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

1、<p>　　建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性原則與設(shè)計(jì)要點(diǎn)</p><p>　　摘要：隨著時(shí)代的變化，有關(guān)設(shè)計(jì)單位和技術(shù)人員也需要采用新的理念和方法，保障鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的安全性和穩(wěn)定性，使得我國(guó)的建筑事業(yè)在孜孜不倦的摸索中穩(wěn)定前進(jìn)。文中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，以供參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞： 鋼結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定設(shè)計(jì) 探討 </p><p>　　中

2、圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　建筑中鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)不是簡(jiǎn)單的將建筑付諸于施工階段即可，它是一項(xiàng)責(zé)任十分重大的工作，直接關(guān)系到人民群眾的生命安全和建筑工程的經(jīng)濟(jì)收益。總而言之，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)在建筑工程中有著不可或缺的重要作用。 </p><p>　　一、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)

3、計(jì)的基本概念 </p><p>　　1、強(qiáng)度與穩(wěn)定的區(qū)別 </p><p>　　強(qiáng)度問(wèn)題指結(jié)構(gòu)或者單個(gè)構(gòu)件在穩(wěn)定平衡狀態(tài)下由荷載所引起的最大應(yīng)力( 或內(nèi)力) 是否超過(guò)建筑材料的極限強(qiáng)度, 極限強(qiáng)度取決于材料的特性, 對(duì)混凝土等脆性材料取它的最大強(qiáng)度, 對(duì)鋼材則常取它的屈服點(diǎn)。穩(wěn)定問(wèn)題則與強(qiáng)度問(wèn)題不同,它主要是找出外荷載與結(jié)構(gòu)內(nèi)部抵抗力間的不穩(wěn)定平衡狀態(tài), 即變形開始急劇增長(zhǎng)的狀態(tài), 從而設(shè)

4、法避免進(jìn)入該狀態(tài), 它是一個(gè)變形問(wèn)題。如軸壓柱,由于失穩(wěn), 側(cè)向撓度使柱中增加數(shù)量很大的彎矩,因而柱子的破壞荷載可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于它的軸壓強(qiáng)度。顯然, 軸壓強(qiáng)度不是柱子破壞的主要原因。 </p><p>　　2、鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的分類 </p><p>　　(1)第一類穩(wěn)定問(wèn)題或者具有平衡分岔的穩(wěn)定問(wèn)題( 也叫分支點(diǎn)失穩(wěn)) 。完善直桿軸心受壓時(shí)的屈曲和完善平板中面受壓時(shí)的屈曲都屬于這一類。 </

5、p><p>　　(2)第二類穩(wěn)定問(wèn)題或無(wú)平衡分岔的穩(wěn)定問(wèn)題( 也叫極值點(diǎn)失穩(wěn)) 。由建筑鋼材做成的偏心受壓構(gòu)件, 在塑性發(fā)展到一定程度時(shí)喪失穩(wěn)定的能力, 屬于這一類。 </p><p>　　(3)躍越失穩(wěn)不同于以上兩種類型, 它既無(wú)平衡分岔點(diǎn), 又無(wú)極值點(diǎn), 它是在喪失穩(wěn)定平衡之后跳躍到另一個(gè)穩(wěn)定平衡狀態(tài)。區(qū)分結(jié)構(gòu)失穩(wěn)類型的性質(zhì)十分重要, 這樣才有可能正確估量結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力。隨著穩(wěn)定問(wèn)題研究

6、的逐步深入, 上述分類看起來(lái)已經(jīng)不夠了。設(shè)計(jì)為軸心受壓的構(gòu)件, 實(shí)際上總不免有一點(diǎn)初彎曲,荷載的作用點(diǎn)也難免有偏心。因此, 要真正掌握這種構(gòu)件的性能, 一方面必須了解缺陷對(duì)它的影響( 其他構(gòu)件也都有個(gè)缺陷影響問(wèn)題) , 另一方面就是深入對(duì)構(gòu)件屈曲后性能的研究。 </p><p>　　3、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的原則 </p><p>　　根據(jù)穩(wěn)定問(wèn)題在實(shí)際設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)，有以下三項(xiàng)原則。 </

