建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

熊華章

云南省設(shè)計(jì)院集團(tuán) 云南省昆明市 65000

摘要：隨著我國社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步以及建筑行業(yè)的發(fā)展，給我國的建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)工作也提出了新的要求和挑戰(zhàn)。當(dāng)前在建筑中鋼結(jié)構(gòu)得到了普遍的運(yùn)用，建筑鋼結(jié)構(gòu)的承載能力同建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有著十分密切的關(guān)系，因此在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，就需要設(shè)計(jì)人員具備一定的理論基礎(chǔ)，并且還要對(duì)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方式加以掌握。本文通過對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢進(jìn)行分析，提出了幾點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的原則和設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)人員具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)方案

近幾年來，我國的鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代的建筑中逐漸的興起，并且得到了一定程度的利用，輕鋼結(jié)構(gòu)、住宅鋼結(jié)構(gòu)以及高層鋼結(jié)構(gòu)等很多的鋼結(jié)構(gòu)體系都是我國建筑業(yè)主要的發(fā)展趨勢。鋼結(jié)構(gòu)之所以應(yīng)用廣泛的主要原因就是其具有容易安裝和環(huán)境污染比較少、抗震性能好等優(yōu)勢。我國在對(duì)建筑的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要就是進(jìn)行穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)，同時(shí)這也是整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中一個(gè)首先需要關(guān)注的問題。但是在具體的應(yīng)用過程中，鋼結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)不同程度的失穩(wěn)問題，因此這就要求相關(guān)的設(shè)計(jì)人員要靈活地掌握穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方式。

一、建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

（一）強(qiáng)度高

鋼結(jié)構(gòu)的材料具有很好的力學(xué)性能，此外，同傳統(tǒng)的建筑材料相比較，鋼結(jié)構(gòu)材料具有很高的強(qiáng)度，還具有很好的塑性和韌性。如果鋼材的結(jié)構(gòu)具有很好的韌性，那么其所能夠承受的動(dòng)力荷載就具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。如果鋼材結(jié)構(gòu)具有較好的塑性，那么即便是超負(fù)荷載，也不會(huì)造成突然間的斷裂。由于鋼材結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的延性，因此具有良好的抗震性能，正是由于上述的優(yōu)勢，才使得鋼結(jié)構(gòu)在近幾年的時(shí)間之內(nèi)，得到了迅速的發(fā)展。

（二）制造簡便

鋼結(jié)構(gòu)制造起來還比較簡便，方便安裝，施工的周期也比較短，材質(zhì)十分的均勻，因此在進(jìn)行加工和制作的過程中，更容易確保鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件也具有較高的精確度，在施工現(xiàn)場，鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件方便進(jìn)行拼裝和加固，在安裝的過程中，會(huì)占用較小的場地，這就為建筑工程在時(shí)間以及空間等方面帶來了一定的效益。

（三）自重輕

高層鋼結(jié)構(gòu)的自重同高層混凝土結(jié)構(gòu)的自重相比較明顯較輕，僅為它們的二分之一，同時(shí)還輕于鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)，因此當(dāng)二者承受的荷載相同時(shí)，高層的鋼結(jié)構(gòu)自重會(huì)明顯的輕于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自重。由于鋼結(jié)構(gòu)的自重比較輕，因此就會(huì)在很大的程度上將基礎(chǔ)的造價(jià)加以降低，方便距離比較遠(yuǎn)的運(yùn)輸。

（四）環(huán)境污染較少

鋼結(jié)構(gòu)的環(huán)境污染比較少，因此有利于對(duì)周圍環(huán)境的保護(hù)，由于鋼結(jié)構(gòu)主要是采用干式的施工方式，所以同混凝土所采用的濕式的施工方式相比較，更加的環(huán)保。此外，在運(yùn)輸方面，同高層的混凝土結(jié)構(gòu)相比較，鋼結(jié)構(gòu)更加便于運(yùn)輸，不會(huì)對(duì)日常的交通造成影響。在夜間施工時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的噪音同混凝土的結(jié)構(gòu)相比較也明顯較少。可持續(xù)發(fā)展的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件也在建筑工程的施工中得到了大力的普及，這就在很大的程度上提高了鋼結(jié)構(gòu)可以重復(fù)利用的效率，降低了對(duì)自然資源的開發(fā)和利用的程度，間接地保護(hù)了自然環(huán)境。在施工的過程中產(chǎn)生的污染也比較少，由此可見可持續(xù)發(fā)展的理念在鋼結(jié)構(gòu)中具有很高的可行性。

