關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性研究

李建海+王珍吾+劉良林

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)水平的提升，建筑業(yè)的發(fā)展前景日益廣闊。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)具有較高的穩(wěn)定性和抗震性能，被廣泛運(yùn)用于建筑工程領(lǐng)域。但是，在現(xiàn)代工程史上發(fā)現(xiàn)了許多因鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)而產(chǎn)生的事故，為了確保工程的安全及質(zhì)量，強(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本文首先簡(jiǎn)要敘述了鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的有關(guān)原則，然后闡述了鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)過(guò)程之中存在的漏洞，并且分析了鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中的加固方式。

關(guān)鍵詞：鋼 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-5349（2017）07-0198-01

在現(xiàn)代許多鋼結(jié)構(gòu)的建筑當(dāng)中，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差的情況非常常見(jiàn)。這不僅給施工的過(guò)程帶來(lái)巨大的風(fēng)險(xiǎn)及安全隱患，而且還可能會(huì)出現(xiàn)重大的經(jīng)濟(jì)損失以及人員損傷情況。目前建筑領(lǐng)域已經(jīng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)給予高度重視，這也是該行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，完善鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性，可以在節(jié)約資源的同時(shí)保障工程的實(shí)施質(zhì)量。

一、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的原則

（一）計(jì)算方式與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖保持一致

目前，在對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的過(guò)程中，常常是直接進(jìn)行框架柱的穩(wěn)定計(jì)算，這時(shí)一定要保障框架結(jié)構(gòu)計(jì)算所給出的基本假設(shè)，然后依據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖確定具體的結(jié)構(gòu)尺寸，用相應(yīng)的計(jì)算方式進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。若結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和計(jì)算方法不一樣時(shí)，要調(diào)整計(jì)算方式，而不是去修改結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

（二）鋼結(jié)構(gòu)布置符合穩(wěn)定性要求

在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置的過(guò)程中，一定要確保每個(gè)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性要求，切勿將眼光僅放在容易出問(wèn)題的環(huán)節(jié)。若處理了平面失穩(wěn)的情況，不可放任不管，要設(shè)計(jì)有效的支撐構(gòu)建來(lái)進(jìn)行消除。與此同時(shí)，還需要高度重視桿件的穩(wěn)定與平面橫隔設(shè)置之間的關(guān)系，確保二者均滿足穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的要求。

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

（一）不確定因素過(guò)多

在鋼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)之中，存在許多不確定因素。例如，鋼構(gòu)建承載的強(qiáng)度就會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，主要涵蓋了構(gòu)建材料的截面特點(diǎn)以及應(yīng)力等多重因素，而且整體結(jié)構(gòu)的支撐力和抗扭力性能也會(huì)在一定程度上束縛鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。然而在建模設(shè)計(jì)當(dāng)中所涉及的數(shù)學(xué)模型、假定以及邊界條件等，以現(xiàn)在的技術(shù)水平難以實(shí)現(xiàn)，使得在最后的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，理論數(shù)值和實(shí)際承載力之間存在過(guò)大的偏差，這類問(wèn)題都會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)產(chǎn)生一定程度的影響。

（二）梁—柱單元理論的濫用

在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)之中，梁—柱單元理論已經(jīng)逐漸成長(zhǎng)為了最核心的設(shè)計(jì)理念。但不容樂(lè)觀的是梁—柱理論難以全方位地反映出網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力情況，比方說(shuō)軸力及彎矩這二者之間的耦合效應(yīng)。梁—柱是在整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)過(guò)程中，是最為基本的環(huán)節(jié)。所以在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的實(shí)際操作中，梁和柱的穩(wěn)定性以及這二者之間的力學(xué)效應(yīng)切不可忽視。

（三）預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系不夠完善

在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，預(yù)張拉鋼結(jié)構(gòu)體系是一個(gè)不容忽視的關(guān)鍵點(diǎn)。在長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)的工程建設(shè)過(guò)程之中，預(yù)張拉鋼結(jié)構(gòu)體系一直存在著這樣那樣的不足與缺陷，沒(méi)有科學(xué)完整的理論體系來(lái)對(duì)預(yù)張拉結(jié)構(gòu)之中穩(wěn)定性進(jìn)行深入探討。所以，這也就難以保障整個(gè)建筑工程的穩(wěn)定性，這也表示建立一個(gè)科學(xué)完善的預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)刻不容緩。

（四）忽視了局部和整體之間穩(wěn)定性的關(guān)系

在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)過(guò)程中，存在大跨度的鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性與局部穩(wěn)定性計(jì)算欠精準(zhǔn)的狀況。盡管其穩(wěn)定性計(jì)算模仿了過(guò)去的案例來(lái)確定整體穩(wěn)定性及部分穩(wěn)定性間的安全系數(shù)，但是并沒(méi)有根據(jù)具體的工程情況來(lái)計(jì)算出更加科學(xué)的安全系數(shù)。所以，難以真實(shí)地表達(dá)整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性之間的關(guān)系，進(jìn)而無(wú)法保障鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。

三、強(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性的主要策略

（一）盡可能縮小不確定成分的影響

在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)過(guò)程中，不確定成分所帶來(lái)的影響是無(wú)法規(guī)避的，但是可以靈活利用一些技巧來(lái)縮小不確定成分的影響力。比方說(shuō)，可以深入分析鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。至于變更鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的這種加固方式，就是根據(jù)邊界條件以及荷載的具體分布情況，通過(guò)附加桿件的科學(xué)設(shè)置以及支撐點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，有效提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。

（二）科學(xué)使用梁—柱單元理論

梁—柱理論在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，是最基本也是最為重要的。這就表示，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程的場(chǎng)地、施工材料以及設(shè)計(jì)方案等諸多有關(guān)事宜進(jìn)行深入考察，結(jié)合梁—柱單元理論，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中的細(xì)部構(gòu)造、構(gòu)建之間的穩(wěn)定性、整體構(gòu)造以及組成部分之間的穩(wěn)定性等多重因素進(jìn)行深入分析，實(shí)現(xiàn)提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性的目標(biāo)。

（三）構(gòu)建完善的預(yù)張拉結(jié)構(gòu)理論體系

對(duì)于整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)過(guò)程而言，預(yù)張拉結(jié)構(gòu)理論體系是不容忽視的關(guān)鍵所在。在構(gòu)建了科學(xué)完善而且合理有效的預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系之后，在此理論體系的協(xié)助下，對(duì)預(yù)張拉結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，所得出來(lái)的結(jié)果必定是準(zhǔn)確科學(xué)的，這樣也能夠從根本上有效提升鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（四）密切關(guān)注局部與整體間穩(wěn)定性的關(guān)系

依據(jù)工程的具體狀況，深入考察施工現(xiàn)場(chǎng)以及材料，計(jì)算出科學(xué)可靠的安全系數(shù)，減小誤差，提升鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。比方說(shuō)，在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，把鉸接改成鋼接，增加中間支座或者調(diào)整連續(xù)結(jié)構(gòu)的支座位置。

四、結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中的穩(wěn)定性會(huì)對(duì)工程的安全以及質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程之中，各工作人員必須清楚結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際穩(wěn)定性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)之中存在的問(wèn)題給予高度重視，針對(duì)工程的實(shí)際情況進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)失穩(wěn)情況而引發(fā)重大安全事故。

責(zé)任編輯：楊國(guó)棟