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        建筑工程項目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中穩(wěn)定性分析

        2020-04-07 03:52:32仲倩倩張胤
        關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計建筑工程項目穩(wěn)定性

        仲倩倩 張胤

        【摘要】鋼結(jié)構(gòu)具有自重較輕、可塑性較強(qiáng)、承重能力好以及運(yùn)用靈活等諸多優(yōu)勢,因此在建筑工程項目中得到了越來越多的應(yīng)用。為確保鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全性與舒適性,建筑設(shè)計時應(yīng)充分考慮鋼結(jié)構(gòu)性能、樓層高度、施工環(huán)境、材料質(zhì)量等多方面的因素,并要針對常見的鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象,開展穩(wěn)定性分析。文章主要對常見的鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象進(jìn)行了分析,并探討了建筑工程項目鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的穩(wěn)定性分析方法,希望能夠為建筑工程項目鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工提供有效的參考。

        【關(guān)鍵詞】建筑工程項目;鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計;穩(wěn)定性

        隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,我國建筑工程項目的相關(guān)技術(shù)也在不斷優(yōu)化與發(fā)展,同時也引進(jìn)了一些新設(shè)備、新工藝,推動著建筑工程項目建設(shè)質(zhì)量的提高。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑工程項目設(shè)計中的重要組成部分,鋼結(jié)構(gòu)形式多種多樣,但不管是哪種類型的鋼結(jié)構(gòu),均需要考慮穩(wěn)定性這一因素。鋼結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、塑性、韌性、質(zhì)量等方面均有著明顯的優(yōu)勢,但剛度相對較低,因此需要進(jìn)行穩(wěn)定性計算分析。

        1、建筑工程項目中常見的鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象

        1.1極值點(diǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象

        建筑工程項目中,偏心受壓構(gòu)件為鋼材質(zhì),極值點(diǎn)達(dá)到一定水平之后便會喪失穩(wěn)定性,也就是出現(xiàn)極限點(diǎn)失穩(wěn)的現(xiàn)象。建筑工程項目建設(shè)過程中,偏心受壓現(xiàn)象頻頻發(fā)生,尤其是在對非對稱結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理、開展異形承載設(shè)計的時候,或者是建筑工程施工過程中使用高質(zhì)量配件的時候,均會導(dǎo)致實(shí)際情況、設(shè)計內(nèi)容之間存在不匹配的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致極值點(diǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象的出現(xiàn)。

        1.2分支點(diǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象

        鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,分支點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠合理,便容易導(dǎo)致分支點(diǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象的出現(xiàn),進(jìn)而造成局部失穩(wěn)。直桿軸心改進(jìn)、平板受壓面發(fā)生屈曲,也屬于分支點(diǎn)失穩(wěn)的現(xiàn)象。

        1.3躍越失穩(wěn)現(xiàn)象

        躍越失穩(wěn)與極值點(diǎn)失穩(wěn)、分支點(diǎn)失穩(wěn)之間存在著明顯的不同,其不屬于極值點(diǎn)、平衡分差點(diǎn),而是從丟失平穩(wěn)跳躍至另一穩(wěn)定平衡的一種狀態(tài)。即躍越失穩(wěn)是建立在極值點(diǎn)失穩(wěn)、分支點(diǎn)失穩(wěn)兩種失穩(wěn)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,嚴(yán)重影響建筑的安全性。建筑工程項目一旦出現(xiàn)躍越失穩(wěn)現(xiàn)象,必須及時給予加固處理,并要根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適當(dāng)給予調(diào)節(jié),確保整體穩(wěn)定性合格后,方可繼續(xù)投入使用,以保障建筑使用的安全性。

        1.4其他失穩(wěn)現(xiàn)象

        除了極值點(diǎn)失穩(wěn)、分支點(diǎn)失穩(wěn)、躍越失穩(wěn)之外,鋼結(jié)構(gòu)中也會出現(xiàn)一些其他失穩(wěn)現(xiàn)象,如一些連接件出現(xiàn)變形、腐蝕,鋼結(jié)構(gòu)主體受到溫度、外力等因素的影響而發(fā)生破損,這些問題均會引起結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,導(dǎo)致失穩(wěn)現(xiàn)象的出現(xiàn)。

