建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要點(diǎn)

許立權(quán)

摘 要：我國(guó)的建筑在世界領(lǐng)域已經(jīng)開始嶄露頭角，所以要想進(jìn)一步的推動(dòng)建筑領(lǐng)域的發(fā)展，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須充分考慮建筑的穩(wěn)定性。本文主要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性設(shè)計(jì)；要點(diǎn)分析

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)的建筑業(yè)也迎來了高速的發(fā)展，與此同時(shí)，建筑安全問題也越來越重要，社會(huì)各界對(duì)工程的質(zhì)量要求也變得越來越高了。所以為了保證我國(guó)工程建筑的質(zhì)量，在工程建筑的過程中，應(yīng)該采用注重建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，只有這樣才能保證建筑工程的安全。

2 建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)原則

2.1 各個(gè)層面確保穩(wěn)定性

由于建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)很多，其中包含結(jié)構(gòu)的阻尼比、水平載荷系數(shù)、抗震強(qiáng)度等等，下面以水平載荷系數(shù)作為例子來分析，建筑必須處在十分良好的狀況下水平載荷系數(shù)才是零，然而在實(shí)際的環(huán)境中是很難達(dá)到的，風(fēng)載荷都會(huì)在不同的水準(zhǔn)上對(duì)水平方向上的建筑穩(wěn)定性產(chǎn)生作用，由于這些現(xiàn)實(shí)情況，設(shè)計(jì)者需要依據(jù)本地的實(shí)質(zhì)環(huán)境狀況來設(shè)計(jì)水平載荷系數(shù)，最后防止建筑由于穩(wěn)定性的因素造成的破壞。

2.2 剪力調(diào)整問題

剪力調(diào)整問題也是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)過程當(dāng)中需要高度關(guān)注和重視的一個(gè)問題，這主要是因?yàn)殡S著我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平和技術(shù)水平的持續(xù)提高，建筑樓層越來越高，建筑形式也越來越復(fù)雜，斜柱或者是不對(duì)稱結(jié)構(gòu)等異形結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的頻率非常之高，這無疑對(duì)建筑穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提出了更高的要求。目前為止，我們國(guó)家在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)多采用簡(jiǎn)化的方式來進(jìn)行處理，如豎向構(gòu)件簡(jiǎn)化為柱子，斜構(gòu)件簡(jiǎn)化成斜桿等，通常情況下這樣一種簡(jiǎn)化并不會(huì)產(chǎn)生太大的問題，但是在進(jìn)行框架柱剪力調(diào)整時(shí)就會(huì)有非常嚴(yán)重的影響，這主要是由斜撐的特點(diǎn)和作用來決定的，斜撐主要還是用作水平方向的支撐，但仍然需要承受豎向上一定的載荷，這樣一部分載荷產(chǎn)生的剪力是不能夠忽略的，因此，剪力調(diào)整問題的良好處理將在相當(dāng)大程度上提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定程度。

2.3 強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)

強(qiáng)柱弱梁注重的是建筑設(shè)計(jì)中柱、梁的整體性問題，這是由于結(jié)構(gòu)在面臨很大的載荷時(shí)需要塑性鉸出現(xiàn)在梁上而不是柱子上，這樣才可以確保結(jié)構(gòu)整體在使用過程當(dāng)中不會(huì)產(chǎn)生瞬間損壞，并且在經(jīng)過一定的外力作用后還能夠在很短的時(shí)間內(nèi)快速恢復(fù)原始形態(tài)。國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于這些方面有比較明了的規(guī)則和條件，強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)必須對(duì)其彈塑性進(jìn)行計(jì)算和分析，只有滿足以上要求時(shí)才能夠認(rèn)為其合格可用。

3 建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，在形式上具有多樣化特點(diǎn)。有時(shí)，某一部位從表面上看并不受壓或不是主要受壓，但仍然會(huì)出現(xiàn)屈曲失穩(wěn)問題。例如在簡(jiǎn)支鋼板梁的端部復(fù)板處，一般情況下彎曲正應(yīng)力較小，比較大的是剪應(yīng)力。然而，縱橫兩個(gè)方向的剪應(yīng)力相結(jié)合，就可能形成較大的斜向壓應(yīng)力，并導(dǎo)致復(fù)板局部失穩(wěn)。此外，結(jié)構(gòu)的某些部位也有可能隨結(jié)構(gòu)變形由不受壓變?yōu)槭軌憾鴮?dǎo)致失穩(wěn)。

對(duì)于結(jié)構(gòu)來說，它是由各個(gè)桿件組成為一個(gè)整體的。當(dāng)一個(gè)桿件發(fā)生失穩(wěn)變形后，它必然牽動(dòng)和它剛性連接的其他桿件。因此，桿件的穩(wěn)定性不能就某一根桿件去孤立地分析，應(yīng)當(dāng)考慮其他桿件對(duì)它的約束作用。這種約束作用是要從結(jié)構(gòu)的整體分析來確定的，這就是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的整體性問題。

