如何減小大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的應(yīng)力變形

張 強(qiáng)

（山西榆次城建開發(fā)二公司，山西 晉中 030600）

引言

隨著現(xiàn)代企業(yè)的發(fā)展需求，大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房以其重量輕、剛度大、節(jié)約材料成本、加工方便等優(yōu)點(diǎn)越來越受到各個(gè)企業(yè)的青睞，此廠房的特點(diǎn)往往是具有一定的高度同時(shí)跨度比較大，在各層都會有很多不同的設(shè)備。然而鋼結(jié)構(gòu)廠房的一個(gè)很明顯的問題就是如何減少廠房的應(yīng)力變形問題，在建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中所使用的鋼材變形能力都很強(qiáng)，本文正是從大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房從設(shè)計(jì)與分析兩個(gè)角度出發(fā)，闡述了大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房在結(jié)構(gòu)上如何減少應(yīng)力變形、強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)的過程中如何選擇合理結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)一定要結(jié)合之前的工程實(shí)例，最大程度減少大跨度鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的應(yīng)力變形使廠房結(jié)構(gòu)更加的堅(jiān)固、耐用。

1 大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點(diǎn)

大跨度的鋼結(jié)構(gòu)同傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比具有很多的優(yōu)勢，首先在材質(zhì)的質(zhì)地上更加的均勻；在加工制造方面簡化了很多的流程；同時(shí)運(yùn)輸起來更加的便捷；自身具有很高的強(qiáng)度、本身的重量較輕；塑性和韌性好非常好；在空間上具有大跨度的優(yōu)點(diǎn)，這就使其非常方便的使用在倉庫以及工業(yè)廠房等設(shè)施上。

大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房由于使用的鋼材容易發(fā)生變形，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)受到強(qiáng)大的外力時(shí)，就會由于應(yīng)力不足，而出現(xiàn)較大的變形。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力不足而遭到破壞時(shí)，在失去穩(wěn)定平衡之前的變形很小，也就是說大跨度鋼結(jié)構(gòu)具有脆性破壞的特征，所以一旦應(yīng)力不足就會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，而在出現(xiàn)問題之前并沒有明顯的變形，所以一般不會被發(fā)現(xiàn)，也就是說往往事故的發(fā)生會非常突然，所以很難去預(yù)防，將造成難以挽回的損失。

2 如何減少大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的應(yīng)力變形

2.1 大跨度鋼構(gòu)廠房應(yīng)力變形產(chǎn)生的原因

設(shè)計(jì)工程師在對整個(gè)大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的線性結(jié)構(gòu)分析中，通常都會假設(shè)結(jié)構(gòu)的不會發(fā)生非常大的變形，整個(gè)結(jié)構(gòu)對于力量的負(fù)載、位移之間的關(guān)系是線性的。如果整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力不過將會使得結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的幾何形狀改變，所以說如果在對鋼結(jié)構(gòu)廠房的穩(wěn)定性進(jìn)行分析時(shí)，一定要考慮應(yīng)力變形對整個(gè)結(jié)構(gòu)的影響，如果負(fù)載、位移之間的關(guān)系是非線性的，那么整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變形就會有很大的不同，在這種狀態(tài)之下我們觀察兩者之間的關(guān)系曲線可以看出每一點(diǎn)所代表的都是一個(gè)平衡狀態(tài)，都是滿足平衡方程、協(xié)調(diào)方程和本構(gòu)方程的，因此這個(gè)曲線我們又可以稱之為平衡路徑。在這個(gè)曲線上，如果負(fù)載是隨位移而進(jìn)行變化，我們就可以說平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的；反之，則整個(gè)平衡狀態(tài)就是不穩(wěn)定的。

在通常的狀態(tài)下，我們可以將大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的應(yīng)力變形問題可以分為兩類。首先是大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房具有分支點(diǎn)不穩(wěn)定的問題，我們通常所說的直桿軸心受壓時(shí)的發(fā)生彎曲變形以及如何去完善平板中平面受壓時(shí)發(fā)生彎曲和變形的問題都是這一類的問題；其次是分支點(diǎn)不穩(wěn)定的問題，例如鋼結(jié)構(gòu)的偏心受壓構(gòu)件，在它的塑性發(fā)展到某種程度的時(shí)候就會失去使應(yīng)力無法承受而發(fā)生變形。在大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房中，在軸心位置的構(gòu)件，通常都會無法避免一些初彎矩，在負(fù)載的作用點(diǎn)上難免會出現(xiàn)偏心的狀況。所以說要對大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的應(yīng)力變形進(jìn)行類型分類，我們還要了解問題對構(gòu)件具有的影響。

