建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方法

1、<p>　　建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方法</p><p>　　摘要：鋼結(jié)構(gòu)因其強(qiáng)度高、自重輕、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在我國的建筑工程項(xiàng)目建設(shè)當(dāng)中已被廣泛應(yīng)用，并隨著相關(guān)體系的建立與重點(diǎn)項(xiàng)目的開發(fā)，鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)獲得了一定的發(fā)展。但在建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)上還存在一定的問題，這也是工程建筑的穩(wěn)定性受到影響的主要原因，因此在建筑鋼結(jié)構(gòu)主體穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)上，要積極采取措施，規(guī)避可能出現(xiàn)的問題。本文通過分析建

2、筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中的影響因素，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的方法做了詳細(xì)闡述。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性；構(gòu)件；抗震；強(qiáng)度中圖分類號(hào)：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身強(qiáng)度高，在充分利用鋼構(gòu)件截面面積及材料強(qiáng)度的情況下，往往因?yàn)闃?gòu)件長細(xì)比較大、穩(wěn)定系數(shù)較小，

3、使得構(gòu)件因喪失穩(wěn)定性而破壞整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)。在這里的穩(wěn)定與強(qiáng)度并不是同一個(gè)范疇的概念，強(qiáng)度指的是應(yīng)力方面的問題。穩(wěn)定則是指變形方面的問題，鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中的構(gòu)件內(nèi)部所承受的抵抗力與外部所承受的荷載兩者是不平衡的，穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于在不平衡的受力當(dāng)中，尋在一個(gè)相對(duì)平衡的契合點(diǎn)，以避免鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生急劇變形，造成失穩(wěn)，進(jìn)而破壞建筑結(jié)構(gòu)。本文將具體闡述鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中的相關(guān)要點(diǎn)。 </p><p>　　建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) <

4、;/p><p>　?。ㄒ唬┙ㄖ摻Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) </p><p>　　1、鋼結(jié)構(gòu)材料的抗震性高 </p><p>　　在工程建筑中所使用的鋼結(jié)構(gòu)主要是由鋼板、冷加工的薄型鋼板或是熱軋型鋼等材料制作而來的，所以與混凝土制成的結(jié)構(gòu)相比具有重量輕、延展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。鋼構(gòu)件因其良好的延展性能、使得鋼結(jié)構(gòu)工程具有相對(duì)較高的抗震性。 </p><p>　　2、鋼結(jié)

5、構(gòu)材料的精確度高 </p><p>　　對(duì)于大跨度的建筑，常常采用鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，因?yàn)檫@種材料的結(jié)構(gòu)具有較高的韌性和可塑性。如果在建筑的過程中需要較高的穩(wěn)定性，那么就更應(yīng)該采用這種鋼結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種材料在一定范圍內(nèi)的應(yīng)力幅度具有很強(qiáng)的彈性，所以如果建筑需要非常精確的施工，那么這種鋼建筑在受力的情況下與工程建筑的力學(xué)計(jì)算方法比較符合，與混凝土結(jié)構(gòu)相比更加精確，所以可以被廣泛使用。 </p><p>

6、;　　3、鋼結(jié)構(gòu)的建筑施工簡便 </p><p>　　建筑鋼結(jié)構(gòu)的制作過程及方法比較簡便。鋼材的強(qiáng)度和密度均比混凝土大，但在相同跨度且承受相同荷載的情況下，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件比混凝土構(gòu)件的總重量要輕很多，使用鋼結(jié)構(gòu)建筑將有利于降低材料的運(yùn)輸及吊裝成本。 </p><p>　　由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，有利于大批量的工業(yè)化生產(chǎn)，在工廠內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化制作完成后現(xiàn)場(chǎng)拼接安裝，將會(huì)很大程度上提高建筑的施工速度。同時(shí)

7、，相對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)施工中的鋼筋綁扎、支模板、混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)等復(fù)雜的施工工藝來講，鋼結(jié)構(gòu)建筑施工過程明顯體現(xiàn)出了簡便、效率高等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　?。ǘ┙ㄖ摻Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn) </p><p>　　首先，鋼材本身存在著不足，特別是在耐火性及抗腐蝕性能方面、鋼材的抵抗能力均不高；因此，在建筑結(jié)構(gòu)采用運(yùn)用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)密防護(hù)，這樣一來就需要花費(fèi)較高的成本。 </p>

