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稳定理论和钢结构设计相结合——三十年来工作和学习的汇报陈绍蕃上世纪70年代初我有幸参与我国钢结构设计规范的编制工作，从而开始和稳定理论与稳定设计打交道。
此后，规范两次修订和高层钢结构及门式刚架两本规程的编制，我也都躬逢其盛，参与有关稳定课题的研究和条文的拟订。
与此同时，70年代来高校开始招收硕士研究生，我和教研室的同志合开钢结构稳定理论课程。
80年代招收博士研究生，我又讲授高等结构稳定理论课程。
开新课是一个边学边授的过程，为此阅读大量有关稳定分析的论文。
理论方面的充电，为解决实际问题提供了条件。
回顾三十年学习、授课、研究和从事规范、规程工作的历程，对稳定理论如何溶入钢结构设计，使之密切结合，有一些肤浅体会，借此机会就教于广大同行。
1．树立完整正确的结构稳定概念防止失稳是钢结构设计的重要任务。
设计规范中有关构件计算的条款大多和稳定问题有关。
但是仅仅遵守这些条款并不能够保证结构不致失稳，因为规范只涉及最基本的问题，覆盖面不够广。
况且对条款的依据缺乏了解者还有可能误用规范，造成差错。
树立正确而完整的稳定分析和稳定设计的概念，对设计工作者至关重要。
首先要明确区分强度和稳定的不同性质。
TJ17-74规范压杆稳定计算的公式是：[]σϕσ≤=AN （1） 这一表达式反映我们当时对压杆失稳的性质在概念上含混不清，因为N /ϕA 并不是应力，不应该用σ来表示。
GBJ17-88规范纠正了这一错误，删去了σ。
但是，如果不仔细体会，只看到公式中的N 和A ，还可能误认为稳定计算和强度计算一样，是针对杆件某一个截面的验算。
实际上强度计算是一个截面承载力的验算，即应力问题，而稳定计算则是整个杆件的承载力验算。
只要从ϕ系数由杆件长细比决定，就可以理解。
如果杆件是桁架或框架的组成部分，则长细比涉及所计算杆和相邻杆的关系，包括后者的受力情况，也就是涉及到了整个结构。
为了使初学者一开始就认清稳定问题的实质，我们在新版钢结构教材中不再按构件分章，而是按极限状态分章。
钢结构课后答案陈绍蕃【篇一：钢结构下册复习要点】p> a、屋架：支撑于柱或托架，承受屋面板或檩条传来的荷载；b、天窗：屋架跨度较大时，为了采光和通风的需要；c、支撑系统：用于增强屋架的侧向刚度，传递水平荷载和保证屋盖体系的整体稳定。
1.2、屋盖结构中有哪些支撑系统？支撑的作用是什么？（1）a、上弦横向水平支撑b、下弦横向水平支撑c、上弦纵向水平支撑d、下弦纵向水平支撑e、垂直支撑f、系杆（2）a、保证结构的空间整体性b、为弦杆提供适当的侧向支撑点c、承担并传递水平荷载d、保证结构安装时的稳定与方1.3、如何区分刚性系杆和柔性系杆？哪些位置需要设置刚性系杆？答：（1）刚性系杆：能承受压力，柔性系杆：只能承受拉力（2）上弦平面内檩条和大型屋面板可起到刚性系杆作用，因而可在屋架的屋脊和支座节点处设置系杆，当屋架横向支撑设置在第二柱间时所有系杆均为刚性系杆。
1.4实腹式和格构式檩条各适用于哪种情况？其优缺点是什么？答：（1）实腹式檩条常用于跨度为3~6m的情况，构造简单，制造及安装方便（2）桁架式檩条用于跨度较大（6m）的情况，分为三种形式：a、平面桁架式檩条，受力明确，用料省，但侧向刚度较差，必须设置拉条；b、t形桁架式檩条，整体性差，应沿跨度全长设置钢箍；c、空间桁架式檩条，刚度好，承载力大，不必设置拉条，安装方便，但是构造复杂，适用跨度和荷载较大的情况1.5为什么檩条要布置拉条？答：为了给檩条提供侧向支撑，减小檩条沿屋面坡度方向的跨度，除了侧向刚度较大的空间桁架式和t形桁架式檩条外，在实腹式檩条和平面桁架式檩条之间设置拉条。
1.6三角形、梯形、平行弦桁架各适用于哪些屋盖体系？答：（1）三角形屋架：屋面坡度较大的有檩屋盖结构或中小跨度的轻型屋面结构（2）梯形屋架：用于屋面坡度较小的屋盖结构、工业厂房屋盖结构最常用形式（3）矩形屋架：用于托架或支撑体系中（4）曲拱屋架：用于有特殊要求的房屋中1.7屋架的腹杆有哪些体系？各有什么特征？答：（1）三角形腹杆：单斜杆式，长杆受拉，短杆受压，经济；人字式，腹杆数少，节点少，构造简单；芬克式，腹杆受力合理，可分开运输。
