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【摘 要】本文关于建筑钢结构稳定性，从钢结构稳定性的概念、钢结构设计的原则、钢结构稳定性的分析方法、钢结构稳定性设计的经验四个大项展开论述，从而使钢结构稳定设计不断完善。
【关键词】钢结构；稳定性；结构设计
我国正处于经济快速发展阶段，大量的建筑尤其是工业建筑应用钢结构的越来越多。工业建筑钢结构的稳定问题在结构设计中，设计人员应该注重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；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，就这个问题阐述了新型结构现存的问题，并且针对问题论述了产生的原因。钢结构的稳定性设计、在各种类型的钢结构中，由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生、为了更好地保证钢结构稳定设计中构件不失稳定，保证工程质量及使用安全，有必要对钢结构的稳定性设计进行详细探讨。
一、钢结构稳定性的概念
钢结构强度小或失稳都会造成结构破坏，但是强度与稳定的概念并不相同、钢结构的强度是一个应力问题，指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度、钢材以其屈服点作为极限强度、而稳定是一个变形问题，构件所受外部荷载与结构内部抵抗力间是不稳定的，关键是找出这一不稳定的平衡状态，避免变形急剧增长而发生失稳破坏。
确定结构体系、柱网：钢结构体系的确定主要考虑两个方面：横向结构系统和纵向结构系统。横向系统需要综合考虑建筑使用要求、刚度要求、结构受力情况、材料选用等具体情况来确定；纵向系统一般由相关构件如柱及其支撑、压架、车梁及制动梁或桁架、墙梁等组成、柱网则需要依据建筑使用要求、经济柱距及跨度、建筑美观等方面要求来设计、其它方面的考虑还包括造价、跨度、制作安装难度等。
二、钢结构设计的基本原则
建筑钢结构的设计必须符合一定的原则，确保所设计的结构合理，安全可靠。①所做结构设计应符合建筑物的使用要求，有足够的强度、刚度和稳定性，有良好的耐久性；②所设计结构应尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；尽可能缩短制造、安装时间，应便于运输、便于维护，减少成本；③尽量注意美观，对于外露结构有一定建筑美学要求。
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。
（一）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，如行架和框架都是如此。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。事故都和没有设置适当的支撑而造成出平面失稳。由平面桥架组成的塔架，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。
（二） 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析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。GBJ17-8 8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，即附有摇摆柱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。
（三）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。
三、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。
（一）平衡法
平衡法是求解结构稳定极限荷载最基本的方法，它是根据已产生了微小变形后结构的受力条件建立平衡方程而后求解的。平衡法只能求解屈曲荷载，但不能判断结构平衡状态的稳定性。在许多情况下，采用平衡法可以得到精确解。
（二）能量法
如果结构承受着保守力，可根据有变化结构的受力条件建立总的势能。如果结构处在平衡状态，那么总势能必有驻值。根据势能驻值原理，先由总势能对于位移的一阶变形为零，得到平衡方程，再由平衡方程求解出屈曲荷载。此种方法一般只能获得屈曲荷载的近似解。用总势能驻值原理可以求解屈曲荷载，而用总势能最小原理可以判断屈曲后平衡的稳定性。
（三）动力法
处于平衡状态的结构体系，施加微小干扰使其发生振动，当荷载小于稳定的极限值时，干扰撤去以后，运动趋于静止，结构的平衡状态是稳定的，当荷载大于极限值时，即使将干扰撤去，运动仍是存在的，因此结构的平衡状态是不稳定的；临界状态的荷载即为屈曲荷载，由结构振动频率为零的条件即可解得。
四、钢结构稳定性设计的经验
（一）借助于计算机技术和相关软件的发展，目前钢结构设计中结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可由计算机辅助完成，而由设计者对结构和构件的平面外强度及稳定计算，进行分析、计算和设计、为了提高效率和提供方便，在设计时可将整个结构按标高进行分解，简化成不同水平荷载作用下的多个布置形式的结构体系来进行强度和稳定的计算。
（二）受弯钢构件的板件局部稳定可以通过几种方式实现：①限制板件宽厚比，使之达到屈曲的极限承载能力，不在构件整体失效前屈曲；②允许板件在构件整体失效前屈曲，然后利用其屈曲后强度达到构件的承载能力；③对梁设置横向或纵向加劲肋，以解决不考虑屈曲后强度的梁的局部稳定问题。
（三）轴心受压构件和压弯构件局部稳定也可通过两种方式实现，分别是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比和控制腹板计算高度与其厚度之比，如果受压构件为圆管截面，则应控制外径与壁厚之比。
综上所述，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。现代工程史上不乏因失稳而造成的钢结构事故，钢结构中的稳定问题是钢结构设计中以待解决的主要问题，一旦出现了钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，而且会造成人员的伤亡，所以我们在钢结构设计中，一定要把握好这一关。
