鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計研究

王健

【摘要】隨著我國國民經(jīng)濟的不斷進步，人們對于住宅建設(shè)的要求也隨之提高，并促進了建筑施工技術(shù)水平的提升，不斷滿足建筑安全與舒適的需要?，F(xiàn)階段，由于具有較高穩(wěn)定性與抗震度等特點，鋼結(jié)構(gòu)在建筑施工中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，不僅可以進一步的節(jié)省空間，還將給整個工程降低成本。因此，高強度鋼材的研發(fā)生產(chǎn)已經(jīng)成為目前亟待探討和解決的課題，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計也成為建筑施工技術(shù)進步的重要因素之一。本文根據(jù)我國建筑施工鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的基本狀況對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計進行研究，分析影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的相關(guān)因素，針對存在的問題提出解決策略，以供參考。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性；結(jié)構(gòu)設(shè)計；相關(guān)因素

1.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中存在的問題

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題是指在受到外界擾動的情況下能否恢復(fù)到初始狀態(tài)的性能，在鋼結(jié)構(gòu)的使用中，其穩(wěn)定性會受到其本身或者外界各方面因素的影響，具有一定的隨機性，因此，對于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計不僅僅要考慮到自身影響因素，還要顧及到外界影響造成的不良后果，才能從根本上阻止各種隱患的發(fā)生。

首先，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到其構(gòu)件承載強度的影響，其中也包括構(gòu)件材料的應(yīng)力、截面特征等，都對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。整體結(jié)構(gòu)的支撐力與抗扭力性能也十分重要，包括在設(shè)計建模設(shè)計為了對結(jié)構(gòu)進行分析,所提的假設(shè)、數(shù)學(xué)模型、邊界條件以及目前技術(shù)水平難以在計算中反映的種種因素,所導(dǎo)致的理論值與實際承載力出現(xiàn)的差異,都是影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素，這些在穩(wěn)定性設(shè)計時都是必須考慮的。

其次，目前鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中存在的問題是大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計中如何反映軸力和彎矩的耦合效應(yīng)。一般情況下，大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計中取一個穩(wěn)定安全系數(shù)，不一定能真實的反應(yīng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，因此，預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定設(shè)計理論還很不完善的狀況下，整體與局部的穩(wěn)定性之間的相互作用關(guān)系也是值得研究的問題。

另外，對于鋼結(jié)構(gòu)來說其穩(wěn)定理論也不是十分完善，而通常人們在設(shè)計中時卻是從完善的角度思考，很多隨即因素并沒有考慮進去，就去對其穩(wěn)定性造成嚴重的影響。在實際工程施工中，因為大部分局限于結(jié)構(gòu)參數(shù)的不確定性，就會引起結(jié)構(gòu)響應(yīng)的顯著差異，所以，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計應(yīng)著眼于考慮隨機參數(shù)的結(jié)構(gòu)極值失穩(wěn)、干擾型屈曲、跳躍型失穩(wěn)問題的研究。才能確保鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用順利進行。

以上都是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件穩(wěn)定性設(shè)計中存在的問題，只有不斷完善相關(guān)基礎(chǔ)理論研究，加強對影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的隨機因素加強檢測和控制，才能從根本上使得鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題得到根本解決。

2.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計原則和特點

2.1鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的原則

首先，一般情況下保證平面結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，需要從鋼結(jié)構(gòu)整體的布置著手，因此，在設(shè)計時就要考慮必要的支撐構(gòu)件，滿足整個體系以及構(gòu)件局部穩(wěn)定性的要求。同時，在計算平面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定也必須和結(jié)構(gòu)布置保持一致，由平面桁架組成的塔架，需要注意桿件的穩(wěn)定和橫隔設(shè)置之間的關(guān)系。

其次，在設(shè)計時結(jié)構(gòu)計算簡圖和實際計算方式所依據(jù)的簡圖必須保持一致。很多時候為了節(jié)約成本，在設(shè)計單層或多層框架的結(jié)構(gòu)時，忽略了其穩(wěn)定性的分析，而采用計算的方式代替分析過程。穩(wěn)定性計算費方式只能從一定的程度上特定因素，計算出的數(shù)值并不是全部參數(shù)而是典型數(shù)值，這就從根本上忽視了鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性多樣化因素的發(fā)生，再加上計算會出現(xiàn)部分誤差，就會造成鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的狀況。因此，在此基礎(chǔ)上必須要穩(wěn)定性分析和計算相結(jié)合，才能有效的保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

