建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性問(wèn)題分析

鄭立楠

沈陽(yáng)沈飛集團(tuán)鋁業(yè)幕墻工程有限公司 遼寧 沈陽(yáng) 110000

在現(xiàn)代工程史上，有許多因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)失穩(wěn)而引發(fā)的事故，進(jìn)而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，為了控制工程的質(zhì)量和安全，預(yù)防工程事故的發(fā)生，加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性是非常必要的。

1 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的原則

1.1 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。

1.2 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。

1.3 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[1]。

2 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的具體分析方法

2.1 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)具體地計(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進(jìn)行作用。

2.2 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。

2.3 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[2]。

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

3.1 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足設(shè)計(jì)要求和目的。

3.2 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。

3.3 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足的加固要求，這樣才可使得鋼結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定。

3.4 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。

3.5 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。

3.6 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[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

建筑中鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)不是簡(jiǎn)單地將建筑付諸施工階段即可，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)。

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):244.