李芳

摘 要：隨著城市建筑技術(shù)的發(fā)展，越來越多的大跨度、超高層建筑出現(xiàn)在我們的視線中，這些建筑大多數(shù)應(yīng)用了鋼結(jié)構(gòu)，使鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)的發(fā)展擁有了十分廣闊的前景，本文結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提出了設(shè)計(jì)中需要明確的設(shè)計(jì)概念，并將結(jié)構(gòu)涉及到的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)、失穩(wěn)特性應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)等進(jìn)行總結(jié)，望能為廣大同行提供幫助和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：概念；穩(wěn)定性；強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）09-0005-01

引言

鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)是十分重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，隨著城市建設(shè)的需要，鋼結(jié)構(gòu)建筑的造型越來越多樣化，這使對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題的重視程度不斷提高，如果在設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定出現(xiàn)問題，就容易產(chǎn)生工程安全隱患，所以，在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中必須嚴(yán)把這一關(guān)。

很多鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)案例都是由于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的穩(wěn)定性能了解得不夠清楚，對(duì)如何保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定缺少明確的概念，從而形成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些薄弱環(huán)節(jié)。所以明確鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)概念并提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就成為了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制方向。

1 穩(wěn)定性的基本概念

鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)橫截面受到外部荷載時(shí)對(duì)最大應(yīng)力的抵抗能力，這表明穩(wěn)定性屬于應(yīng)力問題。而強(qiáng)度則是針對(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度和屈服性。這是材料的變形問題，所以說強(qiáng)度和屈服性之間存在本質(zhì)區(qū)別。

2 常見的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)分類

常見的穩(wěn)定性問題有支點(diǎn)失穩(wěn)、極值點(diǎn)失穩(wěn)、跨越式失穩(wěn)。下面針對(duì)這3種失穩(wěn)問題進(jìn)行逐一分析：支點(diǎn)失穩(wěn)是指構(gòu)件直桿的軸心受到屈服，以及在截面中受到壓力后所產(chǎn)生的無平衡分岔點(diǎn)；極值點(diǎn)失穩(wěn)是指結(jié)構(gòu)受到偏心壓力的時(shí)候，塑性在達(dá)到極限時(shí)所產(chǎn)生的變形形態(tài)；跨越式失穩(wěn)并無平衡分岔點(diǎn)和極值點(diǎn)，它通常在失穩(wěn)后產(chǎn)生不均勻的平衡狀態(tài)，而這種狀態(tài)又會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)跳躍形式。

分析鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)性質(zhì)是保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力的重要條件，但是在實(shí)際的施工中，構(gòu)件會(huì)發(fā)生一定的彎曲和偏心作用，所以我們必須掌握構(gòu)件材料的性能，以減少鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)構(gòu)件缺陷的產(chǎn)生。

3 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中涉及的穩(wěn)定問題

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要根據(jù)穩(wěn)定問題和實(shí)際設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行原則性分析，以保證在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，首先在設(shè)計(jì)中要將結(jié)構(gòu)的整體布局和鋼構(gòu)件之間的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)的整個(gè)體系中由于需要多個(gè)單體結(jié)構(gòu)進(jìn)行拼接，要在平面體系設(shè)計(jì)中建立一個(gè)整體性。例如鋼結(jié)構(gòu)的整體平面中桁架和框架梁是用到最多的構(gòu)件，要想保證這些構(gòu)件的結(jié)構(gòu)合理性就必須采用整體布置的方法，以滿足設(shè)計(jì)中需要的支撐結(jié)構(gòu)。也就是說結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平面穩(wěn)定性要和結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)相同，同時(shí)要將桿件的穩(wěn)定性和橫隔之間的設(shè)置放在重點(diǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上，對(duì)異形的鋼結(jié)構(gòu)要采取專家驗(yàn)證和模擬計(jì)算的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

