淺談鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

郄紅芳

摘要：建筑中鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)不是簡(jiǎn)單的將建筑付諸于施工階段即可，它是一項(xiàng)責(zé)任十分重大的工作，直接關(guān)系到人民群眾的生命安全和建筑工程的經(jīng)濟(jì)收益。因此，在建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)單位和技術(shù)人員需要采用新的理念和方法，保障鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的安全性和穩(wěn)定性，使得我國(guó)的建筑事業(yè)在摸索中穩(wěn)步前進(jìn)。本文對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)；策略

在鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，穩(wěn)定性是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。鋼結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)中的廣泛應(yīng)用使得其穩(wěn)定性的研究非常迫切。穩(wěn)定性設(shè)計(jì)并不是簡(jiǎn)單地將圖紙付諸于施工即可，它是一項(xiàng)十分重要的工作，直接與建筑工程的效益和施工群眾的生命掛鉤。

一、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的重要性

目前，在很多鋼結(jié)構(gòu)的建筑中都普遍存在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的問(wèn)題，出現(xiàn)這樣的問(wèn)題主要是設(shè)計(jì)者沒(méi)有把鋼結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)和材料的力學(xué)性能了解清楚，缺乏穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的相關(guān)概念，另外在施工的過(guò)程中也沒(méi)有按照嚴(yán)格的施工規(guī)范，有的為了降低成本，偷工減料，關(guān)鍵部位沒(méi)有保證施工的質(zhì)量，最后導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)的現(xiàn)象，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。為此做好建筑施工中的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)是極為重要的，他不僅關(guān)乎工程的質(zhì)量，也還關(guān)乎人們的生命安全，一旦出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的現(xiàn)象，輕者使建筑中的某一個(gè)方面出現(xiàn)問(wèn)題，重者則能夠讓整個(gè)工程全部倒塌和造成人員傷亡?，F(xiàn)階段，做好鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)已經(jīng)迫在眉睫，只有注意了穩(wěn)定性設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，針對(duì)問(wèn)題采取相應(yīng)的措施，這樣才能夠更好的推動(dòng)建筑中鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展。

二、 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的原則

1、構(gòu)件與細(xì)部構(gòu)造穩(wěn)定性計(jì)算方法一致

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要使構(gòu)造設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)計(jì)算相匹配，以滿(mǎn)足構(gòu)件穩(wěn)定性和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)造的一致性。對(duì)傳遞彎矩和不傳遞彎矩的連接節(jié)點(diǎn)，應(yīng)該分別給予足夠的剛度和柔度；對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)也應(yīng)盡量減少桿件偏心等，這些僅僅是設(shè)計(jì)構(gòu)件細(xì)部構(gòu)造。但是，當(dāng)涉及到穩(wěn)定性時(shí)，對(duì)細(xì)部構(gòu)造就會(huì)有其他要求，比如簡(jiǎn)支梁就抗彎強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，對(duì)不動(dòng)鉸支座的要求只是阻止位移和允許其在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，然而在處理梁整體的穩(wěn)定性時(shí)，支座除了要滿(mǎn)足上述要求外，還需要阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn)，允許梁在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和梁端截面自動(dòng)翹曲。

2、 兼顧整體和組成部分穩(wěn)定性的要求

目前，大部分鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是以平面體系為出發(fā)點(diǎn)的，比如桁架設(shè)計(jì)和框架設(shè)計(jì)等。為了避免出現(xiàn)平面失穩(wěn)問(wèn)題，需要從鋼結(jié)構(gòu)的整體布局出發(fā)，設(shè)計(jì)有針對(duì)性的支撐構(gòu)件，也就是說(shuō)要使平面構(gòu)件的結(jié)構(gòu)布置與平面穩(wěn)定計(jì)算保持一致。比如，在平面桁架組成的塔架中，要注意橫隔設(shè)置和桿件之間的穩(wěn)定性。

3、計(jì)算方法與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖一致

在設(shè)計(jì)單層和多層框架結(jié)構(gòu)時(shí)，并不分析框架穩(wěn)定性，而要計(jì)算框架柱的穩(wěn)定性。采用這種方法計(jì)算框架柱穩(wěn)定性時(shí)用到的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，應(yīng)該分析框架整體的穩(wěn)定性，這樣才能使最終框架穩(wěn)定計(jì)算等效于柱穩(wěn)定計(jì)算。此外，如果計(jì)算方法與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖不一致，就需要調(diào)整所使用的計(jì)算方法，以保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的要求。

三、 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的具體分析方法

1、 靜力法

所謂靜力法就是結(jié)合已經(jīng)產(chǎn)生了微小的變形后的一些結(jié)構(gòu)受力的條件，依據(jù)這些條件來(lái)建立較為平衡的微分的方程。從這些方程里來(lái)具體的計(jì)算出臨界的相關(guān)荷載。在具體實(shí)際應(yīng)用中，若構(gòu)建相關(guān)的平衡微分方程，需要遵守下面的設(shè)定：構(gòu)件應(yīng)該為截面的直桿，其壓力要始終遵循之前的軸線(xiàn)進(jìn)行作用。

2、 動(dòng)力法

動(dòng)力法的研究主要是結(jié)合處在平衡狀態(tài)之下的結(jié)構(gòu)體系，因此如果在上面增加較小的干擾，就會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生一定的振動(dòng)。而在這種情況下所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形和鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)加速，均與整體結(jié)構(gòu)的荷載產(chǎn)生密切的聯(lián)系。遇到荷載值比較低，超過(guò)了鋼結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定性的極限荷載值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)加速度和之前的鋼結(jié)構(gòu)變形的具體方向相反的狀況。

