探索建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)策略

安喜紅

【摘 要】隨著我國(guó)建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，各種不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)層出不窮，其中不乏代表性的地標(biāo)建筑，其主體結(jié)構(gòu)多為鋼結(jié)構(gòu)，因結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，所以鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性尤為重要，關(guān)系到整個(gè)建筑工程的穩(wěn)定與安全。論文通過(guò)對(duì)建筑工程中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究，總結(jié)出具體的問(wèn)題與不足，并提相應(yīng)的優(yōu)化措施與方案，為建筑工程的穩(wěn)定安全提供重要的參考意見(jiàn)。

【Abstract】With the rapid development of construction industry in China， various irregular building structures emerge in endlessly， among which there is no lack of representative landmarks.The main structure of them is mostly steel structure， due to the complex force of the structure，so the stability of the steel structure is very important， which is related to the stability and safety of the whole building engineering. Through the analysis and research on the application of steel structure in building engineering and the stability of the steel structure， the concrete problems and shortcomings are summarized， and the corresponding optimization measures and schemes are put forward， which can provide important reference for the stability and safety of building engineering.

【關(guān)鍵詞】建筑工程；鋼結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定設(shè)計(jì)

【Keywords】 building engineering； steel structure； stable design

【中圖分類號(hào)】TU3 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）05-0186-02

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，人們生活水平不斷提升，對(duì)建筑工程的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。針對(duì)建筑工程主要特征與鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的優(yōu)化策略，結(jié)合工程施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)科學(xué)、合理的測(cè)驗(yàn)與計(jì)算，設(shè)計(jì)出能夠適應(yīng)我國(guó)建筑工程需求的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方案，為我國(guó)建筑行業(yè)的提高與健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 建筑工程項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 長(zhǎng)細(xì)比的選取

長(zhǎng)細(xì)比越大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越差，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范根據(jù)構(gòu)件受力情況規(guī)定有限制，這里特別要強(qiáng)調(diào)的是計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比所用到的構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度，不可單純地理解為構(gòu)件長(zhǎng)度，計(jì)算長(zhǎng)度與構(gòu)件端部的連接方式有關(guān)，如固接、鉸接、鏈接、自由等。

2.2 阻尼比的選擇

阻尼比是結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性之一，阻尼比越大，則結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越好，正確地選取阻尼比是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與否的關(guān)鍵。鋼結(jié)構(gòu)阻尼比標(biāo)準(zhǔn)如下：多遇地震下的計(jì)算，高度不大于 50m 時(shí)取 0.04；高度大于 50m 且小于 200m 時(shí)，可取 0.03；高度不小于 200m 時(shí)，宜取 0.02。當(dāng)偏心支撐框架部分承擔(dān)的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的 50%時(shí)，其阻尼比取值可在上述情況下相應(yīng)增加 0.005。在罕遇地震下的彈塑性分析，阻尼比可取 0.05。

2.3 電算結(jié)果的人工調(diào)整

隨著計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展電算越來(lái)越多地用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，電算可免去大量人工計(jì)算，加快出圖速度，但電算因各種軟件設(shè)計(jì)條件限制、設(shè)計(jì)人員熟悉程度等因素，往往設(shè)計(jì)中出現(xiàn)諸多問(wèn)題，需設(shè)計(jì)人員引起高度重視，并學(xué)會(huì)判斷電算結(jié)果。設(shè)計(jì)可從以下幾個(gè)主要方面進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)驗(yàn)算與調(diào)整：

2.3.1 強(qiáng)剪弱彎

“彎曲破壞”是延性破壞，是可預(yù)見(jiàn)的，如開(kāi)裂或下?lián)系?，而“剪切破壞”是一種脆性的破壞，沒(méi)有預(yù)兆的，瞬時(shí)發(fā)生，無(wú)法做出防范措施，所以我們要避免發(fā)生剪切破壞，在設(shè)計(jì)中適當(dāng)增加抗剪強(qiáng)度是維護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的必要條件。同時(shí)，通過(guò)合理科學(xué)的剪力調(diào)整可以加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性與安全性，將鋼結(jié)構(gòu)建筑部件在承受水平力的受力點(diǎn)更加理想化、合理化。

2.3.2 強(qiáng)柱弱梁

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主題思想是柱子不應(yīng)先于梁破壞，因?yàn)榱浩茐膶儆跇?gòu)件破壞，是局部性的，柱子破壞將危及整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全，可能造成整體倒塌，后果嚴(yán)重。所以我們要保證柱子更“相對(duì)”安全，故要進(jìn)行“強(qiáng)柱弱梁”的結(jié)構(gòu)調(diào)整。

強(qiáng)柱弱梁側(cè)重于加強(qiáng)建筑設(shè)計(jì)中柱與梁之間的和諧性與整體性。在建筑工程設(shè)計(jì)中運(yùn)用強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)可以有效緩解鋼結(jié)構(gòu)整體的變形與損害，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體完整與穩(wěn)定起到相對(duì)的保障效果。通過(guò)實(shí)施強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)，即便鋼結(jié)構(gòu)整體由于外力作用產(chǎn)生變形后，也能夠在較短時(shí)間內(nèi)迅速恢復(fù)原形，使鋼結(jié)構(gòu)整體能夠在建筑工程中更好地發(fā)揮其效果。

