分析建筑工程項(xiàng)目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性

孫玉玲

杭蕭鋼構(gòu)（河南）有限公司 河南洛陽 471132

鋼結(jié)構(gòu)具備重量輕、抗震效果良好、綠色環(huán)保、產(chǎn)業(yè)化程度高、綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯等各種優(yōu)點(diǎn)，受到國內(nèi)和國外建筑工程的高度重視。最近幾年來，因?yàn)閲乙?guī)章、鋼鐵生產(chǎn)、設(shè)計(jì)開發(fā)等多方面的優(yōu)勢，鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房、大跨度、橋梁、板殼、平臺(tái)、受動(dòng)載作用等各方面的結(jié)構(gòu)和拆裝，能夠移動(dòng)結(jié)構(gòu)等各個(gè)方面的快速發(fā)展和普遍使用。但是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)缺乏較強(qiáng)的耐火性、耐腐性以及穩(wěn)定性的問題，現(xiàn)有設(shè)計(jì)方式具有一定缺陷，使得鋼結(jié)構(gòu)特別是高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展受到一定程度的限制[1]。

1 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的特點(diǎn)分析

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)有以下三個(gè)特點(diǎn)。第一，多樣性。對于鋼結(jié)構(gòu)來說，失穩(wěn)形式多種多樣(彎曲失穩(wěn)垮，扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)等)，但其穩(wěn)定性問題又普遍由受壓構(gòu)件失穩(wěn)引起的?；诖?，在受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，一定要保證受壓構(gòu)件的穩(wěn)定。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)受到形變的影響會(huì)使不受壓部分轉(zhuǎn)化為受壓部分，因此在設(shè)計(jì)過程中對結(jié)構(gòu)及局部構(gòu)件的變形應(yīng)嚴(yán)格控制。大跨度鋼結(jié)構(gòu)還應(yīng)考慮溫度對構(gòu)件變形的影響；第二，相關(guān)性。這一特點(diǎn)主要指的是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不同模式的相互影響。一日_某一部分出現(xiàn)問題，則其他部分也會(huì)受到影響。換言之，鋼結(jié)構(gòu)整體與局部之間能夠相互影響；第三，整體性。整體性設(shè)計(jì)的終極目標(biāo)是指確保鋼結(jié)構(gòu)建筑在規(guī)定的使用年限內(nèi)安全可靠。荷載、制造工藝、材料性能、安裝方法、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)構(gòu)造、使用環(huán)境及維護(hù)方式等多種因素決定了鋼結(jié)構(gòu)的整體性。

2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性原則

2.1 強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)原則

若鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有實(shí)效性，質(zhì)量較高，則若水平承載過大或者需要強(qiáng)力荷載，塑性鉸會(huì)出現(xiàn)在梁上，但若其設(shè)計(jì)質(zhì)量較低，其會(huì)出現(xiàn)在柱子上?；趶?qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)原則能夠增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)抗壓能力，以提高強(qiáng)力下的鋼結(jié)構(gòu)荷載能力，使其能夠快速恢復(fù)到正常狀態(tài)。目前鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性在設(shè)計(jì)方面需要對其進(jìn)行分析與計(jì)算，進(jìn)而保證塑性鉸能夠呈現(xiàn)在梁上。需要構(gòu)造與計(jì)算相一致，在設(shè)計(jì)時(shí)要求計(jì)算結(jié)構(gòu)與實(shí)際構(gòu)造相一致，特別是注意鋼結(jié)構(gòu)的抗震效果，要求其性能與建筑工程結(jié)構(gòu)相符[2]。

2.2 整體穩(wěn)定

廠房結(jié)構(gòu)的縱向穩(wěn)定主要依靠結(jié)構(gòu)的縱向支撐系統(tǒng)來保證，例如，鋼柱的柱間支撐，鋼屋架的上/下弦水平支撐和垂直支撐等等。因此，在實(shí)際的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，需要重點(diǎn)考慮支撐系統(tǒng)能可靠地傳遞結(jié)構(gòu)縱向的水平荷載(包括風(fēng)荷載、地震荷載、吊車荷載等等)。而對于沒有支撐的鋼結(jié)構(gòu)建筑來說，主要是靠構(gòu)件自身及其節(jié)點(diǎn)的剛度來保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。所以在實(shí)際的計(jì)算中，應(yīng)當(dāng)按照支撐系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)自身剛度的實(shí)際情況來保證鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

