建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性與設(shè)計要點分析

【摘要】鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計將會對工程的安全與質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。因此，我們應(yīng)當在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中全面考慮各方面的要素，提出合理的設(shè)計思路，加強對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題的把握，從而保證鋼結(jié)構(gòu)工程的安全、經(jīng)濟和適用。本文對建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性與設(shè)計要點進行了探討。

【關(guān)鍵詞】建筑工程；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計；穩(wěn)定性；設(shè)計要點

1、建筑工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的特點

鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計應(yīng)從以下幾方面加以落實：一是需按國家有關(guān)施工建設(shè)文件中的規(guī)定進行操作；二是需結(jié)合具體項目的施工需要，以及施工現(xiàn)場所對應(yīng)的水文地理條件等；三是結(jié)合以上兩方面進行設(shè)計思路的匯總，最后確定最佳的施工方案。通常不論是什么形式的鋼結(jié)構(gòu)，在進行設(shè)計時，需要關(guān)注受壓部位，基于此來研究鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時還應(yīng)注意，即使有的鋼結(jié)構(gòu)本身不受壓，但若因外力作用造成鋼結(jié)構(gòu)變形，會造成鋼結(jié)構(gòu)由不受壓轉(zhuǎn)變成受壓。

2、建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的要點

2.1 穩(wěn)定性設(shè)計應(yīng)堅持的原則及設(shè)計要點

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)考慮施工的實際情況和施工過程中的使用要求，鋼結(jié)構(gòu)剛度、強度和穩(wěn)定性的設(shè)計符合標準。設(shè)計應(yīng)符合要求的穩(wěn)定和強度的前提下應(yīng)與穩(wěn)定性和強度要求盡可能節(jié)省鋼材一致。減少使用的鋼結(jié)構(gòu)本身具有的重量，使得當負荷較大時，可有效地進行的；在建筑，制造時間和減少安裝時間，便于維修和鋼材的運輸，使總成本降低。另外，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)具有一定的美學(xué)價值，特別是在設(shè)計中的暴露結(jié)構(gòu)，應(yīng)注重建筑審美標準的結(jié)合。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要使其具有足夠的穩(wěn)定性，注意以下幾個關(guān)鍵點的設(shè)計：①在鋼結(jié)構(gòu)形式的形式，應(yīng)考慮鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整體性能。目前，在我國的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通常以平面系統(tǒng)設(shè)計為出發(fā)點，如框架結(jié)構(gòu)；所以在計算平面鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計值時應(yīng)確保其對結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置的計算方法相同，如在計算中應(yīng)考慮是否增加計算支護強度。②在實際計算方法的基礎(chǔ)上，計算出穩(wěn)定的設(shè)計圖和結(jié)構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上和計算一致。一般而言，分析框架的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)分析框架的工作是相當粗糙的。部分的施工工作，即使沒有工作，是唯一穩(wěn)定的框架柱的設(shè)計和計算。由于對構(gòu)件的穩(wěn)定值計算在模型的基礎(chǔ)上，對模型的假設(shè)或簡化模型進行了計算，從而保證了鋼結(jié)構(gòu)的計算值滿足要求，進行了計算方法的基礎(chǔ)上的穩(wěn)定設(shè)計草圖和保持相同水平的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上的圖計算。

2.2 載重設(shè)計

在建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，最先考慮到的應(yīng)該是鋼結(jié)構(gòu)的承重負載能力。鋼結(jié)構(gòu)一般設(shè)計形態(tài)是T 字形或者是L 字形。這種結(jié)構(gòu)在力學(xué)上有較高的穩(wěn)定性，可以很好的分散建筑的整體重量，起到平衡支撐的效果。在建筑搭建中，鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)常使用在建筑外圍，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要支撐在受力位置。當然，根據(jù)建筑設(shè)計圖樣，鋼結(jié)構(gòu)在使用時盡量使用對稱原則，讓整個建筑物的作用力平均分配到每個鋼結(jié)構(gòu)上，減輕個別鋼結(jié)構(gòu)承受壓力。此外每個鋼結(jié)構(gòu)不同部位需要的承受及穩(wěn)定性要求也不同。比如鋼結(jié)構(gòu)中不動支座的要求就是防止位移，只需要有支撐能力即可。但對于梁架來講，起到支撐作用的同時還需要在水平位置要防止其發(fā)生扭轉(zhuǎn)作用。在一點在設(shè)計上也要體現(xiàn)出來，避免出現(xiàn)因考慮穩(wěn)定作用不足而出現(xiàn)失穩(wěn)狀況。最后，建筑施工部門在進行具體實施操作過程也是十分重要，現(xiàn)場施工人員必須按照設(shè)計圖來嚴格執(zhí)行。失之毫厘，謬以千里，只有各個部門相互配合，根據(jù)標準做事，完成建筑工程每一個細節(jié)。