3、 能量法

若是鋼結(jié)構(gòu)承載著保守力，則在實(shí)際應(yīng)用中，可以結(jié)合已經(jīng)具有了變性結(jié)構(gòu)的相關(guān)受力條件來(lái)構(gòu)建總體的勢(shì)能。同樣若鋼結(jié)構(gòu)處在比較平衡的狀態(tài)，則需要計(jì)算其總體勢(shì)能。要結(jié)合相關(guān)勢(shì)能駐值的原理，將總體勢(shì)能從一階變分為零，以此來(lái)得出平衡的方程，再結(jié)合平衡方程來(lái)得出分岔屈曲荷載。

四、提高鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的策略

1、 盡量減小不確定性因素的影響

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，是不可能避免不確定因素影響的。為此只有盡量的減小不確定因素為鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能的分析和相關(guān)的設(shè)計(jì)，也可根據(jù)眾多的實(shí)驗(yàn)，最終選擇一個(gè)較為合理的方案來(lái)確定相關(guān)關(guān)系，也只有這樣才可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和目的。

2、 重視局部穩(wěn)定與整體穩(wěn)定的關(guān)系

局部穩(wěn)定與整體穩(wěn)定之間有著重要關(guān)系，需要重視兩者之間的關(guān)系，有些單位為了省事，只是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)確定兩者直接的安全系數(shù)，這樣在進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的分析時(shí)，就會(huì)存在很大的誤差，嚴(yán)重影響到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，更不用說(shuō)達(dá)到設(shè)計(jì)的目的，滿(mǎn)足穩(wěn)定性的要求，為此需要特別重視兩者之間的關(guān)系。

3、 建立完善的預(yù)張拉結(jié)構(gòu)理論體系

預(yù)張拉結(jié)構(gòu)的分析對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)是極為重要的，是需要做好這方面的工作的。在進(jìn)行預(yù)張拉結(jié)構(gòu)的分析時(shí)，一定要有一套完善的預(yù)張拉結(jié)構(gòu)理論體系，根據(jù)這個(gè)體系進(jìn)行分析，最終得出準(zhǔn)確的結(jié)果，為此需要建立一套完善的預(yù)張拉結(jié)構(gòu)理論體系，確保鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的要求和目的。

4、減輕及改變荷載的分布

通過(guò)受彎桿件荷載的改變，把單獨(dú)的集中端部支撐荷載承受轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)的端部支撐的荷載承受并進(jìn)行相應(yīng)的加固。在選取截面進(jìn)行加固之時(shí)，一定要注意到截面的形式，其須具有實(shí)際的加固缺陷與損傷滿(mǎn)足的加固要求，這樣才可使得鋼結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定。

5、 對(duì)固件的連接進(jìn)行加固

通過(guò)采用焊縫或高強(qiáng)度的螺栓以及柳釘?shù)鹊姆绞綄摻Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的連接加固。在進(jìn)行加固連接的時(shí)候，一定要根據(jù)實(shí)際的工程鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的加固。比如鋼結(jié)構(gòu)的加固的原因與目的以及鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況與構(gòu)造等進(jìn)行分析之后，方可確定固件的連接方式。通常情況下，在采用焊縫的連接過(guò)程中，要注意選用已被確認(rèn)的焊接工藝和連接材料，才可以進(jìn)行焊接加固，從而確保鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

6、合理地運(yùn)用梁—柱理論

梁—柱理論是當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中最基礎(chǔ)的理論，也是最重要的理論。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要實(shí)際考察鋼結(jié)構(gòu)工程的場(chǎng)地、材料、設(shè)計(jì)方案等相關(guān)事項(xiàng)，合理地運(yùn)用梁—柱理論分析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中細(xì)部構(gòu)造和構(gòu)件之間的穩(wěn)定性、整體結(jié)構(gòu)和組成部分之間的穩(wěn)定性等，達(dá)到提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性的目的。

7、 鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)相符合

構(gòu)造和計(jì)算相符合一直是設(shè)計(jì)者所關(guān)注的問(wèn)題。然而一旦牽涉到鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能時(shí)，都需要考慮強(qiáng)度或其他不同的特殊考慮。應(yīng)該分別給予它們較強(qiáng)的剛度以及柔度，最大限度的降低桁架節(jié)點(diǎn)的桿件偏心度，以上均是設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要處理的相關(guān)問(wèn)題。

總而言之，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定在整個(gè)建筑工程中有著舉足輕重的作用。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之前應(yīng)該熟知結(jié)構(gòu)件穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的基本原則，并了解各個(gè)結(jié)構(gòu)件的穩(wěn)定性能。設(shè)計(jì)完之后要不斷地完善設(shè)計(jì)方案，與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)要不斷地加強(qiáng)自身專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，從而確保鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐文智. 建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性分析[J]. 城市建筑，2013，16： 186.

[2]陳飛. 淺談鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及優(yōu)化對(duì)策[J]. 城市建筑，2014，01： 44.

[3]王麗麗.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)研究[J].黑龍江科技信息，2013（30）.

[4]董晨濤.淺談鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014（21）

[5]付春松. 鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題分析[J]. 廣東科技，2014，08：130-131.