2.3.3 強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先必須考慮節(jié)點(diǎn)的承載力，因節(jié)點(diǎn)失效意味著與之相連的梁與柱都失效，結(jié)構(gòu)也坍塌失效，首先需從梁端設(shè)計(jì)內(nèi)力出發(fā)，按照“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”設(shè)計(jì)原則進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整；其次需采取必要的技術(shù)措施，如采用削弱梁端，保證結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞前框架梁能出現(xiàn)明顯的塑性變形，達(dá)到消耗地震能量的作用；采用梁翼緣對(duì)應(yīng)的柱位置設(shè)置加勁肋，避免集中應(yīng)力過(guò)大；采用節(jié)點(diǎn)加焊蓋板或在梁下翼緣加掖，使節(jié)點(diǎn)抗彎承載力大于梁全截面承載力；翼緣焊縫的沖擊韌性需滿足規(guī)范要求。

3 建筑工程項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

3.1 鋼材本身質(zhì)量對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響

首先決定鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素是鋼材本身的質(zhì)量，鋼材本身質(zhì)量的密度與組織結(jié)構(gòu)都對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定造成較大影響。由于目前我國(guó)鋼材市場(chǎng)相對(duì)混亂，缺乏相關(guān)的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)與市場(chǎng)管理，其中不乏大量低劣鋼材流入市場(chǎng)，對(duì)鋼材市場(chǎng)與建筑工程造成了較大的沖擊與影響。在對(duì)施工鋼材進(jìn)行選購(gòu)中，缺乏相應(yīng)的質(zhì)量把控觀念，使質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)的鋼材投入施工現(xiàn)場(chǎng)，更對(duì)建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成了相對(duì)威脅，進(jìn)而大大影響了建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的初衷。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)整體性能的發(fā)揮

鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中作為一個(gè)有機(jī)整體，首先應(yīng)該加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定整體觀念，不能單一片面地認(rèn)為鋼結(jié)構(gòu)部分出現(xiàn)問(wèn)題，而將鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性整體拋開(kāi)。即使在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部較為細(xì)小的部位出現(xiàn)質(zhì)量或不穩(wěn)定問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)施工人員都應(yīng)該加以重視，必須將小問(wèn)題當(dāng)成大問(wèn)題去對(duì)待。因?yàn)榧?xì)小環(huán)節(jié)的問(wèn)題極易造成鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重大問(wèn)題，容易對(duì)日后建筑工程的質(zhì)量與安全埋下隱患伏筆[1]。因此，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)該及時(shí)上報(bào)處理，杜絕“得過(guò)且過(guò)、麻痹大意”等消極工作態(tài)度。

3.3 加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重要基礎(chǔ)保障，對(duì)建筑工程質(zhì)量的穩(wěn)定與安全起著至關(guān)重要的決定性作用。在進(jìn)行工程施工中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該定時(shí)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，提升相關(guān)施工工藝，尤其是焊接工藝。因此，在對(duì)鋼材進(jìn)行施工作業(yè)中應(yīng)該檢查焊點(diǎn)與焊接處是否存在漏焊與腐焊現(xiàn)象，進(jìn)而從源頭上保證鋼結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。

4 建筑工程項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的方案

4.1 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況合理分析設(shè)計(jì)

由于我國(guó)建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中出現(xiàn)諸多弊端。因此，首先應(yīng)該根據(jù)工程施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、環(huán)境與工程需求進(jìn)行認(rèn)真研究考量，準(zhǔn)確掌握了解建筑工程的結(jié)構(gòu)受力程度，根據(jù)建筑工程結(jié)構(gòu)的最大受力程度，精確測(cè)算出相應(yīng)的負(fù)載荷數(shù)值。另外，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該提前對(duì)建筑工程在施工過(guò)程中可能產(chǎn)生的變形與下沉問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)與分析，然后根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與研究，進(jìn)而采用一種適應(yīng)該建筑物的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方案[2]。

4.2 動(dòng)力穩(wěn)定性與靜力穩(wěn)定性方案

在我國(guó)建筑工程施工中，通常采取動(dòng)力穩(wěn)定性與靜力穩(wěn)定性兩種鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方案。首先動(dòng)力穩(wěn)定性方案主要是針對(duì)建筑工程內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)的承載能力，通過(guò)對(duì)其承載能力的測(cè)試與掌握，設(shè)置相應(yīng)的載重荷數(shù)值，在受到外力的沖擊下，可以承受一定的承重壓力，進(jìn)而保證了鋼結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。其次靜力穩(wěn)定性方案是指建筑物已經(jīng)遭受到外部力量的嚴(yán)重沖擊，造成了鋼結(jié)構(gòu)整體失衡，導(dǎo)致了鋼結(jié)構(gòu)整體出現(xiàn)了變形與損壞。之后相關(guān)設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)受力點(diǎn)與壓力強(qiáng)度的分析，進(jìn)行科學(xué)、合理的平衡計(jì)算與研究，并制定相應(yīng)的補(bǔ)救措施，使建筑結(jié)構(gòu)可以重新恢復(fù)到原始平衡結(jié)構(gòu)狀態(tài)，進(jìn)而提高了建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性[3]。

5 結(jié)論

現(xiàn)階段，我國(guó)的建筑行業(yè)發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一定水平，其施工技術(shù)與工程質(zhì)量都得到顯著提升。基于建筑工程主體為整體鋼結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性特點(diǎn)的分析與探討，結(jié)合我國(guó)工程施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性采取相應(yīng)的優(yōu)化措施，在提高穩(wěn)定性的同時(shí)又能起到加快工程進(jìn)度的效果。運(yùn)用科學(xué)、合理的優(yōu)化策略與方案，更為有效地為日后建筑工程的整體質(zhì)量提供保障基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】彭聲美.標(biāo)準(zhǔn)化建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2017，23（20）：113-114.

【2】陳驥.評(píng)介各國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)實(shí)腹式偏心壓桿在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定計(jì)算[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，12（3）：115-116.

【3】劉春生.建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與設(shè)計(jì)要點(diǎn)的分析[J].工業(yè)，2017，56（1）：00155-00155.