2.3 局部穩(wěn)定

換句話說，就是要在設(shè)計(jì)中保證構(gòu)件木身的穩(wěn)定性(構(gòu)件高厚比、寬厚比，徑厚比，長細(xì)比等滿足規(guī)范要求)。在穩(wěn)定性設(shè)計(jì)計(jì)算中，應(yīng)當(dāng)保證構(gòu)件木身及其組成部份(桿件或板件)在荷載作用下不發(fā)生屈曲不失穩(wěn)。

3 建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1 積極做好鋼結(jié)構(gòu)材料選擇

建筑鋼結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境相對特殊，其承載壓力以及剪切力壓力都相對較大，針對鋼結(jié)構(gòu)需求進(jìn)行綜合分析，而后再做好鋼結(jié)構(gòu)材料的科學(xué)選擇，并保證焊接工藝符合施工建設(shè)需求，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及材料選擇前對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行全面分析，并對鋼材質(zhì)量、性能以及焊縫結(jié)構(gòu)質(zhì)量需求進(jìn)行了解，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行鋼材選擇，并對鋼材的屈服強(qiáng)度以及拉伸性能等進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)[3]。

3.2 結(jié)構(gòu)選型

在設(shè)計(jì)過程中，出于對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的考慮，需要盡可能保證使用簡單的結(jié)構(gòu)形式。比如：(1)平面布置應(yīng)避免平面不規(guī)則，平面布置簡單、規(guī)則、對稱是為了使結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心基木重合，這樣可以避免地震時(shí)帶來的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，避免扭轉(zhuǎn)破壞。建筑平面不易采用角部重疊和細(xì)腰型結(jié)構(gòu)布置。(2)豎向結(jié)構(gòu)布置也要避免豎向不規(guī)則，豎向盡量不采用局部外凸和內(nèi)部凹進(jìn)去的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)上下貫通，以此達(dá)到整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及剛度連貫性的目的就以往的工程情況來看，T型或是L型和U型為較為常見的兩種結(jié)構(gòu)形式，拐角處常用伸縮縫隔開，使結(jié)構(gòu)分開成簡單的矩形形式，避免結(jié)構(gòu)不均勻帶來的扭轉(zhuǎn)問題，提高了鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.3 建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）靜力分析法。通過仿真分析了變形對結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)的影響，建立了平衡微分方程，并經(jīng)過推算得到臨界負(fù)荷值。值得注意的是，建立方程具有兩個(gè)條件：一是必須是直桿鋼結(jié)構(gòu)，二是受力應(yīng)該與前一軸動(dòng)作方式一致。（2）能量分析法。若是鋼結(jié)構(gòu)的承載能力仍然具有保守力，那么在時(shí)間應(yīng)用過程中，有必要和容易產(chǎn)生變形的受力狀況進(jìn)行集合，構(gòu)造一般勢能，若是平衡狀態(tài)，則可以計(jì)算一般勢能。結(jié)合能駐值原理，將總勢能從一階變?yōu)榱悖玫狡胶夥匠?，?jì)算了分岔屈曲載荷。（3）動(dòng)力分析法。這種分析方式主要是在衡狀態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性分析的方式。若是承載的數(shù)值不能有效滿足自己荷載范圍的限制，則變形方向和實(shí)際加速度方向相反[4]。

4 結(jié)語

總之，在我國建筑行業(yè)發(fā)展中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與建筑總體使用安全性緊密相關(guān)，在針對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要對其結(jié)構(gòu)應(yīng)用需求進(jìn)行全面分析，并通過計(jì)算對各節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中情況進(jìn)行設(shè)置，提升鋼結(jié)構(gòu)總體應(yīng)力穩(wěn)定效果，為建筑總體結(jié)構(gòu)使用安全提供基礎(chǔ)條件[5]。