轴心受压构件的稳定性计算7.2.1 除可考虑屈服后强度的实腹式构件外，轴心受压构件的稳定性计算应符合下式要求：式中：φ——轴心受压构件的稳定系数(取截面两主轴稳定系数中的较小者)，根据构件的长细比(或换算长细比)、钢材屈服强度和表7.2.1-1、表7.2.1-2的截面分类，按本标准附录D采用。
表7.2.1-1 轴心受压构件的截面分类(板厚t＜40mm)注：1 a*类含义为Q235钢取b类，Q345、Q390、Q420和Q460钢取a类；b*类含义为Q235钢取c类，Q345、Q390、Q420和Q460钢取b类；2 无对称轴且剪心和形心不重合的截面，其截面分类可按有对称轴的类似截面确定，如不等边角钢采用等边角钢的类别；当无类似截面时，可取c类。
表7.2.1-2 轴心受压构件的截面分类(板厚t≥40mm)7.2.2 实腹式构件的长细比λ应根据其失稳模式，由下列公式确定：1 截面形心与剪心重合的构件：1) 当计算弯曲屈曲时，长细比按下列公式计算：式中：l0x、l0y——分别为构件对截面主轴x和y的计算长度，根据本标准第7.4节的规定采用(mm)；i x、i y——分别为构件截面对主轴x和y的回转半径(mm)。
2) 当计算扭转屈曲时，长细比应按下式计算，双轴对称十字形截面板件宽厚比不超过15εk者，可不计算扭转屈曲。
式中：I0、I t、I w——分别为构件毛截面对剪心的极惯性矩(m m4)、自由扭转常数(m m4)和扇性惯性矩(m m6)，对十字形截面可近似取I w＝0；I w——扭转屈曲的计算长度，两端铰支且端截面可自由翘曲者，取几何长度l；两端嵌固且端部截面的翘曲完全受到约束者，取0.5l(mm)。
2 截面为单轴对称的构件：1) 计算绕非对称主轴的弯曲屈曲时，长细比应由式(7.2.2-1)、式(7.2.2-2)计算确定。
计算绕对称主轴的弯扭屈曲时，长细比应按下式计算确定：式中：y s——截面形心至剪心的距离(mm)；i0——截面对剪心的极回转半径，单轴对称截面i20＝y2s＋i2x＋i2y(mm)；λz——扭转屈曲换算长细比，由式(7.2.2-3)确定。
钢构件容许长细比刍议陈绍蕃(西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室,西安710055)[摘要] 对3种情况的钢构件容许长细比进行分析,指出把容许长细比和与荷载有关的计算长细比挂钩不合理。
抗震设防的框架柱的容许长细比性质和非抗震设防者不同,不能贸然删。
桁架受拉弦杆承担对受压腹杆的端部提供侧向支承的任务,其长细比应满足必要的要求,设计规范中的有关规定需要加以修改。
[关键词] 长细比;框架柱;桁架受拉弦杆;抗震结构Discussion on the allow able slenderness ratio of steel membersChen Shaofan(K ey Laboratory of S tructural and Aseismatic Engineering of Education Ministry ,X i ’an University of Architecture &T echnology ,X i ’an 710055,China )Abstract :Three topics of allowable slenderness ratio of steel members are investigated.It is revealed that tying the allowable slenderness to the loading dependent slenderness for buckling calculation is irrational.Suggestion is made to release the comm on steel frame columns from the slenderness ratio limitation.Whereas