淺議建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

郭憲剛

摘 要：最近十幾年我國建筑業(yè)進(jìn)展情況非常好，建筑鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)樵诮ㄖI(yè)中有著特別的優(yōu)越性從而獲得了非常普遍的運(yùn)用，然而這也會(huì)帶來各種問題，當(dāng)中最顯著的一個(gè)問題是穩(wěn)定性。這篇文章就是在這樣一個(gè)實(shí)際的背景下，對建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)進(jìn)行了探究，目的是為研究鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的辦法和手段，期望通過此來提升鋼結(jié)構(gòu)施工的效率和穩(wěn)定性，在節(jié)省成本的前提下確保它的施工質(zhì)量和平穩(wěn)性。

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

1 前言

當(dāng)前，在對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)不好掌控不穩(wěn)定的要素對其穩(wěn)定性的作用。有些建筑在鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和探究時(shí)，通常都采取以前的案列斷定相互的關(guān)聯(lián)，根本就沒通過實(shí)際的工程來制定一個(gè)合適的相互關(guān)聯(lián)。在對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，很難確定每個(gè)數(shù)據(jù)的正確性，當(dāng)然也很難根據(jù)實(shí)際的工程來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性，這就給鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和探究造成了不穩(wěn)定性的要素，使穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)沒有實(shí)質(zhì)作用和有關(guān)的探究不具備時(shí)效性。對于不穩(wěn)定性的因素，需要找到合適、科學(xué)的應(yīng)對方法，才可以使設(shè)計(jì)的條件得到滿足，減少由于不穩(wěn)定性因素而導(dǎo)致事故的產(chǎn)生率。

2 建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)原則

建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)原則包括下面三點(diǎn)內(nèi)容：第一點(diǎn)是構(gòu)成部分及整體框架這兩個(gè)層面穩(wěn)定性的差異，第二點(diǎn)是剪力調(diào)整，第三點(diǎn)是強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)。一般都能通過這三個(gè)方面的設(shè)計(jì)來保障鋼結(jié)構(gòu)在施工及使用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的情況。

2.1 各個(gè)層面確保穩(wěn)定性

鋼結(jié)構(gòu)最明顯特性是其機(jī)能出色，然而這個(gè)特性使其出色的同時(shí)也決定了其前期的工程設(shè)計(jì)是很繁雜的，設(shè)計(jì)者不但要很專業(yè)的數(shù)據(jù)整理，而且要對鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)厲的查驗(yàn)，必須在每個(gè)方面達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后才可以把質(zhì)量過關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)投產(chǎn)到施工和使用中。由于鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)很多，其中包含結(jié)構(gòu)的阻尼比、水平載荷系數(shù)、抗震強(qiáng)度等等，下面以水平載荷系數(shù)作為例子來分析，建筑必須處在十分良好的狀況下水平載荷系數(shù)才是零，然而在實(shí)際的環(huán)境中是很難達(dá)到的，風(fēng)載荷都會(huì)在不同的水準(zhǔn)上對水平方向上的建筑穩(wěn)定性產(chǎn)生作用，由于這些現(xiàn)實(shí)情況，設(shè)計(jì)者需要依據(jù)本地的實(shí)質(zhì)環(huán)境狀況來設(shè)計(jì)水平載荷系數(shù)，最后防止建筑由于穩(wěn)定性的因素造成的破壞。

2.2 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(jì)過程當(dāng)中需要高度關(guān)注和重視的一個(gè)問題，這主要是因?yàn)殡S著我們國家經(jīng)濟(jì)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(fù)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，這無疑對建筑穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提出了更高的要求。目前為止，我們國家在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)多采用簡化的方式來進(jìn)行處理，如豎向構(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(huì)產(chǎn)生太大的問題，但是在進(jìn)行框架柱剪力調(diào)整時(shí)就會(huì)有非常嚴(yán)重的影響，這主要是由斜撐的特點(diǎn)和作用來決定的，斜撐主要還是用作水平方向的支撐，但仍然需要承受豎向上一定的載荷，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(dāng)大程度上提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定程度。

