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　　钢结构工程是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。

　　钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。中国是最早用铁制造承重 结构的国家，远在秦始皇时代（公元前246-219年），就已经用铁做简单的承重结构， 而西方国家在17世纪才开始使用金属承重结构。公元3-6世纪， 聪明勤劳的中国人民就用铁链修建铁索悬桥，著名的四川泸定大渡河铁索桥，云南的元江桥和贵州的盘江桥等都是中国早期铁体承重结构的例子。

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　　钢结构厂房的优点有以下几个方面:

　　1、用途广泛，可适用于工厂、仓库、办公楼、体育馆、飞机库等等。既适合单层大跨度建筑，也可用于建造多层或高层建筑。

　　2、建筑简易，施工期短，所有构件均在工厂预制完成，现场只需简单拼装，从而大大缩短了施工周期，一座6000平方米的建筑物，只需40天即可基本安装完成。

　　3、 经久耐用，易于维修，通用电脑设计而成的钢结构建筑可以抗拒恶劣气候，并且只需简单保养。

　　4、美观实用，钢结构建筑线条简洁流畅，具有现代感。彩色墙身板有多种颜色可供选择，墙体也可采用其它材料，因而更具有灵活性。

　　5、造价合理，钢结构建筑自重轻，减少基础造价，建造速度快，可早日建成投产，综合经济效益大大优于混凝土结构建筑。

　　钢结构厂房的缺点:

　　一、钢结构厂房基础容易失稳

　　由于钢结构自身的特点会整体失稳或局部失稳，是关系到基础与螺栓的全过程，同时两者也有相互关联，大多钢结构厂房失稳是由钢材引发的，一旦受压部位或受弯部位的长细比超过了标准值，便会失去稳定。导致失稳的客观因素比效多，如荷载变化、钢材的初始缺陷，支撑情况的不同等均会导致失稳。地基基础问题分为地基强度问题，地基变形问题和基础破坏三种。

　　1、 地基的强度问题一般表现在，地基承载力不足，地基或斜坡失稳定性。

　　2、 地基变形问题集中在软土，湿陌性黄土、膨胀土和季节性冻土等地区，这些地区由于荷载地基出现过大的变形和不均匀的沉降。

　　3、 地基的破坏的形式往住有三种呈现形式，局部剪切破坏，整体剪切破坏和冲切破坏。

　　二、钢结构厂房钢屋面破坏

　　1、 钢屋面承重构件绝大多数是由壁薄C型钢与细长的杆件构成的，其截面形状复杂，节点应力集中同时存在偏心重力。

　　2、 在钢屋面设计时，计算荷载和计算简图较正确，几乎接近计算极限状态，结构件的承载力安全储备最小，对湿度、超载与腐蚀等作用敏感度极高，偶然因素就容易致其失效，如果把制造、安装和使用过程中出现各种负面影响加进去，钢结构屋面是钢结构厂房破坏最为严重的部分。

　　3、 发生破坏主要有杆件弯曲、屋盖倒塌、节点板弯曲或开裂、框架杆件断裂、屋盖挠曲超标准屋盖支撑屈曲、内水槽漏水等。

　　三、钢结构厂房的钢材腐蚀

　　钢结构厂房暴露于外部，普通钢材的抗腐蚀性能不强，特别是湿度较大，有侵蚀性介质的外部环境下，钢结构容易生锈腐蚀，对构件的承载力大大削弱。大量的统计数据表明，钢屋架因为腐蚀并缺乏维修而引起倒塌事故比总数中占很大比重。

　　工业建筑2001年增刊显然，结构平面外的稳定性可根据以下条件来判断:用能量方法也可以分析所示初始平衡状态的局部节点稳定性。初始平衡状态时总势能为/7，内力势能为外力势能为IT，则il=t/-tT.假设竖向撑杆刚度远大于拉索刚度，从而忽略撑杆的势能变化。

　　体系产生侧向倾角为/3时，总热能的变化见所示。

　　对照和可知有限元方法和能量方法对索杆节点的局部稳定分析所得结果是一致的。在实际工程的设计中，要注意避免出现类似于中不稳定的结构儿何布置。

　　三、工作状态的稳定设计预应力结构体系在工作状态外荷载的作用下也可能发生失稳破坏。设计计算时可以采用直接验算法或稳定设计法。

　　直接验算法是针对各种荷载组合进行结构的非线性极限承载力计算。通过计算可以得到各种组合情况下的稳定极限荷载与组合荷载值的比值，即稳定安全系数。根据不同的结构类型可以规定不同的稳定安全系数最小值。当结构的安全系数大于所规定的最小值时，可以认为该结构是稳定的；反之，该结构可视为不稳定。直接验算法应该采用非线性有限元方法。将非线性索单元平稳方程和非线性桁架单元、非线性梁单元的平衡方程组装后可得到预应力结构体系的总体平衡方程，其一般表达式为:利用7L.或C/.L.法求解非线性平衡方程的技术求解式（2）可得到结构荷载一位移的全过程曲线以及结构的稳定极限承载力。