2.2 減少大跨度結(jié)構(gòu)廠房的應(yīng)力變形的具體實(shí)施細(xì)節(jié)

在進(jìn)行大跨度廠房設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮局部設(shè)計(jì)對整體應(yīng)力變形的影響，大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)的工程師在做廠房設(shè)計(jì)時(shí)，一定要參考之前的工程實(shí)例，對局部的設(shè)計(jì)要更加的細(xì)致。目前大跨度鋼結(jié)構(gòu)的廠房結(jié)構(gòu)大多都是參照平面體系來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，例如說桁架、框架等。所以要想減少大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的應(yīng)力變形，我們一定要從局部到整體的布置方面來進(jìn)行解決，在一些位置增加必要的支撐構(gòu)件，來增加多點(diǎn)的支撐力，增大廠房的受力點(diǎn)，以最大程度的減少應(yīng)力變形。

在進(jìn)行大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)過程中，我們可以一定要將所使用的桿件穩(wěn)定程度考慮進(jìn)去，通過計(jì)算來增加桿件的穩(wěn)定程度，在計(jì)算的過程中往往所依據(jù)的是假設(shè)的條件或一些典型的情況所得出來的，同時(shí)我們可以參考之前的工程，在已經(jīng)成熟、成功的大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)當(dāng)中吸取更多的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，來獲得更真實(shí)的數(shù)據(jù)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中如果廠房的結(jié)構(gòu)同假設(shè)條件相符合才能正確應(yīng)用。所以說在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮未來大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的具體結(jié)構(gòu)，這樣整個(gè)假設(shè)和技術(shù)才會更加的有效。

在大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)過程中要注意在結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)上同桿件的穩(wěn)定計(jì)算上要注意二者的相互配合，只有這樣使二者才能一致性。例如梁的整體穩(wěn)定性就和梁端連接構(gòu)造關(guān)系密切，在設(shè)計(jì)中就要注意二者之間的聯(lián)系，同時(shí)由于大跨鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)所使用的桿件數(shù)量是非常多的，所以說設(shè)計(jì)者們盡可能的簡化模型，但是即使是這樣其自由度也成也是非常反對的，所以說在進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)之前，就不得不用有限元方法對整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行一個(gè)精確的數(shù)值分析。對于大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的分析通常都是從簡單模型開始，之后以此為整個(gè)設(shè)計(jì)的依據(jù)，再運(yùn)用合理的分析模型以及求解方法，去進(jìn)一步的分析模型，以找到最好的方式來減少應(yīng)力變形。

3 大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房現(xiàn)狀以及未來展望

通過上面的論述我們可以知道目前大跨度的鋼結(jié)構(gòu)廠房在設(shè)計(jì)上已經(jīng)有了非常成熟的發(fā)展，現(xiàn)在大多數(shù)的工程設(shè)計(jì)中都是在使用著一些普遍的設(shè)計(jì)方法，我們國家地域遼闊，所以不同的地域具有不同的特點(diǎn)，所以說在進(jìn)行大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的時(shí)候還要考慮到地域性特點(diǎn)，例如說抗震、氣候、地質(zhì)等都會對工程有一定程度的影響，也就是說在做設(shè)計(jì)時(shí)不能所有的工程都是同一個(gè)模式，一定要考慮結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡乩硖攸c(diǎn)。另外，大跨度的鋼結(jié)構(gòu)廠房相對于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系造價(jià)要低一些，而且整個(gè)建筑空間具有很高的利用率，加工起來更加方便，一旦發(fā)生災(zāi)害之后很容易修復(fù)，同時(shí)在施工方面，周期短、資金占用少、對環(huán)境破壞和污染也相對較少，由于使用的是鋼材所以回收和再生利用率高，這些都是鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)勢，所以現(xiàn)代工廠設(shè)計(jì)中采用這一結(jié)構(gòu)的越來越多，然而，如何減少大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的應(yīng)力變形是一個(gè)急需解決的問題，本文針對此問題給出了一些建議，相信在未來設(shè)計(jì)者們，會逐步改善這一問題，使得大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房具有更加廣泛的應(yīng)用。