钢结构稳定性问题浅析

Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１１（３），Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．１４４ 钢结构构件稳定性问题浅析 朱召泉 （河海大学土木与交通学院，南京　２１００９８） 摘　要：针对钢结构稳定问题，提出在设计过程中设计人员应了解和掌握的一些基本概念，如强度与稳定的区别， 失稳的分类，钢构件稳定设计原则；采用对比分析方法， 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 了３类钢构件的稳定性概念，梳理了钢构件稳定性设 计原理，为钢构件稳定性问题的掌握和应用理清了思路。 关键词：钢构件；稳定性；原理；概念；对比分析 Ａ　ＢＲＩＥＦ　ＡＮＡＬＹＳＩＳ　ＯＦ　ＳＴＡＢＩＬＩＴＹ　ＡＢＯＵＴ　ＳＴＥＥＬ　ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ　ＭＥＭＢＥＲＳ Ｚｈｕ　Ｚｈａｏｑｕａｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９８，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｓｏｍｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｄｅｓｉｇｎ，ｉｔ　ｂｒｉｎｇｓ　ｕｐ　ｓｏｍｅ　ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ　ｄｉｓｔｉｎｃｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｂｕｃｋｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｍｅｍｂｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｗｈｉｃｈ　ｎｅｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｇｒａｓｐｅｄ　ｂｙ　ｄｅｓｉｇｎｅｒ．Ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｂａｓｉｃ　ｓｔｅｅｌ　ｍｅｍｂｅｒｓ　ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｉｔ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｈｅｌｐｆｕｌ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍａｎｄ　ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｍｅｍｂｅｒｓ　ｆｏｒ　ｄｅｓｉｇｎｅｒ． ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｓｔｅｅｌ　ｍｅｍｂｅｒｓ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ 作　者：朱召泉，男，１９６３年出生，教授。 Ｅｍａｉｌ：ｚｚｑ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 收稿日期：２０１０－１２－０１ 　　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。