淺議建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

[摘要]進(jìn)入二十一世紀(jì)，我國(guó)的建筑施工領(lǐng)域迎來(lái)了全面發(fā)展的新時(shí)期，在經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)革新和材料革新之后，目前建筑工程項(xiàng)目中普遍采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這類設(shè)計(jì)最大的優(yōu)勢(shì)為堅(jiān)固結(jié)實(shí)，價(jià)格低廉，施工簡(jiǎn)單；同時(shí)受到鋼材自身的物理和化學(xué)性質(zhì)的制約，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性極不可靠。本文對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行了深入的分析，通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的研究，希望在節(jié)約建筑成本的前提下，提高建筑鋼結(jié)構(gòu)施工的工作效率以及結(jié)構(gòu)的使用與耐久性。

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

1、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)分析

鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行逐一落實(shí)。首先，應(yīng)當(dāng)遵循國(guó)家的相關(guān)施工建設(shè)文件中的條款和要求。其次，還要結(jié)合具體的施工項(xiàng)目的施工要求，以及施工場(chǎng)所相對(duì)應(yīng)的水文地理?xiàng)l件、施工條件、環(huán)境條件等，最后，結(jié)合以上兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)思路的綜合匯總，最終確定出最科學(xué)合理的施工建設(shè)檔案。

2、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)失穩(wěn)影響因素

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏深度

我國(guó)建筑設(shè)計(jì)相關(guān)法令中雖然對(duì)建筑設(shè)計(jì)人員進(jìn)行了嚴(yán)格的界定：建筑設(shè)計(jì)人員必須為有專業(yè)資格的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。但由于現(xiàn)階段我國(guó)大多數(shù)設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)能力不足，設(shè)計(jì)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，同時(shí)，由于大部分單位的建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員都是剛剛畢業(yè)的應(yīng)屆畢業(yè)生，這些設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中由于缺乏相關(guān)的實(shí)際工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)單純的死學(xué)書本中的知識(shí)，并沒(méi)有對(duì)相關(guān)理論知識(shí)有一個(gè)很好的掌握，書本無(wú)法與實(shí)際相結(jié)合，導(dǎo)致最終的建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)深度不足，也往往不會(huì)深入考慮建筑鋼結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)穩(wěn)定性以及安全性相關(guān)問(wèn)題，這些種種的原因顯然導(dǎo)致他們的設(shè)計(jì)水平無(wú)法達(dá)到建筑設(shè)計(jì)應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，顯而易見(jiàn)的我們可以發(fā)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)單位雖然即使可以設(shè)計(jì)出建筑鋼結(jié)構(gòu)，但是其設(shè)計(jì)水平是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的。

2.2剪力調(diào)整不均勻

我國(guó)的高層建筑結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜。尤其是采用了不對(duì)稱設(shè)計(jì)的建筑中含有大量的斜柱結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)，斜柱結(jié)構(gòu)傾角十分明顯，這就需要建筑結(jié)構(gòu)具有更大的剪力。目前的國(guó)內(nèi)建筑設(shè)計(jì)人員在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)，通常會(huì)將垂直構(gòu)件簡(jiǎn)化為柱子，將斜柱簡(jiǎn)化為斜桿。雖然在一般情況下，這種做法不會(huì)對(duì)建筑的整體穩(wěn)定性造成太大影響，但是茌對(duì)框架柱剪力進(jìn)行調(diào)整的過(guò)程中則會(huì)影響到建筑的穩(wěn)定性。由于建筑物中的斜柱主要起到橫向支撐的作用，但也需要一定程度的豎直荷載作為堅(jiān)向支撐，所以這一部分荷載就會(huì)對(duì)剪力的計(jì)算造成較大的影響。由此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)人員在對(duì)剪力進(jìn)行調(diào)整時(shí)一定要充分考慮到豎直方向荷載的影響。依照建筑區(qū)域的具體環(huán)境，合理調(diào)整建筑物的剪力，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)

