幕墻工程中鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性探析

丁征彪

沈陽遠(yuǎn)大鋁業(yè)工程有限公司 遼寧沈陽 110027

幕墻的鋼結(jié)構(gòu)在受到外界干擾力的作用下能否迅速的恢復(fù)到幕墻最初的平衡狀態(tài)被人們稱之為鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)。在受到外界作用力的影響下，幕墻鋼結(jié)構(gòu)往往會(huì)由于結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，即幕墻鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)建由原有平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)移為另一個(gè)平衡狀態(tài)，導(dǎo)致幕墻平衡發(fā)生變化，使幕墻的結(jié)構(gòu)受到破壞，影響幕墻的使用壽命。因而，為了提高幕墻的使用壽命，人們逐漸開始對(duì)鋼結(jié)構(gòu)幕墻穩(wěn)定性分析加強(qiáng)了重視，隨著對(duì)結(jié)構(gòu)的受力分析及計(jì)算的不斷進(jìn)步，人們對(duì)幕墻鋼結(jié)構(gòu)的研究開始建立在由外部負(fù)載作用，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。由于通常狀態(tài)下幕墻鋼結(jié)構(gòu)受到的外部負(fù)載作用以及和鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)受力狀態(tài)經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)其均為非線性受力曲線，因而，我們不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段幕墻的鋼結(jié)構(gòu)的分析曲線均是建立在幾何非線性分析的基礎(chǔ)上的。

1 幕墻工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具體的分析方法

1.1 靜力法

靜力法就是通過對(duì)已經(jīng)發(fā)生微小變形后結(jié)構(gòu)受力條件的模擬分析，將其作為主要的依據(jù)建立平衡微分方程式，通過平衡微分方程式的推導(dǎo)，得出臨界負(fù)荷值。應(yīng)用到具體的幕墻工程中，如果要進(jìn)行平衡微分方程式的建立，還需要遵守一定的設(shè)定條件。首先，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須是直桿；第二，直桿的壓力應(yīng)該與之前軸線進(jìn)行的作用方式相適應(yīng)[1]。

1.2 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)具有了變形結(jié)構(gòu)的相關(guān)受力條件來構(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，以此來得出平衡的方程，再結(jié)合平衡方程來得出分岔屈曲荷載。

1.3 動(dòng)力法

所謂的動(dòng)力法，就是根據(jù)平衡狀態(tài)下的幕墻鋼結(jié)構(gòu)體系，對(duì)現(xiàn)有的實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析的一種方法。所以，如果在體系中增加一定的干擾，哪怕干擾幅度不大，也會(huì)導(dǎo)致整體的結(jié)構(gòu)體系發(fā)生振動(dòng)。這種情況下產(chǎn)生的鋼結(jié)構(gòu)變形以及振動(dòng)就會(huì)速度加快，這些變化都與鋼結(jié)構(gòu)受到的荷載有一定的關(guān)聯(lián)。如果荷載值較低，不能滿足鋼結(jié)構(gòu)自身承受的荷載極限值，就會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)變形具體方向與加速度方向相反的現(xiàn)象。

2 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加的相關(guān)設(shè)計(jì)方法

2.1 增強(qiáng)對(duì)總體穩(wěn)定性分析

為了更好地適應(yīng)現(xiàn)階段我國(guó)的建設(shè)需求，大力加強(qiáng)幕墻鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定分析，這就要求我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)過程中，不要局限于單一的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路上來，要將幕墻鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行充分有效結(jié)合。由于每個(gè)幕墻設(shè)計(jì)要求的不同，其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中也存在著很多的不同，但總體而言，為了增強(qiáng)幕墻的整體穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量選擇技術(shù)較為成熟的對(duì)稱性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。除此之外，在設(shè)計(jì)過程中，為了保證幕墻的穩(wěn)定性，要對(duì)幕墻包括抗震系數(shù)、水平荷載系數(shù)等在內(nèi)的多種設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，反復(fù)校驗(yàn)，在進(jìn)行多項(xiàng)比較后，確定合格適用的幕墻鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

2.2 增加節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性分析

在過去的幕墻鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算中，由于設(shè)計(jì)人員為了對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行簡(jiǎn)化，通常會(huì)將幕墻鋼結(jié)構(gòu)中的相關(guān)柱梁連接簡(jiǎn)化為剛性連接或者理想的鉸接。但是，一方面，一旦將這些梁柱連接簡(jiǎn)化為剛性連接，則由于其夾角不會(huì)發(fā)生形變這一顯著的缺點(diǎn)；另外一方面，如果將結(jié)構(gòu)的梁柱視為理想化的鉸接那么在后期計(jì)算中這些梁柱則不會(huì)對(duì)幕墻鋼結(jié)構(gòu)的彎矩進(jìn)行傳遞。因而，綜上分析，如果將這些梁柱簡(jiǎn)化為完全剛接則會(huì)使得幕墻設(shè)計(jì)框架的側(cè)移量估計(jì)值減少，梁柱連接的剛度估計(jì)值過高；但如果將這些梁柱簡(jiǎn)化成為理想鉸接，則會(huì)導(dǎo)致后續(xù)幕墻鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)框架側(cè)移量過多，梁柱的連接剛度的相關(guān)估測(cè)值過高，使得幕墻鋼結(jié)構(gòu)柱體的穩(wěn)定承載力理論值過大，導(dǎo)致最終建設(shè)的幕墻物由于并沒有如此巨大的穩(wěn)定性，因而在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)適當(dāng)加強(qiáng)對(duì)幕墻鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性分析[2]。

2.3 建立完善的預(yù)張拉結(jié)構(gòu)理論體系

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，預(yù)拉力結(jié)構(gòu)分析是非常重要的，需要在相關(guān)工作中做一個(gè)好工作，有一套比較完整的預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)體系理論在分析預(yù)張力結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)理論分析結(jié)果，為了得到的結(jié)果將是比較準(zhǔn)確的，然后使鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定的目的和要求有保證。

2.4 盡量減小不確定性因素造成的影響

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的不確定因素是不可避免的。因此，我們應(yīng)該盡可能地讓相關(guān)性和力學(xué)性能的分析，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不確定因素盡可能減少，并更多的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上選擇一個(gè)科學(xué)的程序，以確定之間的相關(guān)性，以滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。

2.5 借鑒多種成熟設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

目前，由于技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段的計(jì)算機(jī)技術(shù)也已成為一門較為成熟的技術(shù)，因而，在現(xiàn)階段的幕墻鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幕墻鋼結(jié)構(gòu)以及幕墻平面內(nèi)的強(qiáng)度還有其幕墻整體的穩(wěn)定性計(jì)算，均式可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的方法來進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)與計(jì)算分析。通過計(jì)算機(jī)的方法不僅在一方面大大縮短了設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)周期，提高了工程的設(shè)計(jì)效率，另一方面，通過計(jì)算機(jī)對(duì)幕墻鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計(jì)算，也大大減少了由于人為計(jì)算而產(chǎn)生的計(jì)算方面的失誤，從根本上提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度，進(jìn)一步確保了幕墻鋼結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)的合理與準(zhǔn)確性。

綜上所述，幕墻工程的快速發(fā)展，促使鋼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于幕墻工程中，然而鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性直接影響著鋼結(jié)構(gòu)幕墻的整體質(zhì)量，必須對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的分析，保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠符合工程對(duì)其穩(wěn)定性