夏宇興 朱正

摘要： 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑工程和橋梁工程當(dāng)中都有著非常廣泛的應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞將會(huì)直接決定整個(gè)建筑工程的質(zhì)量，其中的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。大量的工程實(shí)踐表明，現(xiàn)代工程許多大型的工程事故都是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定造成的，一般都是外界條件發(fā)生變化之后，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，使得整個(gè)建筑倒塌，造成巨大的人員和財(cái)產(chǎn)損失，因此在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)加強(qiáng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)對(duì)提高工程質(zhì)量及預(yù)防工程事故具有非常重要的作用，本文在強(qiáng)調(diào)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性的基礎(chǔ)上，針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)當(dāng)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，同時(shí)提出了針對(duì)性的解決方法。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；工程質(zhì)量；穩(wěn)定性；

引言

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的建筑工程要求越來(lái)越高，鋼結(jié)構(gòu)在工程當(dāng)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中穩(wěn)定性設(shè)計(jì)是非常重要的組成部分，做好這一部分工作可以很好的減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。目前來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)已經(jīng)成為整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，甚至是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域當(dāng)中比較熱門的問(wèn)題，也是整個(gè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和目標(biāo)。因此最大限度做好鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)不僅僅節(jié)約資源，還能保證工程質(zhì)量，減少工程事故的發(fā)生。

1、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的重要性

在目前存在的鋼結(jié)構(gòu)建筑當(dāng)中有相當(dāng)一部分存在穩(wěn)定性差的問(wèn)題，主要的問(wèn)題關(guān)鍵就是設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有很好的將鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中的材料和結(jié)構(gòu)的相關(guān)性能弄清楚，同時(shí)缺乏穩(wěn)定性設(shè)計(jì)概念。包括施工企業(yè)在施工過(guò)程當(dāng)中沒(méi)有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和規(guī)范要求進(jìn)行，從而導(dǎo)致失穩(wěn)現(xiàn)象的產(chǎn)生，往往造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此在建筑工程設(shè)計(jì)與施工當(dāng)中做好鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，不僅僅關(guān)系到整個(gè)建筑工程的質(zhì)量，同時(shí)還關(guān)系到相關(guān)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)失穩(wěn)導(dǎo)致的是整個(gè)建筑物的倒塌，而不是某一個(gè)部位出現(xiàn)問(wèn)題，造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡是不可估量的。在現(xiàn)階段我國(guó)的工程實(shí)際當(dāng)中做好鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)已經(jīng)是迫在眉睫了，在關(guān)注鋼架構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性問(wèn)題的同時(shí)，采取有針對(duì)性的措施，保證鋼結(jié)構(gòu)建筑物的安全穩(wěn)定是具有重要意義。

2、穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)原則

2.1細(xì)部構(gòu)造和構(gòu)件穩(wěn)定性計(jì)算方法

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要將設(shè)計(jì)的構(gòu)造和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算對(duì)應(yīng)起來(lái)，在滿足結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的同時(shí)還需要滿足結(jié)構(gòu)的細(xì)部設(shè)計(jì)要求，是兩者達(dá)到高度的一致性。連接節(jié)點(diǎn)當(dāng)中需要傳遞傳遞彎矩就需要設(shè)計(jì)足夠的剛度和柔度；在桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，針對(duì)節(jié)點(diǎn)位置應(yīng)該要盡量的減少桿件的偏心，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，這也僅僅是構(gòu)件的細(xì)部構(gòu)造，但是在穩(wěn)定性設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)于細(xì)部的構(gòu)造就會(huì)有很多其他的要求，例如對(duì)簡(jiǎn)支梁來(lái)說(shuō)，其抗彎強(qiáng)度主要就是針對(duì)動(dòng)鉸支座是允許其在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的，但是在梁的整體穩(wěn)定性當(dāng)中，支座不僅僅需要滿足上述要求滿足梁繞縱軸扭轉(zhuǎn)的要求，允許梁在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)以及在梁端截面自由的翹曲。

1.2整體和組成部分穩(wěn)定性的統(tǒng)一

當(dāng)前的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中主要是以平面體系作為主要的出發(fā)點(diǎn)，比較典型的例子就是桁架和框架的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免平面失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，就必須要從鋼結(jié)構(gòu)的整體出發(fā)，在設(shè)計(jì)時(shí)有針對(duì)性的設(shè)計(jì)一些支撐構(gòu)件，保持平面構(gòu)件的結(jié)構(gòu)布置和平面穩(wěn)定性是一致的。

2.3結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和計(jì)算方法的統(tǒng)一

在進(jìn)行單層或者是多層框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須要充分考慮框架的穩(wěn)定性，要經(jīng)過(guò)充分的計(jì)算保證其穩(wěn)定性。計(jì)算框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中柱的穩(wěn)定時(shí)主要需要用到的是計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，在對(duì)框架結(jié)構(gòu)的整體進(jìn)行了穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上，讓最終框架的穩(wěn)定性計(jì)算和柱的穩(wěn)定性計(jì)算一致。此外。還需要保證計(jì)算方法和計(jì)算的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖保持一致，不行的話就需要對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行調(diào)整，以求保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

