建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方法分析

蔡樹珍

摘要：建筑施工進(jìn)行的過(guò)程中鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)用非常廣泛，鋼結(jié)構(gòu)能夠提升建筑的強(qiáng)度保證建筑質(zhì)量。由于鋼結(jié)構(gòu)與建筑功能整體性、建筑質(zhì)量之間有直接的關(guān)系，所以在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該重視鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可能存在的缺陷，從缺陷出發(fā)，重視鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的原則，采取有效的措施提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體水平。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)性能的發(fā)揮而言有很重要的作用。

關(guān)鍵詞：建筑工程;鋼結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);穩(wěn)定性;方式

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是核心環(huán)節(jié)，如果不能保證穩(wěn)定性，建筑就毫無(wú)意義。在建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性的考慮是最基本的問(wèn)題，如果處理不當(dāng)就會(huì)對(duì)建筑的穩(wěn)定性造成影響。在具體的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該計(jì)算出鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算，之后再次進(jìn)行驗(yàn)算來(lái)避免出現(xiàn)的鋼筋結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性。筆者從鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)過(guò)程中的缺陷出發(fā)，只有重視鋼結(jié)構(gòu)本身對(duì)穩(wěn)定性造成的影響，才可以克服這些困難，保證建筑結(jié)構(gòu)性能。

1 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

1.1 意義

鋼結(jié)構(gòu)建筑中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的案例比比皆是，主要的原因適設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過(guò)程中的沒有掌握鋼結(jié)構(gòu)與材料之間的力學(xué)性能關(guān)系，缺乏穩(wěn)定性上設(shè)計(jì)的理念。在實(shí)際的施工中有部分施工單位為降低成本，選擇偷工減料和使用低劣原材料，材料質(zhì)量缺乏保證的情況下導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性難以保證，最終形成難以估量的后果。在建筑施工的過(guò)程中妥善處理好鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可以保證建筑的安全性， 改善建筑的工程質(zhì)量。在這個(gè)過(guò)程中只有對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有高度重視，才可以針對(duì)性考慮出可行性辦法，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的發(fā)展。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的概念

1.21 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是指在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，被外界影響之后可以恢復(fù)到最初平衡狀態(tài)的一種性能。綱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性出現(xiàn)問(wèn)題之后，建筑就不可以恢復(fù)到最初的狀態(tài)，失去穩(wěn)定性移動(dòng)到其他的位置。一般情形下人們將失穩(wěn)分為三種類型。首先是直桿、圓環(huán)與窄梁結(jié)構(gòu)軸心受到壓力之后，分支點(diǎn)失去穩(wěn)定。這種現(xiàn)象的存在蛀牙是由于平衡分叉導(dǎo)致的結(jié)果，所有也有專業(yè)名詞叫支點(diǎn)失穩(wěn)。其次是極值點(diǎn)失去穩(wěn)定性，這一類失穩(wěn)在現(xiàn)實(shí)生活中可以直接轉(zhuǎn)化為分支點(diǎn)失穩(wěn)對(duì)其進(jìn)行處理。最后一種是躍越失穩(wěn)，這種失穩(wěn)是最特別的一種。這種是建筑物在受到一種平衡狀態(tài)之后，直接進(jìn)入到另外一種平衡狀態(tài)[1]。

1.2.2 導(dǎo)致上述鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的主要因素有：結(jié)構(gòu)體系中存在大量支撐系統(tǒng)，如鋼柱 間支撐和鋼屋架、下弦水平支撐等等支撐系統(tǒng)。構(gòu)件的長(zhǎng)度和橫截面的數(shù)值特征有兩個(gè)方向，再加上材料的強(qiáng)度、應(yīng)力變化等等。所以在設(shè)計(jì)強(qiáng)度的時(shí)候應(yīng)該充分運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，假設(shè)所有存在的合理?xiàng)l件按照有限的樣本，總結(jié)出其中可能存在的誤差，分析失穩(wěn)存在的主要原因。

2 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

2.1 結(jié)構(gòu)整體性影響

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性問(wèn)題分析的過(guò)程中需要設(shè)計(jì)人員有大局意識(shí)，站在建筑整體的角度上考慮鋼結(jié)構(gòu)的整體性，充分考慮桿件本身具有的特征。隨著數(shù)據(jù)信息運(yùn)用效率的提升，分析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中整體剛度、失穩(wěn)問(wèn)題的時(shí)候常常以臨界壓力求解法、折減系數(shù)等方式，計(jì)算出軸心桿的穩(wěn)定性。同時(shí)彈性穩(wěn)定性設(shè)計(jì)也是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，在計(jì)算的過(guò)程中不僅僅要考慮鋼結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性，還要做二階分析。主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)內(nèi)力被建筑結(jié)構(gòu)中部分柔性構(gòu)件變形量而影響，最后發(fā)生變化。針對(duì)應(yīng)力的疊加問(wèn)題 ，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該進(jìn)行充分考慮。由于彈性穩(wěn)定性的計(jì)算和疊加原理結(jié)構(gòu)變形關(guān)系分析非常復(fù)雜，在目前彈性穩(wěn)定性的計(jì)算中還沒有被廣泛運(yùn)用。