for frame columns subject to earthquake ,the allowable slenderness ratio ,having a different meaning ,may not be hastily deleted.But the upper portion of the single stepped columns should not be chosen as the object for slenderness limitation.The tension chord of trusses has the duty of providing lateral support to the connected compressive web members ,s o that its slenderness ratio should satis fy necessary requirement and relevant provision in design code has to be amended.K eyw ords :slenderness ratio ;frame columns ;tension chord of trusses ;aseismatic structures1 引言文[1]揭示:设计厂房框架柱,有时会难以满足规范容许长细比要求。
（完整）《钢结构设计原理》陈绍蕃讲义编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（（完整）《钢结构设计原理》陈绍蕃讲义）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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钢结构设计原理第一章钢结构的基本性能建筑工程中，钢结构所用的钢材都是塑性比较好的材料，在拉力作用下,应力-应变曲线在超过弹性后有明显的屈服点和一段屈服平台,然后进入强化阶段.传统的钢结构设计，以屈服点作为钢材强度的极限，并把局部屈服作为承载能力的准则。
目前利用塑性的设计方法已经提上了日程。
钢材和其他建筑结构材料相比，强度要高得多。
在同样的荷载条件下，钢结构构件截面小，截面组成部分的厚度也小。
因此，稳定问题在钢结构设计中是一个突出的问题。
建筑结构钢材有较好的韧性。
因此，钢结构是承受动荷载的重要结构。
钢材的韧性也不是一成不变的。
材质、板厚、受力状态、温度等都会对它产生影响。
【钢材的生产及其对材性的影响】建筑结构所用的钢材包括两大类:一类是热轧型钢和钢板；另一类是冷成型（冷弯、冷冲、冷轧）的薄壁型钢和压型钢板。
一、钢的熔炼冶炼按需要生产的钢号进行，它决定钢材的主要化学成分。
炼钢的原料为99%钢水+废钢+合金元素。
平炉炼钢的质量优于转炉炼钢的质量。
目前，我国采用转炉炼钢,转炉钢具有投资少、建厂快、生产效率高、原料适应性强等优点.二、钢的脱氧脱氧的手段是在钢液中加入和氧的亲和力比铁高的锰、硅和铝.脱氧的程度对钢材的质量颇有影响。
锰是弱脱氧剂.硅是较强的脱氧剂。
铝是强脱氧剂.钢液中含有较多的FeO，浇注时FeO和碳相互作用，形成CO气体逸出,引起钢液的剧烈沸腾，这种钢称之为沸腾钢。
第四章4. 1有哪些因素影响轴心受压杆件的稳定系数？ 答：①残余应力对稳定系数的影响；②构件的除弯曲对轴心受压构件稳定性的影响； ③构件初偏心对轴心轴心受压构件稳定性的影响； ④杆端约束对轴心受压构件稳定性的影响；4.3影响梁整体稳定性的因素有哪些？提高梁稳定性的措施有哪些？ 答：主要影响因素：①梁的侧向抗弯刚度y EI 、抗扭刚度t GI 和抗翘曲刚度w EI 愈大，梁越稳定； ②梁的跨度l 愈小，梁的整体稳定越好；③对工字形截面，当荷载作用在上翼缘是易失稳，作用在下翼缘是不易失稳； ④梁支撑对位移约束程度越大，越不易失稳； 采取措施：①增大梁的侧向抗弯刚度，抗扭刚度和抗翘曲刚度； ②增加梁的侧向支撑点，以减小跨度；③放宽梁的受压上翼缘，或者使上翼缘与其他构件相互连接。
