建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與設(shè)計(jì)要點(diǎn)探究

李邱冀

【摘要】如今，高層建筑數(shù)量及規(guī)模不斷擴(kuò)張，緩解了城市可開發(fā)土地資源供應(yīng)緊缺的現(xiàn)狀。由于高層建筑自體重量較大，對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載負(fù)荷力也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)要求。而采用鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)，可以提升施工效率，壓縮投資成本，增大工程綜合效益。

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

【中圖分類號】TU391

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

隨著我國城市建設(shè)水平不斷提升，新建工程數(shù)量越來越多。鋼結(jié)構(gòu)在當(dāng)今建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用愈加廣泛，具有抗震性好、質(zhì)量輕、工期短和美觀等優(yōu)勢。特別是在高層建筑領(lǐng)域中，鋼結(jié)構(gòu)也迎來了發(fā)展契機(jī)。鋼結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用時間較短，所以在鋼結(jié)構(gòu)施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)細(xì)節(jié)性問題，影響鋼結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性、安全性，為了保證工程建設(shè)質(zhì)量，需要針對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙問題，采取針對性的解決方案，做好監(jiān)督檢查工作，抓住每個設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)最終的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性原則分析

1.1保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)原則

由于鋼結(jié)構(gòu)相對特殊，其結(jié)構(gòu)通常非常復(fù)雜，因此工藝設(shè)計(jì)難度也相對較大，當(dāng)前設(shè)計(jì)信息技術(shù)不斷發(fā)展，運(yùn)用信息技術(shù)對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性以及應(yīng)力分布情況進(jìn)行檢測的模式較為普及，設(shè)計(jì)中必須多方面考慮鋼結(jié)構(gòu)的承載效果。要結(jié)合建筑施工環(huán)境、建筑使用過程中的荷載系數(shù)以及水平層面的穩(wěn)固需求進(jìn)行綜合分析，同時一定要充分考慮建筑使用區(qū)域的抗震系數(shù)，確保結(jié)構(gòu)在使用中的抗震能力，由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，尤其是一些細(xì)小構(gòu)件通常為應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)，因此必須科學(xué)設(shè)計(jì)提升其穩(wěn)定性與承載效果，為建筑鋼結(jié)構(gòu)總體使用效果優(yōu)化提供保障。

1.2針對鋼結(jié)構(gòu)剪力進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)

目前，建筑工程形態(tài)愈加復(fù)雜，不對稱設(shè)計(jì)廣泛存在于建筑施工中，其逐漸形成了一種建筑潮流，因此，斜柱使用頻率越來越高，斜柱相較于垂直構(gòu)件其具有一定的傾斜角度，想要保證建筑物穩(wěn)定就必須設(shè)計(jì)一定的剪力。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)具體內(nèi)容時，通常會為了簡便，將垂直構(gòu)件表述為柱子，將斜柱表述為斜桿，這種設(shè)計(jì)方式雖然不會影響建筑物實(shí)際穩(wěn)定性，但若調(diào)整剪力容易受到干擾。于斜柱來講，它具有水平受力的功能，但是垂直向也需要荷載，若設(shè)計(jì)師忽略了垂直向的荷載，則會造成剪力誤差，進(jìn)而影響建筑工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。基于此，設(shè)計(jì)師在實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，結(jié)合建筑工程實(shí)際狀態(tài)，若需要進(jìn)行剪力設(shè)計(jì)，必須堅(jiān)持剪力調(diào)整設(shè)計(jì)原則，針對具體施工狀態(tài)靈活調(diào)整剪力，進(jìn)而保障鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。剪切力在鋼結(jié)構(gòu)使用中相對復(fù)雜，設(shè)計(jì)中要對剪力情況進(jìn)行綜合分析，并做好應(yīng)力調(diào)整設(shè)計(jì)。

