建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性重點分析

胖穎

摘 要：隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國的建筑業(yè)也迎來了高速的發(fā)展，與此同時，建筑安全問題也越來越重要，社會各界對工程的質(zhì)量要求也變得越來越高了。所以為了保證我國工程建筑的質(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。

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

1 前言

近年來，我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑界稱得上是一枝獨秀了，發(fā)展呈不斷上升的趨勢。同時，我國的建筑在世界領(lǐng)域已經(jīng)開始嶄露頭角，所以要想進一步的推動建筑領(lǐng)域的發(fā)展，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須充分考慮建筑的穩(wěn)定性。基于此，本文主要對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計要點進行了詳細的分析。

2 建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計原則

2.1 各個層面確保穩(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，然而在實際的環(huán)境中是很難達到的，風(fēng)載荷都會在不同的水準上對水平方向上的建筑穩(wěn)定性產(chǎn)生作用，由于這些現(xiàn)實情況，設(shè)計者需要依據(jù)本地的實質(zhì)環(huán)境狀況來設(shè)計水平載荷系數(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)計過程當中需要高度關(guān)注和重視的一個問題，這主要是因為隨著我們國家經(jīng)濟水平和技術(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，這無疑對建筑穩(wěn)定性設(shè)計提出了更高的要求。目前為止，我們國家在進行建筑設(shè)計時多采用簡化的方式來進行處理，如豎向構(gòu)件簡化為柱子，斜構(gòu)件簡化成斜桿等，通常情況下這樣一種簡化并不會產(chǎn)生太大的問題，但是在進行框架柱剪力調(diào)整時就會有非常嚴重的影響，這主要是由斜撐的特點和作用來決定的，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大程度上提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定程度。

2.3 強柱弱梁的設(shè)計

強柱弱梁注重的是建筑設(shè)計中柱、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)整體在使用過程當中不會產(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間內(nèi)快速恢復(fù)原始形態(tài)。國家的標準對于這些方面有比較明了的規(guī)則和條件，強柱弱梁的設(shè)計必須對其彈塑性進行計算和分析，只有滿足以上要求時才能夠認為其合格可用。

3 建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計要點分析

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

結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，在形式上具有多樣化特點。有時，某一部位從表面上看并不受壓或不是主要受壓，但仍然會出現(xiàn)屈曲失穩(wěn)問題。例如在簡支鋼板梁的端部復(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)。

對于結(jié)構(gòu)來說，它是由各個桿件組成為一個整體的。當一個桿件發(fā)生失穩(wěn)變形后，它必然牽動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)當考慮其他桿件對它的約束作用。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，單軸對稱的軸心受壓構(gòu)件，當在對稱平面外失穩(wěn)時，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，但它對整體穩(wěn)定臨界力卻有影響。對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。

穩(wěn)定計算的其它特點：在彈性穩(wěn)定計算中，除了需要考慮結(jié)構(gòu)的整體性外，還要做二階分析，這種分析對柔性構(gòu)件尤為重要，這是因為柔性構(gòu)件的大變形量對結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生了不能忽視的影響，其次，普遍用于應(yīng)力問題的迭加原理，在彈性穩(wěn)定計算中不能應(yīng)用。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的計算方法

3.2.1 整體剛度計算

在現(xiàn)行的鋼結(jié)構(gòu)計算規(guī)范中，通用的計算方法是軸心壓桿穩(wěn)定計算方法，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。

3.2.2 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)對其整體穩(wěn)定性進行分析。

3.2.3 其他特點的穩(wěn)定計算

鋼結(jié)構(gòu)的各種組成構(gòu)件又能分為兩大類，為彈性構(gòu)件和柔性構(gòu)件，因而，在進行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性時應(yīng)重視這一特點。由于柔性構(gòu)件容易發(fā)生變形，進而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部也發(fā)生變化，最終對鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴重的影響，所以，必須重視柔性構(gòu)件的分析。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的具體分析方法

3.3.1 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平衡的微分方程。通過建立的微分方程仔細的計算出構(gòu)件受力的臨界相關(guān)荷載。在實際中應(yīng)用靜力法構(gòu)件平衡微分方程時，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行作用。

3.3.2 動力法

當鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系處于平衡狀態(tài)下時，若是受到一定的干擾，那么整個結(jié)構(gòu)體系就會產(chǎn)生振動，這時應(yīng)采用動力法對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行分析。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)振動加速時，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，會出現(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。

3.3.3 能量法

若是在實際應(yīng)用中鋼結(jié)構(gòu)載著保守力并且已經(jīng)具備結(jié)構(gòu)變形的相關(guān)受力條件，那么就能以此條件構(gòu)建總體勢能。如果要計算鋼結(jié)構(gòu)的總體勢能，則必須滿足一個前提條件，即鋼結(jié)構(gòu)處于相對平衡的狀態(tài)下。

4 對于建筑工程中結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計分析

結(jié)構(gòu)具有承載力高、抗震性能好、施工周期短等特點，特別適用于高聳的高層建筑。在高層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，節(jié)點連接良好的抗震設(shè)計是保證結(jié)構(gòu)安全的重要一環(huán)。連接節(jié)點應(yīng)滿足強度、延性和耗能能力三方面的要求，其連接強度應(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，用以彌補強度方面的缺陷。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)點局部壓曲和脆性破壞而造成的。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的不斷進步，建筑結(jié)構(gòu)作為綠色環(huán)保建筑與我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相符合，所以建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用將會越來越廣泛，因此一定要對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計進行詳細的分析，從而才能促進建筑行業(yè)向著更快更遠的方向發(fā)展。

參考文獻：

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[2] 鄭夢龍.談建筑設(shè)計在建筑抗震設(shè)計中的重要作用[J].山西建筑，2014（11）：44～46.