建筑工程項目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性探究

田宏

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，建筑也獲得了廣闊的發(fā)展空間，建筑規(guī)模以及數(shù)量都呈現(xiàn)出了明顯的上升趨勢，為了提高建筑工程的建設(shè)速度與質(zhì)量，鋼結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用，但是鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性極有可能受到多種因素的影響，如果不加以關(guān)注，整個建筑的使用質(zhì)量以及安全性都將受到較為嚴重的影響。因此對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性展開探究是十分必要且重要的。文中將對建筑工程項目鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要點進行分析，并探究穩(wěn)定性設(shè)計的主要特點以及有效方法。

關(guān)鍵詞：建筑工程項目；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計；穩(wěn)定性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.113

鋼結(jié)構(gòu)具有施工便捷、周期短、抗震性能好、自重輕等優(yōu)勢，因此近年來在建筑施工中的應(yīng)用愈加廣泛，但是其穩(wěn)定性問題不容忽視，部分單位為了將成本控制到最低，盲目開展施工建設(shè)，建設(shè)不規(guī)范、施工質(zhì)量低等問題時有發(fā)生，繼而致使鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低，甚至誘發(fā)嚴重的安全事故。為了避免問題的發(fā)生，各施工單位應(yīng)當對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計問題予以高度關(guān)注，嚴格按照規(guī)范開展施工設(shè)計與建設(shè)工作，對此展開探討有著重要的現(xiàn)實意義。

1 建筑工程項目鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要點

（1）布置與選型。鋼結(jié)構(gòu)多用在高層建筑設(shè)計當中，此類建筑在選型設(shè)計的過程中應(yīng)當全面考慮周圍環(huán)境、施工材質(zhì)以及工程建設(shè)預(yù)算等因素，同時在設(shè)計內(nèi)部結(jié)構(gòu)時應(yīng)當考慮到不同位置的實際需要，選擇符合建筑需要的建材展開施工，保證墻面、柱子、墻梁的力度與強度可以達標。

（2）估算構(gòu)件截面。結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后，設(shè)計人員應(yīng)當對斷面形

狀、梁柱尺寸等進行判斷與選擇，如選擇使用槽鋼、軋制或H型鋼截面。通常，估算構(gòu)件截面時，板件厚度估算應(yīng)當將截面高度、翼緣寬度等作為依據(jù)；截面高度、翼緣寬度估算應(yīng)當將支座情況以及荷載情況作為依據(jù)；鋼梁選擇、梁柱大小與性質(zhì)、支撐斷面的設(shè)計則都應(yīng)當以及建筑需要為依據(jù)。

（3）設(shè)計構(gòu)件與節(jié)點。首先是焊接，在焊接的過程中，工作人員應(yīng)當嚴格按照相關(guān)規(guī)定設(shè)計焊縫的形式與尺寸，保證焊接的準確性與合理性；其次是栓接，在連接高層建筑鋼結(jié)構(gòu)時，工作人員需要將高強螺栓作為傳力螺栓，其強度等級可以達到19.0s；再次是連接板，需將4毫米厚度的梁腹板加厚，然后對抗剪凈截面進行驗算；最后是梁腹板，要對栓孔位置的腹板抗剪凈截面進行驗算，并將其與高強承壓螺栓進行連接，然后對孔壁對應(yīng)的承壓能力進行驗算。

2 建筑工程項目鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的主要特點

（1）全面考慮實際情況。為了提高建筑的使用安全性以及舒適性，工作人員須在設(shè)計的過程中全面考慮實際情況，包括樓層高度、抗震需求、施工水平、施工環(huán)境、鋼結(jié)構(gòu)性能、材料質(zhì)量等。設(shè)計人員要對各種結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行比較，選擇最優(yōu)的方案，保證經(jīng)濟效益、安全效益都可以最大化實現(xiàn)。

