方法, 但是, 梁—柱理论不能完全反映网壳结构的受力状态, 比如轴力和弯矩的耦合效应等。梁—柱是整个钢结构稳定性设计中最基础的部分, 所以, 在钢结构稳定性设计中, 要充分注意梁和柱的稳定性以及两者之间的力学效应。

3.3 预张拉体系不完善

预张拉钢结构体系是钢结构稳定性设计中的另一个重要组成体系。以往预张拉体系的理论并不是很完善, 没有一个完整、合理的理论体系来分析预张拉结构中的稳定性, 所以, 难以保证工程的稳定性, 因此, 要建立一个科学、完善的预张拉结构体系理论。

3.4 整体稳定与局部稳定

在钢结构稳定性设计中, 存在大跨度的钢结构的整体稳定性和局部稳定性计算不到位的情况。虽然它的稳定性计算借鉴了以往的经验来确定整体稳定性和局部稳定性之间的安全系数, 但是, 并没有结合具体的工程情况来计算一个较为科学的安全系数, 所以, 它不能真实反映整体稳定性与局部稳定性之间的关系, 不能保证钢结构设计的稳定性。

4 有效措施

针对钢结构稳定性设计中存在的问题, 在实际设计中, 应找出科学、合理的解决问题的方法, 尽量减少影响稳定性的因素, 这样才能够降低由钢结构设计稳定性而引发事故的概率。

4.1 减小不确定性因素影响

不确定性因素对钢结构稳定性设计造成的影响是难以避免的, 但是, 可以利用一些方法来减小这种影响, 提高钢结构稳定性设计的可靠性。比如, 可以为钢结构进行力学性能分析和设计, 或者从设计的众多实验中选择一个较为合理的方案等。

4.2 合理地运用梁—柱理论

梁—柱理论是当前钢结构稳定性设计中最基础的理论, 也是最重要的理论。在钢结构设计中, 要实际考察钢结构工程的场地、材料、设计方案等相关事项, 合理地运用梁—柱理论分析钢结构设计中细部构造和构件之间的稳定性、整体结构和组成部分之间的稳定性等, 达到提高钢结构设计稳定性的目的。

4.3 完善预张拉结构理论体系

预张拉结构理论体系对钢结构稳定性的设计是极为重要的。建立一套科学、完善、合理的预张拉结构体系理论, 根据这个理论体系分析预张拉结构, 最终得出准确的结果, 这样能够确保达到钢结构稳定性设计的要求。

4.4 重视局部与整体之间稳定性的关系

避免采用根据经验确定局部稳定性与整体稳定性之间安全系数的方法, 加强对钢结构局部稳定性与整体稳定性之间关系的重视程度。根据钢结构工程的实际情况, 考察现场、材料等相关因素, 科学地计算出一个较为可靠的安全系数, 减小误差, 提高钢结构稳定性设计的准确性。

5 结束语

钢结构设计中的稳定性是影响钢结构工程安全和质量的重要因素之一。在实际设计中, 设计人员应该明确结构构件的稳定性能, 避免钢结构稳定性设计中出现的问题, 要掌握钢结构稳定性设计的原则。根据工程的实际情况进行钢结构稳定性设计, 避免在其使用过程中出现失稳现象, 引发重大的安全事故。

参考文献

[1]王丽丽.钢结构稳定性设计研究[J].黑龙江科技信息, 2013 (30) .

[2]赵雪仰, 郭杰, 刘敏, 等.钢结构稳定性设计[J].科技信息, 2012 (29) .

建筑钢结构主体稳定性设计分析 篇9

一、建筑钢结构的优点

1钢结构材料的抗震性高

在工程建筑中所使用的钢结构主要是由钢板、冷加工的薄型钢板或是热轧型钢等材料制作而来的, 所以与混凝土制成的结构相比具有重量轻、延展性强的优点。因为这些钢材料的的强度高, 具有较高的可塑性, 同时柔韧性更强, 能满足工程建筑的不同需要, 因此在工程建筑的过程中被广泛的使用。且钢结构具有较高的延展性, 所以具有很强的抗震性, 所以当发生地震时, 具有较强的缓冲作用, 与传统的混凝土结构相比安全性更高, 适用于地震多发的地区。