8、<p>　　其次，在耐熱性能方面，鋼結(jié)構(gòu)雖然具有一定耐受能力，但如果在對(duì)其進(jìn)行施工時(shí)，溫度已經(jīng)達(dá)到150攝氏度，則已經(jīng)超過鋼結(jié)構(gòu)的耐受能力，進(jìn)而導(dǎo)致其出現(xiàn)變形等不良狀況，因此需要將隔熱層作為保護(hù)手段。 </p><p>　　再次，鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度雖然很高，但是由鋼結(jié)構(gòu)所制造的構(gòu)件卻不具備太高的強(qiáng)度，這是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的構(gòu)件通常以薄壁形式出現(xiàn)，構(gòu)件的橫截面積也相對(duì)較小，在施工中受到較大負(fù)荷的情況下，穩(wěn)定要求以及

9、強(qiáng)度要求都比較難以滿足。 </p><p>　　影響建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素分析 </p><p>　?。ㄒ唬╀摻Y(jié)構(gòu)構(gòu)件承載強(qiáng)度的影響 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到其構(gòu)件承載強(qiáng)度的影響，其中也包括構(gòu)件材料的應(yīng)力強(qiáng)度、截面面積、截面形狀特征等。整體結(jié)構(gòu)的支撐力與抗扭力性能也十分重要，包括在建模設(shè)計(jì)中為了對(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

10、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)際值的差異，都是影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素，這些在穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)都是必須考慮的。 </p><p>　?。ǘ┹S力和彎矩的耦合效應(yīng)不能正確反映 </p><p>　　目前鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中存在的問題是大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如何反映軸力和彎矩的耦合效應(yīng)。一般情況下，大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中取一個(gè)穩(wěn)定安全系數(shù)，不一定能真實(shí)的反應(yīng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，因此，預(yù)張拉結(jié)

11、構(gòu)體系的穩(wěn)定設(shè)計(jì)理論還很不完善的狀況下，整體與局部的穩(wěn)定性之間的相互作用關(guān)系也是值得研究的問題。 </p><p>　?。ㄈ┓€(wěn)定性理論不完善 </p><p>　　對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)來說，其穩(wěn)定理論也不是十分完善。通常人們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)是從完善的角度思考，很多偶然因素并沒有考慮進(jìn)去，這往往對(duì)其穩(wěn)定性容易造成嚴(yán)重的影響。在實(shí)際工程施工中，因?yàn)榇蟛糠志窒抻诮Y(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

12、，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)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)問題的研究，才能確保鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用順利進(jìn)行。 </p><p>　　建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的相關(guān)方法 </p><p>　?。ㄒ唬┙ㄖ摻Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則 </p><p>　　在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，要綜合考慮建筑的實(shí)際情況、以及在其使用過程中的一些具體的要求，以最大限度的確保所設(shè)計(jì)的

13、鋼結(jié)構(gòu)可以很好的符合標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)滿足穩(wěn)定性和強(qiáng)度的前提下，最大可能的減少鋼材的使用量。通過減少材料使用量而減少結(jié)構(gòu)自重，從而達(dá)到在出現(xiàn)較大負(fù)荷的情況下，鋼結(jié)構(gòu)具備良好承載能力的目的。在開展施工的過程中，應(yīng)當(dāng)最大限度的減少不必要的安裝實(shí)踐和制造實(shí)踐，以便可以更好的運(yùn)輸和維護(hù)鋼結(jié)構(gòu)，使得總的成本能夠有效的降低。 </p><p>　　除此之外，所設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)還應(yīng)該具備一定的審美價(jià)值。 </p&

14、gt;<p><b>　?。ǘ┰O(shè)計(jì)方法 </b></p><p><b>　　1、綜合考量 </b></p><p>　　在布置建筑鋼結(jié)構(gòu)的形式時(shí)，需要綜合考量鋼結(jié)構(gòu)中不同組成部分所需求的穩(wěn)定性、以及建筑整體穩(wěn)定性能等多項(xiàng)內(nèi)容。目前在我國設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定形式時(shí)，通常將平面體系范圍作為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，例如框架結(jié)構(gòu)。所以在計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)平面