二、鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該遵循基本的設(shè)計(jì)原則，從而確保鋼結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性、耐久性，此外還要使得設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，具備鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)該具備的優(yōu)勢。通過對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以將鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢充分的發(fā)揮出來。

（一）設(shè)計(jì)的原則

1.在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的整體布置時(shí)，首先就需要符合鋼結(jié)構(gòu)組成部分在穩(wěn)定性方面的要求，當(dāng)前我國很多的鋼結(jié)構(gòu)都是采用平面體系來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，例如：框架的設(shè)計(jì)。所以如果想要這些平面的結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)失穩(wěn)方面的問題，就需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的整體布置加以充分的考慮，設(shè)計(jì)出必要的支撐構(gòu)件，防止失穩(wěn)問題的出現(xiàn)。

2.在對(duì)框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算時(shí)，結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖同實(shí)用計(jì)算方式參照的簡圖必須要具備較高的一致性。當(dāng)前在進(jìn)行單層或者是多層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，通常不進(jìn)行框架穩(wěn)定的分析，而是要對(duì)框架柱進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。但是在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，會(huì)設(shè)定出一些典型的條件，這些條件同實(shí)際并不相符，主要是由于框架具有多樣性。

3.設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)造同構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算一定要保持一致，當(dāng)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行構(gòu)造細(xì)部的處理時(shí)，應(yīng)該將鋼結(jié)構(gòu)的剛度和柔度進(jìn)行充分的考慮，但是如果在構(gòu)造方面需要進(jìn)行特殊的考慮時(shí)，就需要將構(gòu)件的穩(wěn)定性能考慮在內(nèi)。

（二）設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

1.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析

在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行整體的分析時(shí)，要最大限度地確保鋼件的穩(wěn)定，從結(jié)構(gòu)的整體性出發(fā)，對(duì)構(gòu)件的穩(wěn)定性進(jìn)行全面的分析。

2.失穩(wěn)、整體剛度

現(xiàn)行的比較規(guī)范的穩(wěn)定計(jì)算方式主要包括了兩種，一種是臨界壓力求解法，另外一種就是折減系數(shù)法。這兩種計(jì)算的方式對(duì)軸心壓桿的穩(wěn)定計(jì)算法也是通用的。

3.彈性穩(wěn)定計(jì)算的特性

在進(jìn)行彈性穩(wěn)定的計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)人員不但要對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性加以考慮，還要考慮到其他方面的特點(diǎn)。在對(duì)傳遞彎矩以及傳遞不彎矩的節(jié)點(diǎn)連接問題進(jìn)行要求時(shí)，也要考慮到柔度和剛度的問題。節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量地對(duì)桿件的偏心加以減少，在進(jìn)行柔性構(gòu)件的設(shè)計(jì)時(shí)，需要首先對(duì)二階分析進(jìn)行考慮。這是由于柔性構(gòu)件出現(xiàn)的大變形量會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力產(chǎn)生較大的影響，在進(jìn)行彈性穩(wěn)定的計(jì)算時(shí)，也可以應(yīng)用迭加原理。如果梁可以在水平的平面上進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)或者是允許梁端的截面可以自由的翹曲時(shí)，應(yīng)該注意支座也需要對(duì)梁繞縱軸的扭轉(zhuǎn)加以阻止。如果達(dá)到了上述的需求，那么在進(jìn)行穩(wěn)定性的分析時(shí)，就會(huì)使得穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)符合邊界的條件。

結(jié)語：

綜上所述，我國的鋼結(jié)構(gòu)體系正在處于不斷的發(fā)展之中，因此對(duì)穩(wěn)定問題解決辦法和解決方式的研究也要有所提高。在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員通過對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具備的優(yōu)勢和特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該加以注意的問題進(jìn)行了解，可以在很大的程度上對(duì)穩(wěn)定性問題的處理有所幫助。只有設(shè)計(jì)人員對(duì)上述的方面都有了比較全面和明確的認(rèn)識(shí)，才能夠設(shè)計(jì)出符合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)的鋼結(jié)構(gòu)體系，并且深入地對(duì)同鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的問題加以了解和分析，針對(duì)造成這些問題的原因來采取有效的措施加以解決。但是應(yīng)該注意的是，進(jìn)行解決的一個(gè)基礎(chǔ)和前提就是解決的措施必須要符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，在實(shí)踐的基礎(chǔ)之上逐漸地對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性理論加以完善。

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