【摘 要】 随着经济建设进程的加快，建筑工程中钢结构的规模与体系也得到了迅速的发展。建筑工程中钢结构的广泛运用，对于使用钢结构理论的建筑设计也日趋科学化和体系化。钢结构和以前传统的建筑材料相比，具有强度比较高、重量较轻、塑性和韧性较好、施工时间较短等特点，并且可以达到节能减排的作用。因此，建筑钢材料被广泛的应用到建筑工程当中。虽然其优点不少，然而其稳定性的控制也是钢结构在设计中需要解决的重要问题。若不加以重视，一旦出现钢结构失稳事故，一方面会带来严重的经济损失，另一方面也会造成人员的伤亡。因此，需要牢牢把握钢结构的稳定设计。
【关键词】 建筑工程；钢结构设计；稳定性；设计要点
引言：
与传统的钢筋混凝土结构相比，钢结构具有减少工程成本、提高抗震强度、节省空间等优点。高强度钢材的使用，施工技术的发展以及电子计算机的应用使钢结构体系的发展和广泛应用成为可能。钢结构日益发展的同时钢结构设计存在的问题也日益增多，稳定性是一个突出问题。本文主要就对建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点进行分析。
一、钢结构稳定设计的基本概念
（一）强度与稳定的区别
强度问题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，极限强度取决于材料的特性，对混凝土等脆性材料取它的最大强度，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，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。
（二）钢结构失稳的类型
1、稳定分岔失稳。按照结构稳定性分析理论，结构在达到临界状态时，从未屈曲的平衡位形过渡到无限临近的屈曲平衡位形，即由直杆而出现微弯。此后，变形的进一步增大，要求荷载增加。直杆轴心受压和平板在中面受压，都属于这种情况。板的屈曲后强度比较显著，在工程设计中往往可以利用。
2、不稳定分岔失稳。结构屈曲后只能在远比临界荷载低的条件下才能维持平衡位形。属于这种情况的有承受轴向荷载的圆柱壳和承受均匀外布压力的外球壳，钢结构常用的缀条柱和圆柱壳很相似。薄壁型钢方管压杆也在一定条件下表现出类似特性。这种屈曲也叫做“有限干扰屈曲”，因为在有限干扰下，在达到分岔屈曲荷载前就可能由未屈曲平衡位形转到非临近的屈曲平衡位形。
3、极值点失稳。极值点失稳是指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了稳定的能力，发生失稳时的荷载值就是构件的实际极限荷载，这类的平衡状态是渐变的，与平衡分岔失稳具有本质的区别。
4、跨越失稳。跨越失稳不存在平衡分岔点，也没有极值点，是失稳发生后又跳跃到另一个稳定的平衡状态。
二、钢结构设计的稳定性与设计原则
强度、刚度和稳定性是三个不同的概念，强度表示结构中的材料能够承受的最大应力，刚度表示其抵抗变形的能力，失稳表示结构不再能够保持原来的平衡状态继续承受附加荷载（虽然此时最大应力达不到材料的屈服强度）。强度和稳定性代表结构的极限状态，即结构不再有继续承受荷载、抵抗进一步变形的能力，刚度到了零的状态。因此刚度这一概念对于描述结构的状态更为重要，刚度是结构居第一位的性质。借助刚度概念，强度和稳定性的概念可以统一。
为了更好的保证钢结构稳定设计中构件的稳定性，实际设计时必须遵守以下三项原则。
（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）结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致。目前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。
（3）满足构件的稳定计算必须与设计结构的细部构造保持一致，在钢结构的设计中，要使得构造设计和结构计算相互匹配。设计者要区分某些节点的连接是否传递弯矩，从而针对性的赋予其足够的柔度和强度。设计者注意构件细部的设计与处理，如设计桁架节点时，要注意减少杆件偏心的问题等。
三、建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点
（一）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：
（1）钢结构失稳，在形式上具有多样化特点。有时，某一部位从表面上看并不受压或不是主要受压，但仍然会出现屈曲失稳问题。例如在简支钢板梁的端部复板处，一般情况下弯曲正应力较小，比较大的是剪应力。然而，纵横两个方向的剪应力相结合，就可能形成较大的斜向压应力，并导致复板局部失稳。此外，结构的某些部位也有可能随结构变形由不受压变为受压而导致失稳。
（2）对于结构来说，它是由各个杆件组成为一个整体的。当一个杆件发生失稳变形后，它必然牵动和它刚性连接的其他杆件。因此，杆件的稳定性不能就某一根杆件去孤立地分析，应当考虑其他杆件对它的约束作用。这种约束作用是要从结构的整体分析来确定的，这就是结构稳定的整体性问题。
（3）稳定的相关性，指不同失稳模式的偶合作用。例如，单轴对称的轴心受压构件，当在对称平面外失稳时，呈现既弯又扭的变形，它是弯曲和扭转的相关屈曲。另外，局部和整体稳定的相关，还常见于冷弯薄避型钢构件。其壁板的局部屈曲一般并不立刻导致整体构件丧失承载能力，但它对整体稳定临界力却有影响。对于存在缺陷的杆件来说，局部和整体之间相互影响更具有复杂性。
（4）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，还要做二阶分析，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。
（二）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。
（三）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。
四、高层钢结构抗震设计
钢结构具有承载力高、抗震性能好、施工周期短等特点，特别适用于高耸的高层建筑。在高层钢结构抗震设计中，节点连接良好的抗震设计是保证结构安全的重要一环。连接节点应满足强度、延性和耗能能力三方面的要求，其连接强度应高于相连构件端部的屈服承载力，并且必须有较大的变形能力，用以弥补强度方面的缺陷。钢材本身具有很好的延性，但这种延性在结构中不一定能体现出来，这主要是由于节点局部压曲和脆性破坏而造成的，因此在设计中应采用合理的细部构造，避免应变集中而形成较大的约束应力。在钢材的选用上应满足强度、塑性、韧性及可焊性的要求。钢材强度指的是抗拉强度和屈服强度，钢材应具有较高的强屈比，其屈服强度的上限值和下限值应适当。钢材的塑性表现在伸长率和冷弯性能两项指标上，反映钢材承受残余变形量的程度及塑性变形能力。对抗震结构还必须满足冲击韧性的要求。钢材另一重要的基本要求是对化学成分含量的限制，它将直接影响结构的可焊性，应控制钢材的碳当量。在高层钢结构中，厚钢板的应用较为广泛，在梁一柱节点范围，当节点约束较强，板厚等于或大于40mm时，应附加要求板厚方向的断面收缩率，以防发生平行于钢材表面的层状撕裂现象。
五、结语
总的来说，社会经济的迅猛发展带动了建筑行业的前行，同时对于建筑工程本身结构设计的安全性能提出了更高的要求。建筑工程中钢结构的稳定性设计对于建筑整体的安全稳定性能起到支撑性的重要作用，与人民群众的生命安全和建筑工程的经济收益有着紧密的关联，因此需要建筑工程设计人员给予足够的重视。
参考文献：
[7]钢结构保障性住房建设西部论坛在乌鲁木齐举行.结合示范工程开展研讨、通过技术创新改进性能[J].中国建筑金属结构.2014（10）
[8]钢结构住宅产业化课题组专家考察钢结构住宅应用项目[J].中国建筑金属结构.2014（10）
[9]刘书杰.一种计算钢箱梁支承加劲肋的简化方法[J].中国市政工程.2014（05）
[10]何晖，乔大伟，侯琳.钢框架结构抗震性能分析[J].四川建筑科学研究.2014（05）