2钢结构材料的精确度高

在工程建筑的过程中, 要根据建筑的实际情况选择不同材料, 进行建筑结构建设。如果是大跨度的建筑, 则可以采用钢结构, 因为这种材料的结构具有较高的韧性和可塑性。如果在建筑的过程中需要较高的稳定性, 那么就更应该采用这种钢结构, 因为这种材料在一定范围内的应力幅度具有很强的弹性, 所以如果建筑需要非常精确的施工, 那么这种钢建筑在受力的情况下与工程建筑的力学计算方法比较符合, 与混凝土结构相比更加精确, 所以可以被广泛使用。

3钢结构的建筑施工简便

建筑钢结构的制作过程非常简单, 因为主要是由钢板、冷加工的薄型钢板或是热轧型钢为材料制作而来的, 所以在制造的过程中所使用的材料非常单一, 制作的方法也很简单。这些材料的强度和密度比混凝土大, 但重量却轻很多, 因此如果是在同样跨度且能承受同样强度的情况下, 钢结构比混凝土结构的重量要轻很多, 材料的运输成本更低, 因此如果是远距离运输的话会比使用混凝土材料节省很多成本。工程的施工更加简便, 且施工周期短, 有利于节省建筑成本。

在钢结构的施工过程中, 采用的是干施工的方式, 所以在是施工的过程中会产生很少的施工噪音, 比混凝土结构的施工更加环保, 在施工的过程中也不会产生钢结构垃圾, 有利于我国建筑行业的可持续发展。

二、建筑钢结构的缺点

虽然与混凝土结构相比钢结构存在很多的优点, 但是由于施工条件的限制, 在施工的过程中受到各种因素的制约, 在使用钢结构的过程中也会出现相应的问题, 在工程建筑中应认识到钢结构存在的问题, 及时采取措施进行规避, 保证工程建筑的整体质量。

1钢建筑材料自身存在的缺点

与混凝土结构相比, 钢结构的最大弱点就是耐腐蚀性和抗火性较弱, 因此若果在施工的过程中温度超过150摄氏度, 那么钢结构就会出现问题。在建筑的过程中就需要对钢结构进行防护, 而这些隔热设施的使用又会增加建筑的成本, 所以在具体的工程建筑过程中, 应该根据工程施工的具体情况, 选取结构材料。

另外, 虽然钢结构就有较高的强度, 但是在钢结构的实际应用中, 通常选取强度较低的构件, 且这些构件的横截面多是以薄壁的形式出现, 使建筑钢结构的整体稳定性受到了限制。在具体的施工中通常容易出现只重视钢结构的稳定性忽视了其强度的充分发挥, 造成建筑材料浪费的现象, 工程的整体质量也得不到保证。

2钢结构设计上存在的缺陷

在钢结构的建筑施工过程中, 还存在设计不合理的现象, 使钢结构的各种特性不能得到充分发挥, 增加了钢结构的不稳定性, 因此在钢结构的设计过程中必须遵循一定的设计原则, 保证工程建筑的稳定性, 规避在建筑过程中对钢结构造成的不利影响, 保证工程建筑的质量。

三、建筑钢结构主体稳定性设计

在钢结构稳定性的设计过程中, 必须对原有的设计方法进行变革, 并遵循一定的设计原则。在设计的过程中, 充分发挥钢结构的各种优势, 同时规避钢结构存在的缺点, 使工程建筑的钢结构稳定性更强, 保证工程建筑的整体质量。

1建筑钢结构主体稳定性设计的原则

在建筑钢结构稳定性设计的过程中, 应该将钢结构的稳定性与强度区分开来, 因为在实际的建筑过程中, 只有将二者区分开来, 才能保证钢结构的各项优势得到充分发挥。在钢结构的设计过程中一定要以全局的眼光来进行钢结构的整体布局, 只有这样才能保证工程建筑的整体稳定性, 同时还要保证钢结构的每一个布局的稳定性, 因为在工程建筑的过程中, 钢结构的整体与局部是相互依存的, 在具体的设计过程中, 可以在保证钢结构整体稳定性的情况下, 设计必要的支撑构件, 来保证工程建筑的整体稳定性。