2.3 荷載設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要以穩(wěn)定的對稱布置為主，減少結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，以上下貫通方式保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剛度連貫性和情況穩(wěn)定性。L 型或T 型的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是保證鋼結(jié)構(gòu)有效發(fā)揮作用的兩大方式，鋼結(jié)構(gòu)最好位置是結(jié)構(gòu)外圍，這樣能更好的增強建筑構(gòu)造的抗扭曲和變形效果，同時為了減少結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中的負擔和工作量，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)該將結(jié)構(gòu)的剛度和幾何運用及結(jié)構(gòu)中心設(shè)計到同一水平線上，保證施工人員按設(shè)計進行施工。而在扭轉(zhuǎn)方面的設(shè)計上，設(shè)計人員應(yīng)該考慮影響水平承載力的各種因素，當設(shè)計牽扯穩(wěn)定性時，便不同于一般的強度要求。比如，就從支梁的抗彎強度來分析，要求不動鉸支座具有阻止位移但允許平面位移的作用，但這些要求無法滿足然梁整體穩(wěn)定的設(shè)計，還要求支座能夠阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn)但允許水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動和自由翹曲。

2.4 穩(wěn)定性設(shè)計

失穩(wěn)和整體剛度：現(xiàn)行規(guī)范通用的軸心壓桿的穩(wěn)定計算法是臨界壓力求解法和折減系數(shù)法。為確保建筑工程的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性水平，加強對鋼材質(zhì)量的檢測很重要。在建筑工程中，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的要求，對整體的結(jié)構(gòu)框架進行分析，確定臨界值。當F=Fn 時，鋼結(jié)構(gòu)彎曲剛度趨向于零，這需要調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題。在彈性穩(wěn)定計算中，除需要考慮結(jié)構(gòu)的整體性外，還有一些其他特點需要引起重視。首先要做的就是二階分析，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。

2.5 穩(wěn)定性設(shè)計中需要注意的問題

在設(shè)計住宅時，鋼結(jié)構(gòu)類型的主要分為兩種：高層住宅及低層住宅，就別墅與公寓來說，別墅屬于低層住宅，公寓屬于高層住宅。為了保障住宅自身具有一定的抗震能力，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的住宅標準規(guī)定，最好將其控制在12層以下，另外，還有做好鋼結(jié)構(gòu)的布置工作，因為布置過程中單純的規(guī)則性會直接對住宅建成之后的抗震能力造成影響，正因如此，為了防止在地震時建筑遭到破壞，在進行鋼結(jié)構(gòu)平面的布置時，要盡可能的保證鋼結(jié)構(gòu)的對稱性以及規(guī)則性。

總之，在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)充分關(guān)注建筑主體部分與細節(jié)部分之間存在的關(guān)聯(lián)性，并有效的協(xié)調(diào)這種關(guān)聯(lián)性，綜合把握各方面的設(shè)計要點，進而實現(xiàn)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中技術(shù)與工藝的有效融合，最終實現(xiàn)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的順利實施，提高建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。因此，在建筑工程施工中，重視建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點分析，具有積極地現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1]覃小紅，梁瑞慶，張進.建筑工程項目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性探究[J].住宅與房地產(chǎn)，2018（03）.

[2]彭聲美.標準化建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性與設(shè)計要點分析[J]. 中國標準化，2017（20）.

作者簡介：

欒明輝，山東鋼鐵集團房地產(chǎn)有限公司，山東青島。