如处理不好，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，其中影响最大的是１９０７年加拿大 魁北克一座大桥在施工中破坏（图１），９　０００ｔ钢结 构全部坠入河中，桥上施工的人员中有７５人遇难。 其破坏是由于悬臂的受压下弦失稳造成的。１９１６ 年９月１１日，该桥重新建造时，出现了二度坍塌。 这是早期工程中，由于对钢结构稳定问题重视不够 而引起的典型工程事故。近年来，国内在建钢结构 工程也时有稳定性问题引发的工程事故。图２为国 内某钢屋盖，因受压上弦杆平面外的支撑布置不足， 出现了因平面外失稳而导致的破坏。 图１　加拿大魁北克大桥的破坏情况［１］ ａ－屋盖破坏情况；ｂ－有屋盖支撑时的屋架上弦平面外 计算长度；ｃ－无屋盖支撑时的屋架上弦平面外计算长度 注：ｌｙ 为上弦杆在屋架平面外的计算长度；ｌｗ 为上弦杆的扭转计 算长度。 图２　某钢结构屋盖的破坏情况［１］ １ 朱召泉：钢结构构件稳定性问题浅析 钢结构　２０１１年第３期第２６卷总第１４４期　 　　通过钢结构失稳破坏原因分析发现，钢结构中 出现过的失稳事故往往都是由于设计者的经验不 足，对结构及构件的稳定性能不够清楚，对如何保证 结构稳定缺少明确概念，造成一般性结构设计中不 应有的薄弱环节。本文旨在对钢结构构件稳定性的 一些基本概念进行简要的分析对比，以使钢结构工 程人员在设计和施工过程中能概念清晰地处理钢结 构稳定问题。 １　钢结构设计的基本要求 根据ＧＢ　５００１７－２００３《钢结构设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》［２］，钢 结构的设计必须满足安全性、适用性和耐久性，即结 构的可靠性。对于具体的钢结构设计则要满足强 度、刚度和稳定性要求。为了对稳定问题有一清楚 的理解，对强度、刚度和稳定性概念进行对比分析。 强度是极限承载能力状态中的安全性控制指 标，表示结构中的材料能够承受的最大应力，一般属 于构件薄弱截面处的截面应力问题，是构件在载荷 作用下抵抗破坏的能力；刚度是正常使用极限状态 中的结构适用性问题，是构件在载荷作用下抵抗变 形的能力；稳定性也是极限承载能力状态中的安全 性控制指标，是构件在载荷作用下保持原有平衡形 态的能力，失稳则表示结构或构件不再能够保持原 来的平衡形态，但仍可继续承受进一步的荷载（此时 最大应力可能达不到材料的屈服强度）。 ２　轴心受压构件的稳定性 ２．１　轴心受压构件的整体稳定性的基本认识 根据ＧＢ　５００１７－２００３规定，钢构件的设计必 须满足强度、刚度和稳定性要求。而稳定问题与强 度问题和刚度问题的关系与区别如何，是正确理解 构件稳定性问题的本质与准确掌握如何提高轴压杆 稳定性的措施和方法的前提。作为轴压杆设计和计 算的３个基本要素，强度和稳定性是影响构件承载 能力的要素，刚度是影响构件正常使用的条件。但 就其本质来讲，构件的强度问题是截面的应力问题， 当某一截面（最大内力处或最弱截面处）的最大应力 达到了钢材的强度，就面临着强度破坏。而轴压杆 的整体稳定问题，本质上是一刚度问题，当构件很长 且截面轮廓（或回转半径）较小时，即构件很细长时 （长细比λ很大），构件就面临着丧失稳定而破坏的 可能性。整体失稳的瞬间对应着构件刚度退化为零 的趋势（即荷载不增大，变形突然增大且不可逆）。 因此，提高构件的强度承载力，可以采用高强度 钢材或加大构件截面积来实现。而稳定承载能力本 质上与构件的整体刚度有关，采用高强度钢材并不 能提高构件的整体刚度，故受整体稳定性控制的轴 压杆采用高强度钢材并不能充分发挥其强度，而应 该设置柱间支撑以减小构件计算长度，或增大构件 截面的回转半径而选用肢宽壁薄型的截面，以降低 构件的长细比，增大其刚度，从而提高轴压杆的整体 稳定性。 ２．２　轴心受压构件整体稳定性的概念 轴心压杆的稳定问题分析模型有两类，一类是 理想化的（或完善的）构件，即稳定分析时，忽略初始 缺陷（如构件初弯曲、荷载初偏心和残余应力等）的 影响；另一类是实际的结构构件，稳定分析时考虑上 述初始缺陷的影响。