鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的研究

沈兵

(博思格建筑鋼結(jié)構(gòu)(廣州)有限公司,廣東廣州 510530)

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的研究

沈兵

(博思格建筑鋼結(jié)構(gòu)(廣州)有限公司,廣東廣州 510530)

鋼結(jié)構(gòu)具有很強的抗震性,自身重量較輕,在建筑領(lǐng)域的運用十分廣泛。但是,鋼結(jié)構(gòu)存在很多關(guān)于穩(wěn)定性的問題,如果不能妥善處理,將造成很大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。本文對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計進行研究,為建筑領(lǐng)域的發(fā)展提供建議。

鋼結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定性 設(shè)計

建筑行業(yè)中對于鋼結(jié)構(gòu)的運用存在很多缺陷，主要表現(xiàn)在對于鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中存在的問題，使得鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)的現(xiàn)象，嚴重威脅生命和財產(chǎn)安全[1]。我國在建筑領(lǐng)域不斷發(fā)展，建筑項目持續(xù)增加，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計越來越受到大家的關(guān)注。以下是對于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的詳細分析。

1 鋼結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的類別

1.1 分支點不穩(wěn)定

分支點不穩(wěn)定是鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的種類之一。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的軸心受壓構(gòu)件是完好無損的時候，如果端部受到負荷時，壓力不大于某個限值，整個鋼結(jié)構(gòu)依然保持平穩(wěn)，那么表示這個鋼結(jié)構(gòu)承受著均衡的壓力[2]。此時即使是沿軸線發(fā)生變化也只是壓縮變形，那么假如出現(xiàn)相反現(xiàn)象，當(dāng)壓力大于某個限值，鋼結(jié)構(gòu)就會發(fā)生彎曲變形，從而造成分支點失衡的現(xiàn)象。

1.2 極值點不穩(wěn)定

極值點失衡主要是指塑性伸展到一定程度時，鋼材制作而成的偏心受壓的部件失衡，導(dǎo)致平衡狀態(tài)發(fā)生改變而出現(xiàn)失衡現(xiàn)象。與極值點相關(guān)的還有跳躍失穩(wěn)，跳躍失穩(wěn)指的是在鋼結(jié)構(gòu)的部件狀態(tài)失去平衡性后，自動跳躍到其他的穩(wěn)定性的狀態(tài)中[3]。

2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計失穩(wěn)的原因

鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題主要是指該結(jié)構(gòu)在受到外界的干擾的時候能否恢復(fù)到原來的狀態(tài)的一種性能[4]。鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性容易受到很多種因素的影響，存在很大的隨機性。所以，影響鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計失穩(wěn)的原因需要考慮全面，在考慮自身的原因的同時要考慮到外界因素，這樣才能很好的解決鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的問題。

(1)鋼自身構(gòu)件的承載力。鋼結(jié)構(gòu)自身的承載能力對于其穩(wěn)定性設(shè)計有一定程度的影響，這些結(jié)構(gòu)包括材料的截面特征等。整個鋼結(jié)構(gòu)的整體的抗壓性和支撐力度也是十分重要的因素。在設(shè)計建模時為了對結(jié)構(gòu)進行更加詳細的研究，在設(shè)計時期對于數(shù)學(xué)模型等提出的假設(shè)和現(xiàn)有的技術(shù)水平很難在前期的計算中得到十分準(zhǔn)確的反應(yīng)，造成出現(xiàn)計算值和實際的承載力相差極大的現(xiàn)象。(2)大跨度設(shè)計中的問題。目前對于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中存在很大的問題就是在大跨度的設(shè)計中，對于如何反應(yīng)軸力和彎矩的效應(yīng)問題存在很大的缺陷。在通常情況下，大跨度設(shè)計時會提取一個安全系數(shù)，但是其并不能夠準(zhǔn)確的描述出網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實受力的狀態(tài)。所以，在預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系不完善的情況下，鋼結(jié)構(gòu)整體和部分之間的穩(wěn)定性相互關(guān)系也是影響鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計失穩(wěn)的重要原因。(3)穩(wěn)定理論不完善。由于鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定理論并不完善，但是很多設(shè)計師在進行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的過程中，忽略了穩(wěn)定性因素，因而造成鋼結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。在實際施工中，很多設(shè)計人員只局限在對于結(jié)構(gòu)參數(shù)的一些不確定因素，這樣就會引起結(jié)構(gòu)上一些顯著差異的出現(xiàn)。因此，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計應(yīng)該將隨機參數(shù)考慮在內(nèi)，并對干擾型屈曲等問題進行詳細研究。