4.6简述压弯构件中等效弯矩系数mx β的意义。
答：在平面内稳定的计算中，等效弯矩系数mx β可以把各种荷载作用的弯矩分布形式转换为均匀守弯来看待。
4.10验算图示焊接工字形截面轴心受压构件的稳定性。
钢材为Q235钢，翼缘为火焰切割边，沿两个主轴平面的支撑条件及截面尺寸如图所示。
已知构件承受的轴心压力为N =1500kN 。
解：由支承条件可知0x 12m l =，0y 4m l =23364x 1150012850025012225012476.610mm 12122I +⎛⎫=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯=⨯ ⎪⎝⎭3364y 5001821225031.310mm 1212I =⨯+⨯⨯⨯=⨯2225012500810000mm A =⨯⨯+⨯=x 21.8cm i ===，y 5.6cm i ===0x x x 12005521.8l i λ===，0y y y 40071.45.6l i λ===，翼缘为火焰切割边的焊接工字钢对两个主轴均为b 类截面，故按y λ查表得=0.747ϕ整体稳定验算：3150010200.8MPa 215MPa 0.74710000N f A ϕ⨯==<=⨯，稳定性满足要求。
钢结构课后答案陈绍蕃【篇一：钢结构下册复习要点】p> a、屋架：支撑于柱或托架，承受屋面板或檩条传来的荷载；b、天窗：屋架跨度较大时，为了采光和通风的需要；c、支撑系统：用于增强屋架的侧向刚度，传递水平荷载和保证屋盖体系的整体稳定。
1.2、屋盖结构中有哪些支撑系统？支撑的作用是什么？（1）a、上弦横向水平支撑b、下弦横向水平支撑c、上弦纵向水平支撑d、下弦纵向水平支撑e、垂直支撑f、系杆（2）a、保证结构的空间整体性b、为弦杆提供适当的侧向支撑点c、承担并传递水平荷载d、保证结构安装时的稳定与方1.3、如何区分刚性系杆和柔性系杆？哪些位置需要设置刚性系杆？答：（1）刚性系杆：能承受压力，柔性系杆：只能承受拉力（2）上弦平面内檩条和大型屋面板可起到刚性系杆作用，因而可在屋架的屋脊和支座节点处设置系杆，当屋架横向支撑设置在第二柱间时所有系杆均为刚性系杆。
1.4实腹式和格构式檩条各适用于哪种情况？其优缺点是什么？答：（1）实腹式檩条常用于跨度为3~6m的情况，构造简单，制造及安装方便（2）桁架式檩条用于跨度较大（6m）的情况，分为三种形式：a、平面桁架式檩条，受力明确，用料省，但侧向刚度较差，必须设置拉条；b、t形桁架式檩条，整体性差，应沿跨度全长设置钢箍；c、空间桁架式檩条，刚度好，承载力大，不必设置拉条，安装方便，但是构造复杂，适用跨度和荷载较大的情况1.5为什么檩条要布置拉条？答：为了给檩条提供侧向支撑，减小檩条沿屋面坡度方向的跨度，除了侧向刚度较大的空间桁架式和t形桁架式檩条外，在实腹式檩条和平面桁架式檩条之间设置拉条。
1.6三角形、梯形、平行弦桁架各适用于哪些屋盖体系？答：（1）三角形屋架：屋面坡度较大的有檩屋盖结构或中小跨度的轻型屋面结构（2）梯形屋架：用于屋面坡度较小的屋盖结构、工业厂房屋盖结构最常用形式（3）矩形屋架：用于托架或支撑体系中（4）曲拱屋架：用于有特殊要求的房屋中1.7屋架的腹杆有哪些体系？各有什么特征？答：（1）三角形腹杆：单斜杆式，长杆受拉，短杆受压，经济；人字式，腹杆数少，节点少，构造简单；芬克式，腹杆受力合理，可分开运输。
第11卷第1期2009年2月建 筑 钢 结 构 进 展Progress in Steel Building Structures Vol.11No.1 Feb.2009收稿日期:2007-11-21;收到修改稿日期:2007-12-18作者简介:陈绍蕃(1919-),男,硕士,教授,主要从事钢结构基本性能和设计原理的研究。
E 2mail :chensf2@ 。
平板柱脚的转动刚度和柱的计算长度陈绍蕃(西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室,西安 710055)摘 要: 平板柱脚在设计中通常作为铰接支座看待,而实际上却具有相当可观的转动约束作用。
