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我们在之前的文章中提到过，建筑形状的“扭曲”创造了一个新的符号。但对于钢结构本身来说，最怕的就是“扭”。这篇文章我们提到了为什么怕扭，也给出了几个工程案例。
在这篇文章中钢结构梁的计算公式中的，我们来讨论一下是什么让封闭截面钢梁超级稳定？通过计算示例揭示了每个参数对稳定性的贡献。
开口薄壁型钢梁截面的绕弱轴抗弯力和扭转刚度较小，易出现弯扭失稳。我国钢结构设计规范GB50017-2017规定，满足下列条件之一的钢梁稳定性不需验算： (1)受压翼缘上有刚性楼板且有有效与上法兰连接； (2)钢梁受压翼缘上有侧向支撑且支撑间距足够小时； (3)钢梁断面为封闭断面，断面高/宽不大于6.0。由此可见，封闭截面钢梁的稳定性比开口截面钢梁的稳定性要好很多，那么原因是什么呢？
1 双轴对称简支梁临界荷载
简支梁在纯弯曲作用下的弯扭失稳临界载荷可由下式计算：
其中，Iy、Ik、Iw分别为截面绕弱轴y轴的转动惯量、截面的自由扭转常数和翘曲常数（或约束扭转常数）。
从临界弯矩计算公式可以看出，临界弯矩与平面内的弯曲刚度无关，只与截面绕弱轴的弯曲刚度和截面的扭转刚度有关。由于上述计算公式同时适用于简支梁的开闭截面，因此开闭截面的稳定性差异只能来自于两截面的刚度差异。
2、截面参数差异
参考童根树教授《钢结构面外稳定性》的计算公式可以看出，与开放截面相比，封闭截面的Iy、Ik、Iw可能有不同程度的提高。其中，对于开口截面，自由扭转常数Ik较小，对普通钢梁的扭转刚度贡献不大。然而，对于封闭截面，自由扭转常数变得非常大，这可能会影响部件的稳定性。发挥着关键作用。
比较三种截面的截面参数：H600x200x8/12（S1）、箱形截面600x200x8x12（S2，相同腹板厚度）和600x200x4x12（S3，相同面积）。
从表1可以看出，改为封闭截面后，与弯曲和扭转失稳相关的3个截面常数均出现不同程度的增加。其中钢结构梁的计算公式中的，Iy增加了数倍（约3.8-6.3倍），Iw基本保持不变，但Ik增加了两个数量级以上，分别为500倍和869.7倍。另外，一个有趣的现象是，较薄的卷材部分600x200x4x12的翘曲常数Iw略大于较厚的部分600x200x8x12的翘曲常数Iw。
3、各种截面参数的影响
假设钢梁跨度为8m，分析各参数对临界弯矩的影响。根据计算，600x200x8x12（S2）和600x200x4x12（S3）的临界弯矩分别是H600x200x8/12（S1）的44.8和26.3倍。
在图 2 中，更改了单个横截面参数以检查它们对临界弯矩的影响。横坐标为Iy、Ik、Iw与工字截面的比值，纵坐标为相应的临界弯矩与工字截面梁的比值。 。当一个参数改变时，其他参数保持与工字截面相同。从图2可以看出，Iy的增加对梁的稳定性影响最大，Ik次之，Iw影响最小。
从图3可以看出，当增加到100、500和1000倍时，临界弯矩可分别达到原来的6倍、13倍和19倍左右。
从表2可以看出，S2和S3断面的Iy增加系数分别为6.3和3.8。根据图2可以看出，相应的临界弯矩增加系数约为2.5和2倍；同时，S2和S3截面的Ik增加系数分别为869.7和500。从图3可以得出，相应的临界载荷增加次数约为17.65和13倍。当同时考虑两个参数的增加效果时，两个单一参数的增加效果可成倍增加，S2和S3截面的临界弯矩增加值分别为44.1和26倍，与表1中的44.8和26.3倍非常一致。
4. 结论
通过本文的分析，可以得出以下结论：
(1) 当翼缘尺寸、断面高度等参数相等时，封闭断面的Ik可增大到开式断面的数百倍，Iy可增大到开式断面的数倍，但Iw仍然存在基本不变；
(2) 当其他参数不变时，增大Iy对提高梁的稳定性最有效；
(3)闭截面梁的稳定性远高于开截面梁。本文计算算例中，闭截面梁S2、S3的临界荷载约为开截面梁S1的44.8、26.3倍；
(4)闭截面梁稳定性的提高主要是由于自由扭转常数Ik的增加。对于本文实施例S2和S3中的临界弯矩增加系数44.8和26.3，Ik分别贡献了17.65倍和13倍，Iy分别贡献了17.65倍和13倍。 2.5倍和2倍，二者共同作用下的涨幅倍数约为两个单一因素涨幅倍数的乘积。
