建筑工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計分析

張小芳

山東萊鋼建筑設(shè)計有限公司 山東青島 266071

建筑行業(yè)中普遍將鋼制材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)稱之為鋼結(jié)構(gòu)，其能夠在外界干擾及多種作用力下始終保持和迅速恢復(fù)到最初的平衡狀態(tài)，這一屬性稱之為鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這主要是因為，鋼制材料會在外力作用下發(fā)生失穩(wěn)，從而會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的平衡發(fā)生變化，促使建筑馬上或者在后期使用過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)性的破壞，直接影響到建筑的安全性及使用年限。

1 造成鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計失穩(wěn)的主要原因

1.1 剪力設(shè)計存在調(diào)整不均勻的問題

由于人們對建筑的審美發(fā)生了極大的改變，使用需求也越來越豐富，就導(dǎo)致各種不對稱的建筑大量建設(shè)，這對設(shè)計者的建筑剪力計算、設(shè)計方面的水平要求頗高。這些不對稱的建筑群體與傳統(tǒng)的對稱建筑相比，其出現(xiàn)傾斜的概率更大，對設(shè)計師的鋼結(jié)構(gòu)剪力設(shè)計要求更為嚴格。但是我國大多設(shè)計者在進行建筑設(shè)計時，其為了節(jié)約設(shè)計時間、簡化了設(shè)計流程，直接將垂直結(jié)構(gòu)的構(gòu)件簡化為柱子，將傾斜的斜柱視為斜桿，導(dǎo)致在調(diào)整框架柱剪力時發(fā)生計算偏差，最終促使建筑設(shè)計存在不科學之處。要知道，斜柱在建筑使用過程中不僅要作為水平方向的支撐，同時也是建筑豎直方向支撐荷載的主要結(jié)構(gòu)，就是這部分的荷載造成建筑的整體剪力的計算偏差，促使建筑發(fā)生傾斜。

1.2 強柱弱梁的設(shè)計問題

根據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī)及建筑行業(yè)的行業(yè)規(guī)劃的要求，在對建筑鋼結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時需要對弱梁的彈塑性予以重點分析和計算。通過長期的研究，讓人們發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)科學和安全需要弱梁具有一定的彈塑性。不管是在強震之下，還是構(gòu)件受荷非常大的狀態(tài)下，鋼結(jié)構(gòu)的塑性都是出現(xiàn)在梁上。因此，在對整個建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計過程中，如果想要其具有較強的抗壓性，且能夠及時恢復(fù)到建筑最初的平衡狀態(tài)，保護建筑不被傾斜所破壞，就需要在對弱梁的彈塑性予以重點分析和設(shè)計，促使其在抵抗外力作用發(fā)揮出優(yōu)秀的表現(xiàn)。因此，在后期的建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)該對強柱弱梁的設(shè)計加以注意[1]。

1.3 鋼制材料本身的缺陷導(dǎo)致的設(shè)計問題

現(xiàn)階段我國鋼制材料在制作經(jīng)過了冶煉、澆筑以及軋制等環(huán)節(jié)，且生產(chǎn)量巨大。在實際生產(chǎn)過程中，往往會因為巨大的產(chǎn)量和復(fù)雜的制作過程導(dǎo)致鋼制構(gòu)件的質(zhì)量參差不齊。同時，鋼材本身就有耐熱能力高、耐腐蝕能力差的特點。在日積月累的使用過程中，風吹雨淋會建筑的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件會發(fā)生裂紋，進而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性發(fā)生改變。

1.4 設(shè)計人員水平問題

目前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計人員水平參差不齊，許多設(shè)計人員缺乏穩(wěn)定概念，進行結(jié)構(gòu)計算時只注重結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算，忽視了構(gòu)件、整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗算，另外設(shè)計時計算簡圖及支座約束條件與實際受力狀態(tài)不符，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)的情況[2]。

