钢结构工程事故的发生，因失稳破坏者屡见不鲜。在1907年，加拿大魁北克大桥在施工中破坏，9000t钢结构全部坠入河中，桥上施工的人员有75人遇难。破坏是由悬臂的受压下弦失稳造成的。大跨的箱形截面钢梁桥曾在1970年前后出现事故。美国哈特福特体育馆网架结构，平面尺寸为92m*110m，突然于1978年破坏而落地，破坏起因是压杆屈曲。我国也不例外，1988年太原曾发生过13.2m*17.99m网架塌落事故。

在此强调一点，稳定分岔失稳和不稳定分岔失稳对缺陷的敏感性截然不同。图7.1和图7.2中虚线所示的是构件有几何缺陷时的荷载与变形关系。显然，这些虚线不再有分岔点。不同的是：图7.1中虽有缺陷，但荷载仍然可以高于临界值；而在图7.2中，荷载的极低值比无缺陷时大幅度降低。因此不稳定分岔失稳对缺陷特别敏感。设计该类结构时若无视缺陷影响，必将带来严重后果。

此类屈曲的特点是：既无平衡分岔点，又无极值点，但和不稳定分岔失稳又有一些相似。结构由一个平衡位形突然跳到另一个平衡位形，其间出现很大的变形，都是从丧失稳定平衡后经历一段不稳定平衡，然后重新获得稳定平衡。属于此类失稳的有铰接坦拱、扁壳、扁平的网壳结构等。此类屈曲虽然在发生跃越后荷载可以大于临界值，但实际工程中不允许出现这样大的变形，由于过大的变形会导致结构破坏，故应该以临界荷载作为承载的极限。

图7.4为一两端铰接的坦拱，在均布荷载q作用下有挠度w，其荷载挠度曲线也有稳定的上升段OA，但到达曲线最高点A时会突然跳跃到一个非邻近的具有很大变形C点，拱结构顷刻下垂。其中虚线AB是不稳定的，BC段虽然是稳定的而且一直是上升的，但此时结构已经破坏，故不能被利用。

稳定问题是钢结构最突出的问题，长期以来，在大量工程技术人员的头脑里，强度的概念清晰，稳定的概念淡漠，并且存在强度重于稳定的错误思想。因此，在大量的接连不断的钢结构失稳事故中付出了血的代价，得到了严重的教训。钢结构的失稳事故分为整体失稳事故和局部失稳事故两大类，各自产生的原因如下。

1、设计错误

设计错误主要与设计人员的水平有关。如缺乏稳定概念；稳定验算公式错误；只验算基本构件稳定从而忽视整体结构稳定验算；计算简图及支座约束与实际受力不符，设计安全储备过小等等。

2、制作缺陷

制作缺陷通常包括构件的初弯曲、初偏心、热轧冷加工以及焊接产生的残余变形。各种缺陷将对钢结构的稳定承载力产生显著影响。

3、临时支撑不足

钢结构在安装过程中，当尚未完全形成整体结构之前，属几何可变体系，构件的稳定性很差。因此必须设置足够的临时支撑体系来维持安装过程中的整体稳定性。若临时支撑设置不合理或者数量不足，轻则会使部分构件丧失稳定，重则造成整个结构在施工过程中倒塌或倾覆。

4、使用不当

结构竣工投入使用后，使用不当或意外因素也是导致失稳事故的主因。例如：使用方随意改造使用功能，改变构件受力，由积灰或增加悬吊设备引起的超载，基础的不均匀沉降和温度应力引起的附加变形，意外的冲击荷载等。

局部失稳主要针对构件而言，失稳的后果虽然没有整体失稳严重，但对以下原因也应引起足够重视。

1、设计错误

设计人员忽视甚至不进行构件的局部稳定验算，或者验收方法错误，致使组成构件的各类板件宽厚比和高厚比大于规范限值。

2、构造不当

通常在构件局部受集中力较大的部位，原则上应设置构造加劲肋。另外，为了保证构件在运转过程中不变形也须设置横隔、加劲肋等，但实际工程中，加劲肋数量不足、构造不当的现象比较普遍。

3、原始缺陷

原始缺陷包括钢材的负公差严重超规，制作过程中焊接等工艺产生的局部鼓曲和波浪形变形等。

4、吊点位置不合理

在吊装过程中，尤其是大型的钢结构构件，吊点位置的选定十分重要，由于吊点位置不同，构件受力状态不同。有时构件内部过大的压应力将会导致构件在吊装过程中局部失稳。因此，在转自：中，针对重要构件应在图纸中说明起吊方法和吊点位置。

三、失稳事故的处理与防范

当钢结构发生整体失稳事故而倒塌后，整个结构已经报废，事故的处理已没有价值，只剩下责任的追究问题。但对于局部失稳事故可以采取加固或更换板件的做法得以解决，笔者认为，钢结构失稳事故应以防范为主，以下原则应该遵守：

