熊英豪 張?jiān)讫?/p>

摘要：在當(dāng)前建筑工程施工中，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用十分廣泛。由于鋼結(jié)構(gòu)與整體的整體質(zhì)量和穩(wěn)定性息息相關(guān)，因此在具體設(shè)計(jì)過程中，要根據(jù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需求對鋼結(jié)構(gòu)的材料、結(jié)構(gòu)形式以及節(jié)點(diǎn)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證鋼結(jié)構(gòu)總體穩(wěn)定性，為建筑承載效果優(yōu)化提供保障。本文就建筑工程項(xiàng)目建設(shè)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性原則進(jìn)行了分析，而后就其設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：建筑鋼結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

引言

穩(wěn)定性設(shè)計(jì)是當(dāng)前建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的典型問題，也是影響建筑項(xiàng)目質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的過程中，需要嚴(yán)格按照國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合建筑鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際設(shè)計(jì)情況，再聯(lián)系相應(yīng)的施工條件與基本功能，靈活運(yùn)用穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方法，從而提升建筑行業(yè)的施工水平，以保證人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性簡論

建筑工程項(xiàng)目中所用的鋼結(jié)構(gòu)組成形式、材料等都非常多樣化，為了保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)做好承載能力設(shè)計(jì)工作，對于鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)行使用中的應(yīng)力情況以及在和需求進(jìn)行全面分析，并就其選材、形制以及構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，以保證鋼結(jié)構(gòu)總體穩(wěn)定性效果。鋼結(jié)構(gòu)作為一種建筑中非常常見的應(yīng)用結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)工作中不僅要對其建筑使用載荷情況進(jìn)行全面分析，還要根據(jù)結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行選材設(shè)計(jì)，保證建筑使用中鋼結(jié)構(gòu)不會發(fā)生由于承載能力不足而發(fā)生的變形問題，進(jìn)而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力更加不平衡而造成結(jié)構(gòu)垮塌問題。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須做好多細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，保證多結(jié)構(gòu)之間的應(yīng)力平衡，否則會因?yàn)橐粋€(gè)部位設(shè)計(jì)不足而影響整體穩(wěn)定性。

2鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性原則分析

2.1確保各個(gè)層面的穩(wěn)定性

由于鋼結(jié)構(gòu)自身的獨(dú)特性，在前期工藝設(shè)計(jì)過程中也相對復(fù)雜，在具體設(shè)計(jì)時(shí)需要利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行質(zhì)量檢測，只有質(zhì)量檢測合格后才能在建筑工程中進(jìn)行應(yīng)用。在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體測試過程中，以水平荷載系數(shù)、抗震強(qiáng)度系數(shù)和結(jié)構(gòu)阻尼比等作為主要技術(shù)指標(biāo)，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師需要與當(dāng)?shù)丨h(huán)境中最大風(fēng)荷載作為依據(jù)，以此來設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的水平荷載系數(shù)，確保各個(gè)層面都具有較好的穩(wěn)定性。

2.2做好剪力調(diào)整

當(dāng)前建筑形式越來越復(fù)雜，不對稱設(shè)計(jì)已成為一種設(shè)計(jì)潮流，這也使當(dāng)前建筑中采用斜柱的現(xiàn)象較多，相較于垂直構(gòu)件，斜柱具有明顯的傾角，這就要求建筑構(gòu)件要能夠承受一定的剪力。在當(dāng)前具體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，部分設(shè)計(jì)師為了方便處理，會將垂直構(gòu)件簡化為柱子，將斜柱簡化為斜桿，雖然不會對建筑整體穩(wěn)固性帶來影響，但調(diào)速框架柱的剪力時(shí)則會帶來較大的影響。由于斜柱起著支撐水平方向荷載的作用，但豎直方面也需要承擔(dān)一定的荷載，這方面的荷載被忽視后，則計(jì)算出來的剪力會存在一定的誤差，從而對建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來較大的影響。因此在具體設(shè)計(jì)過程中，需要對剪力調(diào)整給予充分的重視，并能夠針對建筑施工實(shí)際情況來設(shè)計(jì)不同程度的鋼結(jié)構(gòu)剪力，更好的增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3注重強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)

