王雪剛 張高彬

河南升旭建筑工程有限公司（450000）

淺析建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設計

王雪剛 張高彬

河南升旭建筑工程有限公司（450000）

隨著我國經(jīng)濟快速的發(fā)展，工業(yè)建筑應用鋼結(jié)構(gòu)的越來越多。防止結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，是鋼結(jié)構(gòu)設計中應充分注意的問題。這里闡述了鋼結(jié)構(gòu)的特性及在建筑上的應用，并對其穩(wěn)定性的設計進行分析，根據(jù)設計經(jīng)驗進行總結(jié)，為后續(xù)設計施工提供技術支持。

剛結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性；設計

工業(yè)建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題，設計人員應該注重結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性能，以免在設計過程中發(fā)生不必要的失穩(wěn)損失；其次，隨著新型結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，設計人員對其性能認識的不足，從而導致構(gòu)件的失穩(wěn)，就此闡述了新型結(jié)構(gòu)現(xiàn)存的問題，并針對問題論述了產(chǎn)生的原因。

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設計

1）鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的概念。鋼結(jié)構(gòu)強度小或失穩(wěn)都會造成結(jié)構(gòu)破壞，但是強度與穩(wěn)定的概念并不相同。鋼結(jié)構(gòu)的強度是一個應力問題，指結(jié)構(gòu)或者單個構(gòu)件在穩(wěn)定平衡狀態(tài)下，由荷載引起的最大應力(或內(nèi)力)是否超過建筑材料的極限強度，鋼材以其屈服點作為極限強度；穩(wěn)定是一個變形問題，構(gòu)件所受外部荷載與結(jié)構(gòu)內(nèi)部抵抗力間是不穩(wěn)定的，關鍵是找出這一不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，避免變形急劇增長而發(fā)生失穩(wěn)破壞。

2）鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計要點。在符合鋼結(jié)構(gòu)設計的一般原則前提下，要保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性還需滿足以下條件:

①鋼結(jié)構(gòu)布置必須從體系和各組成部分的穩(wěn)定性要求整體考慮。目前鋼結(jié)構(gòu)大多是按照平面體系進行設計，如桁架和框架，保證平面結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)平面外失穩(wěn)，要求平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平面穩(wěn)定計算需與結(jié)構(gòu)布置相一致，如增加必要的支撐構(gòu)件等。

②實用計算方法所依據(jù)的簡圖與結(jié)構(gòu)計算簡圖保持一致，中層或多層框架結(jié)構(gòu)設計框架穩(wěn)定分析通常是省略的，只進行框架柱的穩(wěn)定計算。由于框架各柱的桿件穩(wěn)定計算的常用方法、穩(wěn)定參數(shù)等是依據(jù)一定的簡化假設成典型情況得出的，因此設計者要確保所有的條件符合假設時才能應用。

2 建筑鋼結(jié)構(gòu)設計

2.1 基本原則

建筑鋼結(jié)構(gòu)的設計必須符合一定的原則，確保所設計的結(jié)構(gòu)合理，安全可靠:①結(jié)構(gòu)設計應符合建筑物的使用要求，有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，有良好的耐久性。②結(jié)構(gòu)設計應盡可能節(jié)約鋼材，減輕鋼結(jié)構(gòu)重量；盡可能縮短制造、安裝時間，應便于運輸，便于維護，減少成本。③盡量注意美觀，對于外露結(jié)構(gòu)有一定建筑美學要求。

2.2 確定結(jié)構(gòu)體系、柱網(wǎng)

鋼結(jié)構(gòu)體系的確定主要考慮兩個方面:橫向結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和縱向結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。橫向系統(tǒng)需要綜合考慮建筑使用要求、剛度要求、結(jié)構(gòu)受力情況、材料選用等具體情況來確定?？v向系統(tǒng)一般由相關構(gòu)件如柱及其支撐、壓架、車梁，制動梁或桁架、墻梁等組成。柱網(wǎng)則需要依據(jù)建筑使用要求、經(jīng)濟柱距及跨度、建筑美觀等方面要求來設計，其他方面的考慮還包括造價、跨度、制作安裝難度等。