理想构件的稳定性分析对于建 立轴心压杆稳定性的概念比较简捷，而对实际构件 的分析是结构设计的基础。 ２．２．１　轴心受压构件的整体失稳现象 如前所述，稳定问题本质上属于刚度问题，当构 件（杆）刚度不足而丧失整体稳定时，对于理想的轴 压杆，初始的直线平衡不再保持稳定，构件将由直线 平衡向另一平衡状态（非直线状态）转化，两种平衡 状态转换点所对应的荷载值即为轴心压杆的临界荷 载。非直线状态的表现形式即为轴心受压构件的屈 曲形式，即整体失稳现象。根据构件非直线的可能 状态，轴压杆的失稳现象表现为弯曲屈曲、扭转屈曲 和弯扭屈曲［３］（图３）。实际所设计的轴压杆究竟会 出现何种形式的屈曲，需要根据构件的抗弯刚度、抗 扭刚度及截面的形式和尺寸判别。构件屈曲形式的 正确判别是进行轴压杆整体稳定计算的前提。对于 ａ－弯曲屈曲；ｂ－扭转屈曲；ｃ－弯扭屈曲 图３　轴心受压构件的屈曲形式 双轴对称截面的轴压杆，因为截面的形心与剪切中 心（扭转中心）重合，当轴心压力通过截面形心即扭 转中心时，根据构件抗弯刚度和抗扭刚度的强弱对 ２ 科研开发 Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１１（３），Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．１４４ 比，构件的失稳将表现为弯曲屈曲或扭转屈曲，即轴 压杆只弯不扭或只扭不弯；对于单轴对称截面或无 对称轴截面的轴心压杆，因为截面的形心与扭转中 心（剪切中心）不重合，若绕某一形心轴发生弯曲时， 伴随产生的剪力不通过扭转中心，轴压杆绕该形心 轴弯曲的同时，还将因伴生的剪力不通过剪切中心 而引起扭转，故轴压杆的整体失稳表现为弯扭屈曲。 ２．２．２　轴心受压构件的失稳原因及防治措施 前已述及，轴心受压构件的整体失稳是由于构 件的长细比太大，致使构件的抗弯刚度或抗扭刚度 不足所致。故布置柱的侧向支撑、加强柱端约束以 减小压杆的计算长度，采用肢宽壁薄型的实腹式或 格构式压杆，以较小的截面面积获得较大的回转半 径，从而减小轴心压杆的长细比，是提高轴心压杆整 体稳定承载力的有效措施。 ２．２．３　影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素 构件的长细比，引致轴压杆提早出现弯、扭变形 的初始缺陷如构件初弯曲或荷载初偏心，引致构件 部分截面提早进入塑性从而降低了构件弹性刚度的 残余应力等，均是影响轴心压杆整体稳定承载力的 主要因素。 ２．３　轴心受压构件整体稳定性的计算 轴心受压构件整体稳定承载能力的分析和计算 有两种类型：一是理想化轴压杆的计算，即按分岔屈 曲计算所得的临界荷载或临界应力，如公式（１）；二 是实际工程中的轴心压杆，考虑初始缺陷等影响后， 按极限承载能力分析方法采用数值积分计算分析得 到的极限承载力或极限应力，如公式（２）。而设计规 范［２］推荐的轴压杆整体稳定计算公式为公式（３）。 Ｐｃｒ＝π２　ＥＩ／（μｌ） ２ ，σｃｒ＝π２　Ｅ／λ２ （１） Ｐｕ＝σｕＡ，φ＝σｕ／ｆｙ （２） σ＝Ｎ／Ａ≤σｕ／γＲ ，Ｎ／（φＡ）≤ｆ （３） 对于理想化的轴心压杆，公式（１）表明：完善的 轴压杆的临界应力只与构件的长细比λ有关，而与 构件所用钢材的强度无关，即稳定问题与刚度大小 有直接关系。规范所推荐的设计公式（３）中的轴心 压杆整体稳定系数φ，可从公式（２）看出，它是整体 屈曲时所对应的极限应力与钢材屈服强度的比值， 本质上可以理解为轴压杆稳定极限承载力相对于强 度极限承载力的折减系数，故轴心压杆实际需要验 算整体稳定性的情况时，对应的整体稳定系数应该 是小于１．０的。 ２．