當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為合理時(shí)，一旦水平荷載較大或是在強(qiáng)需發(fā)生時(shí)，塑性鉸會在梁上出現(xiàn)，不會出現(xiàn)在柱子上，因此通過強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)來提高鋼結(jié)構(gòu)的抗壓性，避免在大的作用力下鋼結(jié)構(gòu)被破壞，有利于鋼結(jié)構(gòu)能夠快速恢復(fù)到變形前的形態(tài)。在當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)，在具體對柱梁設(shè)計(jì)時(shí)，要對其彈塑性進(jìn)行分析和具體計(jì)算，確保塑性鉸出現(xiàn)在梁上，這樣與具體的設(shè)計(jì)要求才能相符。

3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方法

3.1穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)選型

為使建筑鋼結(jié)構(gòu)擁有穩(wěn)定的體系，在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型時(shí)，一方面，鋼結(jié)構(gòu)平面布置要遵循簡單、規(guī)整、對稱的原則，保證剛度中心能與質(zhì)量中心重合，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，能夠有效避免結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，從而提升建筑的安全性。另一方面，不宜采用角部重疊或細(xì)腰型鋼結(jié)構(gòu)布置方式，且不采用外凹或內(nèi)凸的豎向結(jié)構(gòu)，以此保證鋼結(jié)構(gòu)豎向布置能夠上下貫通。此外，注意建筑鋼結(jié)構(gòu)的底部設(shè)計(jì)，通常會選用T型、L型、U型鋼結(jié)構(gòu)，降低自然災(zāi)害對建筑鋼結(jié)構(gòu)的影響，從而提升建筑穩(wěn)定性。

（2）防腐設(shè)計(jì)

建筑所處地區(qū)的降雨、日照、大霧等會對建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的腐蝕，進(jìn)而影響建筑的穩(wěn)定性。一般情況下，電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕是鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象。為了解決腐蝕問題，研究人員須針對不同地區(qū)的自然環(huán)境設(shè)計(jì)出能夠提升鋼結(jié)構(gòu)抗腐蝕性的表面涂料，使得鋼結(jié)構(gòu)即使在較高溫度、較高濕度的環(huán)境中也能保持極高的穩(wěn)定性。

（3）構(gòu)件設(shè)計(jì)

構(gòu)件設(shè)計(jì)是保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵步驟，首先，構(gòu)件材料要符合相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，且要符合建筑鋼結(jié)構(gòu)的總體應(yīng)力需求。其次，在安裝構(gòu)件時(shí)，要保證結(jié)構(gòu)處于平衡狀態(tài)，以此保證鋼結(jié)構(gòu)獲得較高水平的力學(xué)傳導(dǎo)與力學(xué)擴(kuò)散性能。最后，適當(dāng)發(fā)揮二階法的功能與作用，保證柔性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能夠滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，其產(chǎn)生的形變量也不會對結(jié)構(gòu)造成較大的影響，從而保證建筑的質(zhì)量。

（4）防火設(shè)計(jì)

建筑鋼結(jié)構(gòu)的耐火性相對較差，當(dāng)建筑外部溫度達(dá)到430℃以上時(shí)，其負(fù)載能力就會急速下降，進(jìn)而降低建筑的安全性。因此，在對建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火設(shè)計(jì)時(shí)，首先，應(yīng)選用防火性能較強(qiáng)的材料，如涂層厚、黏性高的材料，其較高的阻燃性能能夠提升鋼結(jié)構(gòu)的防火性能。其次，施工時(shí)要對材料進(jìn)行阻燃與防銹處理，使得建筑鋼結(jié)構(gòu)滿足防火標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)獲得較高的防火水平。