一．设计人员应强化稳定设计理念
防止钢结构失稳事故的发生，设计人员肩负着最重要的职责。强化稳定设计理念十分必要。

1. 结构的整体布置必须考虑整个体系及其组成部分的稳定性要求，尤其是支撑体系的布置。

2. 结构稳定计算方法的前提假定必须符合实际受力情况。尤其是支座约束的影响。

3. 构件的稳定计算与细部构造的稳定计算必须配合。尤其要有强节点的概念。

4. 强度问题通常采用一阶分析，而稳定问题原则上应采用二阶分析。

5. 叠加原理适用于强度问题，不适用于稳定问题。

6. 处理稳定问题应有整体观点，应考虑整体稳定和局部稳定的相关影响。
   

在常见的众多缺陷中，初弯曲、初偏心、残余应力对稳定承载力影响最大，因此，制作单位应通过合理的工艺和质量控制措施将缺陷减低到最小程度。

施工单位只有制定科学的施工组织设计，采用合理的吊装方案，精心布置临时支撑，才能防止钢结构安装过程中失稳，确保结构安全。

一方面，使用单位要注意对已建钢结构的定期检查和维护，另一方面，当需要进行工艺流程和使用功能改造时，必须与设计单位或有关专业人士协商，不得擅自增加负荷或改变构件受力。

总之，通过各方的共同努力，钢结构失稳事故可以从根本上得到解决。

一、工程及事故概况

乌恰县影剧院是由门厅、观众厅和舞台三部分组成(图1、图2),观众厅屋盖是平面尺寸为27 m×24 m、高度为2.667 m的正放四角锥螺栓球节点网架，观众厅外墙由柱距为3.0m的钢筋混凝土柱和砖砌体组成，柱顶标高为10.5m，观众厅屋盖网架在轴线②的一端与舞台屋面大梁支承于同一水平，且共同位于台口大梁上的小立柱上(图3)，而网架在轴线③的一端则位于门厅框架之上。

1985年8月23日和9月12日，我国新疆克孜靳苏自治州乌恰县境内连续发生7.4、6.8级地震。地薄发生时，乌恰县影剧院承重结构已完成，网架也安装完毕，并已全部铺上屋面板，但尚未做防水层；网架下弦也已吊上木龙骨。在强烈的地震发生后，影剧院的主体结构和屋盖并未倒塌，但网架结构的部分杆件及混凝土因支座发生一定程度的损坏。

1.网架结构靠舞台口一端的部分支座有较大程度的损坏,混凝土因大块剥落而露出钢筋。

2.网架部分杆件松动。

3.网架结构位于门厅一端的部分杆件有类似的损坏现象,但损坏程度较轻。

三、震害事故分析

1. 网架的边界约束条件和约束的强弱对网架结构的动力反应有较大的影响。当沿某水平向的约束加强后，沿该方向的水平地震内力也增加。另外网架支承结构的惯性效应不容忽视。在乌恰影剧院工程中，舞台口支承网架结构的台口大梁以及搁置在台口大梁上的舞台屋面大梁的惯性效应，是造成网架震害的主要原因。地震时，靠近舞台口一端的强大惯性力沿网架上弦杆传递，而门厅一端是刚性较大的支撑，不能相应地发生振动，致使网架上弦杆普遍产生较大的内力，尤其是靠近舞台口的网架上弦杆内力急剧增加，导致杆件屈曲。
2. 从结构布置上来说，将舞台大梁与网架同时支承在台口大梁上的圈梁之上，对抗震是十分不利的。舞台大梁和网架上的大部分荷载都集中在同一水平位置上面，但没有抗侧力构件的支承，地震时，由于由钢筋混凝土板构成的舞台屋面有很大的质量，而其支承结构却没有足够的抗侧刚度，只有迫使网架上弦来传递强大的惯性力，而网架端部上弦杆则是静内力较小之处，杆件截面较小，因此，端部杆件产生失稳破坏也是必然的。
3. 网架设计计算时仅按周边简支考虑，没有考虑周围支承结构的附加惯性效应，而下部结构设计时也仅考虑承受网架结构的竖向荷载，忽视了屋面荷载在地震作用下的传递，形成上下结构相互脱节的现象。
   

1. 网架结构能起空间作用,具备优良的抗震性能。强烈的地展虽然使乌恰影剧院网架结构发生局部破坏，但整幢结构并未倒塌或毁坏。如果不是网架的空间作用,那么像舞台部分的屋面结构是极易倒塌的。
2. 网架结构水平方向的边界约束对地震内力有相当大的影响，同时，网架结构支承结构的附加惯性也不容忽视。因此，在网架设计中应尽量避免在网架支座处作用有较大的质量，否则，在计算地震内力时，必须同时考虑下部支承结构的弹性和惯性效应。
3. 地震区结构体系的布置对于结构的抗震防震是极为重要的。屋盖中采用网架，不应孤立地设计网架，而应整体地考虑网架在结构体系中的作用，以及它与下部结构的相互联系。结构体系中各结构的相互连接、协同工作，或相互分离，必须慎重考虑并进行计算分析。