鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定問(wèn)題的研究

文/趙銀實(shí) 吉林省石油化工設(shè)計(jì)研究院 吉林長(zhǎng)春 130000

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定問(wèn)題的研究

文/趙銀實(shí) 吉林省石油化工設(shè)計(jì)研究院 吉林長(zhǎng)春 130000

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及建筑水平的不斷提高，出現(xiàn)了大量的高層建筑物或構(gòu)筑物，這些建筑結(jié)構(gòu)中廣泛的運(yùn)用了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。研究分析鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題，具有非常重要的意義。

鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；穩(wěn)定

鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有截面輪廓尺寸小、強(qiáng)度高、自重輕等特點(diǎn)。但對(duì)于因受壓、受彎和受剪等存在受壓區(qū)的構(gòu)件或板件，如果技術(shù)上處理不當(dāng)，可能使鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)，一旦出現(xiàn)失穩(wěn)事故將造成巨大的損失。

1、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的涵義

所謂鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性一般來(lái)說(shuō)，指的是在建筑中鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)外界擾動(dòng)后恢復(fù)到最初平衡狀態(tài)的性能。同樣的道理，與之相對(duì)的屬性即失穩(wěn)，也就是建筑結(jié)構(gòu)因外界擾動(dòng)而自最初的平衡位置移動(dòng)到其他位置。許多嚴(yán)重事故就是由于鋼結(jié)構(gòu)在外界條件發(fā)生變化時(shí)不穩(wěn)定，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑物坍塌等事故，最終造成重大經(jīng)濟(jì)損失。所以穩(wěn)定性問(wèn)題是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題，與工程質(zhì)量和安全密切相關(guān)。

2、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

2.1 強(qiáng)度與穩(wěn)定矛盾

強(qiáng)度的問(wèn)題通常就是指建筑鋼結(jié)構(gòu)中單個(gè)構(gòu)件在平衡和穩(wěn)定的狀態(tài)下所引起的最大的應(yīng)力荷載是否在建筑材料自身可以承受的荷載之內(nèi)，所以是建筑結(jié)構(gòu)承受應(yīng)力能力的問(wèn)題，極限強(qiáng)度的大小主要是看材料本身所具備的特點(diǎn)，針對(duì)混凝土一類的脆性比較強(qiáng)的材料就可以選取材料的最大強(qiáng)度，但是穩(wěn)定性和強(qiáng)度是存在著比較大的差異的，它主要是看外部的荷載和內(nèi)部的抵抗力是否已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)比較平衡的狀態(tài)，也就是說(shuō)要在設(shè)計(jì)的過(guò)程中避免變形過(guò)快的現(xiàn)象，從這一角度來(lái)看，穩(wěn)定性是變形的問(wèn)題，所以二者是不能統(tǒng)一起來(lái)的。

2.2 不確定因素的影響

在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的研究過(guò)程中會(huì)受到很多不確定性因素的影響，同時(shí)在確定穩(wěn)定性有關(guān)的物理量和力學(xué)變量的時(shí)候主要都是依照以往的經(jīng)驗(yàn)的，所以對(duì)實(shí)際狀況的分析還存在著很大的不足，所以這也會(huì)增加設(shè)計(jì)過(guò)程中的不確定性，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該建立一個(gè)符合結(jié)構(gòu)要求的模型，但是這些模型本身也具備了一些不確定性，如果將這些模型直接應(yīng)用在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中一定會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果產(chǎn)生一定的不利影響。

2.3 整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的不統(tǒng)一

在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)中一定要對(duì)整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性之間的關(guān)系有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，尤其是在一些大跨度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中。鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，梁和柱的穩(wěn)定性也是影響整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的一個(gè)十分重要的因素，梁和柱是鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中起到基礎(chǔ)作用的結(jié)構(gòu)，所以如果不能很好的保證梁和柱的穩(wěn)定性就更無(wú)法保證鋼結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要對(duì)梁和柱的穩(wěn)定性進(jìn)行有效的控制。

2.4 預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的理論不完善

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中的另一個(gè)重要體系就是預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系，以往的預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的理論都不是很完善，沒(méi)有一個(gè)完整合理的理論體系來(lái)分析預(yù)張拉結(jié)構(gòu)中的穩(wěn)定性，在工程應(yīng)用中依然采用的是先前的理論體系，因此需要建立一個(gè)完善科學(xué)的預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系理論。