1.3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，塑性鉸會出現(xiàn)在梁上，但若其設(shè)計(jì)質(zhì)量較低，其會出現(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、建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)考慮穩(wěn)定性問題，一旦鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，會造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。很多鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)事故都是由于設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)不足，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了較多薄弱部位。所以要結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)基本理論，合理展開設(shè)計(jì)。在選材設(shè)計(jì)中，不同工程選擇不同材料，在鋼筋結(jié)構(gòu)不是以強(qiáng)度計(jì)算控制，而是通過穩(wěn)定性控制時，一味地提升鋼材牌號只會造成資源浪費(fèi)。此時選擇低牌號鋼材才更具經(jīng)濟(jì)性。在板厚取值設(shè)計(jì)中，在鋼梁高度在一定范圍內(nèi)，相比厚度增加，加寬翼緣更加有效。如Q345鋼在厚度16mm～40mm，鋼材強(qiáng)度f為295N/mm2，鋼材厚度在40mm～63mm，鋼材強(qiáng)度f為290N/mm2，通過規(guī)范確定鋼材強(qiáng)度值來看，從36mm板厚跨越到42mm板厚時，f損失過大，得不償失。此外，在設(shè)計(jì)當(dāng)中，超長構(gòu)件拼接位置、柱間支撐節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，除了要滿足受力需求，還需要全面考慮吊裝重量、運(yùn)輸長度，這樣有助于降低鋼結(jié)構(gòu)施工成本。

2.2有效預(yù)防鋼結(jié)構(gòu)腐蝕

鋼材料的化學(xué)性質(zhì)活潑，并且在應(yīng)用于具體的建筑設(shè)施后長期與外界環(huán)境接觸，導(dǎo)致鋼材料發(fā)生緩慢的氧化反應(yīng)，造成嚴(yán)重的鋼結(jié)構(gòu)腐蝕。為了最大程度地避免鋼結(jié)構(gòu)腐蝕，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時就應(yīng)該充分考慮針對腐蝕的預(yù)防措施。在目前的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要在提升建筑的景觀性基礎(chǔ)上，強(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性能，設(shè)計(jì)人員需在具體的方案中提出對于鋼結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行噴鋅或噴鋁施工，使鋅、鋁等活潑金屬與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)形成的致密氧化物附著于鋼結(jié)構(gòu)表面，將鋼結(jié)構(gòu)與外界環(huán)境隔離，從而有效提高鋼結(jié)構(gòu)的防腐性能。但在具體的施工作業(yè)過程當(dāng)中，施工人員在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行噴鋁、噴鋅工作之前，應(yīng)當(dāng)在鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹電阻大、附著力好的保護(hù)材料，避免噴鋅、噴鋁的過程中發(fā)生電化反應(yīng)，對鋼結(jié)構(gòu)造成腐蝕。

2.3動力設(shè)計(jì)方法

動態(tài)方法主要是運(yùn)用在結(jié)構(gòu)動態(tài)穩(wěn)定性計(jì)算當(dāng)中。若是它因?yàn)檩p微影響而振動，那么便說明了振動加速與結(jié)構(gòu)變形已反映到結(jié)構(gòu)應(yīng)力之中。若是靜態(tài)靜載荷值很小，那么形變方向與加速度不同，干擾徹底消除之后，運(yùn)動會不斷變化成為靜態(tài)，而且結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)會保持穩(wěn)定狀態(tài)。若是穩(wěn)定性與負(fù)載是在基于最大負(fù)載條件下發(fā)生變化，那么變形方向與加速方向是相統(tǒng)一的，在干擾消除以后，這種移動也會消除。它依舊處在發(fā)散狀態(tài)，所以結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)是處在不穩(wěn)定狀態(tài)，而臨界狀態(tài)屬于負(fù)荷而且屬于一種結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的負(fù)荷。依照結(jié)構(gòu)振蕩頻率是零的條件進(jìn)行分析研究。

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。

參考文獻(xiàn)：

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