鋼結(jié)構(gòu)設計中穩(wěn)定性問題分析

夏宇興 朱正

摘要： 鋼結(jié)構(gòu)設計在建筑工程和橋梁工程當中都有著非常廣泛的應用，鋼結(jié)構(gòu)設計的好壞將會直接決定整個建筑工程的質(zhì)量，其中的穩(wěn)定性設計是鋼結(jié)構(gòu)設計中至關(guān)重要。大量的工程實踐表明，現(xiàn)代工程許多大型的工程事故都是因為鋼結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定造成的，一般都是外界條件發(fā)生變化之后，導致鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，使得整個建筑倒塌，造成巨大的人員和財產(chǎn)損失，因此在鋼結(jié)構(gòu)設計時加強穩(wěn)定性設計對提高工程質(zhì)量及預防工程事故具有非常重要的作用，本文在強調(diào)鋼結(jié)構(gòu)設計的重要性的基礎(chǔ)上，針對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計當中出現(xiàn)的問題進行了分析，同時提出了針對性的解決方法。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)設計；工程質(zhì)量；穩(wěn)定性；

引言

伴隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的建筑工程要求越來越高，鋼結(jié)構(gòu)在工程當中的應用也越來越廣泛，在鋼結(jié)構(gòu)設計當中穩(wěn)定性設計是非常重要的組成部分，做好這一部分工作可以很好的減少不必要的經(jīng)濟損失。目前來說，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計已經(jīng)成為整個鋼結(jié)構(gòu)設計，甚至是結(jié)構(gòu)設計領(lǐng)域當中比較熱門的問題，也是整個行業(yè)的發(fā)展趨勢和目標。因此最大限度做好鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計不僅僅節(jié)約資源，還能保證工程質(zhì)量，減少工程事故的發(fā)生。

1、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計的重要性

在目前存在的鋼結(jié)構(gòu)建筑當中有相當一部分存在穩(wěn)定性差的問題，主要的問題關(guān)鍵就是設計者在進行設計時沒有很好的將鋼結(jié)構(gòu)當中的材料和結(jié)構(gòu)的相關(guān)性能弄清楚，同時缺乏穩(wěn)定性設計概念。包括施工企業(yè)在施工過程當中沒有嚴格按照設計和規(guī)范要求進行，從而導致失穩(wěn)現(xiàn)象的產(chǎn)生，往往造成巨大的經(jīng)濟損失。因此在建筑工程設計與施工當中做好鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計是至關(guān)重要的，不僅僅關(guān)系到整個建筑工程的質(zhì)量，同時還關(guān)系到相關(guān)人員的生命財產(chǎn)安全。因為鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)導致的是整個建筑物的倒塌，而不是某一個部位出現(xiàn)問題，造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡是不可估量的。在現(xiàn)階段我國的工程實際當中做好鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計已經(jīng)是迫在眉睫了，在關(guān)注鋼架構(gòu)設計穩(wěn)定性問題的同時，采取有針對性的措施，保證鋼結(jié)構(gòu)建筑物的安全穩(wěn)定是具有重要意義。

2、穩(wěn)定性的設計原則

2.1細部構(gòu)造和構(gòu)件穩(wěn)定性計算方法

在進行鋼結(jié)構(gòu)設計時需要將設計的構(gòu)造和對應的結(jié)構(gòu)計算對應起來，在滿足結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的同時還需要滿足結(jié)構(gòu)的細部設計要求，是兩者達到高度的一致性。連接節(jié)點當中需要傳遞傳遞彎矩就需要設計足夠的剛度和柔度；在桁架結(jié)構(gòu)設計中，針對節(jié)點位置應該要盡量的減少桿件的偏心，對于鋼結(jié)構(gòu)設計來說，這也僅僅是構(gòu)件的細部構(gòu)造，但是在穩(wěn)定性設計當中，對于細部的構(gòu)造就會有很多其他的要求，例如對簡支梁來說，其抗彎強度主要就是針對動鉸支座是允許其在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的，但是在梁的整體穩(wěn)定性當中，支座不僅僅需要滿足上述要求滿足梁繞縱軸扭轉(zhuǎn)的要求，允許梁在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動以及在梁端截面自由的翹曲。

1.2整體和組成部分穩(wěn)定性的統(tǒng)一

當前的鋼結(jié)構(gòu)設計當中主要是以平面體系作為主要的出發(fā)點，比較典型的例子就是桁架和框架的設計。在進行設計時，為了避免平面失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，就必須要從鋼結(jié)構(gòu)的整體出發(fā)，在設計時有針對性的設計一些支撐構(gòu)件，保持平面構(gòu)件的結(jié)構(gòu)布置和平面穩(wěn)定性是一致的。