根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求，在對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的弱梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行彈塑性的分析以及重點(diǎn)計(jì)算，因?yàn)?，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的柱以及梁之間的整體性進(jìn)行綜合考慮。通過(guò)長(zhǎng)期的研究，人們發(fā)現(xiàn)合理而安全的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要滿足茌面臨無(wú)論是強(qiáng)震或是建筑構(gòu)件承受水平荷載較大的情況下時(shí)，建筑鋼結(jié)構(gòu)中的塑性鉸通常情況下是出現(xiàn)在梁上而非出現(xiàn)在建筑鋼結(jié)構(gòu)柱子上，這樣的塑性鉸可以有效保證鋼結(jié)構(gòu)的整體性不至于瞬間被破壞，使得整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的整體抗壓性，并且更加較為容易的使建筑恢復(fù)到初始的形態(tài)，對(duì)建筑整體有一個(gè)較好的保護(hù)性，但是現(xiàn)行設(shè)計(jì)往往對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行了普遍性的忽略，使得建筑鋼結(jié)構(gòu)在后期使用上長(zhǎng)期失穩(wěn)，尤其在抵抗外力作用下時(shí)這一點(diǎn)更為明顯，因而，在后期的建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該對(duì)強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)加以注意。

3、保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)

3.1借鑒多種成熟設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

目前，由于技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段的計(jì)算機(jī)技術(shù)也已成為一門較為成熟的技術(shù)，因而，在現(xiàn)階段的建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑鋼結(jié)構(gòu)以及建筑平面內(nèi)的強(qiáng)度還有其建筑整體的穩(wěn)定性計(jì)算，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)的方法來(lái)進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)與計(jì)算分析。通過(guò)計(jì)算機(jī)的方法不僅在一方面大大縮短了設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)周期，提高了工程的設(shè)計(jì)效率，另一方面，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計(jì)算，也大大減少了由于人為計(jì)算而產(chǎn)生的計(jì)算方面的失誤，從根本上提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度，進(jìn)一步確保了建筑鋼結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)的合理與準(zhǔn)確性。

3.2完善節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)內(nèi)容之一就是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，其從傳力特點(diǎn)出發(fā)可分為半剛接、絞接和剛接等，連接方式的不同對(duì)結(jié)構(gòu)的影響也有所不同。通常節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)包括以下幾點(diǎn)：①栓接：對(duì)于高層建筑中的鋼結(jié)構(gòu)而言，多將19.0s強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)螺栓作為結(jié)構(gòu)連接傳力螺栓，并且螺栓基本選用扭剪類型，其中連接型則使用摩擦類型。②焊接：由于焊接的焊縫尺寸及形式具有嚴(yán)格規(guī)定，因此茌實(shí)際焊接中遵守這些規(guī)定，保證焊接的科學(xué)與準(zhǔn)確。③連接板：適當(dāng)加厚4mm的梁腹板，然后驗(yàn)算抗剪凈截面。④梁腹板：驗(yàn)算栓孔位置的腹板抗剪凈截面，并有效連接高強(qiáng)承壓型螺栓，然后驗(yàn)算局部孔壁的承壓能力。

3.3加強(qiáng)靜力分析和動(dòng)力分析

（1）靜力法

靜力法指得是靜力平衡方法，主要分析在鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生微小形變之后的受力情況，結(jié)合相關(guān)力學(xué)數(shù)值建立不平衡微分方程，最終得出臨界荷載。

（2）動(dòng)力法

當(dāng)結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)整體施加任何微小的干擾都會(huì)使結(jié)構(gòu)整體發(fā)生振動(dòng)，在這種情況下任何振動(dòng)的加速以及結(jié)構(gòu)的變形都會(huì)影響到整體結(jié)構(gòu)的荷載。當(dāng)荷載值處于最低荷載極限之下時(shí)，則變形的方向會(huì)與加速度相反。所以，當(dāng)除去干擾后，所有的運(yùn)動(dòng)都會(huì)停止，使整體結(jié)構(gòu)達(dá)到平衡狀態(tài)。臨界狀態(tài)的荷載主要為鋼結(jié)構(gòu)的屈曲荷載，獲得屈曲荷載的前提是振動(dòng)頻率為零。

結(jié)語(yǔ)：

近年來(lái)隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平也隨之快速提升。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展我國(guó)各行各業(yè)隨之不斷的建設(shè)，尤其是我國(guó)的建筑行業(yè)也在不斷前進(jìn)，而建筑鋼結(jié)構(gòu)由于其優(yōu)越性使得其在建筑行業(yè)中被大量的應(yīng)用，但是隨著建筑鋼結(jié)構(gòu)的不斷應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在應(yīng)用時(shí)對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。