在建筑钢结构稳定性的设计过程中, 结构设计简图和计算方法所依据的简图必须在一致的情况下进行, 因为在钢结构的实际设计中只对框架柱的稳定性进行设计, 而不对每一层框架做稳定性分析, 造成这种现象的原因是在工程建筑的过程中, 涉及到众多的框架, 在实际的工作中对每一个框架都做稳定性分析是不现实的, 所以在工程设计的过程中, 通常计算框架柱的稳定性, 因为在实际的计算过程中, 框架柱的稳定性与框架的稳定性是一致的。在进行框架柱稳定性的计算时, 需要用到柱长度计算系数。但是在实际的计算过程中, 往往容易出现设计的框架不符合实际条件, 使框架柱的计算无法具体实行。

在钢结构的细部构造上也应该进行细致的稳定型设计, 同样钢结构的构件稳定性也应该被充分的考虑在内。在构件的细部设计上, 如果对细部的传递弯矩与不传递弯矩之间的节点有具体的要求, 应该在充分考虑构件柔韧性与刚性的情况下, 根据工程结构的不同强度要求作出具体的计算。

2建筑钢结构稳定性的设计特点

在建筑钢结构的稳定性设计过程中, 必须先了解设计过程中的特点, 只有这样才能保证工程设计的整体质量。首先, 在钢结构稳定性的设计过程中, 要在钢结构的整体上进行充分分析, 保证各个钢件的稳定性。在钢结构稳定性的设计过程中, 轴心压杆的稳定性计算通常采用折减系数法或是临界压力求解法, 这两种计算方法, 对钢结构的失稳及整体刚度的计算具有重要作用。在钢结构的弹性稳定性计算中, 应该首先应用柔性构件的第二阶分析法, 因为在弹性结构的计算中柔性构件的弹性会对钢结构的整体稳定性产生影响, 所以在设计时, 应该在钢结构整体稳定性的情况下进行计算, 使钢结构的整体稳定性得到保证, 弹性较大结构的稳定性也能得到保证, 且使这部分建筑结构的精确度更高。

3在钢结构稳定性设计过程中需要注意的问题

在钢结构稳定性的设计过程中, 不能一味的采取统一的设计方法, 在实际的设计过程中应该充分考虑工程建筑的具体情况。比如, 如今的工程建筑可以分为多层建筑和低层建筑, 建筑物的层数不同, 对钢结构的稳定性的要求是不同的, 通常只有12层以下的建筑材料适用于钢结构, 同时为了提高钢结构的稳定性, 应尽量设计对称的建筑, 保证建筑工程在遇到地震时, 具有较高的稳定性, 对建筑的损坏降到最低。

在钢结构的建设过程中, 还应保证钢构件的稳定性及强度能达到标准, 可以根据构件的厚度和长度的比值, 设计稳定性最强的构件。如果钢构件在钢结构整体失效前已经发生了屈曲, 则需要通过钢构件的屈曲强度来增加构件整体的承载力。

在钢结构稳定性设计的过程中, 还可以借助于先进的计算机软件, 对一些复杂的计算, 计算机比人的计算准确度更高, 同时也提高了钢建筑稳定性计算的效率, 可以将其作为钢建筑稳定性设计的辅助工具。

结语

在工程建筑的过程中, 为了保证建筑的稳定性, 必须根据工程建筑的实际情况进行选择, 因为钢结构具有的众多优点, 因此在工程建筑的过程中, 应该尽可能的发挥钢结构的积极作用, 重视钢建筑的稳定性设计, 同时在建筑的过程中应及时规避缺点, 保证工程建筑的质量, 只有这样才能保证我国建筑行业的可持续发展。

参考文献

[1]宋统战.坚定信心转型升级降本增利面对"十二五"向世界钢管强国迈进--中国钢结构协会钢管分会理事长严泽生在钢管分会五届五次理事 (扩大) 会议上的讲话 (节选) [J].钢管, 2013 (11) .

[2]夏道伟, 陈淑鹏.钢结构建筑成为绿色建筑的发展方向[J].新建设 (现代物业上旬刊) , 2013 (11) .

