轻型钢结构稳定设计的若干问题

　　陈进曾跃飞总结了笔者余年的设计与教学经验，针对现行规范的不足，对轻型钢结构稳定设计中的若干问进行了探讨，对实际下程具有定的指导意义。

　　近年来，广东地区的轻型钢结构发展很快，主要应用于厂房仓库等些工业建筑。其结构形式较多采用单层的单跨和多跨框架。目前，在设计轻钢结构时，要遵循的规范以钢结构设计规范0叫1788冷弯薄壁型钢结构技术规程0叫1887为主。在实际工程中。有些问尤其是稳记设计的某些问是规范所未考虑到的，或者在规范中有所提到，但在应用时还要多加斟酌。以下就轻型钢结构的稳定设计提出些问。4大家共同探讨。

　　36之间的圆管压杆时，小系数该选用钢结构设计规范〉081788规定还是冷弯薄壁型钢结构技术规范08887中的规定呢，因为在这个厚度范阐内，两本规范都允许使用。

　　显然，具有脆性失稳特征的构件要求具有较高的可靠度指怀。这点，在现行的几种钢结构规范中还未有所反映。因此，在设计平板网架结构时，当压杆有可能连续失稳时。压杆的可辐度指标应按照脆性破坏的要求选用，尽量给压杆的强度绍出定的富余度。

　　2正确选用轴心受压杆的+曲线在进行轴心受压杆稳定计算时，必须选择合适的稳定系数+的曲线。

　　比如说，我国现行的钢结构设计规范〉，1788规范规走了上，条+曲线；冷弯薄壁型钢结构技术规范08887有所不同，该规范只采用了条曲线；铁路桥涵设计规范1285中，对钢轴心压杆则规定了两条伞曲线高层建筑钢结构设计与施工规程中，更加规定了8而凡设计中如果遇到东钢结构设计规范0817 88的截面分类5.1.2中没有列人的压杆时，应该如何选用适当的+曲线呢，再如当设计选用由钢板冷弯成形后焊接而成的壁厚在3结构铯定要从整体进行分析我们首先分析轴心受压杆的变形问。

　　任何现实的杆件，其轴线井不可能赵几何学上的理论直线，也就是并非理想的直杆，而是具有微小弯曲的杆件，我们将这种弯曲称之为初始弯曲。

　　杆件。在它承受着逐渐加大的压力逐渐增大，假设初始弯曲的形状为正弦曲线的半个波，则初始挠度按坐标系为=如，据此建立的中衡方程式为瓦+阿杆央的挠度为5，=.13.

　　显而易，当=时，将无限增大，它的物理意义就是指杆件的弯曲刚度退化为零。杆件无法再保持稳定的平衡了。

　　从这分析可以得知，杆件的弯曲刚度随其所受压力增大而不断退化；当N达到临界值NE时，刚度退化为零。

　　这是分析稳定问时的个重要概念。这个概念不仅适用于单根压杆，也适用于框架等杆件体系。

　　既然杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体性问，那么，稳定分析也就应该从整体结构着眼。然而，当前在设计单层钢框架时，并不去计算框架本身的稳定性，而是用计筲柱子的稳定性来代替。应当注意的是，这只是种简化方法。它是把横梁对柱子的约束和柱脚所提供的约束，通过计算长度来加以体现的，这种简化只是在符合定条件时才是精确的。

　　钢结构设计规范081788中附4.2所给出的框架长度计算系数对于对称框架承受柱顶对称荷载时，和框架稳定计算是等价的即所谓的长度计算法。但是，如果条件发生变化，该方法就不能确切反映框架的稳定状态了。例如，当框架不对称或者荷载不对称时，如果要比较准确地解决稳定问，就需要将系数1加以修正。

　　既然长度计算法只是在特定条件下才能给出正确的结杲，设计者在应用规范中的系数时，就应该细心谨慎从事，首先应该在考察结构整体性的基础上再来运用这方法，而不是盲目地套用规范中的系数遇到特殊情况时，*好从框架的稳定来进行分析。

　　首先讨论框架的弹性稳定。

　　在进行单跨单层框架的弹性稳定分析时，有多种方法，如平衡法转角位移法刚度矩阵法等。此处不再详述，以下的分析采用了转角位移法。对于只承受重力荷载上。对于无侧移的框架，只要列出框架各节点弯矩的平衡方程，就可以求得临界荷载。对于有侧移的框架，除了应建立节点弯矩的平衡方程以外，还要建立框架剪力平衡方程才可求解。实际的结构其实都是同时承受重力荷载和水平荷载的。这样，在施加荷载以后，框架就会出现侧移。框架柱出现侧移以后，不可能在变形发展很大时还保持弹性。