15、穩(wěn)定的設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)確保其與計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置的方法相同，例如在計(jì)算前者時(shí)，應(yīng)考慮到是否增加計(jì)算支撐構(gòu)件受力強(qiáng)度等。 </p><p><b>　　2、計(jì)算方法 </b></p><p>　　實(shí)際計(jì)算時(shí)的計(jì)算方法所依據(jù)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)簡圖、應(yīng)與計(jì)算實(shí)體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所依據(jù)的簡圖保持一致。在一般情況下，分析框架所具有的穩(wěn)定性水平以及分析框架結(jié)構(gòu)的工作都比較粗糙，部分建筑工程甚至不進(jìn)行

16、該項(xiàng)工作，僅僅是計(jì)算框架柱設(shè)計(jì)時(shí)的穩(wěn)定值。因?yàn)橛?jì)算桿件穩(wěn)定值時(shí)所依據(jù)的模型，均為假設(shè)模型或簡化模型，所以為了確保計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定值符合要求，則應(yīng)使計(jì)算方法所依據(jù)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)簡圖與計(jì)算結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性水平所依據(jù)的簡圖保持相同。 </p><p>　　3、鋼結(jié)構(gòu)住宅的平面布置要對(duì)稱與規(guī)則 </p><p>　　在設(shè)計(jì)住宅的鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意鋼結(jié)構(gòu)類型的住宅分為多層住宅與低層住宅兩種，別墅為低層住宅，而公

17、寓則為多層住宅。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中提出，鋼結(jié)構(gòu)類型的住宅宜控制在12層以下，以滿足抗壓以及抗震要求。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置形式直接影響著建成后建筑的抗震性能，所以在布置鋼結(jié)構(gòu)平面時(shí)，力求做到對(duì)稱、規(guī)則布置，受力傳遞明確，避免在出現(xiàn)地震時(shí)，遭到較大的破壞。 </p><p>　　應(yīng)用計(jì)算機(jī)做輔助工具 </p><p>　　當(dāng)前，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件技術(shù)得到了較快的發(fā)展，因此，可以在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)作為輔

18、助工具，并在計(jì)算機(jī)的幫助下完成整體穩(wěn)定以及平面構(gòu)件強(qiáng)度的計(jì)算；設(shè)計(jì)人員則只需計(jì)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，考慮合理的結(jié)構(gòu)布置及支撐設(shè)置。因此計(jì)算機(jī)的介入使得穩(wěn)定性設(shè)計(jì)過程變得相對(duì)方便，工作效率也得以提高。 </p><p><b>　　加固方法 </b></p><p>　　目前，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性加固的設(shè)計(jì)方式可以從改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形、調(diào)整荷載分布形式、加大結(jié)

19、構(gòu)截面以及連接強(qiáng)度等幾個(gè)方面著手，進(jìn)一步的保證鋼結(jié)構(gòu)施工的穩(wěn)定進(jìn)行。 </p><p>　　通常我們所說的改變鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固方法就是利用荷載分布狀況、邊界條件等，通過增設(shè)附加桿件和支撐點(diǎn)，對(duì)其施加預(yù)應(yīng)力，而進(jìn)一步的保證其穩(wěn)定性的方式。這種方式要考慮到空間協(xié)調(diào)因素的應(yīng)用，增加支撐點(diǎn)形成一定的空間結(jié)構(gòu)，通過提高剛度和承載力的方式提高其穩(wěn)定性，使之能承受大部分水平力，以減輕其它柱列的負(fù)荷，并在塔架等結(jié)構(gòu)中設(shè)置拉桿

20、或適度張緊的拉索以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度。 </p><p>　　在設(shè)計(jì)中還可以采用對(duì)受彎桿件改變其界面內(nèi)力的方式對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定加固。例如變鉸接為剛結(jié)，增加中間支座或?qū)⒑喼ЫY(jié)構(gòu)端部連接成為連續(xù)結(jié)構(gòu)，調(diào)整連續(xù)結(jié)構(gòu)的支座位置等。特別需要注意的是采用加大截面加固鋼構(gòu)件時(shí)，所選截面形式應(yīng)有利于加固技術(shù)，并要求考慮已有缺陷和損傷等狀況。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b>

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