建筑工程項目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性探究

丁 亮

(南京蘇夏工程設(shè)計有限公司)

建筑工程項目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性探究

丁 亮

(南京蘇夏工程設(shè)計有限公司)

近幾十年來我們國家建筑行業(yè)發(fā)展形勢極好，建筑鋼結(jié)構(gòu)也因其在建筑行業(yè)當中的顯著優(yōu)勢而得到了相當廣泛和充分的應(yīng)用，當然，隨之而來的也會有各個方面的問題，其中在建筑行業(yè)內(nèi)表現(xiàn)最為突出的一點就是穩(wěn)定性問題。本文正是在這樣一種現(xiàn)實背景之下，對建筑工程項目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性進行研究，旨在探究其穩(wěn)定性提高的措施和方法，希望能夠基于此來有效提高鋼結(jié)構(gòu)施工的安全性和施工效益，在節(jié)約施工成本的基礎(chǔ)之上進一步保障其穩(wěn)定性和使用質(zhì)量。

建筑工程，施工項目，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，穩(wěn)定性

一、建筑工程項目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

建筑工程項目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原則在穩(wěn)定性上的體現(xiàn)主要包含以下三點[1]：一是組成部分以及整個體系的這樣兩個不同層面的穩(wěn)定，二是剪力調(diào)整，三是強柱弱梁的設(shè)計。通常都可以通過這樣三個方面的設(shè)計來保證鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在建設(shè)以及使用過程當中都不會發(fā)生不良的失穩(wěn)狀況。

1 各個層面保證穩(wěn)定性

鋼結(jié)構(gòu)顯著的優(yōu)勢和特點就是性能出眾，同時也正是這樣一個特點決定了其前期的工藝設(shè)計是十分復雜的，設(shè)計師不僅需要非常專業(yè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，同時還需要對鋼結(jié)構(gòu)的各項技術(shù)指標進行嚴密的檢測和測試，只有在各個方面完全達標以后才能夠?qū)①|(zhì)量達標的鋼結(jié)構(gòu)投入到大批量的生產(chǎn)和使用當中去。與鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的技術(shù)參數(shù)較多，包括水平載荷系數(shù)、抗震強度或者是結(jié)構(gòu)的阻尼比等，這里以水平載荷系數(shù)為例來進行說明，建筑只有處于完全理想狀態(tài)之下水平載荷才會為零，但這在現(xiàn)實環(huán)境下是不可能實現(xiàn)的，風載荷等都會從不同程度上在水平方向上對建筑的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，正是因為這樣一些客觀狀況，設(shè)計師就一定要根據(jù)當?shù)氐膶嶋H環(huán)境情況來對水平荷載系數(shù)進行設(shè)計，最終避免建筑因為穩(wěn)定性的原因而產(chǎn)生坍塌。

2 剪力調(diào)整問題

剪力調(diào)整問題也是鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計過程當中需要高度關(guān)注和重視的一個問題，這主要是因為隨著我們國家經(jīng)濟水平和技術(shù)水平的持續(xù)提高，建筑樓層越來越高，建筑形式也越來越復雜，斜柱或者是不對稱結(jié)構(gòu)等異形結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的頻率非常之高，這毫無疑問是對建筑穩(wěn)定性設(shè)計提出了更高的要求。目前為止，我們國家在進行建筑設(shè)計時多采用簡化的方式來進行處理，如垂直構(gòu)件簡化為柱子，斜構(gòu)件簡化成斜桿等，通常情況下這樣一種簡化并不會產(chǎn)生太大的問題，但是在進行框架柱剪力調(diào)整時就會有非常嚴重的影響，這主要是由斜柱的特點和作用來決定的，斜柱主要還是用作水平方向的支撐，但仍然需要承受豎直方向上一定的載荷，這樣一部分載荷產(chǎn)生的剪力是不能夠忽略的，因此，剪力調(diào)整問題的良好處理將在相當大程度上提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定程度。

3 強柱弱梁的設(shè)計

強柱弱梁強調(diào)的是建筑設(shè)計中柱和梁的總體性問題，這主要是因為鋼結(jié)構(gòu)在面臨較大的載荷時需要塑性鉸出在梁上而不是柱子上，這樣才能夠保證鋼結(jié)構(gòu)整體在使用過程當中不會發(fā)生瞬間破壞，且在經(jīng)過一定的外力作用后仍然能夠在較短的時間內(nèi)迅速恢復初始形態(tài)。國家標準對于這樣一些方面有明確要求和規(guī)定，強柱弱梁的設(shè)計必須對其彈塑性進行計算和分析，只有滿足上述要求時才能夠認為其合格可用。

二、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的特點分析[2]