3.1小確定性因素

在鋼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)中，有許多小確定性因素會(huì)影響設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，比如物力、幾何小確定性因素，包括材料（彈性模量、屈服應(yīng)力等）、桿件尺寸、截面積、殘余應(yīng)力和初始變形等。在確定與穩(wěn)定性有關(guān)的幾何量和物理量時(shí)，大多會(huì)根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)分析問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際情況。另外，設(shè)計(jì)人員在分析鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，所提的假設(shè)、數(shù)學(xué)模型、邊界條件與目前的技術(shù)發(fā)展水平小相符，難以真實(shí)的反映到計(jì)算中，導(dǎo)致理論值與實(shí)際承載力有差異等。結(jié)構(gòu)隨機(jī)影響分析所處理的問(wèn)題大多局限于確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)、隨機(jī)荷載輸入在一定范圍內(nèi)，而在實(shí)際工程中，由于參數(shù)的不確定性，會(huì)引起結(jié)構(gòu)響應(yīng)的明顯差異。

3.2梁一柱穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

對(duì)于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)梁-柱單元進(jìn)行穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)最為重要的設(shè)計(jì)方法之一，但是就目前的梁-柱單元理論來(lái)說(shuō)，其無(wú)法完全證實(shí)的反應(yīng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力狀態(tài)，例如網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中的彎矩和軸力的禍合效應(yīng)等都沒(méi)有辦法進(jìn)行全面的反應(yīng)。但是在整個(gè)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，梁-柱單元理論是最為基礎(chǔ)的，因此就需要對(duì)該理論進(jìn)行完善，同時(shí)在進(jìn)行穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)需要充分的主義梁和柱之間的穩(wěn)定性關(guān)系以及相互之間的力學(xué)效應(yīng)。

3.3整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定

在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，存在大跨度的鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性計(jì)算小到位的情況。雖然它的穩(wěn)定性計(jì)算借鑒了以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性之問(wèn)的安全系數(shù)，但是，并沒(méi)有結(jié)合具體的工程情況來(lái)計(jì)算一個(gè)較為科學(xué)的安全系數(shù)，所以，它小能真實(shí)反映整體穩(wěn)定性與局部穩(wěn)定性之問(wèn)的關(guān)系，小能保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。

4、針對(duì)問(wèn)題提出的相關(guān)措施

4.1降低不確定性因素的影響

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一些不確定的因素往往都是不可避免的，在進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工時(shí)都需要對(duì)這些不確定的因素給予最多的考慮。這些不確定因素導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在進(jìn)行力學(xué)性能分析和相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，在施工時(shí)導(dǎo)致施工的誤差，致使施工難度加大。針對(duì)這些不確定的因素，可以通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行確定，然后根據(jù)相關(guān)的力學(xué)與穩(wěn)定性分析理論基礎(chǔ)，選取比較合理的方案將不確定關(guān)系變?yōu)榇_定關(guān)系，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)予以考慮，以求滿足相關(guān)設(shè)計(jì)的要求和目的。

4.2重視局部穩(wěn)定與整體穩(wěn)定的關(guān)系

局部穩(wěn)定與整體穩(wěn)定之間有著重要關(guān)系，需要重視兩者之間的關(guān)系，有些單位為了省事，只是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)確定兩者直接的安全系數(shù)，這樣在進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的分析時(shí)，就會(huì)存在很大的誤差，嚴(yán)重影響到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，更不用說(shuō)達(dá)到設(shè)計(jì)的目的，滿足穩(wěn)定性的要求，為此需要特別重視兩者之間的關(guān)系。

4.3完善預(yù)張拉結(jié)構(gòu)理論體系

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，預(yù)張拉結(jié)構(gòu)的分析是至關(guān)重要的，要想做好預(yù)張拉結(jié)構(gòu)的受力分析就必須要有一整套完整的預(yù)張拉結(jié)構(gòu)理論分析體系，根據(jù)這個(gè)體系的分析結(jié)構(gòu)，確定最終的合理而且準(zhǔn)確的結(jié)果。同時(shí)在現(xiàn)代的鋼結(jié)構(gòu)工程當(dāng)中，預(yù)張拉結(jié)構(gòu)使用非常廣泛，做好這方面基礎(chǔ)理論體系的研究，對(duì)于保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有非常重要的意義。

5、結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整設(shè)計(jì)，因地制宜、因時(shí)制宜，避免結(jié)構(gòu)在投入使用之后出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，造成不可挽回的巨大損失。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)相關(guān)理論進(jìn)行深入研究，對(duì)于出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)給予解決，同時(shí)進(jìn)步完善相關(guān)的設(shè)計(jì)理論，在提高工程質(zhì)量的同時(shí)，避免工程事故的發(fā)生。

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