钢结构的稳定性设计 篇10

1.1钢结构设计防火方面的问题及对策

钢结构建筑主要采用的建筑材料为钢材, 属于不易燃材料, 但是钢材又具有不耐高温的特点, 一旦温度达到相应程度, 钢材会出现断裂情况, 从而对整个钢结构建筑产生巨大的安全隐患, 所以对钢结构建筑产生最大威胁的就是火灾, 若是在进行钢结构设计时没有充分考虑这一因素, 导致防火方面存在缺陷, 那么必将造成严重的后果。钢结构建筑发生火灾而造成巨大的经济损失和人员伤亡例子也很多, 因此, 在钢结构建筑设计时必须充分考虑其防火问题。钢结构建筑在防火性能上要弱于钢筋混凝土结构建筑, 通常在钢结构建筑设计中采用的防火措施有以下两种:第一种, 采用保全板, 将其合理设置在钢结构建筑中, 以此起到防火作用;第二种, 在钢结构的不同部位涂抹厚薄不均的防火涂料, 并采用装饰漆涂抹露明部位。当然这只是常规的方法, 为了更好地确保钢结构防火性能的提升, 就必须加强防火墙、防火门的设置, 并配备自动喷水灭火系统和独立的水幕以及防火带等进行防火分区的设置, 并在此基础上加强防火涂料的应用, 以达到对钢材进行防火保护的目的, 且在火灾探测报警技术和烟气控制技术的帮助下及时的发现和处理可能出现的火灾, 确保其防火性能得到有效的提升。

1.2钢结构设计防腐方面的问题及对策

钢材受自然因素影响较大, 一旦长时间暴露在室外环境中, 就极易被锈蚀, 不仅钢材的外观会深受影响, 钢材的质量也会大打折扣。因此, 在钢结构建筑设计中钢材防腐问题也是必须引起高度重视。当前, 钢结构建筑设计中对于防腐方面问题的解决方法通常是采用涂抹防腐涂料的措施。设计人员会根据钢结构建筑的要求选用合适的防腐涂料, 并要求施工人员在施工中严格按照相关要求规范进行操作。此外, 对于钢结构构件也有不同的要求, 例如有的构件在出厂前需要涂刷一层底漆。在钢材上涂抹防腐涂料就目前来看是最为有效的防腐措施。但是这样做只是基础性的防腐, 因而为了提高钢结构的防腐效果, 就必须选用耐候钢作为钢结构建筑的首选材料, 并利用热浸镀锌技术对其进行处理, 利用镀层, 达到保护钢结构不被腐蚀, 尤其是应加强有机涂料配套技术的应用, 以及阴极保护技术的应用, 才能更好地确保其防腐性能得到有效的提升。

1.3钢结构设计在物理方面的问题及对策

1.3.1噪声问题及对策

噪声问题是现代建筑中最为常见的问题之一, 且一直没有得到彻底的解决。怎样有效降低噪声已经成为当前建筑学中的重要研究课题之一。人类耳朵能够听到许多种声音, 而这些声音又大致能够分为两类, 一类是无害悦耳的声音, 例如音乐声、鸟鸣声等;另一类则是有害的噪声, 例如各种机械发出的轰鸣声, 刺耳的喇叭声等。一般情况下, 建筑使用功能的不同对隔音的效果要求也不同, 例如大型商场建筑, 其隔音效果要求较低;寻求安静的住宅建筑隔音效果要求就较高, 这就需要设计人员根据建筑使用功能以及隔音效果的不同要求进行专门的设计。在钢结构建筑设计中所采用的隔音措施主要有:使用隔声门、隔声窗, 并在建筑或需隔音的房间外墙上使用隔声性能较好的材料。

根据建筑使用功能的不同, 其对吸音的效果要求也不相同。例如音乐厅类型的建筑, 其主要使用功能就是让人类的耳朵吸收发出的音乐声, 所以在音乐厅类型的建筑中通常会在顶棚增加反射板用来反射声音, 若是音乐厅中的声音无法反射, 那么人类的耳朵所听到的声音就会有缺失, 甚至是听不到声音。当前, 解决吸音问题的主要措施有两种:第一种是科学的设计吸声结构, 例如孔石膏板吊顶。第二种是采用先进的吸声材料, 例如玻璃、岩棉等吸声性能较好的材料。