只有不斷發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中影響穩(wěn)定性的原因，才能針對這些問題進行實質(zhì)性的改善，采取有效措施進行技術(shù)的改進和理論的完善，才能從根本上完善鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計。

3 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計應(yīng)該遵循的原則

由于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計存在很多缺陷，造成在建筑工程的實際施工中經(jīng)常出現(xiàn)一些損失，影響施工的進行并威脅生命安全。以下是對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中應(yīng)該遵循的原則進行詳細分析。

3.1 把握全局

設(shè)計人員在進行鋼結(jié)構(gòu)的施工安排和計劃的時候，應(yīng)該提前對整個鋼結(jié)構(gòu)的體系和各個部分進行穩(wěn)定性考察。目前，很多鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計是以平面的形式進行的，所以想要保證平面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，應(yīng)該將鋼結(jié)構(gòu)平面設(shè)計的整體性作為整個設(shè)計過程中的關(guān)鍵部分。而且，設(shè)計人員應(yīng)該保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定計算應(yīng)該與實際安排相一致。所以，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計應(yīng)該從整體上把握整個鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，才能保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計獲得成功。

3.2 結(jié)合實際

鋼結(jié)構(gòu)需要進行計算的簡圖和實際鋼結(jié)構(gòu)的計算方式對應(yīng)的簡圖一致。對于單層或者多層的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要實行穩(wěn)定性的計算才能得到框架穩(wěn)定的相關(guān)柱長度的系數(shù)。并且通過穩(wěn)定性的分析和計算，保證柱穩(wěn)定性計算和框架的穩(wěn)定性計算相一致。據(jù)我國相關(guān)文件表示，框架的穩(wěn)定參數(shù)與桿件的設(shè)計和制定都來自于簡化和假設(shè)。

3.3 設(shè)計與計算一致

鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計和鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性實際計算相吻合。確保鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計和鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性實際計算是設(shè)計人員在進行設(shè)計的時候最應(yīng)該關(guān)注的問題。所以，在考慮鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造的時候，應(yīng)該從不同的強度進行全面布局。

4 加固鋼結(jié)構(gòu)

由于鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性容易在實際的施工中出現(xiàn)問題，所以在設(shè)計期間應(yīng)該提前對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行加固。根據(jù)目前我國的實際情況，發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計應(yīng)該從改變計算圖形和加大連接強度等方面入手，保證施工的安全進行。

改變鋼結(jié)構(gòu)計算圖形的方法主要是利用荷載的分布情況等，對附加的支撐點或者桿件進行增設(shè)，再施加相應(yīng)的預(yù)先應(yīng)力，從而進一步確保其穩(wěn)定性。這類方法主要需要考慮到空間的協(xié)調(diào)能力，增加一定的增設(shè)點能夠形成一個空間的結(jié)構(gòu)，主要是利用剛度和承載力來增加其穩(wěn)定性。

還有一種方法是通過受彎桿件來改變鋼的界面內(nèi)力來加固鋼的穩(wěn)定性。在增大截面加固鋼的截面構(gòu)件的時候，選擇的界面方式應(yīng)該對加固技術(shù)有幫助，而且要考慮到實際已存在的缺陷。

5 結(jié)語

總之，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的主要因素的承載力對于整個鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計具有決定作用。鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性直接關(guān)系到我國整體建筑工程的可持續(xù)發(fā)展，也就關(guān)系到經(jīng)濟的健康發(fā)展?；阡摻Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要性，相關(guān)設(shè)計人員在進行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的時候，應(yīng)該充分考慮各種可能導(dǎo)致失穩(wěn)的原因，并采取完善的加固措施，才能進一步保證施工的安全進行。

[1]萬迎春.鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計及節(jié)點設(shè)計分析[J].黑龍江科技信息,2010(14).

[2]關(guān)廣軍,汝明.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單步驟和設(shè)計思路[J].今日科苑,2009(08).

[3]李超,范希瑩,李東岳.一個鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)混合建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].科技信息,2010(13).

[4]耿瑞峰.關(guān)于建筑施工中引起的幾個質(zhì)量問題的改進意見[J].民營科技,2011(06).