2.3結(jié)構(gòu)簡圖和計算方法的統(tǒng)一

在進行單層或者是多層框架的結(jié)構(gòu)設計時必須要充分考慮框架的穩(wěn)定性，要經(jīng)過充分的計算保證其穩(wěn)定性。計算框架結(jié)構(gòu)當中柱的穩(wěn)定時主要需要用到的是計算長度系數(shù)，在對框架結(jié)構(gòu)的整體進行了穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上，讓最終框架的穩(wěn)定性計算和柱的穩(wěn)定性計算一致。此外。還需要保證計算方法和計算的結(jié)構(gòu)簡圖保持一致，不行的話就需要對計算方法進行調(diào)整，以求保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3設計中存在的問題

3.1小確定性因素

在鋼結(jié)構(gòu)體系設計中，有許多小確定性因素會影響設計的穩(wěn)定性，比如物力、幾何小確定性因素，包括材料（彈性模量、屈服應力等）、桿件尺寸、截面積、殘余應力和初始變形等。在確定與穩(wěn)定性有關(guān)的幾何量和物理量時，大多會根據(jù)以往經(jīng)驗分析問題，結(jié)合實際情況。另外，設計人員在分析鋼結(jié)構(gòu)時，所提的假設、數(shù)學模型、邊界條件與目前的技術(shù)發(fā)展水平小相符，難以真實的反映到計算中，導致理論值與實際承載力有差異等。結(jié)構(gòu)隨機影響分析所處理的問題大多局限于確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)、隨機荷載輸入在一定范圍內(nèi)，而在實際工程中，由于參數(shù)的不確定性，會引起結(jié)構(gòu)響應的明顯差異。

3.2梁一柱穩(wěn)定性設計

對于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)來說，在進行穩(wěn)定性設計時，針對梁-柱單元進行穩(wěn)定性設計時最為重要的設計方法之一，但是就目前的梁-柱單元理論來說，其無法完全證實的反應網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的真實受力狀態(tài)，例如網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中的彎矩和軸力的禍合效應等都沒有辦法進行全面的反應。但是在整個網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設計當中，梁-柱單元理論是最為基礎(chǔ)的，因此就需要對該理論進行完善，同時在進行穩(wěn)定性設計時需要充分的主義梁和柱之間的穩(wěn)定性關(guān)系以及相互之間的力學效應。

3.3整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定

在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計中，存在大跨度的鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性計算小到位的情況。雖然它的穩(wěn)定性計算借鑒了以往的經(jīng)驗來確定整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性之問的安全系數(shù)，但是，并沒有結(jié)合具體的工程情況來計算一個較為科學的安全系數(shù)，所以，它小能真實反映整體穩(wěn)定性與局部穩(wěn)定性之問的關(guān)系，小能保證鋼結(jié)構(gòu)設計的穩(wěn)定性。

4、針對問題提出的相關(guān)措施

4.1降低不確定性因素的影響

在進行鋼結(jié)構(gòu)設計時，一些不確定的因素往往都是不可避免的，在進行設計和施工時都需要對這些不確定的因素給予最多的考慮。這些不確定因素導致鋼結(jié)構(gòu)設計在進行力學性能分析和相關(guān)設計時出現(xiàn)錯誤，在施工時導致施工的誤差，致使施工難度加大。針對這些不確定的因素，可以通過大量的實驗對其進行確定，然后根據(jù)相關(guān)的力學與穩(wěn)定性分析理論基礎(chǔ)，選取比較合理的方案將不確定關(guān)系變?yōu)榇_定關(guān)系，在進行設計時予以考慮，以求滿足相關(guān)設計的要求和目的。

4.2重視局部穩(wěn)定與整體穩(wěn)定的關(guān)系

局部穩(wěn)定與整體穩(wěn)定之間有著重要關(guān)系，需要重視兩者之間的關(guān)系，有些單位為了省事，只是根據(jù)以往的經(jīng)驗確定兩者直接的安全系數(shù)，這樣在進行相關(guān)問題的分析時，就會存在很大的誤差，嚴重影響到設計結(jié)構(gòu)的準確性，更不用說達到設計的目的，滿足穩(wěn)定性的要求，為此需要特別重視兩者之間的關(guān)系。

4.3完善預張拉結(jié)構(gòu)理論體系

對于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計來說，預張拉結(jié)構(gòu)的分析是至關(guān)重要的，要想做好預張拉結(jié)構(gòu)的受力分析就必須要有一整套完整的預張拉結(jié)構(gòu)理論分析體系，根據(jù)這個體系的分析結(jié)構(gòu)，確定最終的合理而且準確的結(jié)果。同時在現(xiàn)代的鋼結(jié)構(gòu)工程當中，預張拉結(jié)構(gòu)使用非常廣泛，做好這方面基礎(chǔ)理論體系的研究，對于保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有非常重要的意義。

5、結(jié)語

在進行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計時應該根據(jù)工程實際情況進行及時的調(diào)整設計，因地制宜、因時制宜，避免結(jié)構(gòu)在投入使用之后出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，造成不可挽回的巨大損失。對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設計相關(guān)理論進行深入研究，對于出現(xiàn)的問題及時給予解決，同時進步完善相關(guān)的設計理論，在提高工程質(zhì)量的同時，避免工程事故的發(fā)生。

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