穩(wěn)定的相關(guān)性，指不同失穩(wěn)模式的偶合作用。例如，單軸對(duì)稱的軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)在對(duì)稱平面外失穩(wěn)時(shí)，呈現(xiàn)既彎又扭的變形，它是彎曲和扭轉(zhuǎn)的相關(guān)屈曲。另外，局部和整體穩(wěn)定的相關(guān)，還常見于冷彎薄避型鋼構(gòu)件。其壁板的局部屈曲一般并不立刻導(dǎo)致整體構(gòu)件喪失承載能力，但它對(duì)整體穩(wěn)定臨界力卻有影響。對(duì)于存在缺陷的桿件來說，局部和整體之間相互影響更具有復(fù)雜性。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的計(jì)算方法

整體剛度計(jì)算。在現(xiàn)行的鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算規(guī)范中，通用的計(jì)算方法是軸心壓桿穩(wěn)定計(jì)算方法，其主要采用是折減系數(shù)方法和臨界壓力求解法。其中，臨界壓力由歐拉公式給出。

整體穩(wěn)定性分析。鋼結(jié)構(gòu)建筑是由多種構(gòu)件共同組成的一個(gè)整體，其整體穩(wěn)定性受各種構(gòu)件的制約較大，各構(gòu)件之間是否具有良好的穩(wěn)定性，是確保鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的前提基礎(chǔ)。所以，應(yīng)對(duì)其整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的具體分析方法

靜力法。靜力法的分析原理是結(jié)合已經(jīng)出現(xiàn)了微小變形后的一些結(jié)構(gòu)受力的條件，并根據(jù)這些條件來建立相對(duì)平衡的微分方程。通過建立的微分方程仔細(xì)的計(jì)算出構(gòu)件受力的臨界相關(guān)荷載。在實(shí)際中應(yīng)用靜力法構(gòu)件平衡微分方程時(shí)，應(yīng)遵循相關(guān)設(shè)定，具體表現(xiàn)為：直桿構(gòu)件應(yīng)該為截面，其壓力應(yīng)始終遵循之前的軸線進(jìn)行作用。

動(dòng)力法。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系處于平衡狀態(tài)下時(shí)，若是受到一定的干擾，那么整個(gè)結(jié)構(gòu)體系就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這時(shí)應(yīng)采用動(dòng)力法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性與其所承受的荷載有著密切關(guān)聯(lián)，在鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形以及鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)加速時(shí)，這種聯(lián)系更加緊密。若是鋼結(jié)構(gòu)所承受的荷載值低于鋼結(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。

4 對(duì)于建筑工程中結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分析

結(jié)構(gòu)具有承載力高、抗震性能好、施工周期短等特點(diǎn)，特別適用于高聳的高層建筑。在高層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，節(jié)點(diǎn)連接良好的抗震設(shè)計(jì)是保證結(jié)構(gòu)安全的重要一環(huán)。連接節(jié)點(diǎn)應(yīng)滿足強(qiáng)度、延性和耗能能力三方面的要求，其連接強(qiáng)度應(yīng)高于相連構(gòu)件端部的屈服承載力，并且必須有較大的變形能力，用以彌補(bǔ)強(qiáng)度方面的缺陷。鋼材本身具有很好的延性，但這種延性在結(jié)構(gòu)中不一定能體現(xiàn)出來，這主要是由于節(jié)點(diǎn)局部壓曲和脆性破壞而造成的，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)采用合理的細(xì)部構(gòu)造，避免應(yīng)變集中而形成較大的約束應(yīng)力。在材料的選用上應(yīng)滿足強(qiáng)度、塑性、韌性及可焊性的要求。鋼材強(qiáng)度指的是抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，鋼材應(yīng)具有較高的強(qiáng)屈比，其屈服強(qiáng)度的上限值和下限值應(yīng)適當(dāng)。鋼材的塑性表現(xiàn)在伸長(zhǎng)率和冷彎性能兩項(xiàng)指標(biāo)上，反映鋼材承受殘余變形量的程度及塑性變形能力。對(duì)抗震結(jié)構(gòu)還必須滿足沖擊韌性的要求。鋼材另一重要的基本要求是對(duì)化學(xué)成分含量的限制，它將直接影響結(jié)構(gòu)的可焊性，應(yīng)控制鋼材的碳當(dāng)量。在高層鋼結(jié)構(gòu)中，厚鋼板的應(yīng)用較為廣泛，在梁一柱節(jié)點(diǎn)范圍，當(dāng)節(jié)點(diǎn)約束較強(qiáng)，板厚等于或大于40mm時(shí)，應(yīng)附加要求板厚方向的斷面收縮率，以防發(fā)生平行于鋼材表面的層狀撕裂現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)作為綠色環(huán)保建筑與我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相符合，所以建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，因此一定要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析，從而才能促進(jìn)建筑行業(yè)向著更快更遠(yuǎn)的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王多祥，靳同良.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性分析探討[J].甘肅冶金，2014.