建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)的事故按破壞形式可分為：鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，鋼結(jié)構(gòu)的脆性斷裂，鋼結(jié)構(gòu)承載力和剛度失效，鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞和鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞等幾種。他們其中有些是屬于突然性的脆性破壞，有些屬于可提前發(fā)現(xiàn)的延性破壞。
失穩(wěn)破壞
鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)主要發(fā)生在軸壓、壓彎和受彎構(gòu)件。它可分為兩類．喪失局部穩(wěn)定和喪失整體穩(wěn)定性。鋼結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生失穩(wěn)破壞，破壞速度極快，來不及采取補救措施。后果較嚴(yán)重。
鋼結(jié)構(gòu)的脆性斷裂
鋼結(jié)構(gòu)脆性破壞發(fā)生時，應(yīng)力通常都遠(yuǎn)小于鋼材的屈服強度，破壞前沒有顯著變形，吸收能量很小，破壞突然發(fā)生，無事故征兆，斷口平齊光亮。
鋼結(jié)構(gòu)承載力和剛度失效
鋼結(jié)構(gòu)承載力失效指正常使用狀態(tài)下結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強度被超越而導(dǎo)致破壞。主要原因通常有以下幾種：（1）超載或者受荷方式改變，超過結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計應(yīng)力強度。（2）連接構(gòu)件發(fā)生破壞等
鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞
鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞是指鋼材或構(gòu)件在反復(fù)交變荷載作用下在拉力遠(yuǎn)小于抗拉極限強度甚至屈服點的情況下發(fā)生的一種破壞。疲勞破壞經(jīng)歷了裂縫起始、擴展和斷裂的漫長過程。
疲勞破壞斷口一般有疲勞區(qū)和瞬斷區(qū)，疲勞區(qū)記錄了裂縫擴展和閉合的過程；瞬斷區(qū)反應(yīng)力了脆性斷裂的特點。
鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞
生銹腐蝕將會引起構(gòu)件截面減小，承載力下降，因腐蝕產(chǎn)生的銹坑將使鋼結(jié)構(gòu)的脆性破壞的可能性增大。
在各種鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的種類中，鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞是最常見的一種。例如上半年，泉州某處一酒店發(fā)生整體垮塌，垮塌原因是建筑物由原四層違法增加夾層改建成七層，達(dá)到極限承載能力并處于坍塌臨界狀態(tài)，加之事發(fā)前對底層支承鋼柱違規(guī)加固焊接作業(yè)引發(fā)鋼柱失穩(wěn)破壞，導(dǎo)致建筑物整體坍塌。
事故原因簡而言之超載導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)柱的穩(wěn)定承載力出現(xiàn)了問題，造成房屋的整體垮塌。通常鋼結(jié)構(gòu)建筑不同混凝土結(jié)構(gòu)建筑，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)柱子發(fā)生失穩(wěn)破壞時，通常的表現(xiàn)出來“破壞迅速”、“反應(yīng)強烈”的特別，小編寫這篇文章的主要目的是給建筑師以及初涉結(jié)構(gòu)設(shè)計圈子或者初涉鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的新人普及一下鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的概念，警惕鋼結(jié)構(gòu)房屋最容易發(fā)生的一種破壞形式——“失穩(wěn)破壞”。普及一些最基本的鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)概念，特別是豎向構(gòu)件的失穩(wěn)。讓大家在追求極致細(xì)長、苗條的構(gòu)件的同時，心中能有一個安全底線。
失穩(wěn)指結(jié)構(gòu)因微小干擾而失去原有平衡狀態(tài)、并轉(zhuǎn)移到另一新的平衡狀態(tài)。這是上學(xué)時，老師教我的。失穩(wěn)不同于強度破壞，舉個例子就能讓大家很容易的區(qū)分強度破壞和穩(wěn)定破壞。大家拿個吸管立在桌上，用手壓一下吸管，是不是吸管很容易就被壓彎了，此時吸管發(fā)生的就是穩(wěn)定破壞，如果你不壓，而是兩個手拉吸管，一般人應(yīng)該是拉不壞的，如果你可以，那么此時吸管發(fā)生的就是強度破壞。