目前，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多采用單層和多層框架結(jié)構(gòu)，所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前要利用框架穩(wěn)定分析來代替框架柱的穩(wěn)定計(jì)算。計(jì)算框架柱穩(wěn)定時(shí)所有柱子的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)要由框架整體穩(wěn)定分析得出。所以，穩(wěn)定計(jì)算要等效于框架穩(wěn)定計(jì)算。但是根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需要，設(shè)計(jì)框架就會(huì)出現(xiàn)多樣性，所以在設(shè)計(jì)中會(huì)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，并且按照相關(guān)的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人要將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)際條件相互結(jié)合，才可以正確的使用。但是框架設(shè)計(jì)圖和實(shí)際工程不一致就會(huì)導(dǎo)致以下兩種情況：當(dāng)搖擺柱的框架和橫梁受到很大的壓力框架。如果按照不同規(guī)范進(jìn)行系數(shù)計(jì)算就會(huì)產(chǎn)生了不安全的因素，所以計(jì)算方法在計(jì)算前必須將設(shè)計(jì)前提進(jìn)行假設(shè)，并且在計(jì)算過程中使其保持一致。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中細(xì)部設(shè)計(jì)和構(gòu)件穩(wěn)定設(shè)計(jì)是一個(gè)有機(jī)整體

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，要注意結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)和構(gòu)造整體設(shè)計(jì)相互結(jié)合，首先在設(shè)計(jì)中要注意傳遞和不傳遞彎矩之間的節(jié)點(diǎn)連接，要分清材料間的剛度和柔度。尤其在桁架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的過程中，要減少偏心桿件的應(yīng)用。當(dāng)涉及到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性時(shí)要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)點(diǎn)和材料強(qiáng)度進(jìn)行考慮，不得一概而論。例如在設(shè)計(jì)簡(jiǎn)支梁的過程中，要針對(duì)梁體的抗彎強(qiáng)度進(jìn)行分析，要合理的阻止梁體支座的大幅位移，同時(shí)要保證在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。梁體支座還要可以阻止梁縱軸扭轉(zhuǎn)，允許梁體在水平平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和梁端面自由翹動(dòng)，以保證梁體能夠符合穩(wěn)定允許所需的邊界條件。

5 鋼結(jié)構(gòu)加固的常用方法

常用的鋼結(jié)構(gòu)加固方法有改變結(jié)構(gòu)圖形、降低荷載、加大構(gòu)件尺寸和連接強(qiáng)度阻止裂紋擴(kuò)展等方法。下面針對(duì)改變結(jié)構(gòu)圖形和提高結(jié)構(gòu)連接加固方法進(jìn)行分析。

5.1 改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固方法

采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節(jié)點(diǎn)性質(zhì)和邊界條件，增設(shè)附加桿件和支撐、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同工作等措施對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法，增加支撐形成空間結(jié)構(gòu)并按空間結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，加設(shè)支撐增加結(jié)構(gòu)剛度或調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率等以提高結(jié)構(gòu)承載力和改善結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性，增設(shè)支撐或輔助桿件使結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)細(xì)比減少以提高其穩(wěn)定性，在排架結(jié)構(gòu)中重點(diǎn)加強(qiáng)某一列柱的剛度，使之承受大部分水平力，以減輕其他柱列的負(fù)荷，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。

5.2 連接的加固與加固件的連接

鋼結(jié)構(gòu)連接方法即焊縫、鉚釘、普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓連接方法的選擇，應(yīng)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。鋼結(jié)構(gòu)加固一般宜采用焊縫連接、摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，有依據(jù)時(shí)亦可采用焊縫和摩擦型高強(qiáng)度螺栓的混合連接。當(dāng)采用焊縫連接時(shí)，應(yīng)采用經(jīng)評(píng)定認(rèn)可的焊接工藝及連接材料。除此之外，對(duì)加固件連接點(diǎn)的幾何尺寸也要認(rèn)真檢查，要防止螺栓出現(xiàn)脫絲和壞扣的現(xiàn)象。

6 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性和強(qiáng)度有著本質(zhì)上的區(qū)別，所以在設(shè)計(jì)過程中必須將穩(wěn)定性的性能進(jìn)行明確，要將結(jié)構(gòu)失穩(wěn)受到的影響降到最低，本文在設(shè)計(jì)過程中對(duì)設(shè)計(jì)概念進(jìn)行說明，望引起大家重視，并在以后的工作中將鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)進(jìn)行發(fā)展和完善。

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