４　轴心受压构件局部稳定性的概念及相关计算 轴心压杆的整体屈曲是由于轴压杆的整体刚度 （由长细比λ衡量）不足引起的，而轴压杆的组成板 件，若弯曲刚度不足，在构件未达到整体极限承载力 之前，各组成板件会出现偏离原来的初始平衡状态 而产生凸凹变形，此种现象称为薄板丧失局部稳定。 而薄板的弯曲刚度可由板的宽厚比ｂ／ｔ来衡量。 ２．４．１　局部稳定性的概念 对照轴压杆整体稳定的相关概念，并结合薄板屈 曲承载力的计算，可以建立起轴心压杆局部稳定问题 的相关概念。如薄板局部屈曲的原因主要是由于薄板 的宽厚比ｂ／ｔ（或高厚比）太大，使屈曲应力远低于轴心 压杆所用钢材的屈服强度或整体屈曲极限应力所致； 薄板局部失稳的现象则表现为板件出现偏离原来的初 始平板平衡状态而产生凸凹变形。影响薄板局部稳定 性的主要因素是与薄板产生凸凹变形的可能性及其大 小相关联的，如板的周边支承条件、初弯曲缺陷、荷载 初偏心（偏离板中面）、板的宽厚比等。 通过总结薄板局部屈曲的原因和影响因素，可 以得出防止薄板局部屈曲的措施：若从失稳原因采 取措施，问题最简单，只要减小板件宽厚比即可，但 该措施对宽度较大的部件如较大工字形截面的腹 板，若防止板件局部的凸凹变形而增大整幅板的厚 度将不太经济，即增大板件厚度来减小宽厚比的措 施比较适合于宽度不大的工字形截面翼缘；对于较 大工字形截面的腹板，可从薄板局部失稳的现象入 手采取防止措施，如前所述，薄板失稳的现象为板的 凸凹变形，则可以在腹板两侧布置加劲肋防止其凸 凹变形。加劲肋的种类有纵向加劲肋和横向加劲 肋，有效的措施是应该布置与薄板凸凹变形的分界 线（称为节线）相垂直的加劲肋，而节线的方向一般 与薄板所受的主压应力方向正交，对于轴心压杆的 腹板，节线沿截面腹板高度方向即横向，故布置纵向 加劲肋将会效果明显。 ２．４．２　局部稳定性的计算 实腹式轴心压杆局部稳定的计算，可分为屈曲 前的问题和屈曲后的问题两种情况。板件宽厚比或 高厚比限值的确定即是屈曲前的问题，现行设计规 范［２］中，对于轴心压杆局部稳定计算时板件宽厚比 的限值确定原则为：在构件整体屈曲以前不允许出 现局部屈曲，即以轴心压杆平均压应力表示的板件 局部屈曲的临界应力应不小于构件整体屈曲时对应 的极限应力。根据此计算原则，则可得到实腹式轴 心压杆中与构件长细比λ有关的板件宽厚比ｂ／ｔ（或 ｈ／ｔ）限值的计算公式。但对于截面高大的工字形截 面的腹板，若完全控制腹板高厚比ｈ／ｔ的限值，势必 ３ 朱召泉：钢结构构件稳定性问题浅析 钢结构　２０１１年第３期第２６卷总第１４４期　 使得腹板太厚，从而不经济，若布置过多的加劲肋， 则使构造和制作太麻烦。因此，规范规定，在一定条 件下（如静力荷载或受间接动力荷载作用），可以允 许薄板局部屈曲，只要薄板局部屈曲后不致引发整 体破坏即可。实腹式轴心压杆薄板屈曲后的承载能 力是属于屈曲后的强度问题，即薄板靠近纵向边界 附近的压应力超过局部屈曲所对应的临界应力后至 发生强度破坏所对应的屈服强度过程中，薄板所发 挥的进一步承载能力［３］，即局部屈曲后的承载潜力。 对于工字形截面的轴心压杆，在翼缘满足局部稳定 的条件下，受到翼缘边界约束的腹板即可考虑屈曲 后承载能力的计算；对于箱形截面腹板和翼缘，若高 （宽）厚比很大，也可考虑屈曲后承载能力。 ３　钢梁的稳定性 ３．１　平面受弯钢梁的整体稳定性 ３．１．１　钢梁整体失稳的现象 对于平面弯曲钢梁，当梁所受的弯矩 Ｍ＜Ｍｃｒ 时（Ｍｃｒ为临界弯矩），梁仅产生在弯矩作用平面内的 弯曲变形，承载能力由强度条件控制；当 Ｍ≥Ｍｃｒ 时，钢梁会突然发生较大的侧向弯曲和扭转（弯扭失 稳），梁随之失去承载能力。这种现象称为钢梁丧失 整体稳定性，也称梁发生侧扭屈曲。 ３．１．２　失稳原因分析 对于平面弯曲的钢梁，在截面设计时，为提高弯 曲强度和抗弯刚度，通常梁的截面高度ｈ取得较大， 而翼缘宽度ｂ取得较小，这样材料的强度利用率高 （因为在弯矩作用平面的截面抵抗矩Ｗｘ 和抗弯刚 度ＥＩｘ 大），用材经济。