鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性原則及其設(shè)計要點(diǎn)簡述

劉海濤

摘要：鋼結(jié)構(gòu)是建筑工程設(shè)施工時常用的一種結(jié)構(gòu)模式，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對整個建筑的質(zhì)量有一定的影響。鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性常體現(xiàn)在防火、防腐等方面。為了保證鋼結(jié)構(gòu)擁有更好的穩(wěn)定性，需要在設(shè)計方案之前，對工程建設(shè)環(huán)境以及建筑物的要求進(jìn)行充分調(diào)查研究，這樣才能使鋼結(jié)構(gòu)的防火、防腐性能達(dá)到預(yù)期效果。本文針對建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則以及存在的問題進(jìn)行分析，希望給相關(guān)從業(yè)人士一定的參考。

關(guān)鍵詞：建筑工程;鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計;穩(wěn)定性原則;防火設(shè)計;防腐設(shè)計

引言

在建筑行業(yè)中，鋼結(jié)構(gòu)建筑是較為常見的一種建筑結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)建筑施工過程中，由于建筑物所在的市場環(huán)境較為復(fù)雜，周圍的建設(shè)條件惡劣以及技術(shù)水平有限等問題，會對鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定性和安全性造成影響。一旦鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定性受到影響，會對人們的生活以及工作造成直接影響，甚至威脅人們的生命安全。因此，鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計人員在進(jìn)行方案設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)遵循鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計原則，保證建筑的一致性與整體性，提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的質(zhì)量?？茖W(xué)合理的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，可以使人們的居住環(huán)境得到應(yīng)有的保障，讓人們能更有效率地投入到其他行業(yè)的生產(chǎn)建設(shè)中，對推進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著積極的影響。

一、研究建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性原則與設(shè)計要點(diǎn)的現(xiàn)實(shí)意義

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化建設(shè)逐漸擴(kuò)張，在建筑行業(yè)人們對建筑物的要求也逐漸增高。鋼結(jié)構(gòu)建筑物擁有施工速度快，結(jié)構(gòu)性能好的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于各類建筑物結(jié)構(gòu)中。由于建筑行業(yè)的發(fā)展速度過快，但是相關(guān)建設(shè)手段和技術(shù)并沒有跟上發(fā)展的腳步，導(dǎo)致施工建設(shè)過程中會出現(xiàn)一些問題，比如建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性方面，仍然會受到一些隨機(jī)因素的影響，使得穩(wěn)定性難以得到有效控制。尤其是在建筑行業(yè)的高層建筑中，如果采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，那么對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求就更加嚴(yán)格。因此相關(guān)的設(shè)計研究人員應(yīng)該針對以往的鋼結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行具體的統(tǒng)計分析，依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計原則，設(shè)計相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)方案，以此提高鋼結(jié)構(gòu)，建筑工程的穩(wěn)定性。在如今市場環(huán)境多元化發(fā)展的進(jìn)程中，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)重視結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，來保障人們生活水平以及安全。

二、建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性原則

（一）一致性

在進(jìn)行建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)遵循一定的設(shè)計原則，首先應(yīng)保證構(gòu)造與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計一致性，使得鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與鋼結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造保持一致。比如在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計時，彎矩的傳遞是否要進(jìn)行區(qū)分，主要在于剛度與柔度，以此保證基礎(chǔ)的性能達(dá)到預(yù)期效果。再以設(shè)計桁架節(jié)點(diǎn)為例，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)盡量減少桿件偏心問題，這樣可以保障構(gòu)件細(xì)部構(gòu)造設(shè)計的穩(wěn)定性能。因此，如果工程建設(shè)對鋼結(jié)構(gòu)提出了穩(wěn)定性的要求，就需要采取一致性原則，將細(xì)部構(gòu)造設(shè)計進(jìn)行調(diào)整。如果以簡支梁抗彎能力控制角度來看，應(yīng)該保證組織不動鉸支座位移的情況下，對平面方向的移動進(jìn)行限定。但是由于需要保證鋼結(jié)構(gòu)梁的整體穩(wěn)定性能，因此還需要對梁繞縱的扭轉(zhuǎn)軸進(jìn)行一定控制，從而確保梁能夠在水平面上進(jìn)行轉(zhuǎn)動。

（二）整體性

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性的另一個原則是整體性。因?yàn)榻ㄖこ啼摻Y(jié)構(gòu)是依據(jù)平面體系進(jìn)行設(shè)計控制的，所以設(shè)計時需要考慮的因素不僅僅是桁架，還要考慮框架因素。因此在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要想保證平面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，就需要設(shè)計人員按照整體性的原則進(jìn)行設(shè)計，也就是通過桿件的支撐設(shè)計。

三、建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點(diǎn)控制

（一）防火設(shè)計要點(diǎn)

