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摘要：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，另一方面，因其结构失稳破坏造成的人员伤亡、财产损失的事故案例也层出不断，而失稳破坏的原因通常是结构设计缺陷所致。论文通过对钢结构稳定性设计的概念、原则及分析方法的总结，结合工程设计实践谈谈对钢结构稳定性设计的体会本文在分析钢结构强度与稳定的区别、钢结构稳定性研究中存在的问题、钢结构设计的原则与特点的基础上，对钢结构的设计进行阐述。
关键词：钢结构；结构稳定；结构设计；加固
1 钢结构体系稳定性研究现状
迄今为止，对钢结构基本构件的理论问题的研究已较多，基于各种数值分析的稳定分析已较成熟。但对构件整体稳定和局部稳定的相互作用的理论和设计应用上还有待进行深入的研究。由于结构失稳是网壳结构破坏的重要原因，所以网壳结构的稳定性是一个非常重要的问题，正确的进行网壳结构尤其是单层网壳结构的稳定性分析与设计是保证网壳的安全性的关键。自六十年代以来，网壳结构的非线性稳定性分析一直是国内外学者们注意的焦点。英、美、德、意大利、澳大利亚、罗马尼亚、波兰等国的研究人员进行了多方面的理论方面的理论分析和研究。各种方法如牛顿 - 拉斐逊迭代法、弧长法、广义逆法、人工弹簧法、自动求解技术、能量平衡技术等使跟踪屈服问题全过程，得到结构的下降段曲线成为可能。国内学者关于网壳结构稳定性也进行了大量研究。
2 强度与稳定的区别
稳定问题是力学中的一个重要分支，与强度问题有着同等重要的意义。结构的稳定分析是结构分析的重要组成部分。半个多世纪以来，随着新材料、新技术突破性的发展，大跨度空间结构在世界范围内得到了广泛的应用。随着国家经济实力的增强和社会发展的需要，最近几年各种大跨度结构在我国也得到了大量的应用。这些大跨度空间结构具有极强的几何与材料非线性特征，杆件单元以承受轴向力为主，此时结构的承载能力常由其稳定性所控制，结构失稳时具有和脆性断裂相似的特性，即结构的失稳破坏往往突然发生，没有明显的征兆。这种破坏常会造成大量的人员伤亡和巨大的经济损失，因此对这类结构的稳定性能特别是双重非线性稳定理论的研究具有特别重要的意义。失稳的真正含义是几何突变，即在任意微小的外力干扰下物体或结构的几何形状发生极大的改变。在撤除了这个任意微小的外力后，物体或结构并不恢复到原来的几何形状。事实上稳定的定义并非统一，关键在于将这种现象放在哪一种理论系统中研究。一种被广为接受的解释是：失稳的发生意味着稳定平衡向不稳定平衡的转移而达到一个新的稳定的平衡。可能发生平衡转移的那个瞬间即为临界状态。关于稳定平衡或不稳定平衡的定义及其判断成为我们关注的重点。从力学上讲，当局部杆件发生失稳时，应力急剧下降，相邻构件必须承担起本由失稳构件承担的荷载使得应力发生重分布。如相邻构件能够承担重分布的荷载，则结构是稳定的，否则结构是不稳定的。在经典的线性结构分析中，常假设结构的变形非常微小，甚至可以忽略，所以平衡方程可按变形前的几何位置建立，从而结构的荷载—位移关系为线性的。由于失稳将引起结构几何形状发生明显改变，所以在结构稳定分析时，必须考虑变形对结构内力的影响，平衡方程必须按变形后的位置建立，这时结构的荷载—位移关系为非线性的，因此实际结构屈曲前和屈曲后分析都必须采用非线性分析的方法。这是稳定分析和经典结构分析最大的不同点。结构的稳定性能可以从非线性的荷载—位移关系曲线中得到完整的概念，因为曲线上的每一点都代表相应的平衡状态，曲线上的每一点均满足平衡方程、协调方程和本构方程，因而该曲线又称为平衡路径。在平衡路径上，若荷载随位移的增加而增加，则平衡状态是稳定的；若荷载随位移的增加而降低，则平衡状态是不稳定的，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。
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的最大应力是否超过建筑材料的极限强度，因此，这是一个应力问题。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稳定是结构所处的一种状态。
3 钢结构失稳的分类
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；第二类稳定问题是不稳定的对称分叉失稳；第三类稳定问题为不对称的分叉失稳。第四类稳定问题为跳跃失稳。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，其他构件也都有个别缺陷影响问题。另一方面就是深入对构件屈曲后性能的研究。
4 钢结构稳定性研究中存在的问题
4.1 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，梁--柱单元不一定能真实反映网壳结构的受力状态，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，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。
4.2 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。
5 钢结构设计的原则
5.1 结构整体布置必须考虑整个体系以及构件局部稳定性的要求
保证平面结构不致出出平面失稳，需要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件，平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致，由平面桁架组成的塔架，需要注意杆件的稳定和横隔设置之间的关系。
5.2 结构计算简图和实用计算方法所依据的简图必须一致
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。
6 结论
钢结构稳定问题是很复杂的，尤其当构件存在初始缺陷、残余应力以及非线性因素的影响时 ，就更增加了解决稳定问题的难度。另外，在工程结构稳定性的研究领域中，还存在很多尚未解决的难题。比如：大跨度桥梁、大跨度薄壳、大跨度大空间网壳、高层与超高层建筑结构的双重非线性动力稳定性等问题，只有深入研究并解决这些难题，钢结构稳定设计理论才会不断地完善。
参考文献：
[1]陈铭，何丽丽，巩伟平.浅谈钢结构稳定性设计.山西建筑，2008，2.
[2]郑金泰.探究钢结构稳定性设计，2008（29）.
[3]吴文德.浅析钢结构的稳定设计.吉林工程技术师范学院学报，2008，8.