但是此类高窄截面的侧向 抗弯刚度ＥＩｙ 和抗扭刚度（ＧＩｔ、ＥＩｗ）较低，由此得 到的临界弯矩较小，易发生整体失稳。钢梁整体失 稳的主要原因是由于在弯曲压应力作用下，类似于 轴心受压构件的受压翼缘发生侧向失稳所致。 ３．１．３　影响钢梁整体稳定性的主要因素 荷载类型、荷载作用点高度、梁截面形式和尺 寸、梁端约束条件、受压翼缘平面的侧向支撑情况等 均对钢梁的整体稳定性有影响。 ３．１．４　防止钢梁整体失稳的措施 由于影响钢梁整体失稳的主要原因是在弯曲压 应力作用下，受压翼缘发生侧向失稳所致。为避免 钢梁整体失稳，则要防止受压翼缘发生侧向失稳。 故此，可以把轴心受压构件整体稳定性的概念运用 到钢梁受压翼缘在弯矩作用平面外的稳定性。根据 轴压杆的概念，应通过设置侧向支撑以减小梁受压 翼缘的侧向自由长度，或加大受压翼缘宽度以减小 侧向的回转半径。因此，受压翼缘若满足下列条件， 梁的整体稳定性则可保证而不必验算：１）有刚性铺 板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连时；２）工 字型截面简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比 不超过某一规定的限值时；３）箱形截面梁，当ｈ／ｂ０≤ ６（即非高窄截面），且ｌ１／ｂ０ ≤９５·（２３５／ｆｙ）时。 ３．２　钢梁的局部稳定性 一般在钢梁截面设计中，考虑强度时，腹板宜既 高又薄；考虑整体稳定时，翼缘宜既宽又薄。在荷载 作用下，若板件宽厚比太大，受压翼缘和腹板有可能 发生波形屈曲，称为梁的局部失稳。梁丧失局部稳 定后，梁的部分区域退出工作，将使梁的有效截面积 和刚度减小，强度承载力和整体稳定性降低。与轴 心压杆的局部稳定问题类似，若局部稳定不满足要 求，对于宽度不大的钢梁受压翼缘，可直接从失稳原 因入手，限制宽厚比；而对于中大跨度梁的腹板，可 从失稳现象（出现凸凹屈曲）入手，采取布置腹板加 劲肋防止其凸凹变形的措施，以解决局部稳定问题。 不管采取哪种措施，首先须计算钢梁受压翼缘 或腹板局部失稳时所对应的宽厚比（或高厚比限 值）。钢梁局部稳定条件所控制的板件宽厚比限值， 与轴心受压构件不同，比较经济合理的钢梁截面设 计应使其强度承载能力得到充分发挥。故 ＧＢ ５００１７－２００３［２］规定：以钢梁在不同应力状态（弯曲 正应力、剪应力或局部承压应力）、不同工作条件（弹 性、弹塑性、塑性）下，强度破坏前不发生局部失稳来 确定梁受压翼缘和腹板宽厚比或高厚比的限值。超 过该限值后，必须采取构造或计算措施。 ４　压弯构件的整体稳定性 同时承受弯矩和轴向压力的构件称为压弯构 件，也常称为梁柱，意为与梁刚接的框架柱。压弯构 件中，弯矩产生的原因各种各样，若只在一个平面内 产生弯矩，则称为单向压弯构件，若两个平面均有弯 矩作用，则称为双向压弯构件。下面仅以单向压弯 构件为例浅析其整体稳定性概念。 与完善的轴心受压构件的分岔屈曲不同，在荷 载作用下压弯构件在弯矩作用平面内即开始出现弯 曲变形，随着荷载的不断增大，变形不断增大，当达 到弯曲变形形式不再能保持稳定的极限位置时，压 弯构件即丧失整体稳定。故压弯构件在弯矩作用平 面内的失稳属于极值点问题。但与压弯构件的强度 ４ 科研开发 Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１１（３），Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．１４４ 问题不同，进行整体稳定性分析时，是以变形后构件 的瞬时位置建立平衡方程，故对于压弯构件，须考虑 轴向压力Ｐ对构件弯曲变形挠度δ产生的附加弯 矩影响，该附加弯矩相对于外荷载直接产生的弯矩 （称为一阶弯矩），通常称为二阶弯矩，简称为Ｐ －δ 效应，即构件自身的二阶效应。