說到穩(wěn)定承載力，就不得不提經(jīng)典的歐拉公式：
外荷載pcr
一個軸壓構(gòu)件，其屈曲承載力可通過上面的公式計算出來，我們把這個公式拆解開了，左邊的pcr是構(gòu)件的屈曲承載力，當(dāng)外荷載p不大于pcr時，構(gòu)件就不會屈曲，所以泉州酒店垮塌，外界荷載p的增加肯定是一個原因，不管是敲掉承重墻、還是加建夾層，都是造成外荷載p增大的原因。
π2是個常數(shù)
這個大家都懂，記不住的同學(xué)看下圖。
e是材料的彈性模量
常用結(jié)構(gòu)的彈性模量見下表格，大家可以看出來，如果是同樣的300x300的方柱截面，同等情況下，混凝土結(jié)構(gòu)的屈曲承載力是高于木材的。
i是截面的慣性矩
對于截面的慣性矩，它其實就是衡量結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的一個標(biāo)尺。大家不用死記，但是要有基本的力學(xué)概念。
對于矩形或者工字型截面，存在著強軸和弱軸之分，例如下圖的構(gòu)件受到軸壓力，那么構(gòu)件會往哪個方向失穩(wěn)呢？顯然會往弱軸方向失穩(wěn)。因此穩(wěn)定承載力控制的豎向構(gòu)件優(yōu)先采用圓管和方鋼管的截面。前者可以做到各向等強，后者可以做到xy兩個方向等強。
這個概念相當(dāng)重要，l就是該軸壓桿件的實際幾何長度，在一個計算方向的取值，通長取側(cè)向約束點的距離，因此下圖中左側(cè)桿件的幾何長度是右側(cè)的2倍，因此屈曲承載力左側(cè)只是右側(cè)的1/4，因為屈曲承載力和桿件長度的平方成對應(yīng)關(guān)系，所以增加側(cè)向約束是提高構(gòu)件屈曲承載力的有效手段。
但是在計算屈曲承載力的時候用的是μl，就是相當(dāng)長度，簡單理解μ就是考慮外界對受力構(gòu)件的約束。外界約束越強，那么μ就越小，構(gòu)件的屈曲承載力就越大。
給出典型的受壓桿件μ的取值如下表，此參數(shù)表達(dá)的意思是外界約束的不同，桿件的失穩(wěn)模態(tài)就會不一樣，因此造成承載力的差別。
因此有人說泉州酒店是鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點發(fā)生破壞，造成鋼梁給鋼柱的側(cè)向約束下降，造成鋼柱的穩(wěn)定計算長度增加導(dǎo)致鋼柱失穩(wěn)發(fā)生破壞。大家應(yīng)該就明白是什么原理了吧。
那么大家該有疑問了，如果在設(shè)計梁柱結(jié)構(gòu)體系，梁對柱的約束并不是典型的鉸接或者剛接，那么計算長度系數(shù)μ該怎么取呢。其實也很簡單，大家可以用sap2000對結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，然后對你感興趣的穿層柱或者細(xì)長柱進(jìn)行buckling分析，得到屈曲因子，那么就可以得到該桿件的pcr，再利用下圖中的公式，反算出μ即可。這塊就不做過多講解，大家有不明白操作流程的可以私信解答。
歐拉公式講解的差不多了，接下來我們談?wù)勲p非線性的問題，即材料非線性和幾何非線性。所謂的材料非線性通長就是指材料的本構(gòu)關(guān)系并不是一條直線，典型的鋼材本構(gòu)關(guān)系見下圖，由于我們?nèi)粘ＴO(shè)計中構(gòu)件通常都是在彈性階段，因此材料非線性我們就不多說了。
當(dāng)結(jié)構(gòu)的變位使體系的受力發(fā)生了顯著的變化，以至不能采用線性體系的分析方法時就稱為幾何非線性。說到這個就不得不提初始缺陷的問題。
當(dāng)桿件沒有初始缺陷時，其荷載位移曲線是下圖這樣的，到達(dá)臨界荷載前，結(jié)構(gòu)是沒有變形的，達(dá)到臨界屈曲荷載時，有概率往任何一個方向失穩(wěn)。
任何桿件加工時一定都是有一定的初始缺陷的，如果桿件有個初始的彎曲度，那結(jié)構(gòu)的荷載位移曲線就變成這樣了，這個才是更加符合實際。即該桿件由于幾何初始缺陷的影響造成桿件的變形隨著荷載的增加越來越大，桿件最終的承載力實際是達(dá)不到臨界屈曲荷載值的。
既然結(jié)構(gòu)初始缺陷肯定存在，那我們可以利用他嗎，答案是可以的，大家可以在我之前寫的文章“abaqus在設(shè)計院能做什么呢？（上）”中找到下面算例，此框架初始缺陷我們在構(gòu)件加工時可以人為引導(dǎo)，當(dāng)桿件發(fā)生屈曲失穩(wěn)時，右偏心發(fā)生了屈曲后承載力下降，如果外荷載卸載不掉，構(gòu)件會發(fā)生大變形破壞。而左偏心雖然構(gòu)件也發(fā)生了屈曲失穩(wěn)，但其可以繼續(xù)承擔(dān)外荷載，同時發(fā)生大變形。這樣就給人員一定的警示和逃生時間。
因此做為結(jié)構(gòu)工程師在進(jìn)行上面的結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，可以將它做成向左有一定初始偏心的機構(gòu)，這樣子它的后屈曲性能是穩(wěn)定的，結(jié)構(gòu)比較安全。
對于初學(xué)者可以聯(lián)系用abaqus對上面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載位移曲線模擬，看看是否可以算出結(jié)構(gòu)的下降段，對加深穩(wěn)定理解是有幫助的。