7、p><p>　　( 1)結(jié)構(gòu)整體布置必須考慮整個(gè)體系以及組成部分的穩(wěn)定性要求，目前結(jié)構(gòu)大多數(shù)是按照平面體系來(lái)設(shè)計(jì)的,如桁架和框架都是如此。保證這些平面結(jié)構(gòu)不致出平面失穩(wěn), 需要從結(jié)構(gòu)整體布置來(lái)解決, 亦即設(shè)計(jì)必要的支撐構(gòu)件。這就是說(shuō), 平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平面穩(wěn)定計(jì)算必須和結(jié)構(gòu)布置相一致。 </p><p>　　( 2)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖和實(shí)用計(jì)算方法所依據(jù)的簡(jiǎn)圖相一致, 這對(duì)框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算十分重要。

8、目前設(shè)計(jì)單層和多層框架結(jié)構(gòu)時(shí), 經(jīng)常不作框架穩(wěn)定分折而是代之以框架柱的穩(wěn)定計(jì)算。在采用這種方法時(shí), 計(jì)算框架柱穩(wěn)定時(shí)用到的柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù), 應(yīng)通過(guò)框架整體穩(wěn)定分析得出, 才能使柱穩(wěn)定計(jì)算等效于框架穩(wěn)定計(jì)算。對(duì)單層或多層框架給出的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)有五條基本假定, 其中包括: 框架中所有柱子是同時(shí)喪失穩(wěn)定的, 即各柱同時(shí)達(dá)到其臨界荷載。按照這條假定, 框架內(nèi)各柱的穩(wěn)定參數(shù)桿件穩(wěn)定計(jì)算的常用方法, 往往是依據(jù)一定的簡(jiǎn)化假設(shè)或者典型情況得出的, 設(shè)

9、計(jì)者必須確知所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)符合這些假設(shè)時(shí)才能正確應(yīng)用。在實(shí)際工程中, 框架計(jì)算簡(jiǎn)圖和實(shí)用方法所依據(jù)的簡(jiǎn)圖不一致的情況還可舉出以下兩種, 即附有搖擺拄的框架和橫梁受有較大壓力的框架。這兩種情況若按規(guī)范的系數(shù)計(jì)算, 都會(huì)導(dǎo)致不安全的后果。所以所用的計(jì)算方法與前提假設(shè)和具體計(jì)算對(duì)象應(yīng)該相一致。 </p><p>　　( 3)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算必須相互配合, 使二者有一致性。結(jié)構(gòu)計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)相符合, 一直

10、是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大家都注意的問(wèn)題。對(duì)要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節(jié)點(diǎn)連接, 應(yīng)分別賦與它足夠的剛度和柔度, 對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量減少桿件偏心這些都是設(shè)計(jì)者處理構(gòu)造細(xì)部時(shí)經(jīng)?？紤]到的。 </p><p>　　4、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)特點(diǎn) </p><p>　　( 1) 鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn), 在形式上具有多樣化特點(diǎn)。有時(shí), 某一部位從表面上看并不受壓或不是主要受壓, 但仍然會(huì)出現(xiàn)屈曲失穩(wěn)問(wèn)題。例如在簡(jiǎn)支鋼板梁的端部復(fù)

11、板處, 一般情況下彎曲正應(yīng)力較小, 比較大的是剪應(yīng)力。然而, 縱橫兩個(gè)方向的剪應(yīng)力相結(jié)合, 就可能形成較大的斜向壓應(yīng)力, 并導(dǎo)致復(fù)板局部失穩(wěn)。此外, 結(jié)構(gòu)的某些部位也有可能隨結(jié)構(gòu)變形由不受壓變?yōu)槭軌憾鴮?dǎo)致失穩(wěn)。 </p><p>　　(2) 對(duì)于結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō), 它是由各個(gè)桿件組成為一個(gè)整體的。當(dāng)一個(gè)桿件發(fā)生失穩(wěn)變形后, 它必然牽動(dòng)和它剛性連接的其他桿件。因此, 桿件的穩(wěn)定性不能就某一根桿件去孤立地分析, 應(yīng)當(dāng)考慮其他

12、桿件對(duì)它的約束作用。這種約束作用是要從結(jié)構(gòu)的整體分析來(lái)確定的, 這就是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的整體性問(wèn)題。 </p><p>　　(3) 穩(wěn)定的相關(guān)性, 指不同失穩(wěn)模式的偶合作用。例如, 單軸對(duì)稱的軸心受壓構(gòu)件, 當(dāng)在對(duì)稱平面外失穩(wěn)時(shí), 呈現(xiàn)既彎又扭的變形, 它是彎曲和扭轉(zhuǎn)的相關(guān)屈曲。另外, 局部和整體穩(wěn)定的相關(guān), 還常見于冷彎薄避型鋼構(gòu)件。其壁板的局部屈曲一般并不立刻導(dǎo)致整體構(gòu)件喪失承載能力, 但它對(duì)整體穩(wěn)定臨界力卻有影響。

