大跨度钢构工业厂房结构稳定性设计探析

发布时间：2022-10-05 10:02 热度：

　　[摘要]针对钢构厂房稳定性设计的一些基本概念进行了简单评述,从设计角度解释了各类失稳破坏的特点,指出了典型结构的失稳类型;指出设计过程中的一些基本概念，钢结构的设计特点等。在此基础上,依据现行钢结构设计规范和国内外钢结构稳定性设计研究成果,结合工程实例,具体阐述了钢构厂房的稳定性设计方法。

　　[关键词]钢结构厂房，稳定性分析设计，失稳类型，工程案例

　　1引言

　　钢结构与钢筋混凝土结构相比具有：材质均匀、可靠性高、加工制造简单、工业化程度高、运输方便等特点,还具有强度高、自重较轻;塑性和韧性好等优点,已被广泛地运用到具有大跨度、大空间、分隔使用灵活、施工速度要求快、有较好抗震性能的仓库、办公室、工业厂房等设施。

　　由于工艺上的需要，有些工业厂房的车间高度、跨度比较大，柱距也比较宽，又有大吨位吊车，各层还有许多设备。考虑到钢构以上的优点，可采用大跨度钢构架型式，此结构建筑平面布置可以满足工业厂房的工艺要求，易于设置较大的空间。若采用钢砼结构形式，构件断面有可能过大，致使厂房使用空间变小、层高增高。且由于钢砼构件断面大、自重大，使得传至基础的荷载偏大，造成基础设计尺寸偏大，一般情况下大跨度工业厂房采用钢构架结构形式与采用钢砼框架结构形式相比更加经济可行。

　　钢结构区别于一般钢砼结构的一个最显著特点是其整体及局部稳定性，稳定性是钢结构的一个突出问题。建筑结构用的钢材具有很大的塑性变形能力，当结构因抗拉强度不足而破坏时，破坏前呈现较大变形。但当结构因稳定性不足而破坏时，可能在失稳前只有很小的变形，即呈脆性破坏的特征，因此一旦结构失稳造成破坏，由于破坏前变形很小，一般难以发现，脆性破坏具有突发性，破坏前没有预警，不能由变形发展的征兆及时得以防止，比塑性变形破坏更危险。因此如果对失稳问题处理不当，将造成严重的后果。

　　本文从大跨度钢结构厂房稳定分析与设计的角度，对稳定的基本概念进行了阐述,从直观的荷载-位移曲线出发,评述了失稳的基本类型及其特点(包括初始缺陷的影响),并指出了典型结构的失稳类型;在此基础上,从设计的角度解释了各类失稳破坏的含义;定性地讨论了如何预测结构的可能失稳类型、近似估计结构的临界荷载值;强调了概念设计和选择合理结构体系的重要性。结合实际工程案例，阐述了结构稳定分析设计过程及大跨度钢构工业厂房结构稳定性分析中值得关注的几个基本问题。

　　2、稳定与强度两个基本概念的区别

　　钢结构的强度设计是指结构或单个构件在稳定平衡状态下，荷载作用于结构所产生的最大应力(内力)是否大于钢材的强度设计值，是属于内力计算问题。强度设计值取决于钢材的特性，强度设计值取值见规范「1」表3.4.1-1~3.4.1-5。

　　结构失稳或屈曲是由于结构中的压力引起其几何形状突然改变而丧失承载能力的现象。是指外荷载与结构内部抵抗力间不稳定平衡状态，通过计算预测避免结构进入该状态。结构屈曲时所对应的荷载称为屈曲荷载或临界荷载。由于结构失稳可能产生灾难性的后果,所以在结构设计中,必须在承载能力极限状态验算中把稳定验算作为一个区别于强度验算的特例加以考虑。

　　3、结构失稳的类型和典型结构的失稳

　　线性结构分析中,常假设结构的变形非常微小,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,必须考虑由变形产生的次应力对结构的影响,结构的荷载--位移关系为非线性的，稳定分析和经典结构分析最大的不同点就在于此。结构的非线性荷载--位移关系曲线上的每一点都代表相应的平衡状态,均满足平衡方程、协调方程和本构方程,所以该曲线又称为平衡路径。在荷载--位移曲线上,若荷载随位移的增加而增加,则平衡状态是稳