　　稳定设计法是遵循传统的思路，即首先计算构件的内力，然后按钢结构设计规范进行构件的稳定验算，如果各构件的稳定性得到满足，结构的稳定也得到满足。当采用稳定设计法验算预应力钢结构的稳定性时，必须遇到如下两个问题:结构内力是采用线性理论分析还是非线性理论分析，对于一般的刚性结构体系，其工作状态的变形较小，可以认为结构的工作状态具有线性工作特征，非线性效应较小。因而，结构中构件的内力计算可以采用线性理论进行分析。但是，对于预应力钢结构，结构刚度较小，变形相对较大。更为重要的是拉索具有较强的非线性工作特征。所以，应该采用非线性理论进行结构的内力分析。

　　如何确定构件的计算长度。

　　关于平面框架柱的计算长度，钢结构规范中有明确的规定，也可以采用解析方法分析得到框架柱计算长度的表达公式。但是，解析公式和规范方法都是根据框架中各柱列、各层面同时失稳的假定得到的。对于一般的空间预应力钢结构体系，无法直接求得各构件的计算长度。但是，采用数值理论可以求解结构在屈曲时各构件的轴力，根据构件的轴力反推可以得到各构件的计算长度。

　　预应力结构屈曲问题的特征值分析公式为:上，分别为结构在组合荷载作用下的线性刚度、位移非线性刚度和应力非线性刚度矩阵。通过组装结构中索单元、桁架单元和梁单元的非线性平衡方程，可以得到这些矩阵。为在组合荷载水平下，施加单位组合荷载所得到的应力刚度矩阵增量。A为荷载因子，表示在组合荷载作用下的结构，在增加A倍单位组合荷载时，结构将屈曲。

　　求解式（3）可以得到结构的最小屈曲荷载因子和相应的杆件内力屈曲模态。假定与，相对应对构件轴力为Pw，构件的计算长度可由欧拉公式推导得到如下所示:L.署上为组合荷载水平下构件的轴力，h为单位组合荷载作用下的杆件轴力。

　　显然，由式（4）得到的杆件稳定计算长度除了取决于结构布置和构件刚度外，还与荷载分布情况有关0四、算例分析所示是点式玻璃幕墙支撑体系中典型的平面索杆桁架5在实际情况中，其一端与玻璃幕墙相连，具有较强的竖向约束。因此，单榀支撑的约束可以设置为如（a）的形式。采用010圆索和0 322.5撑杆。在索的一端施加100N/mm2预应力。

　　由于结构体系中存在受压构件，所以结构也有可能发生稳定问题。而且，结构出平面的稳定变得格外的敏感。通过对该体系的稳定模态的分析发现，结构的第一失稳模态就是出平面的。

　　在桁架节点上施加水平荷载，得到结构的荷载位移曲线为:结构首先发生平面外的失稳，结构第一级失稳模态的稳定安全系数6.99，若加荷系数减少，非线性计算可以跟踪到结构高阶失稳模态。

　　工业建筑2001年增刊所示某市闰际会展中心大跨预应力空间桁架立面图。桁架全长丨38m，中部最大矢篼6.6m.桁架每隔27m设置一道。结构两端~主框架铰接连接。次桁架按6m-道设置。将次桁架作为主桁架的侧向刚性支撑。荷载取恒载1.2kN/m2，活荷载0.5kN/m2.为了控制整榀桁架的挠度并适度减少上弦压力和下弦拉力，改善结构的稳定性能，拟沿下弦中部72m范围内设置19束钢绞线索，每束钢绞线拟施加139kN预应力，如果结构不施加预应力，按线性稳定的方法计算结构的稳定模态见。构件i工北建筑200年增刊工业建筑2001年增刊IS9预应力空M桁，7:如果结构施加预应力，按线性稳定的方法计算结构的稳定模态见图丨丨。构件4的计算长度为五、结论预应力钢结构中大部分构件是受拉单元，其稳定性能比一般结构体系要强。但是，不能因此而忽略结构初始状态和工作状态稳定性分析的重要性。在预应力结构的设计中，必须昏先确保结构的初始平衡状态是稳定的，然后冉采用真接验算法或稳定设汁法校核结构在工作状态的稳定性。

　　工业建筑2001年增刊（c）稳定系数1预应力桁架上弦侧向支撑、稳定模态及整体稳定系数