13、對(duì)于存在缺陷的桿件來(lái)說(shuō), 局部和整體之間相互影響更具有復(fù)雜性。 </p><p>　　(4) 穩(wěn)定計(jì)算的其它特點(diǎn): 在彈性穩(wěn)定計(jì)算中,除了需要考慮結(jié)構(gòu)的整體性外, 還要做二階分析,這種分析對(duì)柔性構(gòu)件尤為重要, 這是因?yàn)槿嵝詷?gòu)件的大變形量對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生了不能忽視的影響, 其次, 普遍用于應(yīng)力問(wèn)題的迭加原理, 在彈性穩(wěn)定計(jì)算中不能應(yīng)用。 </p><p>　　二、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要點(diǎn) <

14、/p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性研究雖然取得了一定的進(jìn)展，但也存在一些不容忽視的問(wèn)題： </p><p>　　1、目前在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究中，梁- 柱單元理論已成為主要的研究工具。但梁- 柱單元是否能真實(shí)反映網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)還很難說(shuō)，雖然有學(xué)者對(duì)梁- 柱單元進(jìn)行過(guò)修正。主要問(wèn)題在于如何反映軸力和彎矩的耦合效應(yīng)。 </p><p>　　2、在大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中整體穩(wěn)定

15、與局部穩(wěn)定的相互關(guān)系也是一個(gè)值得探討的問(wèn)題，目前大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中取一個(gè)統(tǒng)一的穩(wěn)定安全系數(shù)，未反映整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性。 </p><p>　　3、預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定設(shè)計(jì)理論還很不完善，目前還沒(méi)有一個(gè)完整合理的理論體系來(lái)分析預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。 </p><p>　　4、鋼結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性研究中存在許多隨機(jī)因素的影響，目前結(jié)構(gòu)隨機(jī)影響分析所處理的問(wèn)題大部分局限于確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)、隨

16、機(jī)荷載輸入這樣一個(gè)格局范圍，而在實(shí)際工程中，由于結(jié)構(gòu)參數(shù)的不確定性，會(huì)引起結(jié)構(gòu)響應(yīng)的顯著差異。所以應(yīng)著眼于考慮隨機(jī)參數(shù)的結(jié)構(gòu)極值失穩(wěn)、干擾型屈曲、跳躍型失穩(wěn)問(wèn)題的研究。從上面可以看出，我們的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論還是不夠完善，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中一般都是把鋼結(jié)構(gòu)看成是完善的結(jié)構(gòu)體系，針對(duì)上述問(wèn)題我們可以看出在設(shè)計(jì)中我們沒(méi)有考慮一些隨機(jī)因素的影響。但是我們?cè)诳紤]這些因素之前，應(yīng)該弄清楚這些隨機(jī)因素的來(lái)源，一般情況下把影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性隨機(jī)因素分為三類： &

17、lt;/p><p>　?。?）物理、幾何不確定性：如材料（彈性模量，屈服應(yīng)力，泊松比等）、桿件尺寸、截面積、殘余應(yīng)力、初始變形等。 </p><p>　?。?）統(tǒng)計(jì)的不確定性：在統(tǒng)計(jì)與穩(wěn)定性有關(guān)的物理量和幾何量時(shí)，總是根據(jù)有限樣本來(lái)選擇概率密度分布函數(shù),因此帶來(lái)一定的經(jīng)驗(yàn)性。這種不確定性稱為統(tǒng)計(jì)的不確定性，是由于缺乏信息造成的。 </p><p>　?。?）模型的不確定

18、性：為了對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，所提的假設(shè)、數(shù)學(xué)模型、邊界條件以及目前技術(shù)水平難以在計(jì)算中反映的種種因素，所導(dǎo)致的理論值與實(shí)際承載力的差異，都?xì)w結(jié)為模型的不確定性。 </p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問(wèn)題區(qū)別于強(qiáng)度問(wèn)題。在實(shí)際設(shè)計(jì)中, 設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確知道結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性能, 以免在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)生不必要的失穩(wěn)損失。 </p&g

19、t;<p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 吳文德.淺析鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)[J]. 吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào). 2008(08) </p><p>　　[2] 韓暢華.新型鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)研究[J]. 廣東科技. 2007(07) </p><p>　　[3] 郭東海.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的探討[J]. 黑龍江