在實際鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計制造過程中，細部構(gòu)造設(shè)計與穩(wěn)定性的一致性是備受關(guān)注的問題，必須要求鋼結(jié)構(gòu)細部構(gòu)造設(shè)計和穩(wěn)定性相一致，是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原則的必要因素。因此，就要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節(jié)點連接時分別賦與足夠的剛度和柔度，盡量減少桁架節(jié)點桿件偏心現(xiàn)象，支座還要能夠阻止梁饒縱軸扭轉(zhuǎn)等，保證其穩(wěn)定性能。

2.2鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的特點

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的要求來看，對于其穩(wěn)定性設(shè)計的特點可以分為整體剛度和失穩(wěn)效應(yīng)、穩(wěn)定性分析的整體性、穩(wěn)定性計算的其他特點等。剛度和失穩(wěn)效應(yīng)上根據(jù)現(xiàn)在實行的規(guī)范，軸心壓桿的穩(wěn)定計算法是通過臨界壓力求解與折減系數(shù)法來實現(xiàn)的；由于桿件能夠保持穩(wěn)定性是結(jié)構(gòu)整體的性能和承載力綜合決定的，桿件能否保持穩(wěn)定牽涉到結(jié)構(gòu)的整體，因此鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析和計算必須從整體進行考量。

另外，在彈性穩(wěn)定計算中，除了需要整體考慮結(jié)構(gòu)的屈曲性能和強度等指標(biāo)，還有一些其它特點需要引起重視，二階分析即是必須要考慮的因素，對于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也是十分重要的，采用二階分析發(fā)，可以針對大變形、大撓度的鋼結(jié)構(gòu)進行較為系統(tǒng)準確的分析計算，而對結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生了不能忽視的影響。

3.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中的加固方法

在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性實際施工中受到多方面因素的影響，在先期穩(wěn)定性的設(shè)計時就應(yīng)該找出應(yīng)急的方法對鋼結(jié)構(gòu)整體進行加固，確保其更加穩(wěn)定。目前，根據(jù)實際經(jīng)驗，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性加固的設(shè)計方式可以從改變結(jié)構(gòu)計算圖形、減輕荷載分布形式、加大結(jié)構(gòu)截面以及連接強度等幾個方面開始著手，進一步的保證鋼結(jié)構(gòu)施工的穩(wěn)定進行。

通常我們所說的改變鋼結(jié)構(gòu)計算圖形的加固方法就是利用荷載分布狀況、邊界條件等，通過增設(shè)附加桿件和支撐點，對其施加預(yù)應(yīng)力，而進一步的保證其穩(wěn)定性的方式。這種方式要考慮到空間協(xié)調(diào)因素的應(yīng)用，增加支撐點形成一定的空間結(jié)構(gòu)，通過提高剛度和承載力的方式提高其穩(wěn)定性，使之能承受大部分水平力，以減輕其它柱列的負荷，并在塔架等結(jié)構(gòu)中設(shè)置拉桿或適度張緊的拉索以加強結(jié)構(gòu)的剛度。

在設(shè)計中還可以采用對受彎桿件改變其界面內(nèi)力的方式對鋼結(jié)構(gòu)進行穩(wěn)定加固。例如變鉸接為剛結(jié)，增加中間支座或?qū)⒑喼ЫY(jié)構(gòu)端部連接成為連續(xù)結(jié)構(gòu)，調(diào)整連續(xù)結(jié)構(gòu)的支座位置等。特別需要注意的是采用加大截面加固鋼構(gòu)件時，所選截面形式應(yīng)有利于加固技術(shù)，并要求考慮已有缺陷和損傷狀況。當(dāng)然焊縫、鉚釘、普通螺栓和高強度螺栓連接方法的選擇，也是十分有利于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要加固的原因、目的、受力狀況、構(gòu)造及施工條件,并考慮結(jié)構(gòu)原有的連接方法確定，這一點在穩(wěn)定性設(shè)計時也是必要考慮的方式。[科]

【參考文獻】

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