3、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的難點(diǎn)分析

目前，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中難以控制不確定性因素對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。一些工程在進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和分析時(shí)，都采用以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定相關(guān)關(guān)系，沒(méi)有結(jié)合到具體的工程來(lái)確定一個(gè)合理、科學(xué)的相關(guān)關(guān)系。在根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)確定相關(guān)關(guān)系的時(shí)候，就像是多次統(tǒng)計(jì)后得出的一個(gè)結(jié)果一樣，存在著一定的不確定性，是不能夠作為實(shí)際工程分析的。在對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的時(shí)候，難以確保每一個(gè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也難以結(jié)合具體的工程來(lái)驗(yàn)證這些數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這樣就給鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和分析帶來(lái)了不確定性因素，使得穩(wěn)定性設(shè)計(jì)沒(méi)有實(shí)際意義，不具有時(shí)效性。因此要想做好鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)，就要將不確定性因素對(duì)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的影響降到最低，確保穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和分析具有時(shí)效性。

4、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的相關(guān)原則

4.1 計(jì)算方法與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖保持一致

在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)分析的時(shí)候，通常是不會(huì)采用框架穩(wěn)定性分析的，而是直接進(jìn)行框架柱的穩(wěn)定計(jì)算，在采用這種方法的時(shí)候，一定要確保框架結(jié)構(gòu)計(jì)算所給出的基本假定，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖確定實(shí)際的結(jié)構(gòu)尺寸，再根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算方法進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。當(dāng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和計(jì)算方法不一致時(shí)，要調(diào)整計(jì)算方法，而不能修改結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，這樣才能確保鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的要求和設(shè)計(jì)的實(shí)效性。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)布置達(dá)到穩(wěn)定性要求

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)布置的時(shí)候，一定要確保每一個(gè)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性要求，不能夠?yàn)榱撕?jiǎn)單，只是注重容易出現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)。在出現(xiàn)平面失穩(wěn)的情況時(shí)，不能置之不理，需要設(shè)計(jì)必要的支撐構(gòu)件來(lái)消除平面失穩(wěn)的現(xiàn)象。此外還需要注意桿件的穩(wěn)定和平面橫隔設(shè)置之間的關(guān)系，確保兩者都滿足穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的要求。

4.3 科學(xué)計(jì)算細(xì)部構(gòu)造與構(gòu)件穩(wěn)定性

在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，細(xì)部構(gòu)造一定要和構(gòu)件的穩(wěn)定性計(jì)算的方法相符合，例如在進(jìn)行梁的穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，不能夠用計(jì)算梁剛度的方法去計(jì)算梁的強(qiáng)度，這樣的計(jì)算是不科學(xué)的，為此需要保持構(gòu)件與細(xì)部構(gòu)造穩(wěn)定性計(jì)算方法的相符性，這樣才能確保穩(wěn)定性計(jì)算的實(shí)際效用。

5、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性的改進(jìn)措施

5.1 盡量減小不確定性因素的影響

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，是不可能避免不確定因素影響的。為此只有盡量的減小不確定因素為鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能的分析和相關(guān)的設(shè)計(jì)，也可根據(jù)眾多的實(shí)驗(yàn)，最終選擇一個(gè)較為合理的方案來(lái)確定相關(guān)關(guān)系，也只有這樣才可以滿足設(shè)計(jì)要求和目的。

5.2 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(yàn)確定兩者直接的安全系數(shù)，這樣在進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的分析時(shí)，就會(huì)存在很大的誤差，嚴(yán)重影響到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，更不用說(shuō)達(dá)到設(shè)計(jì)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。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)該明確知道結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性能，深入了解設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，才會(huì)使得鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)不斷地完善，以免在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)生不必要的失穩(wěn)損失。

[1]劉明亮，王超，趙亮.淺談鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].科技致富向?qū)?2011（20）.

[2]苗鵬.關(guān)于現(xiàn)代建筑中鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用前景的分析報(bào)告[J].現(xiàn)代物理知識(shí),2005（6）.

趙銀實(shí)（1983-），女 ，吉林圖們?nèi)?，工程師，主要研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。