2 建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点

2.1 建筑工程中钢结构稳定设计的特点

建筑工程中钢结构稳定设计的特点主要表现为:第一, 钢结构的多样性。建筑工程中钢结构设计方面的问题直接影响着钢结构的稳定性, 特别是承荷载力大的钢结构部位, 在进行这类钢结构部位设计时必须进行多方面的考虑, 并对钢结构的稳定性进行认真分析、探究。第二, 钢结构的整体性。钢结构建筑是由多种构件共同组成的一个整体, 任何一个构件所具有的作用都是不容忽视的, 若是当任意一个构件出现问题, 例如失稳、变形等情况, 那么必定会对其他构件造成影响, 最终导致钢结构整体稳定性出现问题[1]。

2.2 钢结构稳定性的计算方法

(1) 整体刚度计算。在现行的钢结构计算规范中, 通用的计算方法是轴心压杆稳定计算方法, 其主要采用是折减系数方法和临界压力求解法。其中, 临界压力由欧拉公式给出。 (2) 整体稳定性分析。钢结构建筑是由多种构件共同组成的一个整体, 其整体稳定性受各种构件的制约较大, 各构件之间是否具有良好的稳定性, 是确保钢结构整体稳定性的前提基础。所以, 应对其整体稳定性进行分析。 (3) 其他特点的稳定计算。钢结构的各种组成构件又能分为两大类, 为弹性构件和柔性构件, 因而, 在进行钢结构稳定性时应重视这一特点。由于柔性构件容易发生变形, 进而导致钢结构内部也发生变化, 最终对钢结构整体稳定性产生严重的影响, 所以, 必须重视柔性构件的分析。

2.3 钢结构稳定性的分析方法

(1) 静力法。静力法的分析原理是结合已经出现了微小变形后的一些结构受力的条件, 并根据这些条件来建立相对平衡的微分方程。通过建立的微分方程仔细的计算出构件受力的临界相关荷载。在实际中应用静力法构件平衡微分方程时, 应遵循相关设定, 具体表现为:直杆构件应该为截面, 其压力应始终遵循之前的轴线进行作用。 (2) 动力法。当钢结构的结构体系处于平衡状态下时, 若是受到一定的干扰, 那么整个结构体系就会产生振动, 这时应采用动力法对钢结构的稳定性进行分析。钢结构整体稳定性与其所承受的荷载有着密切关联, 在钢结构出现变形以及钢结构振动加速时, 这种联系更加紧密。若是钢结构所承受的荷载值低于钢结构自身稳定性的极限荷载值时, 会出现加速度和之前的钢结构变形的具体方向相反的状况。 (3) 能量法。若是在实际应用中钢结构载着保守力并且已经具备结构变形的相关受力条件, 那么就能以此条件构建总体势能。如果要计算钢结构的总体势能, 则必须满足一个前提条件, 即钢结构处于相对平衡的状态下[2]。

3 结语

总之, 建筑工程的快速发展, 促使钢结构广泛应用于建筑工程中, 然而钢结构设计的稳定性直接影响着钢结构建筑的整体质量, 因此, 本文对建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点进行了认真分析与探讨, 希望能为所需者提供借鉴。

参考文献

[1]唐文智.建筑工程中钢结构设计的稳定性分析[J].城市建筑, 2013, 16:186.

钢结构的稳定性设计 篇11

随着我国城市化进程的不断推进，国家对地区电网建设资金的投入逐年增加，由此使得地区电网的发展速度有很大提高。在地区电网高速发展的过渡期，最为关注的就是如何保障地区电网的安全可靠运行。

国内外的经验表明，网架结构对地区电网的稳定性有着重要影响。本文以某地区电网为例，从理论上分析该电网抗严重故障能力较差的原因；其次提出相应网架结构加强方案，并通过仿真分析，比较得出优化方案。

1、地区电网简介

1.1电网结构

该地区电网以500kVWX站为中心如图1所示。片区包括5个220kV变电站和3个220kV接入电厂，随着220kVCK～YJ线路投运，WX～DH～BH～CK～YJ～YY将形成局部环网。