（2）鋼結(jié)構(gòu)形式多樣化。鋼結(jié)構(gòu)形式具有多樣化的特點，設(shè)計人員應(yīng)當根據(jù)建筑使用方向酌情進行選擇，為了保證穩(wěn)定性，必須選擇韌性、塑性、重量、強度符合標準要求的鋼結(jié)構(gòu)形式。在眾多形式當中，輕型鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕的優(yōu)勢；空間網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)則具有鋼材用量少、造型美觀的優(yōu)勢；預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)具有鋼材用量少、承載力大的優(yōu)點；鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)具有應(yīng)用廣泛、韌性強、塑性強、整體強度大等特點。要注意鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指的是兩部分，第一種是局部穩(wěn)定性，第二種是整體穩(wěn)定性，局部穩(wěn)定是整體穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)，為了使承載力可以最大化，在選擇鋼結(jié)構(gòu)形式時一定要對各層次構(gòu)件的承受力進行分析，最終提升整個鋼結(jié)構(gòu)形式的性能。

（3）重視局部連接安全。局部連接安全會直接影響到鋼結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，鋼結(jié)構(gòu)中的各種部件需要通過工藝組裝而成，連接處的可靠性與穩(wěn)定性會影響整個鋼結(jié)構(gòu)的安全，因此施工人員應(yīng)當對各構(gòu)件的連接位置展開安全評估，努力提升局部連接的可靠性，同時工作人員應(yīng)當記錄好細節(jié)，后期需對施工連接情況進行復(fù)核與查驗，避免出現(xiàn)安全隱患。

3 建筑工程項目鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的有效方法

（1）動力法。在平衡狀態(tài)下，如果有外界干擾影響鋼結(jié)構(gòu)體系，即使影響較小鋼結(jié)構(gòu)體系也容易出現(xiàn)振動。動力法即應(yīng)用動力學的知識來分析鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，當系統(tǒng)受到微小的影響后，鋼結(jié)構(gòu)會發(fā)生一定程度的位移，但是位移幅度相對較小，且變化速度不快，因此可以利用這點確定鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的臨界荷載值。如果外力施加的荷載不超過鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的極限值，那么鋼結(jié)構(gòu)變形的位移加速度方向以及變形方向?qū)⑹窍喾吹?，這樣位移加速度與變形就可以抵消，此時如果將外力撤銷，那么外力荷載也會消失，同時運動停止；相反，如果外力施加的荷載超過鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的極限值，那么鋼結(jié)構(gòu)位移加速度與變形的方向就會保持一致，二者相互促進，此時如果將外力撤銷，那么運動將會持續(xù)，鋼結(jié)構(gòu)不再保持原有的穩(wěn)定性。動力法能夠求出大概振動頻率為0時鋼結(jié)構(gòu)的臨界荷載。

（2）歐拉方法。歐拉方法也可稱為中性平衡法或靜力平衡法，通過這一方法可以分析出極限荷載。鋼結(jié)構(gòu)當中，存在平衡分岔點，微小變形結(jié)構(gòu)以及原結(jié)構(gòu)兩種平衡狀態(tài)均存在于平衡分岔點當中。歐拉方法就是對微小變形情況下鋼結(jié)構(gòu)的受力情況進行分析，然后建立相應(yīng)的平衡方程，最后求出分岔曲荷載值。歐拉方法并不能準確判斷鋼結(jié)構(gòu)的實際穩(wěn)定性，但是卻能夠確定在一定外力荷載下鋼結(jié)構(gòu)平衡路徑連接點相應(yīng)的臨界荷載值。

（3）能量法。能量法即鐵木辛柯法，臨界荷載的確定需要以勢能駐值為依據(jù)，如果外力施加的荷載低于特定值，而總勢能最小時鋼結(jié)構(gòu)初始情況是具有較強穩(wěn)定性的；如果外力施加的荷載高于特定值，而總勢能最大時鋼結(jié)構(gòu)初始位置是不具有穩(wěn)定性的；如果外力施加的荷載與特定值一致，總勢能在微小位移后不變，那么此時鋼結(jié)構(gòu)將處于隨遇平衡狀態(tài)，這時的荷載就是臨界荷載。根據(jù)勢能駐值原理分析臨界荷載，就能夠獲得平衡方程，最終獲得分岔屈曲荷載。

4 結(jié)語

近年來，鋼結(jié)構(gòu)在施工建設(shè)中的應(yīng)用愈加廣泛，其應(yīng)用優(yōu)勢極為明顯，但是其穩(wěn)定性問題也較為突出。在施工建設(shè)當中，工作人員應(yīng)當對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計予以關(guān)注，做好布置、選型、估算構(gòu)件截面、設(shè)計構(gòu)件與節(jié)點等工作，并采取動力法、歐拉方法、能量法等展開穩(wěn)定性設(shè)計工作。

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