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計除了應(yīng)當遵守基本的國家規(guī)范、章程以外，還需要和建筑設(shè)計工作進行緊密的聯(lián)系和配合，具體來說，就是要充分而全面的考慮到建筑的設(shè)計高度、抗震強度等多方面的因素，結(jié)合建筑自身的特點、使用功能、施工條件、環(huán)境條件、施工水平、荷載種類和性質(zhì)、材料質(zhì)量與發(fā)展水平等多方面客觀條件，最終盡可能的選擇出最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計來，經(jīng)濟合理的同時保證安全高效。下文當中先簡要說明鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計的特點。一是鋼結(jié)構(gòu)自身多樣性，根據(jù)建筑實際用途，通常會對鋼結(jié)構(gòu)有不同程度的安全要求和形式要求，而這樣一些要求的滿足都需要從鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計當中體現(xiàn)出來，在對多種多樣鋼結(jié)構(gòu)形式進行考慮和設(shè)計時，還是有跡可循的，通常來說，無論什么樣形式的鋼結(jié)構(gòu)，在對其進行設(shè)計的過程當中都需要特別注意其相關(guān)受壓部位，基于此來探究和分析鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性；與此同時還需要注意的事，即便部分鋼結(jié)構(gòu)本身不受壓，但是如果由于外力作用導致鋼結(jié)構(gòu)變形的話，也同樣還是會導致鋼結(jié)構(gòu)由不受壓轉(zhuǎn)變成為受壓，這一點也是要考慮在內(nèi)的。其次就是鋼結(jié)構(gòu)自身具有整體性，這樣一點是毫無疑問的，單一的鋼構(gòu)件完全不可能在大型建筑當中發(fā)揮作用，因此都是通過科學的連接方式以整體的形式來保障安全性，這意味著對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進行分析需要從整體角度來看，但仍然需要關(guān)注其微觀層面，包括部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括單一鋼構(gòu)件的受損狀況等，盡可能避免鋼結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性因小失大[3]。最后就是鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)性的特點，其實這一點和鋼結(jié)構(gòu)的整體性是息息相關(guān)的，正是因為鋼結(jié)構(gòu)整體性，所以其內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間功能作用的發(fā)揮和安全穩(wěn)定的保障都是息息相關(guān)的，部門部件的不安全因素將導致整體的安全威脅。尤其需要注意的事，鋼結(jié)構(gòu)依靠各種連接方式連接到一起，其連接部位是否存在缺陷是尤其需要注意的，否則影響面廣，對整體的影響更為復雜和難以排除。

三、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的影響因素

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計原則的提出實際上就是基于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的具體特點，因此下文中進一步探究鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的特點，具體包括三個方面：一是整體剛度與鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)之間的關(guān)系，這樣兩者之間的關(guān)系十分密切，鋼結(jié)構(gòu)剛度好壞直接由其整體構(gòu)成來決定，正是因為這樣，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性就成為了鋼結(jié)構(gòu)的重要問題。二是鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性問題，上文當中已經(jīng)明確指出，無論是鋼結(jié)構(gòu)整體還是鋼結(jié)構(gòu)的組成部分，其性能都會對鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，因此在實際建設(shè)過程當中，在對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題進行處理時，就要把握整體觀念，并于此同時關(guān)注結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個層面的狀況，如發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)細小變形，就要考慮到這非常有可能對鋼結(jié)構(gòu)的整體內(nèi)力分布帶來影響，最終影響整體的承載能力。最后就是鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定具有相關(guān)性的問題，同樣是需要設(shè)計師予以一定關(guān)注的。

四、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的具體分析方法

在對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題進行研究和分析時，都是基于外荷載作用的前提之下進行的，因此對變形以及對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失穩(wěn)的必須同步進行，下文當中提出兩種常見的有效方法：一是靜力法，所謂靜力法，實際上就是利用靜力平衡方法，結(jié)合已經(jīng)發(fā)生了微小變形的鋼結(jié)構(gòu)受力條件來建立平衡微分方程，基于此獲得臨界載荷，從而對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行確定。二是動力法，動力法主要針對處于平衡狀態(tài)的結(jié)構(gòu)體系，這樣一種體系如果施加微小的干擾就會使其發(fā)生振動，且這樣一種條件之下結(jié)構(gòu)變形或者是振動加速度都和結(jié)構(gòu)荷載有密切關(guān)系，當荷載比極限荷載值低時，加速度方向與變形方向相反，而荷載去除運動變?yōu)殪o止，則結(jié)構(gòu)又恢復到平衡狀態(tài)。

結(jié)語：社會經(jīng)濟發(fā)展迅猛，我國建筑行業(yè)也長期處于良好的發(fā)展勢頭當中，而建筑行業(yè)飛速發(fā)展狀態(tài)下安全問題也不容小視，建筑設(shè)計師必須要在這樣一個方面做足功夫。建筑中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計問題，絕非簡單的在施工階段付諸行動即可，而是需要從設(shè)計階段就開始做好各個方面的工作，是一項責任十分重大的任務(wù)，直接關(guān)系到人民群眾的生命和安全，以及整個建筑工程本身的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1] 吳文德.淺析鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計[J].吉林工程技術(shù)師范學院學報，2012（5）

[2] 陳銘，何莉莉.淺談鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計[J].山西建筑，2012（2）

[3] 文平軍.建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性與設(shè)計要點分析[J].江西建材，2014（23）

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