已发表的平板柱脚转动刚度的研究,大多结合框架柱的平面内稳定问题,本文则着重分析平板柱脚对轴心受压柱屈曲的约束作用。
在细致分析现有试验资料的基础上提出转动刚度的计算公式,进而推出依据刚度系数得出柱计算长度系数的近似公式及利用规范表格查找这一系数的方法。
为了进一步简化计算,又提出避开刚度计算直接采用0.75为计算长度系数的论证。
最后,,认为可以和平面内稳定一样取计算长度系数0.85。
关键词: 平板柱脚;转动刚度;计算长度;屈曲;轴心受压柱;框架柱中图分类号:TU 311.2 文献标识码:A 文章编号:1671-9379(2009)01-0001-08Rotational Stiff ness of Plated Column Base andEffective Lengt h of ColumnsC H EN S hao 2f an(Key Laboratory of Structural Engineering and Eart hquake Resistance of t he Education Ministry ,Xi ’an University of Architecture and Technology ,Xi ′an 710055,China )CH EN Shao 2fan :chensf2@Abstract : Plated column bases are usually considered as hinged support s in design routine ,but possess actually remarkablerotational restraint.Most previous studies focused on t he effect of column base rotational stiffness on t he in 2plane stability of frame columns.This article ,in contrast ,is aiming at t he effect on t he buckling of axially loaded columns.Through meticulous analysis of published experimental data ,calculation formulas of rotational stiffness have been put forward and ,furt hermore ,approximate formula of effective lengt h factor ,as well as procedure of finding t his coefficient by using table in design code ,are given.For furt her simplification ,it is argued t hat an effective lengt h factor of 0.75may be adopted ,t hus bypassing t he need of stiffness stly ,t he restraining effect of plated base to t he out 2of 2plane bucking of light portal frame columns has been analyzed ,recognizing t hat an effective lengt h factor of 0.85,same as for in 2plane stability calculation ,can be adopted.K eyw ords : plated column base ;rotational stiffness ;effective lengt h ;buckling ;axially loaded colum ;frame column 钢柱的平板柱脚是把钢板焊在柱端,使之直接座落在混凝土基础上(中间垫有砂浆层),并用2～4个锚栓固定(图1)。
