劉行

（長沙怡境景觀設(shè)計(jì)有限公司，湖南長沙 410000）

0 引言

異型鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，因?yàn)樗哂泻軓?qiáng)的抗震性，并且自身質(zhì)量輕。但是鋼結(jié)構(gòu)存在很多關(guān)于穩(wěn)定性的問題，如果不及時(shí)處理，不僅會(huì)損失巨大的資金，而且可能造成人員傷亡。所以我國不斷加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性建設(shè)的關(guān)注，加大科學(xué)技術(shù)的投入，不斷提高技術(shù)水平，專業(yè)技術(shù)人員在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)，要求綜合考慮各部位可能導(dǎo)致失穩(wěn)的原因，并及時(shí)采取措施。進(jìn)行修改完善，保障工程的順利進(jìn)行。異型鋼結(jié)構(gòu)中，它的穩(wěn)定性能是至關(guān)重要的，它影響著整個(gè)建筑工程的穩(wěn)定性。隨著現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)體系越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性也變得更加突出，做好異型鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的，它關(guān)乎著人民的安全和社會(huì)建設(shè)的發(fā)展趨勢。同時(shí)隨著科研水平的不斷提升，為異型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提供保障。

1 異型鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算

穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要問題，在各種不同類型的鋼結(jié)構(gòu)中都會(huì)存在穩(wěn)定性問題，如果穩(wěn)定性問題處理不當(dāng)，就會(huì)造成嚴(yán)重的損失，異型鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中急待解決的主要問題，如果異型鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題不及時(shí)處理，出現(xiàn)異型鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)情況，不但對(duì)建設(shè)工程經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重的損失，而且會(huì)造成建筑人員的意外傷害。對(duì)異型鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算有利于保障整體結(jié)構(gòu)中各個(gè)部件的穩(wěn)定性，保障工程建設(shè)的安全性。

整體穩(wěn)定性實(shí)質(zhì)是結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)，由于受到一個(gè)很小的力，使整體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，使整體不穩(wěn)定，整體結(jié)構(gòu)重心發(fā)生偏移，產(chǎn)生很大的彎矩，最終造成整體結(jié)構(gòu)倒塌，喪失承重能力。局部穩(wěn)定性實(shí)質(zhì)指兩結(jié)構(gòu)間的截面尺寸很大，厚度相對(duì)較薄，由于板件偏離原來的平衡位置造成結(jié)構(gòu)波狀彎曲，使構(gòu)件發(fā)生整體性失穩(wěn)；此外由于部分部件因局部彎曲而退出受力，使其他板件受力增加，也可能造成截面不對(duì)稱，最終造成構(gòu)件等喪失承重能力，使整體結(jié)構(gòu)坍塌。整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性二者都關(guān)乎整個(gè)工程的穩(wěn)定性，二者出現(xiàn)的問題都要引起重視，并及時(shí)提出完善方案，為將要進(jìn)行的建設(shè)工作提供便利。異型鋼結(jié)構(gòu)景觀廊架如圖1 所示。

圖1 異型鋼結(jié)構(gòu)景觀廊架

2 異型鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響因素

2.1 構(gòu)件承重強(qiáng)度的影響

異型鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能可能受到構(gòu)件承重強(qiáng)度的影響，而且截面特征等因素也是造成異型鋼結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的原因。另一方面來說，異型鋼結(jié)構(gòu)的抗彎曲性能和支持性能對(duì)異型鋼結(jié)構(gòu)本身也存在一些制約性，因此，設(shè)計(jì)建模時(shí)要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分的研究，綜合考慮各種因素的影響，如概念設(shè)計(jì)、假定、邊界條件、技術(shù)水平等對(duì)其的影響，另外，現(xiàn)實(shí)承重能力和數(shù)據(jù)的理論值之間的差距也會(huì)影響異型鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能，所以，設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卦O(shè)計(jì)建模，綜合考慮各項(xiàng)影響因素，避免發(fā)生建筑失穩(wěn)現(xiàn)象。

2.2 穩(wěn)定性設(shè)計(jì)理論的影響

在日常的工作設(shè)計(jì)中，穩(wěn)定性理論也并不是完美無暇的，設(shè)計(jì)人員按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，但很多的突發(fā)因素沒有參考進(jìn)去，因此也會(huì)影響異型鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在現(xiàn)實(shí)生活的工程建設(shè)過程中，受到鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的不確定性，可能會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)實(shí)與計(jì)算上存在差別，因此，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)實(shí)工程需要，專注于隨機(jī)參數(shù)下擾動(dòng)屈曲、極值屈曲和跳躍屈曲的研究與分析，從而對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)。如何體現(xiàn)彎矩和軸力的聯(lián)合作用是異型鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)中最大的問題。在大跨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者往往選擇一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的安全系數(shù)，其缺點(diǎn)是無法看到結(jié)構(gòu)對(duì)自身的真實(shí)受力狀態(tài)。因此，結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定設(shè)計(jì)理論還不是很完善，局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定性值得我們研究。

只有不斷加強(qiáng)科技研發(fā)，提高異型鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性水平，并結(jié)合穩(wěn)定性理論，參考現(xiàn)實(shí)工程需要，才能建設(shè)出更完美的工程。

3 加強(qiáng)異型鋼穩(wěn)定性的策略

3.1 穩(wěn)定及失穩(wěn)的含義

穩(wěn)定性計(jì)算是根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)變形后的幾何形狀和位置進(jìn)行分析的。穩(wěn)定性主要是通過尋找結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與外荷載之間的不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，就是當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形且迅速增加，需要避免的狀態(tài)。因此，這是一個(gè)變形問題。