　　因此，如果没有有效的防侧移措施，框架将在达到弹性临界荷载之前就会因塑性发展而失衡。

　　下面我们再讨论框架的塑性稳定。

　　要解决有侧移框架的稳定承载极限问，必须进行阶弹塑性分析。而这种分析计算比较复杂，因为框架的非弹性失稳是出现了定数量的塑性铰之后才发生的。而每出现个塑性铰，框架的刚度就发生较大变化。如果要算得精确些，包括考虑残余应力影响和塑性沿杆长分布的话，即是利用计箅机求解也需花费相当长的时间。实际工程中可以采用於6，法或其它的近似计箅法。同时还要注意，框架利用塑性必须保证构件的局部稳定和平面外稳定。

　　门式刚架多用于单层工业厂房，设计时可以参照冷弯薄壁型钢结构技术规范68887中第七章刚架的规定来计算其稳定问。冷弯薄壁型钢结构技术规范，81887附341所列的刚架柱计算长度系数和钢结构设计规范081788附42有侧移框架柱的计箅长度系数中的2=0和尺2=，两行的数字相同。不过注意的是横梁长度要按它的折线取用，而不是水平投影长度。如果柱子是变截面的，其计算长度由规范081887附342，得，如果横梁也是变截面的，其影响如何考虑，规范没有明确规定，须由设计者自行处理。

　　冷弯薄壁型钢结构技术规范〉1887还规定横梁在框架平面内仅按压弯构件计算其强度，无需计算平面内稳定性，因而规范甚至没有给出横梁在平面内的计算长度。如果横梁的坡度不大，以上规定是可行的。但是，如果横梁的坡度较大，或者屋脊处有悬挂荷载时，梁的轴力将会很大。这将造成两种后果，是梁对柱子的约束作用下降，使柱子的计算偏于不安全；是斜梁本身在框架平面内的稳定不能再被忽视。实际上，当坡度达到常用的13时，斜梁的轴力已是不容忽视的。

　　6，性设计时的稳定问腰我们知道，钢材具有良好的塑性功能，在设计钢结构时，可以考虑结构或构件发生定的塑性变形。钢结构设计规范，81788的第九章讲述的就是钢结构的塑性设计。所谓的塑性设计是指在起静定梁或者框架中允许出现系列塑性铰，直至形成机构为止。传统的塑性设计方法用的是刚塑性设计，没有计人1么效应，这就使得框架在形成刚塑性机构前会在框架平面内丧失整体稳定，使框架两种方法，是采用简化的阶矩弹塑性分析法；是采用柱稳定计算来代替框架的整体稳定计算，这也是现行规范所采用的方法。无论采用哪种方法，局部屈曲和平面屈曲都须予以防止。

　　对于单层框架，如果柱脚是铰接而非刚接，而且横梁的线刚度比柱子的线刚度小即横梁对柱的约束性小，阶效应的彭响是很小的。即使对于般的单层框架，其影响也不会太大。钢结构设计规范081788用柱子稳定计算来代替框架的整体稳定计算，完全可以保证结构的安全度。

　　塑性设计对于跨数较多的框架和单跨框架在稳定问上则有所不同。多跨框架中柱上端所连接的两根横梁的弯矩全部或大部抵消，因此，柱所受的弯矩很小，所以柱所需是说，柱的抗侧移能力较弱。这也就是为什么多跨框架必须作稳定性验算的原因。单层的多跨框架在失稳时有两种可能的形式其是倒向同侧的失稳；其是从中间倒向两侧的失稳即横梁跃越失稳。现行规范对此未作介绍，设计时可参考英国规范8859501990的规定。

　　7抗震设计中的稳定问铨广东省大部分地区的抗震设防烈度在六度及六度以上，在轻型钢结构的设计中也必须考虑抗簏设防。抗震设计中的稳定问和塑性设计有不少共同点。根据小震不坏，中震可修，大展不倒的设计原则，结构在罕遇地震的作用下允许出现塑性变形。对框架结构来说，也就意味着可以出现系列的塑性铰。因此，抗襄设计时结构也要面对在塑性发展的情况下不失稳的问。对于单层框架，可以参照塑性设计的原则进行处理。