        2、建筑工程項目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中穩(wěn)定性計算方法

        2.1動力法

        動力法是一種基于動力學(xué)觀點(diǎn)來對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析的方法。對于鋼結(jié)構(gòu)體系來說,若是其處于平衡狀態(tài)的時候受到外部荷載的影響,即使是非常小的擾動,也會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)體系出現(xiàn)振動現(xiàn)象。受到外部荷載擾動之后,鋼結(jié)構(gòu)體系的小位移幅度,直接決定了鋼結(jié)構(gòu)體系的臨界荷載,邊界條件便是緩慢的速度變化。受到外部干擾的情況下,若是鋼結(jié)構(gòu)外荷載低于鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定極限值,即使鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了變形,但其變形方向、位移卻在相反方向加速,呈現(xiàn)出互相抵消的狀況,如果此時外部干擾消除、外部荷載消失,則鋼結(jié)構(gòu)的移動也會緩慢停止,并逐漸恢復(fù)平衡穩(wěn)定。受到外部干擾的情況下,若是鋼結(jié)構(gòu)外荷載高于鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定極限值,鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形,但其位移方向、變形方向、加速度方向一致,并出現(xiàn)互相促進(jìn)的狀況,如果此時外部干擾消除、外部荷載消失,鋼結(jié)構(gòu)的移動也會持續(xù)進(jìn)行,導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。假設(shè)振動頻率為零,則應(yīng)用動力法,便可以準(zhǔn)確計算臨界狀態(tài)下鋼結(jié)構(gòu)臨界荷載的大小。

        2.2靜力平衡法

        平衡法包括中性平衡法、靜態(tài)平衡法,主要用于對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定極限荷載進(jìn)行計算。對存在平衡分岔點(diǎn)的彈性穩(wěn)定問題,分岔點(diǎn)有兩個相似平衡狀態(tài),即出現(xiàn)微小變形的原結(jié)構(gòu)狀態(tài)及結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)。平衡法是以結(jié)構(gòu)微小變形后的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)為根據(jù),建立了求解分岔屈曲荷載的平衡方程。通常情況下,這一方程可獲得多個解。其中最小的解便是分岔屈曲荷載。但在實(shí)際建筑工程項目之中,只需獲得結(jié)構(gòu)屈曲荷載便可。雖然不能準(zhǔn)確評估鋼結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性,但在外部荷載達(dá)到一定水平的時候,應(yīng)用平衡法,便可以明確彈性結(jié)構(gòu)體系平衡路徑分岔點(diǎn)相對應(yīng)的臨界荷載的大小。

        2.3能量法

        能量法主要根據(jù)勢能駐值條件,來明確臨界荷載。外部負(fù)載較小、低于一定值的情況下,總勢能最小,這個時候,鋼結(jié)構(gòu)體系初始位置處于相對穩(wěn)定的狀態(tài);外部負(fù)載超過一定值的時候,總勢能最大,這個時候,鋼結(jié)構(gòu)體系初始位置便處于不穩(wěn)定狀態(tài)。如果外界荷載值等同于這一特定值,一旦發(fā)生微小移位,則其可保持不變。鋼結(jié)構(gòu)體系在這個時候便呈現(xiàn)出偶然平衡的狀況,這一負(fù)載便是臨界負(fù)載,其狀態(tài)被稱為臨界狀態(tài)。獲得臨界載荷之后,應(yīng)與勢能定值原理有機(jī)結(jié)合起來,得出能量平衡方程,然后對分叉屈曲載荷進(jìn)行求解。

        3、基于穩(wěn)定性的建筑工程項目鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

        為確保穩(wěn)定性,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,需注意以下幾個方面的問題:第一,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)主體的應(yīng)力水平、自重進(jìn)行充分考慮,建立可確保自身處于平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性設(shè)計結(jié)構(gòu)??蓞⒖纪队绑w系、平面體系在穩(wěn)定性分析中的作用,有必要的情況下,可采取有限元仿真模擬方法,來進(jìn)行穩(wěn)定性評估,確保設(shè)計方案的科學(xué)性;第二,應(yīng)仔細(xì)分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重力特征,設(shè)置合適的分支點(diǎn),消除構(gòu)件的重力,保證結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力的合理性??刹扇《鄬蛹軜?gòu)方法,其自身穩(wěn)定性較好,對失穩(wěn)現(xiàn)象的容錯率也相對較高,借助不同層級的緩沖作用,可有效緩解失穩(wěn)現(xiàn)象,從而可以提高建筑的整體穩(wěn)定性;第三,建筑工程項目設(shè)計、施工中,應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能、防火性能、應(yīng)力破壞、剛性材料質(zhì)量、防腐性能等進(jìn)行充分考慮,消除各因素給穩(wěn)定性帶來的不利影響。

        結(jié)語:

        綜上所述,建筑工程項目中鋼結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用,鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象是影響建筑建設(shè)質(zhì)量的主要因此,因此鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,應(yīng)明確鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的主要原因,做好鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析,并采取有效的措施確保鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,才能為建筑工程項目的后續(xù)設(shè)計及施工奠定良好的基礎(chǔ)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]賀青.鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計分析[J].中華建設(shè),2019(08):114-115.

        [2]王國平.建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性原則與設(shè)計要點(diǎn)分析[J].住宅與房地產(chǎn),2019(18):112.

        [3]姚習(xí)紅,周業(yè)梅,高志民.圓錐形鋼結(jié)構(gòu)操作平臺設(shè)計及穩(wěn)定性分析[J].鋼結(jié)構(gòu),2018,33(08):75-78.

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