对于有侧移的框架， 进行稳定分析时，还存在框架整体的Ｐ －Δ效应。 对于压弯构件弯矩作用平面内的整体稳定分 析，需要考虑上述二阶弯矩的影响，即Ｐ －δ效应。 通常由一般结构力学分析所得的一阶弯矩值乘一弯 矩增大系数即可。对于两端作用大小相等弯矩的情 况（即均匀受弯），该弯矩增大系数可用 （１－ Ｎ／Ｎ′Ｅｘ）计算；对于不同的荷载作用情况，则用等 效弯矩系数βｍｘ来考虑弯曲荷载作用形式的变化。 压弯构件在弯矩作用平面外的稳定性与平面弯 曲钢梁的整体稳定性概念类似，采取的措施也与防 止钢梁整体失稳的方法类似，不再赘述。 为了便于对照分析与理解，将３类钢结构基本 构件的稳定性概念对比列入表１。 表１　各类钢构件稳定性概念的对比情况 稳定问题类型 轴心受压构件 平面受弯钢梁 单向压弯构件 整 体 稳 定 失稳的现象 弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲 出弯矩作用平面的侧向弯扭屈曲 弯矩作用平面内的弯曲屈曲，或弯 矩作用平面外的弯扭屈曲 失稳的类型 理想化构件：分叉屈曲 实际构件：极值点失稳 理想化构件：分叉屈曲 实际构件：极值点失稳 弯矩平面：极值点失稳 弯矩平面外：分叉屈曲 失稳的原因 构件长细比太大、抗弯刚度、抗扭刚 度不足 弯矩作用平面外的抗弯刚度、抗扭 刚度不足 构件长细比太大、抗弯刚度、抗扭刚 度不足 稳定性影响因素 构件长细比、初弯曲、初偏心、残余 应力、约束条件、截面形式等 荷载类型、作用点高低、截面形式及 尺寸、受压翼缘侧向支撑情况等 弯矩作用情况、构件长细比，截面形 式、支撑布置情况等 防止失稳措施 布置支撑减小构件计算长度、选用 轮廓较开展的截面以增加回转半 径、减少构件初始缺陷等 加强受压翼缘平面外的侧向支撑、 增大受压翼缘的宽度———以增大梁 的侧向弯、扭刚度 加强构件的侧向支撑、增大构件的 抗弯、抗扭刚度 局 部 稳 定 失稳的现象 实腹式构件的翼缘或腹板出现凸凹 屈曲变形 实腹式构件的翼缘或腹板出现凸凹 屈曲变形 实腹式构件的翼缘或腹板出现凸凹 屈曲变形 失稳的类型 分叉屈曲 平板：凸凹弯曲变形 分叉屈曲 平板：凸凹弯曲变形 分叉屈曲 平板：凸凹弯曲变形 失稳的原因 板件宽（高）厚比太大 板件宽（高）厚比太大 板件宽（高）厚比太大 稳定性影响因素 板件宽（高）厚比、板的边界支承条 件、长短边比值 板件宽（高）厚比、板的边界支承条 件、长短边比值、应力作用状态 板件宽（高）厚比、板的边界支承条 件、长短边比值、应力作用状态 防止失稳措施 措施一：从失稳原因入手，减小宽厚 比→翼缘；措施二：从失稳现象入 手，布置纵向加劲肋→腹板 措施一：从失稳原因入手，减小宽厚 比→翼缘；措施二：从失稳现象入 手，布置横向、纵向或纵横向加劲肋 →腹板 措施一：从失稳原因入手，减小宽厚 比→翼缘；措施二：从失稳现象入 手，布置纵向加劲肋→腹板 ５　结　语 钢结构稳定问题区别于强度问题。其基本构件 的稳定性问题，是钢结构设计中的关键问题之一。 在实际设计中，设计人员应该明确结构构件的稳定 性能，以免在设计过程中发生难以预料的失稳损失。 清楚地理解并掌握钢构件整体稳定和局部稳定的概 念，对于工程设计人员合理有效地解决钢结构工程 中所出现的实际问题，对钢结构构件设计过程中稳 定性计算公式的理解与正确运用具有重要的概念基 础。只有深入了解这些问题，才会使得钢结构稳定 性设计不断改进与完善。 本文得到了西安建筑科技大学陈骥教授的许多 中肯建议及提供文中部分插图（图１、图２），在此表 示深深的谢意。 参考文献 ［１］　陈骥 ．钢结构稳定理论与设计［Ｍ］．北京：科学出版社，２００１． ［２］　ＧＢ　５００１７－２００３　钢结构设计规范［Ｓ］． ［３］　曹平周，朱召泉 ．钢结构［Ｍ］．３版 ．北京：中国电力出版社， ２００８． ５ 朱召泉：钢结构构件稳定性问题浅析