建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的原則與對(duì)策

徐智勇

【摘要】本文以“建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的原則與對(duì)策”為主要研究對(duì)象，首先闡釋了建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的原則，然后從多個(gè)角度論述了具體的設(shè)計(jì)要領(lǐng)和關(guān)鍵點(diǎn)，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員提供一定的借鑒和啟示。

【關(guān)鍵詞】建筑工程;鋼結(jié)構(gòu);穩(wěn)定性設(shè)計(jì);原則與對(duì)策

1、建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的基本原則

建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的基本原則，主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：

1.1結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原則

因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)比較特殊、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故而相關(guān)的工藝設(shè)計(jì)和施工工藝存在較大難度，而伴隨設(shè)計(jì)工藝和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，借助信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和應(yīng)力分布情況的檢測(cè)，已經(jīng)十分常見(jiàn)，故設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須多維度考量鋼結(jié)構(gòu)的承載能力和承載效果。

一方面，要充分考慮到建筑本身施工環(huán)境、建筑使用過(guò)程中的荷載系數(shù)、水平層面的穩(wěn)定需求;另一方面，要考慮建筑使用區(qū)域的抗震系數(shù)，保證鋼結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中必要的抗震效果和抗震能力。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)構(gòu)件大多是應(yīng)力比較集中的結(jié)構(gòu)，故有必要提升其穩(wěn)定性和承載效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)整體情況的優(yōu)化。

1.2協(xié)調(diào)性原則

如今，各行各業(yè)出現(xiàn)的建筑工程形態(tài)日趨復(fù)雜，尤其是不對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)頻率頗高，并慢慢成為一種潮流。所以，斜柱使用頻率越來(lái)越高，同類(lèi)型的建筑也可謂隨處可見(jiàn)，其較之于一般的垂直構(gòu)件，存在一定角度的傾斜，所以要想保證建筑物的穩(wěn)定性和安全性，就必須設(shè)計(jì)一定的剪力。

很多時(shí)候，設(shè)計(jì)師在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)出于簡(jiǎn)便考量，直接將垂直構(gòu)件表述為柱子，將斜柱表述為斜桿——這樣雖然不至于影響到建筑本身的穩(wěn)定性，但是一旦遇到需要調(diào)整剪力的情況，就會(huì)遭受一定程度的干擾。比如對(duì)于斜柱來(lái)說(shuō)，因其具有水平受力的功能，同時(shí)垂直方向也需要荷載，一旦設(shè)計(jì)是忽略了這一部分內(nèi)容，就有可能出現(xiàn)剪力的誤差，進(jìn)而影響后續(xù)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

鑒于此，設(shè)計(jì)師在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，有必要結(jié)合建筑的實(shí)際情況，一旦發(fā)現(xiàn)有需要設(shè)計(jì)剪力的必要，就必須遵循相應(yīng)的原則，進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)和調(diào)整，進(jìn)而保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1.3強(qiáng)柱弱梁原則

假設(shè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有時(shí)效性，質(zhì)量較高，那么其在承載水平過(guò)大或者強(qiáng)力荷載，塑性鉸就有可能會(huì)出現(xiàn)在梁上，反之，就有可能出現(xiàn)在柱子上。秉承“強(qiáng)柱弱梁”的基本設(shè)計(jì)原則，可以提高鋼結(jié)構(gòu)的抗壓能力，促使其自身的荷載能力得到進(jìn)一步提升，以便快速恢復(fù)到較為正常的狀態(tài)。

目前鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性需要進(jìn)行設(shè)計(jì)方面的計(jì)算和分析，確保塑性鉸能夠準(zhǔn)確地呈現(xiàn)在梁上，而要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就要保證設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算結(jié)構(gòu)和實(shí)際構(gòu)造完全一致，尤其是要注意鋼結(jié)構(gòu)的抗震效果。

2、建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析方法

建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析方法是基于概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，充分考慮到鋼結(jié)構(gòu)的幾何非線性影響，規(guī)定了二階效應(yīng)的系數(shù)選用。對(duì)于軸心受壓構(gòu)件、受彎構(gòu)件以及拉彎壓彎構(gòu)件穩(wěn)定性的分析計(jì)算規(guī)范，多采用一階彈性分析法，具體要點(diǎn)如下：

2.1軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性

軸心受壓構(gòu)件如果不夠穩(wěn)定，多是因?yàn)樵诤奢d作用下，軸心桿件的整體剛度不夠，所以軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性分析要點(diǎn)，主要包括這樣幾部分：

首先，結(jié)合桿件支座以及支撐的具體情況，對(duì)其長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇合適的構(gòu)件斷面、尺寸，合理控制桿件的長(zhǎng)短、粗細(xì)比例，確定壓桿的整體穩(wěn)定性系數(shù)，以確保構(gòu)件的穩(wěn)定;