失穩(wěn)也被稱為屈曲，也是一個(gè)過程，與構(gòu)件剛度有關(guān)，是指在承載力極限狀態(tài)內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)失去整體的穩(wěn)定性，如果出現(xiàn)失穩(wěn)問題，對(duì)結(jié)構(gòu)受壓區(qū)域沒有處理好，異型鋼結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)整體失穩(wěn)現(xiàn)象，整體的失穩(wěn)會(huì)造成建筑結(jié)構(gòu)的整體坍塌，在此之前的微小結(jié)構(gòu)變形是不易發(fā)現(xiàn)的，所以在建設(shè)過程中要嚴(yán)謹(jǐn)觀察，注重建筑的微小變形，避免因小失大，造成更嚴(yán)重的后果。異型鋼結(jié)構(gòu)工程如圖2 所示。

圖2 異型鋼結(jié)構(gòu)工程

3.2 研究異型鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法

3.2.1 平衡法

平衡法，也叫靜力平衡法或中性平衡法。根據(jù)異型鋼結(jié)構(gòu)微變形后的受力情況，建立平衡微分方程，是求解結(jié)構(gòu)穩(wěn)定極限荷載的最基本方法。建立平衡微分方程需要滿足以下五個(gè)基本假設(shè)：構(gòu)件為截面等長的直桿、壓力始終沿構(gòu)件的原軸線作用、材料遵循胡克定律、構(gòu)件滿足平截面的假設(shè)、構(gòu)件的彎曲變形較小。因此，在大多數(shù)情況下，平衡法更常用。

3.2.2 動(dòng)力法

動(dòng)力法是利用微小的干擾使結(jié)構(gòu)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)振動(dòng)的方法。此時(shí)結(jié)構(gòu)的變形和振動(dòng)加速度與已經(jīng)作用在結(jié)構(gòu)上的荷載有關(guān)。當(dāng)荷載小于穩(wěn)定極限荷載值時(shí)，加速度方向與變形方向相反。如果干擾被消除，運(yùn)動(dòng)就趨向于靜止。此時(shí)，結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。但當(dāng)荷載大于穩(wěn)定極限荷載值時(shí)，加速度方向與變形方向一致。在這種情況下，即使去除干涉，運(yùn)動(dòng)仍然是發(fā)散的，結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。

3.2.3 能量法

它是求解承載力穩(wěn)定性的一種近似方法，即利用能量守恒原理和勢能垂向值原理求解臨界荷載。根據(jù)變形理論分析，能量法只能算出屈曲荷載的近似解。但是，如果能提前知道屈曲后的變形形式，則可以方便地得到精確的解。此外，總勢能垂向值原理可用于求解失穩(wěn)載荷，最小總勢能原理可用于分析失穩(wěn)后的平衡穩(wěn)定性。

3.3 加強(qiáng)異型鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性施工的措施

3.3.1 保證各部件的穩(wěn)定性能

異型鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性其各部件構(gòu)造的穩(wěn)定性也很重要，只有保證每個(gè)部件的穩(wěn)定性能，才能為整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性做好保障，比如在梁端做法上，要嚴(yán)格要求梁端的細(xì)部構(gòu)造不能發(fā)生扭轉(zhuǎn)，如果梁端支座不能有效的阻止扭轉(zhuǎn)，則梁端結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將大大降低。不同形狀的截面內(nèi)不同的板件分擔(dān)的力也不一樣，要正確恰當(dāng)?shù)剡x擇鋼結(jié)構(gòu)的截面類型，均勻分散受力，避免出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，對(duì)于H 形和工字形截面，腹板上的殘余應(yīng)力不如翼緣上的殘余應(yīng)力重要。設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意翼緣內(nèi)殘余應(yīng)力的分布特征和數(shù)值。

3.3.2 嚴(yán)格規(guī)范施工要求

要嚴(yán)格遵守施工標(biāo)準(zhǔn)，避免各個(gè)部件的失穩(wěn)現(xiàn)象，通過結(jié)合現(xiàn)實(shí)工程的細(xì)節(jié)要求，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)必要部件安裝環(huán)節(jié)，為此可以更好的保障整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在進(jìn)行平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，平面穩(wěn)定的計(jì)算必須和結(jié)構(gòu)布置保持一致，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮骺梢允巩愋弯摻Y(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，項(xiàng)目工程更堅(jiān)固耐用。

3.3.3 提高施工人員的技能素質(zhì)

異型鋼結(jié)構(gòu)的施工具有一定的特殊性，因而，施工人員要具備更高水平的技術(shù)，也要有更高的素質(zhì)要求。在異型鋼結(jié)構(gòu)的施工過程中，不斷提高施工人員的素質(zhì)，有利于保障工程建設(shè)的質(zhì)量水平，同時(shí)也要加強(qiáng)各種施工器械的使用培訓(xùn)，提高工作效率，不斷加強(qiáng)對(duì)異型鋼結(jié)構(gòu)的施工管理和管控，提高整體工程的質(zhì)量。當(dāng)今，我國大部分的鋼結(jié)構(gòu)是基于平面體系設(shè)計(jì)的，對(duì)于技術(shù)人員的要求就要根據(jù)結(jié)構(gòu)整體布局設(shè)計(jì)，保障平面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

目前，隨著科技突飛猛進(jìn)的發(fā)展，對(duì)于異型鋼結(jié)構(gòu)的研究方法更加多樣化，鋼結(jié)構(gòu)問題穩(wěn)定性的解決將有更大程度的提升，工程建筑將更加堅(jiān)固，并應(yīng)用在各行各業(yè)中。