由于鋼結(jié)構(gòu)建筑工程當(dāng)中的主要材料都是鋼筋，因此設(shè)計人員在考慮防火設(shè)計時，需要考慮鋼材本身的燃燒性能以及耐高溫性能等因素。需要考慮到，隨著溫度的提高，鋼材會否出現(xiàn)斷裂的情況，當(dāng)溫度達(dá)到何值時，鋼結(jié)構(gòu)建筑會出現(xiàn)失穩(wěn)的情況。通過研究發(fā)現(xiàn)，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑工程相比，鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火性能較差。設(shè)計人員應(yīng)通過設(shè)置保全板來預(yù)防火災(zāi)。此外，還可將不同厚度的防火涂料涂抹至鋼結(jié)構(gòu)不同位置。對于透明位置，可直接涂抹裝飾漆來達(dá)到預(yù)期的工程防火性能。

（二）防腐設(shè)計要點(diǎn)

在建筑物中，鋼筋材料會受自然因素影響且程度較大。如，鋼筋材料長期處于室外環(huán)境，將出現(xiàn)銹蝕，不僅會影響鋼筋材料的外觀，還會降低鋼筋材料質(zhì)量。具體而言，一旦鋼材受到外界環(huán)境的腐蝕影響，其具有性能效用的表面厚度就會減少，進(jìn)而出現(xiàn)應(yīng)力集中與鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力下降等問題。為此，建筑工程鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計人員應(yīng)綜合考慮彎矩與屈曲后強(qiáng)度抗彎承載力比值，以及平面內(nèi)外穩(wěn)定應(yīng)力比。如，建筑物鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力比超出限值，鋼結(jié)構(gòu)就會因失穩(wěn)而增加整個建筑物的倒塌威脅。防腐設(shè)計技術(shù)就是通過涂抹防腐涂料，并保證涂料性能質(zhì)量與所處工程建設(shè)要求一致，來達(dá)到預(yù)期的建設(shè)使用標(biāo)準(zhǔn)。

（三）隨機(jī)因素設(shè)計控制

由于影響建筑工程鋼結(jié)構(gòu)體系保持穩(wěn)定性的隨機(jī)因素較多，因此，設(shè)計人員需將隨機(jī)因素所帶來的影響控制在結(jié)構(gòu)參數(shù)與隨機(jī)荷載輸入范圍內(nèi)。否則，建筑工程的鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定，就會使得處于運(yùn)營狀態(tài)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)存在偏差，進(jìn)而降低結(jié)構(gòu)作用的穩(wěn)定性。為此，設(shè)計人員應(yīng)將控制工作重點(diǎn)放在隨機(jī)參數(shù)結(jié)構(gòu)極值、跳躍型失穩(wěn)以及干擾型屈曲等問題情況上。此前，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)對隨機(jī)因素的問題產(chǎn)生來源進(jìn)行分析，以提高設(shè)計控制措施運(yùn)用的有效性。經(jīng)對以往建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計隨機(jī)因素影響進(jìn)行分析，主要成因集中在以下三點(diǎn)：

（1）幾何、物理因素的不確定性，主要集中在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計材料、初始變形以及截面積等問題上。

（2）統(tǒng)計的不確定性影響，即在統(tǒng)計與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性相關(guān)的物理量與幾何量時，智能結(jié)合有限樣本確定概率密度分布函數(shù)。此時，獲得的分布函數(shù)使用效果也十分有效，僅作用于局部鋼結(jié)構(gòu)。

（3）模型的不確定性影響，設(shè)計計算過程，無法涉及數(shù)學(xué)模型、邊界條件以及假設(shè)等方面。

為此，要想對建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計隨機(jī)因素進(jìn)行有效控制，需借鑒先進(jìn)技術(shù)方法，來提升鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計穩(wěn)定性效果，進(jìn)而降低因結(jié)構(gòu)影響而出現(xiàn)建筑物失穩(wěn)問題的發(fā)生率。

四、結(jié)束語

綜上所述，建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計易受所處施工場地的自然因素影響，出現(xiàn)腐蝕與性能質(zhì)量下降等問題。設(shè)計控制需通過涂抹防腐涂料來隔斷鋼筋材料與外界環(huán)境的聯(lián)系。而防火設(shè)計，需結(jié)合工程項(xiàng)目的建設(shè)要求與既定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，通過涂抹防火涂料，來提高鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火性能，進(jìn)而規(guī)避火災(zāi)風(fēng)險。只有這樣才能將鋼結(jié)構(gòu)更趨可持續(xù)性的建設(shè)狀態(tài)作用于建筑行業(yè)，進(jìn)而達(dá)到用戶預(yù)期的安全性與舒適度效果。因此，業(yè)內(nèi)科研人員應(yīng)研究不同建設(shè)條件與建設(shè)要求的建筑工程，以滿足高物質(zhì)生活水平下的建筑用戶居住需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙亞莉，宋春草.土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題與策略分析[J].建材與裝飾，2018（48）：59-60.

[2]劉宇.土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工策略在土木工程技術(shù)上的應(yīng)用分析[J].居業(yè)，2018（11）：114-115.

[3]張百振.多層鋼結(jié)構(gòu)模塊與鋼框架復(fù)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（30）：93-94.

[4]任兵.基于BIM的可視化技術(shù)在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].智能建筑與智慧城市，2018（10）：85-86.

黑龍江省建筑設(shè)計研究院