3.2穩(wěn)定性計(jì)算方法

（1）分析阻尼數(shù)值

分析阻尼數(shù)值是分析鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定工作的重要組成部分，當(dāng)阻尼比始終波動在一個(gè)穩(wěn)定數(shù)值左右，才能保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的提升。

（2）判定長細(xì)比

在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，長細(xì)比的判定數(shù)值越大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性就越差。因此，設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范綜合考慮各種因素，對長細(xì)比進(jìn)行準(zhǔn)確分析。計(jì)算與幾何是判定長細(xì)比常用的兩種方法，只有將長細(xì)比控制在合理的承載力范圍內(nèi)，才能計(jì)算出準(zhǔn)確的參數(shù)，從而保障鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）靜力設(shè)計(jì)法

靜力設(shè)計(jì)法也被稱為歐拉設(shè)計(jì)法，主要運(yùn)用鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的最大承載力對鋼結(jié)構(gòu)彈性系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。在實(shí)際運(yùn)用過程中，首先，當(dāng)力學(xué)與結(jié)構(gòu)符合相應(yīng)假定時(shí)，才可確定微分方程。其次，鋼結(jié)構(gòu)材料應(yīng)變與應(yīng)力之間符合胡克定律要求的線性關(guān)系時(shí)，使用靜力計(jì)算法。再次，靜力計(jì)算模型能夠反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的彈性受力時(shí)，可使用該方法。最后，注意施工操作的合理性，避免計(jì)算模型出現(xiàn)偏差，影響施工的精準(zhǔn)性。

（4）動力設(shè)計(jì)法

動力設(shè)計(jì)法指的是，對建筑鋼結(jié)構(gòu)的動態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。在實(shí)際運(yùn)用過程中，首先，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力能夠反映出振動加速與結(jié)構(gòu)變形，從而反映出鋼結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的輕微震動程度。其次，運(yùn)用動力設(shè)計(jì)法能夠平衡結(jié)構(gòu)形變方向與加速度之間的關(guān)系，此時(shí)靜態(tài)載荷數(shù)值會發(fā)生變化，直至結(jié)構(gòu)逐漸向靜態(tài)轉(zhuǎn)變，從而維持在一定的穩(wěn)定水平。再次，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)形變方向與加速度之間是統(tǒng)一的，就表明此時(shí)的結(jié)構(gòu)滿足最大負(fù)載條件，運(yùn)用動力設(shè)計(jì)法會促使干擾消除，使得鋼結(jié)構(gòu)處于相對不穩(wěn)定的狀態(tài)。最后，靜態(tài)與動態(tài)的界限可根據(jù)結(jié)構(gòu)載荷來判定，且臨界載荷屬于不穩(wěn)定的負(fù)荷，可按照振蕩頻率為零的條件對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

（5）塑性設(shè)計(jì)法

塑形設(shè)計(jì)法指的是，標(biāo)準(zhǔn)塑性載荷與安全系數(shù)的乘積要大于鋼結(jié)構(gòu)的元件強(qiáng)度。首先，在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部強(qiáng)度的構(gòu)造分析中，會運(yùn)用一階塑料分析或剛性分析。其次，在重新分配結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)，可運(yùn)用塑性設(shè)計(jì)法，使材料結(jié)構(gòu)能夠符合結(jié)構(gòu)可塑性的分析要求。最后，在對法蘭尺寸及限制橫截面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可運(yùn)用塑形設(shè)計(jì)法來反映鋼結(jié)構(gòu)材料的范圍，并準(zhǔn)確凸顯其穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，為提升建筑質(zhì)量做好鋪墊。

結(jié)語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對于建筑整體的安全和使用壽命具有決定性的影響，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中要進(jìn)行精密計(jì)算，綜合考慮零部件之間的受力關(guān)系，做好鋼材防腐處理，最大限度地避免鋼結(jié)構(gòu)的短板，發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，從而推動建筑設(shè)計(jì)的不斷進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

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