关于钢结构稳定设计中计算长度的讨论关于钢结构稳定设计中计算长度的讨论⽬前，钢结构因其优良的性能被⼴泛应⽤于⼤跨度结构、⾼层建筑、重型⼚房、⾼耸建筑物和桥梁结构等。
结构设计⾸先要保证安全性，对于⼀般的结构构件，强度计算是基本要求，但是对钢结构构件⽽⾔，其构件材料强度⾼，截⾯⼩，稳定计算往往是⼯程设计中的控制因素。
【1】：钢结构，陈绍蕃失稳和屈曲的概念Bazant[14]、Farshad[15]、Huseyin[16]等引述和讨论了稳定和屈曲的定义，他们从不同的⾓度和范围描述了失稳现象，并指出屈曲是众多失稳现象中的⼀个模式，屈曲是发⽣在结构中的⼀种失稳。
⽂献[14]-[18]讨论了结构产⽣屈曲的原因，可以定义结构的屈曲为处于⾼位能的结构由平衡临界状态随着能量的释放向处于低位能的结构平衡临界状态转移的过程，发⽣平衡转移的那个瞬间状态，就是临界状态。
这也是⽬前⽐较⼴泛被接受的解释[19]。
具体地讲有三种：1)、从能量的⾓度来说，结构失稳就是储存在结构中的应变能形式发⽣转换。
2)、从⼒学要素的性质⽅⾯来说，失稳是结构中承载的主要⼒学要素的性质发⽣了变化。
3)、从变形⾓度来说，失稳在实际上也可以被认为是⼀种从弹性变形到⼏何变形的变形转移。
钢结构构件以轴压、压弯构件居多，如上所述，其核⼼问题是稳定问题。
就单个钢结构构件⽽⾔，影响稳定的主要因素有残余应⼒的分布、初始缺陷、截⾯形状、⼏何尺⼨、材料强度和构件的长度等。
【2】张志刚。
⽽近年来，采⽤新技术设计和建造的⼤型复杂空间钢结构形式（如⽹壳结构、拱、弦⽀穹顶结构等）越来越多，通常这类结构整体上或某些较⼤区域内承受很⼤的压⼒作⽤，也即某些构件承受很⼤轴向压⼒，使得这类结构容易引发整体失稳或某区域内的局部失稳现象。
⼤型复杂结构的这⼀⼒学特征显著不同于传统的⼩跨度或⼩规模简单结构，因⽽，在设计这类结构时，除按常规设计规范验算结构构件的强度及稳定性，结构的刚度外，设计者还要验算结构的整体稳定性。
一、两种压杆计算长度的讨论z1.带伸臂柱的计算长度《钢结构》03.3期文：《伸臂柱悬伸段计算长度系数的取值问题》。
问题来自管道支架，有实用性。
计算简图如左：伸臂段下端有支座及转动弹簧。
计算方法：①把简支段作为悬臂段的弹性转动约束，弹簧刚度取为②用弹性稳定理论的平衡法计算悬臂段的承载力，从而得出计算长度系数M K m =错在弹簧刚度的取值：属于不承受压力P的简支梁，不安全。
当杆件有压力P时，用平衡法解得屈曲方程（1）上段计算长度：下段计算长度：二者相同。
因上下两段轴力同为P，同时失稳，计算长度自然相同。
从原文标题看，作者对此似乎不了解。
式（1）前人已经解出过，见于Ballio，Mazzolani （1983），公式应用不便，该书给出Ma的表格。
（2），式(1)为1.11，式（2）为a EI K m /3=22()tan ,tan m EI a a PK a a a EIφφφφφ=⋅=−0tan tan )tan (tan =−+b a b a a φφφφφ/a a μπφ=0.92.7 1.7(1/)b a μ=−−/b b μπφ=2.两次变轴力压杆的计算长度《钢结构》2002增刊，刊有《变轴力等截面多跨连续杆件计算长度分析》。
主要分析运输通廊支架力柱的平面外稳定。
计算简图为两端简支杆，除上端荷载N 1外，中间还有荷载N 2和N 3。
原文用势能驻值原理求解临界力并转换成计算长度系数。
计算用的屈曲挠曲线为，所得结果是否精确解？如非精确解，是否偏于安全？sin /y v x l π=下面用逐次逼近的数值方法检验该文结果的精度。
（Timoshenko & Gere弹性稳定理论中假定一屈曲挠曲线得杆件弯矩以M/EI作为荷载施加于共轭梁共轭梁弯矩：原杆件的挠度y 1≠y 0，则以y 1为新起点重新计当第n次计算的y n ≈y n-1时即为临界状数值计算方法：把共轭梁上的分布荷载化为多个集中荷载。