2.2 不確定性因素分析

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性還會(huì)受到很多不確定性因素的影響，主要就是在物理、幾何力學(xué)方面受到的影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如果進(jìn)行細(xì)化，存在材料、橫截面積、桿件尺寸、應(yīng)力等等因素。但是對(duì)于相對(duì)穩(wěn)定的幾何量，物理量，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的時(shí)候往往更傾向于直接設(shè)計(jì)，憑借以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決問(wèn)題，很少聯(lián)系實(shí)際生活。同時(shí)涉及人員專業(yè)知識(shí)也是影響建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要原因。鋼結(jié)構(gòu)分析的過(guò)程中受到設(shè)計(jì)人員專業(yè)性不強(qiáng)的限制，在實(shí)際的計(jì)算中參數(shù)計(jì)算結(jié)果和理論值結(jié)構(gòu)有很大差距[2]。再加上結(jié)構(gòu)隨機(jī)的影響分析處理的問(wèn)題最終都被結(jié)構(gòu)參數(shù)、隨機(jī)荷載輸入范圍給限制。在實(shí)際施工中如果參數(shù)不確定，結(jié)構(gòu)施工必然存在問(wèn)題。

2.3 預(yù)應(yīng)力

預(yù)張拉體系是鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中比較關(guān)鍵的組成部分，但是在發(fā)展過(guò)程中很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)沒有得到重視和發(fā)展，因此對(duì)這個(gè)方面缺乏明顯的理論依據(jù)，很難保證穩(wěn)定性。在綱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)中整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性的計(jì)算還存在不合理不到位的情況。雖然部分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算是由經(jīng)驗(yàn)計(jì)算完成，以此來(lái)確定整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性，但是在實(shí)際施工運(yùn)用中并沒有根據(jù)實(shí)際工程情況來(lái)計(jì)算出一個(gè)比較安全科學(xué)的安全系數(shù)。因此無(wú)法真實(shí)的將穩(wěn)定性系數(shù)反應(yīng)出來(lái)。

3 建筑物穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)改善措施

3.1 降低不確定因素存在的概率

在具體鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中需要針對(duì)常見的問(wèn)題，提出科學(xué)合理的改善措施、解決措施，避免發(fā)生常識(shí)性錯(cuò)誤。有效提升鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和降低設(shè)計(jì)引發(fā)的失穩(wěn)事故。降低不確定因素導(dǎo)致的穩(wěn)定性，需要在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的過(guò)程中充分考慮不確定因素。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員要充分考慮鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，或者是進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，計(jì)算分析出比較合理的方案，運(yùn)用這種方式降低不確定性因素存在的概率，從整體上提升鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證建筑剛結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性。

3.2 理論支撐

在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的時(shí)候，應(yīng)該科學(xué)合理運(yùn)用梁-柱理論，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，運(yùn)用該理論分析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，細(xì)部構(gòu)件和構(gòu)件之間的穩(wěn)定性，同時(shí)保證局部和整體之間的問(wèn)題性，從梁-柱理論的運(yùn)用上出發(fā)，全面提升鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。

完善理論的運(yùn)用，還可以從預(yù)張拉體系的完善方面出發(fā)，改變我國(guó)當(dāng)前預(yù)張拉體系不完善的情況。積極建立配套完整的預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系理論，將此作為基礎(chǔ)，分析預(yù)張拉的實(shí)際情況，最終得到準(zhǔn)確的結(jié)果，保證建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的合理性。

3.3 處理好局部和整體性之間的關(guān)系

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的時(shí)候局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定之間區(qū)別不大，但是都會(huì)對(duì)建筑產(chǎn)生直接的影響。鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)中，需要重視安全系數(shù)的選擇，最大程度避免經(jīng)驗(yàn)確定安全系數(shù)的情況存在。在這個(gè)過(guò)程中不斷分析鋼結(jié)構(gòu)工程的實(shí)際情況，綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的多種因素降低誤差的存在，保證整體建筑結(jié)構(gòu)都具有良好的穩(wěn)定性，滿足建筑對(duì)穩(wěn)定性的要求[3]。

4 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)原則

通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性改善方式的提出，分析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性原則，對(duì)建筑穩(wěn)定性能的發(fā)揮有重要的作用。首先鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性原則，要做到計(jì)算方式于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖契合。在分析建筑物結(jié)構(gòu)的時(shí)候一般不以框架的穩(wěn)定性為標(biāo)準(zhǔn)，而是直接計(jì)算框架的穩(wěn)定性。其次是鋼結(jié)構(gòu)的布置要達(dá)到要求，只有在設(shè)計(jì)施工時(shí)候保證每一個(gè)環(huán)節(jié)達(dá)到要求，才可以在容易發(fā)生問(wèn)題的環(huán)節(jié)緊抓質(zhì)量。最后還需要重視細(xì)部構(gòu)造、穩(wěn)定性兩者的計(jì)算方式一致，才可以在穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中突出實(shí)際的運(yùn)用價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

在具體的工作中需要遵循施工的具體情況、從實(shí)際出發(fā)考慮原則，做好鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)，盡量避免結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的現(xiàn)象發(fā)生。在這個(gè)過(guò)程中只有全面了解鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，才能夠針對(duì)性采取措施解決，完善鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)置。

參考文獻(xiàn)：

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