2 增加鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的相關(guān)設(shè)計方法

2.1 增強對總體穩(wěn)定性分析

為了延遲建筑的使用年限，強化建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，設(shè)計師在對建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性予以設(shè)計時，不要局限于單一的結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，要結(jié)合施工場地的具體情況，仔細分析建筑所在區(qū)域的環(huán)境，盡量選擇技術(shù)較為成熟的對稱性結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時對建筑的抗震系數(shù)、水平荷載系數(shù)進行反復(fù)、多次的計算，對建筑使用過程中產(chǎn)生的各項指標進行綜合考慮與核算，通過結(jié)合實際的建筑情況來確定最終合理的建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

2.2 加強靜力分析以及動力分析

建筑工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計主要可以分為靜力分析和動力分析這兩個方面，設(shè)計者在設(shè)計過程中，應(yīng)充分考慮到工程的實際狀況和當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境對建筑可能造成的影響，對建筑通過微小形變后的鋼結(jié)構(gòu)受力情況進行分析，且建立靜態(tài)分析平衡微分方程，計算出建筑鋼結(jié)構(gòu)所能達到的壓力載荷臨界點。同時對鋼結(jié)構(gòu)體系的平衡狀態(tài)下的外部荷載小擾動予以計算，如果建筑上存在震動荷載，如果設(shè)備震動頻率與建筑結(jié)構(gòu)自震周期相同，從而導(dǎo)致建筑與設(shè)備出現(xiàn)共同振動現(xiàn)象，鋼結(jié)構(gòu)建筑的受荷情況就會發(fā)生改變，結(jié)構(gòu)受到的負荷高于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的極限負荷值時，鋼構(gòu)件就會出現(xiàn)變形，從而影響建筑使用，甚至會給建筑帶來破壞。因此，設(shè)計師在對工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進行設(shè)計時，應(yīng)加強對鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)的靜力分析以及動力分析。

2.3 增加節(jié)點連接設(shè)計中的穩(wěn)定性分析

由于設(shè)計人員會在設(shè)計流程進行簡化來節(jié)約設(shè)計時間，直接將建筑鋼結(jié)構(gòu)中的相關(guān)柱梁連接簡化為剛性連接或者理想的鉸接。這樣會導(dǎo)致這些梁柱會存在力的夾角，在后期計算中這些梁柱則不會對建筑鋼結(jié)構(gòu)的彎矩進行傳遞，最終使得建筑設(shè)計框架的側(cè)移量估計值減少、導(dǎo)致后續(xù)建筑鋼結(jié)構(gòu)計算時框架側(cè)移量過多，最終使得建筑的鋼結(jié)構(gòu)承載力不能符合建筑實際使用的需要。因此設(shè)計者在對鋼制結(jié)構(gòu)進行穩(wěn)定性分析時，需要對節(jié)點連接設(shè)計的穩(wěn)定性分析予以強化，通過設(shè)計出科學的建筑鋼結(jié)構(gòu)柱體穩(wěn)定承載力理論值來保證鋼制結(jié)構(gòu)在使用過程具有良好的穩(wěn)定性[3]。

2.4 加強相關(guān)人員的培訓

鋼結(jié)構(gòu)建筑相較于傳統(tǒng)混凝土建筑設(shè)計存在一定的差別，相關(guān)設(shè)計人員及設(shè)計單位要加強對于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的學習及培訓工作。

3 結(jié)語

總而言之，在當前我國飛速發(fā)展的市場經(jīng)濟下，建筑行業(yè)也發(fā)生了質(zhì)的飛躍，不僅推動了城市化進程發(fā)展腳步，也帶動了與建筑行業(yè)相關(guān)的附屬行業(yè)。在此背景下，建筑設(shè)計者應(yīng)在市場經(jīng)濟的指導(dǎo)下，不斷豐富自我設(shè)計理念、扎實自己基礎(chǔ)知識，對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計分析予以不斷的強化，通過科學的設(shè)計來保障建筑的使用安全和期限。