图1 某地区电网结构

BH为地区主力火电厂，装机容量2×300MW；RJ、GXB均为水电，总装机容量528MW。

1.2存在的主要问题

220kVCK～YJ线路投运后，WX供电片区内WX～DH～BH～CK～YJ～YY形成的局部环网存在如下问题：

①大负荷期间，220kVBH～DH双回线路重载，不满足N-1要求；

②220kVBH～DH、DH～WX线路分别N-2故障时，WX供电片区内BH、GXB、RJ电厂机组相对主网失稳，失稳后需切除BH电厂2台机组维持稳定。

如采取切除BH电厂2台机组措施，电厂汽轮机等受较大冲击，存在安全风险；切机措施虽能保证地区电网稳定运行，但制约地区电网外送电能力。本文深入分析该地区局部环网抗严重故障能力弱的原因，研究网架结构加强方案，提高地区电网安全稳定性。

2、地区电网稳定性分析

2.1电网等值方式

220kVBH～DH、DH～WX线路分别N-2故障时，WX供电片区内BH、GXB、RJ电厂相对主网失稳，BH电厂机组为主导机组。忽略WX片区内除BH电厂以外电厂，将电网等效为单机无穷大系统，用等面积定则开展稳定性研究。等值方式如下：

①系统基准容量取100MVA，基准电压取230kV；

②BH电厂2台机组、升压变等效为1台机组及升压变；

③保留片区WX～DH～BH～CK～YJ～YY环网中各站220kV母线；

④地区电网外其它部分等效为无穷大母线，通过等效电抗与WX站220kV母线相连，并令其电压为；

2.2暂态稳定性分析

以220kVBH～DH线路BH电厂侧三永跳双回故障为例，用等面积定则对故障后电网的暂态稳定性进行分析。

根据2.1节中所述的电网等值方式，得到故障前、后功角特性P1和P2，其表达式为

（1）

（2）

式中，E'为BH电厂机端电压；U为无穷大母线电压；为故障前系统等值阻抗；为故障后系统等值阻抗。

相应的功角曲线如图2所示。可见，故障后系统没有稳定工作点，系统将失去稳定。

图2 系统功角图

用PSASP对电网进行仿真，故障后BH机组与主网失去同步，这表明仿真结果與理论分析结果一致。

3、地区电网网架结构优化方案

根据理论分析，要提高该地区环网抗严重故障能力，关键是减小BH电厂升压侧到WX站220kV母线间联络阻抗。

3.1优化方案简介

方案①：新增220kVBH～YY站单回线，线路长度为49.8km，导线型号为LGJ-2×400。

方案②：新增220kVBH～YJ站单回线，线路长度为60.95km，导线型号为LGJ-2×400。

3.2方案分析

针对各方案，开展潮流、静态安全、暂态稳定校核。

3.2.1潮流计算及静态安全校核

计算表明，两种方案下，地区电网潮流分布均匀，线路不过载；方案①，BH～DH线路满足N-1；方案②下，BH、RJB电厂满发时，BH～DH线路不满足N-1。

3.2.2稳定性分析

方案①，用前述等值方式对电网进行稳定性分析。故障前后功角特性P1和P2分别表示为：

（3）

（4）

故障前后系统功角曲线如图3示。由单机等面积定则可得极限切除角为1.1465rad，实际切除角度约0.4887rad（按故障后0.12s切除线路考虑，用积分法计算得到），故障后系统恢复稳定运行状态。

图3 方案①下系统功角图

方案②的理论分析结果表明，故障后系统能保持稳定。

PSASP仿真结果表明，220kVBH～DH、BH～WX线路分别发生三永跳双回故障时，在无稳定措施的情况下，各方案中系统均能保持稳定，但方案②下故障后系统振荡时间较长。

3.3方案比较与选择

优化方案选择要同时考量电网安全性和经济性。各方案实施效果如表1所示。

表1 各方案实施效果对比

投资对比：220kV环网加强方案①投资少于方案②。

安全性对比：各方案均能提高抗严重故障能力，但方案①优于方案②。方案②BH、RJ电厂均满发时，BH～DH线路不满足N-1；方案②BH～DH线路N-2故障，系统达到稳态的振荡时间较长。

综合考虑稳定性及投资，推荐采用加强方案①。

4、结论

本文以某地区电网为例，从理论上分析了其网架结构存在的问题，跟据分析结果，针对性的提出了合理的解决措施，并用PSASP对其进行仿真分析，验证了本文所提解决措施的有效性。