2.3 強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)

強(qiáng)柱弱梁注重的是建筑設(shè)計(jì)中柱、梁的整體性問題，這是由于鋼結(jié)構(gòu)在面臨很大的載荷時(shí)需要塑性鉸出現(xiàn)在梁上而不是柱子上，這樣才可以確保鋼結(jié)構(gòu)整體在使用過程當(dāng)中不會(huì)產(chǎn)生瞬間損壞，并且在經(jīng)過一定的外力作用后還能夠在很短的時(shí)間內(nèi)快速恢復(fù)原始形態(tài)。國家的標(biāo)準(zhǔn)對于這些方面有比較明了的規(guī)則和條件，強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)必須對其彈塑性進(jìn)行計(jì)算和分析，只有滿足以上要求時(shí)才能夠認(rèn)為其合格可用。

3 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的影響因素

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)原則的提出實(shí)際上就是基于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的具體特點(diǎn)，因此下文中進(jìn)一步探究鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，具體包括三個(gè)方面：一是整體剛度與鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)之間的關(guān)系，這兩者之間的關(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?yàn)檫@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(dāng)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(huì)對鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，因此在實(shí)際建設(shè)過程當(dāng)中，在對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題進(jìn)行處理時(shí)，就要把握整體觀念，并于此同時(shí)關(guān)注結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個(gè)層面的狀況，如發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)細(xì)小形變，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。三是鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定具有相關(guān)性的問題，同樣是需要設(shè)計(jì)師予以一定關(guān)注的。

4 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(jìn)行探究和解析的時(shí)候，都是在外荷載作用的條件下進(jìn)行的，所以對形變以及對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不穩(wěn)定的須同時(shí)進(jìn)行，下面建議了兩個(gè)常見的有用措施：第一個(gè)是靜力法，所謂的靜力法，實(shí)質(zhì)上是通過靜力平衡方法，與已產(chǎn)生了細(xì)微形變的鋼結(jié)構(gòu)受力作用相結(jié)合來創(chuàng)建平衡微分方程，依據(jù)此獲取臨界載荷，進(jìn)而對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行確認(rèn)。第二個(gè)是動(dòng)力法，動(dòng)力法主要針對處于平衡狀態(tài)的結(jié)構(gòu)體系，這種體系若施加微弱的干擾就會(huì)使它產(chǎn)生振動(dòng)，并且在這種條件下結(jié)構(gòu)形變或者是振動(dòng)加速度都和結(jié)構(gòu)荷載有密切關(guān)系，當(dāng)荷載比極限荷載值低時(shí)，加速度方向與形變方向相反，而荷載去除運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，則結(jié)構(gòu)又恢復(fù)到平衡狀態(tài)。

5 結(jié)束語

社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(dāng)中，而建筑行業(yè)飛速發(fā)展?fàn)顟B(tài)下安全問題也不容小視，建筑設(shè)計(jì)師必須要在這樣一個(gè)方面做足功夫。建筑中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)問題，絕非簡單的在施工階段付諸行動(dòng)即可，而是需要從設(shè)計(jì)階段就開始做好各個(gè)方面的工作，是一項(xiàng)責(zé)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(gè)建筑工程本身的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳波，周紅蓮.建筑鋼結(jié)構(gòu)主體穩(wěn)定性設(shè)計(jì)分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（12）：190-191.

[2]王多祥，靳同良.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性分析探討[J].甘肅冶金，2014（03）：142-144.

[3]張念華.關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（03）：34.

[4]丁亮.建筑工程項(xiàng)目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性探究[J].四川水泥，2015（04）：155.

[5]饒芝英.多高層鋼結(jié)構(gòu)的分類及其穩(wěn)定性設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2002（05）：7-11.endprint