【摘要】本文首先概述了鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題，然后提出了在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)中應(yīng)該明確的一些基本概念，最后對(duì)新型鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了深入的探索研究。在此提出了自己的一些觀點(diǎn)和見(jiàn)解，可供同行參考。

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

一、前言

近年來(lái)，我國(guó)建筑行業(yè)不斷發(fā)展，建筑質(zhì)量問(wèn)題已經(jīng)成為關(guān)系到人們生活舒適度和安全程度的重要問(wèn)題。在現(xiàn)在的一些建筑施工過(guò)程中，由于施工的技術(shù)問(wèn)題、材料選擇問(wèn)題以及管理水平不到位等問(wèn)題導(dǎo)致建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中不穩(wěn)定，影響了建筑質(zhì)量，此類問(wèn)題函待解決。

二、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基本概念分析

1、穩(wěn)定與強(qiáng)度的不同之處。

所謂強(qiáng)度問(wèn)題，指的是在穩(wěn)定平衡狀態(tài)下的單個(gè)構(gòu)件或者結(jié)構(gòu)，施加外荷載而引發(fā)的最大應(yīng)力時(shí)，是否突破了建筑材料的極限強(qiáng)度，從這個(gè)角度來(lái)講，是一個(gè)應(yīng)力問(wèn)題。穩(wěn)定問(wèn)題則與之有著很大的區(qū)別，穩(wěn)定問(wèn)題的重點(diǎn)在于找出結(jié)構(gòu)內(nèi)部抵抗力與外部荷載間的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，主要包括變形開始急劇上升的狀態(tài)，并使自身盡量避免進(jìn)入該狀態(tài)區(qū)域。由以上的分析可知，穩(wěn)定問(wèn)題屬于變形問(wèn)題。

2、鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的類型。

第一類鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問(wèn)題也叫做平衡分岔的穩(wěn)定問(wèn)題，也被稱為分支點(diǎn)失穩(wěn)。例如，完善平板中面受壓時(shí)的屈曲以及完善直桿軸心受壓時(shí)的屈曲，都可以歸入此類中。第二類鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問(wèn)題也叫做無(wú)平衡分岔的穩(wěn)定問(wèn)題，也被稱為極值點(diǎn)失穩(wěn)。例如，一些材料為建筑鋼材的偏心受壓構(gòu)件，當(dāng)其塑型發(fā)展到某種程度時(shí)，就會(huì)失去穩(wěn)定的能力。躍越失穩(wěn)：這種失穩(wěn)類型明顯不同于以上所提及的兩種類型，躍越失穩(wěn)既沒(méi)有極值點(diǎn)，也不存在平衡分岔點(diǎn)，而是在穩(wěn)定平衡喪失之后接著進(jìn)入下一個(gè)穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

三、影響鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的因素

雖然鋼結(jié)構(gòu)體系在很多工程中得到了廣泛的應(yīng)用，但是要想取得進(jìn)展，在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)這一方面還需要注意一些問(wèn)題。

1、在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的研究中存在著多種不確定影響，像材料的力學(xué)性能、幾何變形和初始變形。此外在確定與穩(wěn)定性有關(guān)的幾何量及物理量時(shí)，主要是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析，沒(méi)有結(jié)合具體的情況進(jìn)行細(xì)致的分析，這也是不確定性的影響。

2、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，需要注意整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定的關(guān)系，特別是一些大跨度的夠結(jié)構(gòu)。雖然根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)可以確定整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定之間的安全系數(shù)，但是沒(méi)有結(jié)合具體的工程情況，來(lái)確定一個(gè)較為科學(xué)的安全系數(shù)，是不能夠真實(shí)反映整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定兩者之間關(guān)系的。

3、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中的另一個(gè)重要體系就是預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系，以往的預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的理論都不是很完善，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)中的穩(wěn)定性，在工程應(yīng)用中依然采用的是先前的理論體系，因此需要建立一個(gè)完善科學(xué)的預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系理論。

4、在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，梁與柱的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)也是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因?yàn)榱汉椭钦麄€(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系中最為基礎(chǔ)的部分，如果梁和柱的穩(wěn)定性沒(méi)有保障，更不用談?wù)麄€(gè)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此需要注意梁和柱的穩(wěn)定性和了解兩者之間的力學(xué)效應(yīng)。

四、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則

根據(jù)筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，保證鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定主要包括三方面的原則。

1、鋼結(jié)構(gòu)布置時(shí)，應(yīng)考慮各個(gè)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性要求

目前的結(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。為了令這些平面結(jié)構(gòu)不致出現(xiàn)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)件的出平面穩(wěn)定計(jì)算必須和結(jié)構(gòu)布置相一致。

2、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖和實(shí)用計(jì)算方法相一致

目前在設(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)定性分折，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。然而，實(shí)際框架多種多樣，而設(shè)計(jì)中為了簡(jiǎn)化計(jì)算工作，需要設(shè)定一些典型條件 GB 50017-2003 規(guī)范對(duì)單層或多層框架給出的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)采用了五條基本假定，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”

3、細(xì)部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算方法相符合

結(jié)構(gòu)計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)相符合，一直是結(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。但是，當(dāng)涉及穩(wěn)定性能時(shí)，構(gòu)造上時(shí)常有不同于強(qiáng)度的要求或特殊考慮。例如，簡(jiǎn)支梁就抗彎強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，對(duì)不動(dòng)鉸支座的要求僅僅是阻止位移，同時(shí)允許在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。然而在處理梁整體穩(wěn)定時(shí)上述要求就不夠了。支座還需能夠阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn)，同時(shí)允許梁在水平平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和梁端截面自由翹曲，以符合穩(wěn)定分析所采取的邊界條件。

五、鋼結(jié)構(gòu)加固方法

鋼結(jié)構(gòu)加固的主要方法有：減輕荷載、改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形、加大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和連接強(qiáng)度、阻止裂紋擴(kuò)展等。當(dāng)有成熟經(jīng)驗(yàn)時(shí)，亦可采用其它加固方法。

1、改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形。改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固方法是指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：（1）對(duì)結(jié)構(gòu)可采用下列增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度的方法進(jìn)行加固：（2）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，或者調(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；（3）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；（4）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，以減輕其它柱列負(fù)荷；（5）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。

2、對(duì)受彎桿件可采用下列改變其截面內(nèi)力的方法進(jìn)行加固。（1）改變荷載的分布，例如將一個(gè)集中荷載轉(zhuǎn)化為多個(gè)集中荷載；（2）改變端部支承情況，例如變鉸接為剛結(jié)；（3）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)；（4）調(diào)整連續(xù)結(jié)構(gòu)的支座位置；（5）將結(jié)構(gòu)變?yōu)閾螚U式結(jié)構(gòu)；（6）施加預(yù)應(yīng)力。

3、對(duì)桁架可采取下列改變其桿件內(nèi)力的方法進(jìn)行加固。（1）增設(shè)撐桿變桁架為撐桿式結(jié)構(gòu)；（2）加設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿。

4、加大構(gòu)件截面的加固。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)要求并考慮已有缺陷和損傷的狀況。

5、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。

六、結(jié)束語(yǔ)

筆者在本文中結(jié)合自己的多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)度和穩(wěn)定度的區(qū)別進(jìn)行了分析，對(duì)失穩(wěn)的類型進(jìn)行了說(shuō)明，并且探討了鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的原則要點(diǎn)，對(duì)如何加固提出了筆者自己的看法，希望筆者在本文中的研究可以應(yīng)用到今后的建筑施工中去。

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