在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)師在實(shí)際工作中，容易陷入一些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。這些誤區(qū)若不及時(shí)糾正，可能會(huì)給鋼結(jié)構(gòu)的安全性埋下隱患，下面就來(lái)詳細(xì)剖析這些常見(jiàn)的錯(cuò)誤認(rèn)知

一、過(guò)度依賴簡(jiǎn)單計(jì)算方法

部分設(shè)計(jì)師認(rèn)為一階彈性分析法簡(jiǎn)單便捷，便在各類鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不加區(qū)分地使用。這種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)源于對(duì)該方法適用范圍的忽視。一階彈性分析法基于諸多簡(jiǎn)化假設(shè)，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，無(wú)法充分考慮結(jié)構(gòu)變形、節(jié)點(diǎn)連接等因素對(duì)穩(wěn)定性的影響。例如在設(shè)計(jì)造型獨(dú)特的鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，若僅用一階彈性分析法，可能導(dǎo)致構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)取值不合理，使得實(shí)際結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)預(yù)期。

圖1 曲柱變形失穩(wěn)破壞可能優(yōu)先于應(yīng)力破壞

設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)明確，簡(jiǎn)單計(jì)算方法雖能快速得到初步結(jié)果，但必須結(jié)合結(jié)構(gòu)實(shí)際復(fù)雜程度，合理選擇更精確的分析方法，避免因方法不當(dāng)帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

二、混淆強(qiáng)度設(shè)計(jì)與穩(wěn)定設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含強(qiáng)度設(shè)計(jì)和穩(wěn)定設(shè)計(jì)兩個(gè)重要方面，但不少設(shè)計(jì)師常將二者混淆。錯(cuò)誤地認(rèn)為滿足強(qiáng)度要求，結(jié)構(gòu)就一定穩(wěn)定，忽略了穩(wěn)定問(wèn)題的特殊性。強(qiáng)度問(wèn)題關(guān)注的是構(gòu)件在受力下的材料屈服情況，而穩(wěn)定問(wèn)題涉及結(jié)構(gòu)整體或局部構(gòu)件的平衡狀態(tài)變化。以鋼梁設(shè)計(jì)為例，強(qiáng)度計(jì)算達(dá)標(biāo)，并不意味著鋼梁不會(huì)發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)。

圖2 忽略了鋼梁穩(wěn)定設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)師在實(shí)際工作中，需要嚴(yán)格區(qū)分兩者的設(shè)計(jì)要求，分別進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算和穩(wěn)定驗(yàn)算，確保結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度和穩(wěn)定性方面都滿足安全標(biāo)準(zhǔn)。

三、忽視初始缺陷的影響

初始缺陷包括幾何缺陷和殘余應(yīng)力等，是鋼結(jié)構(gòu)與生俱來(lái)的特性，但設(shè)計(jì)師容易低估其對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。一些設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)，不考慮初始缺陷，或者僅進(jìn)行簡(jiǎn)單估算，導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際情況偏差較大。在直接分析設(shè)計(jì)法中，充分考慮初始缺陷才能準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)真實(shí)響應(yīng)。例如在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，構(gòu)件的微小幾何偏差和焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，在風(fēng)荷載和地震作用下，可能會(huì)被放大，引發(fā)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

圖3 未考慮初始缺陷下的穩(wěn)定設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)師必須重視初始缺陷，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用合適的方法引入和量化這些因素，以保證設(shè)計(jì)的可靠性。

四、對(duì)計(jì)算軟件的盲目信任

隨著計(jì)算軟件在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，部分設(shè)計(jì)師產(chǎn)生了對(duì)軟件的盲目信任。認(rèn)為只要輸入?yún)?shù)，軟件計(jì)算結(jié)果就是準(zhǔn)確無(wú)誤的，忽略了軟件背后的計(jì)算原理和適用條件。比如在使用某些軟件進(jìn)行二階分析時(shí)，若不清楚軟件對(duì) P - ?效應(yīng)和 P - δ 效應(yīng)的處理方式，得到的結(jié)果可能無(wú)法真實(shí)反映結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。 P - ?效應(yīng)與結(jié)構(gòu)的側(cè)向支撐位置和剛度強(qiáng)弱有關(guān)，P - ?效應(yīng)方向、 P - δ 效應(yīng)方向以及構(gòu)件形狀是否可達(dá)到最不利穩(wěn)定狀態(tài)，是需要人為干預(yù)的。另外，軟件自動(dòng)輸入風(fēng)荷載和地震作用與實(shí)際不符，也會(huì)成為加劇局部或整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的不安全因素。

圖4 人為干預(yù)分叉樹(shù)形柱穩(wěn)定設(shè)計(jì)

計(jì)算軟件只是輔助工具，只有深入理解設(shè)計(jì)原理，結(jié)合工程實(shí)際對(duì)軟件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和判斷，才能保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

五、忽視局部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)系

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，若忽視局部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)系，將會(huì)引發(fā)連續(xù)性倒塌的后果，例如桁架柱（或主桁架）先于桁架梁（或次桁架）失穩(wěn)，穩(wěn)定敏感空間結(jié)構(gòu)的局部構(gòu)件或結(jié)構(gòu)先于整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，重要局部結(jié)構(gòu)先于次要局部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等。我們?cè)O(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，既要重視整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，也要著眼于局部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響。

圖5 桁架柱支座腹桿先于桁架屈曲

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)中的這些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，反映出設(shè)計(jì)師在理論知識(shí)運(yùn)用和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)上的不足。只有不斷學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，深入理解設(shè)計(jì)原理，結(jié)合實(shí)際工程案例反思總結(jié)，才能走出誤區(qū)，為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)筑牢安全防線。