王健

【摘要】隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)于住宅建設(shè)的要求也隨之提高，并促進(jìn)了建筑施工技術(shù)水平的提升，不斷滿(mǎn)足建筑安全與舒適的需要?，F(xiàn)階段，由于具有較高穩(wěn)定性與抗震度等特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)在建筑施工中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，不僅可以進(jìn)一步的節(jié)省空間，還將給整個(gè)工程降低成本。因此，高強(qiáng)度鋼材的研發(fā)生產(chǎn)已經(jīng)成為目前亟待探討和解決的課題，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)也成為建筑施工技術(shù)進(jìn)步的重要因素之一。本文根據(jù)我國(guó)建筑施工鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的基本狀況對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，分析影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的相關(guān)因素，針對(duì)存在的問(wèn)題提出解決策略，以供參考。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；相關(guān)因素

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

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題是指在受到外界擾動(dòng)的情況下能否恢復(fù)到初始狀態(tài)的性能，在鋼結(jié)構(gòu)的使用中，其穩(wěn)定性會(huì)受到其本身或者外界各方面因素的影響，具有一定的隨機(jī)性，因此，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)不僅僅要考慮到自身影響因素，還要顧及到外界影響造成的不良后果，才能從根本上阻止各種隱患的發(fā)生。

首先，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、截面特征等，都對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。整體結(jié)構(gòu)的支撐力與抗扭力性能也十分重要，包括在設(shè)計(jì)建模設(shè)計(jì)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)際承載力出現(xiàn)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。

其次，目前鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)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)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(wèn)題。

另外，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)其穩(wěn)定理論也不是十分完善，而通常人們?cè)谠O(shè)計(jì)中時(shí)卻是從完善的角度思考，很多隨即因素并沒(méi)有考慮進(jìn)去，就去對(duì)其穩(wěn)定性造成嚴(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，就會(huì)引起結(jié)構(gòu)響應(yīng)的顯著差異，所以，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(wèn)題的研究。才能確保鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用順利進(jìn)行。

以上都是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，只有不斷完善相關(guān)基礎(chǔ)理論研究，加強(qiáng)對(duì)影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的隨機(jī)因素加強(qiáng)檢測(cè)和控制，才能從根本上使得鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題得到根本解決。

2.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)原則和特點(diǎn)

2.1鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的原則

首先，一般情況下保證平面結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，需要從鋼結(jié)構(gòu)整體的布置著手，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮必要的支撐構(gòu)件，滿(mǎn)足整個(gè)體系以及構(gòu)件局部穩(wěn)定性的要求。同時(shí)，在計(jì)算平面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定也必須和結(jié)構(gòu)布置保持一致，由平面桁架組成的塔架，需要注意桿件的穩(wěn)定和橫隔設(shè)置之間的關(guān)系。

其次，在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖和實(shí)際計(jì)算方式所依據(jù)的簡(jiǎn)圖必須保持一致。很多時(shí)候?yàn)榱斯?jié)約成本，在設(shè)計(jì)單層或多層框架的結(jié)構(gòu)時(shí)，忽略了其穩(wěn)定性的分析，而采用計(jì)算的方式代替分析過(guò)程。穩(wěn)定性計(jì)算費(fèi)方式只能從一定的程度上特定因素，計(jì)算出的數(shù)值并不是全部參數(shù)而是典型數(shù)值，這就從根本上忽視了鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性多樣化因素的發(fā)生，再加上計(jì)算會(huì)出現(xiàn)部分誤差，就會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的狀況。因此，在此基礎(chǔ)上必須要穩(wěn)定性分析和計(jì)算相結(jié)合，才能有效的保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

在實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性的一致性是備受關(guān)注的問(wèn)題，必須要求鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性相一致，是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則的必要因素。因此，就要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節(jié)點(diǎn)連接時(shí)分別賦與足夠的剛度和柔度，盡量減少桁架節(jié)點(diǎn)桿件偏心現(xiàn)象，支座還要能夠阻止梁饒縱軸扭轉(zhuǎn)等，保證其穩(wěn)定性能。

2.2鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的要求來(lái)看，對(duì)于其穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的特點(diǎn)可以分為整體剛度和失穩(wěn)效應(yīng)、穩(wěn)定性分析的整體性、穩(wěn)定性計(jì)算的其他特點(diǎn)等。剛度和失穩(wěn)效應(yīng)上根據(jù)現(xiàn)在實(shí)行的規(guī)范，軸心壓桿的穩(wěn)定計(jì)算法是通過(guò)臨界壓力求解與折減系數(shù)法來(lái)實(shí)現(xiàn)的；由于桿件能夠保持穩(wěn)定性是結(jié)構(gòu)整體的性能和承載力綜合決定的，桿件能否保持穩(wěn)定牽涉到結(jié)構(gòu)的整體，因此鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析和計(jì)算必須從整體進(jìn)行考量。

另外，在彈性穩(wěn)定計(jì)算中，除了需要整體考慮結(jié)構(gòu)的屈曲性能和強(qiáng)度等指標(biāo)，還有一些其它特點(diǎn)需要引起重視，二階分析即是必須要考慮的因素，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也是十分重要的，采用二階分析發(fā)，可以針對(duì)大變形、大撓度的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行較為系統(tǒng)準(zhǔn)確的分析計(jì)算，而對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生了不能忽視的影響。

3.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中的加固方法

在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性實(shí)際施工中受到多方面因素的影響，在先期穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該找出應(yīng)急的方法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行加固，確保其更加穩(wěn)定。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、減輕荷載分布形式、加大結(jié)構(gòu)截面以及連接強(qiáng)度等幾個(gè)方面開(kāi)始著手，進(jìn)一步的保證鋼結(jié)構(gòu)施工的穩(wěn)定進(jìn)行。

通常我們所說(shuō)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(guò)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(guò)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)置拉桿或適度張緊的拉索以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度。

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?jiǎn)支結(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狀況。當(dāng)然焊縫、鉚釘、普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓連接方法的選擇，也是十分有利于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要加固的原因、目的、受力狀況、構(gòu)造及施工條件,并考慮結(jié)構(gòu)原有的連接方法確定，這一點(diǎn)在穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)也是必要考慮的方式。[科]

【參考文獻(xiàn)】

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