随着地区电网与主网的联系越来越紧密，地区电网稳定性问题日益重要。地区电网应重视稳定分析工作，合理规划网架结构，确保本地区电网的安全稳定运行。

论钢结构设计中的稳定问题 篇12

关键词：钢结构,强度,稳定,失稳

目前, 钢结构中的失稳事故大都是由于对结构及构件的稳定性能出现问题造成的, 稳定性是钢结构计算中的一个重要环节。在各种类型的钢结构中, 都会遇到稳定问题。对结构稳定缺少明确概念, 造成一般性结构设计中不应有的薄弱环节。本文针对这些问题提出了在设计中应该明确在钢结构稳定设计中的一些基本概念。只有这样我们在设计中才能更好处理钢结构稳定问题。

1 钢结构稳定设计的基本概念

1.1 钢结构的强度与稳定

强度问题是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起地最大应力是否超过建筑材料的极限强度, 因此是一个应力问题。极限强度的取值取决于材料的特性, 对混凝土等脆性材料, 可取它的最大强度, 对钢材则常取它的屈服点。

稳定问题则与强度问题不同, 它主要是指外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态, 即变形开始急剧增长的状态, 从而设法避免进入该状态, 因此, 它是一个变形问题。轴压柱, 由于失稳, 侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩, 因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。显然, 轴压强度不是柱子破坏的主要原因。

1.2 钢结构的失稳

1.2.1 受弯构件中梁在最大刚度平面内受弯的梁远在钢材到达屈服强度前就可能因出现水平位移而扭曲破坏, 梁的这种破坏被称之为整体失稳。

1.2.2 受弯构件中组合梁大多是选用高而薄的腹板来增大截面的惯性矩与底抗矩, 同时也多选用宽而薄的翼缘来提高梁的稳定性, 如钢板过薄, 梁腹板的高厚比或是翼缘的宽厚比大到一定的程度时, 腹板或受压翼缘在没有达到强度限值就发生波浪形的屈曲, 使梁失去了局部稳定。它是使钢结构早期破坏的因素。

1.2.3 受力构件中, 截面塑性发展到一定程度构件突然而被压坏, 压弯构件失去稳定。而压弯构件的计算则要同时考虑平面内的稳定性与平面外的稳定性。

结构失稳的问题十分重要, 设计为轴心受压的构件, 实际上总不免有一点初弯曲, 荷载的作用点也难免有偏心。因此, 我们要真正掌握这种构件的性能, 就必须了解缺陷对它的影响, 其他构件也都有个缺陷影响问题。

2 钢结构设计的原则

为更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定出了以下原则。

2.1 结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求结构大多数是按照平面体系来设计的, 如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳, 需要从结构整体布置来解决, 亦即设计必要的支撑构件。这就是说, 平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致。

2.2 结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致, 这对框架结构的稳定计算十分重要。在采用这种方法时, 计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数, 自应通过框架整体稳定分析得出, 才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。

2.3设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合, 使二者有一致性。

结构计算和构造设计相符合, 要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接, 应分别赋与它足够的刚度和柔度。但是, 当涉及稳定性能时, 构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如, 简支梁就抗弯强度来说, 对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移, 同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转, 同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲, 以符合稳定分析所采取的边界条件。

3 钢结构稳定设计特点

3.1 失稳和整体刚度:规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法。

3.2 稳定性整体分析:杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体。稳定分析必须从整体着眼。

3.3 稳定计算的其它特点:在弹性稳定计算中, 除了需要考虑结构的整体性外, 还有一些其他特点需要引起重视, 首先要做的就是二阶分析, 这种分析对柔性构件尤为重要, 这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响, 其次, 普遍用于应力问题的迭加原理.在弹性稳定计算中不能应用。

4 结束语

钢结构稳定问题区别于强度问题。在实际设计中, 设计人员应该明确知道结构构件的稳定性能, 以免在设计过程中发生不必要的失稳损失。针对上述问题, 本文提出了在设计过程中设计人员应该明确的一些基本概念.总之, 只有深入了解这些问题, 才会使得钢结构稳定理论设计不断地完善。

参考文献

[1]《建筑结构荷载规范》GB50009-2001

[2]《钢结构设计规范》GB50017-2003