【关键词】钢结构；稳定性；结构设计
我国正处于经济快速发展阶段，大量的建筑尤其是工业建筑应用钢结构的越来越多。工业建筑钢结构的稳定问题在结构设计中，设计人员应该注重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；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，就这个问题阐述了新型结构现存的问题，并且针对问题论述了产生的原因。钢结构的稳定性设计、在各种类型的钢结构中，由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生、为了更好地保证钢结构稳定设计中构件不失稳定，保证工程质量及使用安全，有必要对钢结构的稳定性设计进行详细探讨。
一、钢结构稳定性的概念
钢结构强度小或失稳都会造成结构破坏，但是强度与稳定的概念并不相同、钢结构的强度是一个应力问题，指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度、钢材以其屈服点作为极限强度、而稳定是一个变形问题，构件所受外部荷载与结构内部抵抗力间是不稳定的，关键是找出这一不稳定的平衡状态，避免变形急剧增长而发生失稳破坏。
确定结构体系、柱网：钢结构体系的确定主要考虑两个方面：横向结构系统和纵向结构系统。横向系统需要综合考虑建筑使用要求、刚度要求、结构受力情况、材料选用等具体情况来确定；纵向系统一般由相关构件如柱及其支撑、压架、车梁及制动梁或桁架、墙梁等组成、柱网则需要依据建筑使用要求、经济柱距及跨度、建筑美观等方面要求来设计、其它方面的考虑还包括造价、跨度、制作安装难度等。
二、钢结构设计的基本原则
建筑钢结构的设计必须符合一定的原则，确保所设计的结构合理，安全可靠。①所做结构设计应符合建筑物的使用要求，有足够的强度、刚度和稳定性，有良好的耐久性；②所设计结构应尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；尽可能缩短制造、安装时间，应便于运输、便于维护，减少成本；③尽量注意美观，对于外露结构有一定建筑美学要求。
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。
（一）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，如行架和框架都是如此。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。事故都和没有设置适当的支撑而造成出平面失稳。由平面桥架组成的塔架，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。
（二） 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析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。GBJ17-8 8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，即附有摇摆柱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。
（三）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。
三、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。
（一）平衡法
平衡法是求解结构稳定极限荷载最基本的方法，它是根据已产生了微小变形后结构的受力条件建立平衡方程而后求解的。平衡法只能求解屈曲荷载，但不能判断结构平衡状态的稳定性。在许多情况下，采用平衡法可以得到精确解。
（二）能量法
如果结构承受着保守力，可根据有变化结构的受力条件建立总的势能。如果结构处在平衡状态，那么总势能必有驻值。根据势能驻值原理，先由总势能对于位移的一阶变形为零，得到平衡方程，再由平衡方程求解出屈曲荷载。此种方法一般只能获得屈曲荷载的近似解。用总势能驻值原理可以求解屈曲荷载，而用总势能最小原理可以判断屈曲后平衡的稳定性。
（三）动力法
处于平衡状态的结构体系，施加微小干扰使其发生振动，当荷载小于稳定的极限值时，干扰撤去以后，运动趋于静止，结构的平衡状态是稳定的，当荷载大于极限值时，即使将干扰撤去，运动仍是存在的，因此结构的平衡状态是不稳定的；临界状态的荷载即为屈曲荷载，由结构振动频率为零的条件即可解得。
四、钢结构稳定性设计的经验
（一）借助于计算机技术和相关软件的发展，目前钢结构设计中结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可由计算机辅助完成，而由设计者对结构和构件的平面外强度及稳定计算，进行分析、计算和设计、为了提高效率和提供方便，在设计时可将整个结构按标高进行分解，简化成不同水平荷载作用下的多个布置形式的结构体系来进行强度和稳定的计算。
（二）受弯钢构件的板件局部稳定可以通过几种方式实现：①限制板件宽厚比，使之达到屈曲的极限承载能力，不在构件整体失效前屈曲；②允许板件在构件整体失效前屈曲，然后利用其屈曲后强度达到构件的承载能力；③对梁设置横向或纵向加劲肋，以解决不考虑屈曲后强度的梁的局部稳定问题。
（三）轴心受压构件和压弯构件局部稳定也可通过两种方式实现，分别是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比和控制腹板计算高度与其厚度之比，如果受压构件为圆管截面，则应控制外径与壁厚之比。
综上所述，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。现代工程史上不乏因失稳而造成的钢结构事故，钢结构中的稳定问题是钢结构设计中以待解决的主要问题，一旦出现了钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，而且会造成人员的伤亡，所以我们在钢结构设计中，一定要把握好这一关。