其次，桿件之所以會(huì)出現(xiàn)局部出現(xiàn)穩(wěn)定的情況，主要是因?yàn)榻M成軸壓桿件的板件彎曲剛度不足，而在荷載作用下，板件出現(xiàn)翹曲變形而致使桿件局部失去穩(wěn)定性。所以要想改變這樣一種情況，就要選擇和是的桿件斷面，亦或者在桿件尚布置加勁肋，保障其穩(wěn)定性。

2.2受彎構(gòu)件的穩(wěn)定性

受彎構(gòu)件失去穩(wěn)定性，很大程度上是因?yàn)樵趯?shí)際工程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了節(jié)約材料，讓受彎構(gòu)件的界面的高和寬取較大的值，讓受彎構(gòu)件的平面外抗彎剛度以及抗扭曲度較低，這樣就會(huì)導(dǎo)致受彎構(gòu)件在荷載作用下，內(nèi)部彎矩達(dá)到臨界值，受壓翼緣發(fā)生屈曲變形。鑒于此，受彎構(gòu)件穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，包括這樣幾部分：

首先，控制構(gòu)件受壓翼緣不過(guò)早，容易產(chǎn)生屈曲變形，其可以通過(guò)設(shè)置側(cè)向支撐的方式，來(lái)減少平面外的自由長(zhǎng)度，或者通過(guò)加大構(gòu)件截面寬度的方式，來(lái)提高截面模量，進(jìn)而提高構(gòu)件整體的穩(wěn)定性;

其次，受彎構(gòu)件之所以會(huì)局部失去穩(wěn)定性，主要是因?yàn)闃?gòu)件的腹板與翼緣的寬厚比較大，荷載作用促使構(gòu)件發(fā)生彎曲影響穩(wěn)定性，所以為了改變這一類(lèi)情況，可以嘗試加大板件寬厚比或者布置加勁肋的構(gòu)造措施的方式。

2.3壓彎、拉彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定性

壓彎、拉彎構(gòu)件同時(shí)承受彎矩、軸壓力或者拉力的情況，屬于復(fù)合受力構(gòu)件。相對(duì)而言，壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定性情況更為突出、也更為嚴(yán)重一些，主要包括單向壓彎和雙向壓彎兩種類(lèi)型。在荷載的作用下，壓彎構(gòu)件容易出現(xiàn)因?yàn)閺澗囟鴮?dǎo)致的初始性完全變形，而且伴隨荷載的不斷加大，彎矩和軸壓力所產(chǎn)生的復(fù)合應(yīng)力也會(huì)不斷加劇，導(dǎo)致構(gòu)件的變形在達(dá)到峰值之后，徹底喪失穩(wěn)定性。所以為了避免類(lèi)似情況，多會(huì)采用放大彎矩的方法進(jìn)行計(jì)算。

3、建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：

3.1鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

加強(qiáng)和提升鋼結(jié)構(gòu)間穩(wěn)定性關(guān)系，需要格外重視鋼結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造。在針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)展開(kāi)設(shè)計(jì)時(shí)，要確保屋頂框架與屋頂板之間的有效連接，利用二者之間的穩(wěn)定性，來(lái)增加鋼結(jié)構(gòu)的抗震效果，進(jìn)而提升建筑本身的安全性能。

另一方面，支撐的選擇形式及位置，決定了鋼結(jié)構(gòu)的抗震強(qiáng)度，因此在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到這些元素，盡可能降低這些元素對(duì)鋼結(jié)構(gòu)抗震性能所產(chǎn)生的影響。

3.2強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)構(gòu)造需要考慮到連接承載水平，畢竟一旦連接損壞，梁和柱之間的連接會(huì)變得十分低效、而且結(jié)構(gòu)同樣容易被損壞。而要想避免這類(lèi)情況，需要注意的是：

首先，需要從梁端的設(shè)計(jì)內(nèi)力開(kāi)始操作，根據(jù)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的基本原則，進(jìn)行調(diào)節(jié)和設(shè)計(jì);

其次，應(yīng)當(dāng)采取必要的措施，來(lái)避免不良境況的出現(xiàn)。比如當(dāng)光束的端部得到釋放時(shí)，框架構(gòu)件就能夠顯示出塑性構(gòu)造損壞以前的變形，其中地震能量存在的目的在于保障，如果采取節(jié)點(diǎn)加焊接蓋的方式，那么連接靈活性與整體輪廓束相比較，所面臨的承載力更大，若采用法蘭連接，那么其抗沖擊的性能，就必須滿足相應(yīng)的要求和標(biāo)準(zhǔn)。

如今，中國(guó)的建筑行業(yè)也發(fā)展到一定水平，而相關(guān)的施工技術(shù)以及設(shè)計(jì)質(zhì)量也在穩(wěn)步提升當(dāng)中。鑒于如今我國(guó)建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，要采取合理有效的手段，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)展開(kāi)優(yōu)化，確保未來(lái)建筑工程整體質(zhì)量的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]李春.混凝土結(jié)構(gòu)工程施工工藝存在的問(wèn)題及對(duì)策[J].居業(yè)，2015（22）：103+105.