2.2.1 鋼結(jié)構(gòu)的材料優(yōu)勢

鋼結(jié)構(gòu)是用鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的，與混凝土等其他材料的結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有諸多優(yōu)勢:首先，鋼材的強度高，塑性和韌性好，強度高使其適用于跨度大或荷載很大的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)，而塑性和韌性好對動力荷載的適應性較強，不易因超載而突然斷裂。鋼結(jié)構(gòu)還具有良好的吸能能力和延性，這賦予了鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)越的抗震性能。其次，鋼材內(nèi)部組織接近于勻質(zhì)和各向同性，在一定的應力幅度內(nèi)鋼材的反應幾乎是完全彈性的,加之冶煉和軋制過程中材質(zhì)波動的范圍小，因此，鋼結(jié)構(gòu)的實際受力情況和工程力學計算結(jié)果比較符合，有助于提高設計施工的精確性。

2.2.2 鋼結(jié)構(gòu)的不足

鋼結(jié)構(gòu)因其優(yōu)勢而得到廣泛應用，近年來鋼結(jié)構(gòu)住宅也促進了住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進程，尤其是鋼結(jié)構(gòu)使用過程的環(huán)保性符合社會可持續(xù)發(fā)展的需要，帶來了良好的綜合效益。但鋼材也存在著固有不足，例如:鋼材的耐腐蝕性和耐火性較差,因此鋼結(jié)構(gòu)使用時需要進行嚴格的防護，其防護費用高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；鋼材雖有一定的耐熱性,但在溫度達150℃以上時，鋼結(jié)構(gòu)需要加隔熱層加以保護；鋼材不耐火，重要的結(jié)構(gòu)必須注意采取防火措施；鋼材的強度高，所做構(gòu)件多數(shù)壁薄且截面較小,受壓時為了在強度與穩(wěn)定之間取得最優(yōu)，往往滿足了穩(wěn)定的要求，而使得強度不能充分發(fā)揮等。

3 建筑鋼結(jié)構(gòu)設計中應注意的問題

3.1 鋼結(jié)構(gòu)住宅的設計

鋼結(jié)構(gòu)住宅有低層和多層之分，低層一般用于別墅，而多層用于公寓。根據(jù)抗震規(guī)范GB 50011對12層以下和以上房屋的不同要求，建造鋼結(jié)構(gòu)住宅一般不宜超過12層。鋼結(jié)構(gòu)住宅抗震性能受結(jié)構(gòu)布置規(guī)則性影響，因此，其平面布置應力求規(guī)則、對稱，不規(guī)則布置在地震時容易遭到損壞。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計的經(jīng)驗

1）借助于計算機技術和相關軟件的發(fā)展，目前鋼結(jié)構(gòu)設計中，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的平面內(nèi)強度及整體穩(wěn)定計算可由計算機輔助完成，而由設計者對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的平面外強度及穩(wěn)定計算，進行分析、計算和設計，為了提高效率和提供方便，在設計時可將整個結(jié)構(gòu)按標高進行分解，簡化成不同水平荷載作用下的多個布置形式的結(jié)構(gòu)體系來進行強度和穩(wěn)定的計算。

2）受彎鋼構(gòu)件的板件局部穩(wěn)定可以通過幾種方式實現(xiàn):①限制板件寬厚比，使之達到屈曲的極限承載能力，不在構(gòu)件整體失效前屈曲；②允許板件在構(gòu)件整體失效前屈曲，然后利用其屈曲后強度達到構(gòu)件的承載能力;③對梁設置橫向或縱向加勁肋，以解決不考慮屈曲后強度的梁的局部穩(wěn)定問題。

3）軸心受壓構(gòu)件和壓彎構(gòu)件局部穩(wěn)定也可通過兩種方式實現(xiàn)，分別是控制翼緣板自由外伸寬度與其厚度之比和控制腹板計算高度與其厚度之比，如果受壓構(gòu)件為圓管截面，則應控制外徑與壁厚之比。

鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、強度高、工業(yè)化程度高等優(yōu)點，在建筑工程中得到了廣泛的應用。同時，鋼結(jié)構(gòu)建筑還符合國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑對提高城市建設水平有很大作用。在鋼結(jié)構(gòu)設計中，我們要充分考慮材料的優(yōu)缺點，綜合考慮各方面的因素，加強對結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定以及平面外穩(wěn)定的設計，克服結(jié)構(gòu)設計缺陷，避免出現(xiàn)失穩(wěn)事故，加快鋼結(jié)構(gòu)應用領域的發(fā)展。

[1]黃友江.鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設計分析[J].黑龍江科技信息,2009.

[2]陳淑燕.提高鋼結(jié)構(gòu)設計穩(wěn)定性的有效策略[J].城市建設與商業(yè)刊點,2009.