建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性原則及設(shè)計(jì)探討

曾憲偉

0 引言

由于現(xiàn)代化城市建設(shè)的速度越來越快，城市當(dāng)中的建筑物不斷增加。為了讓建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到更好的使用，設(shè)計(jì)人員結(jié)合最新的科學(xué)技術(shù)對(duì)建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行改進(jìn)，使得鋼結(jié)構(gòu)變得更加合理化、系統(tǒng)化。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，與其他建筑材料有著很大的不同，能夠?qū)Y源進(jìn)行有效節(jié)省，讓建筑達(dá)到節(jié)能減排的效果。在實(shí)際建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依然存在很多方面的問題，相關(guān)人員如果不對(duì)這些問題進(jìn)行合理的解決，會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此應(yīng)該對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行嚴(yán)格的把控，對(duì)人員的安全提高重視。

1 建筑工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

1.1 鋼結(jié)構(gòu)的多樣性

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，要想讓其擁有較高的穩(wěn)定性，就必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提高重視，避免鋼結(jié)構(gòu)受到設(shè)計(jì)方面的影響。設(shè)計(jì)人員在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)的所有環(huán)節(jié)都提高重視，并對(duì)其進(jìn)行充分的思考，特別是鋼結(jié)構(gòu)的受壓部位，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行充分的考慮。在一些建筑工程當(dāng)中，鋼結(jié)構(gòu)很容易受到結(jié)構(gòu)變形的影響，使鋼結(jié)構(gòu)受到了嚴(yán)重的壓力，容易導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)的整體性

在建筑工程當(dāng)中，鋼結(jié)構(gòu)是最為重要的組成部分，通常情況下是由多個(gè)部件共同組成。鋼結(jié)構(gòu)如果有一個(gè)部件出現(xiàn)了問題，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的連帶反應(yīng)，從而對(duì)其他部件產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響，甚至?xí)?duì)鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響。

1.3 失穩(wěn)與整體剛度

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，穩(wěn)定性與承受能力都會(huì)受到自身剛度的影響，并且鋼結(jié)構(gòu)的剛度還會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)成產(chǎn)生十分嚴(yán)重的限制。因此，穩(wěn)定性成為整體鋼結(jié)構(gòu)最為重要的核心。只有保障鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分擁有穩(wěn)定性，才能夠避免整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)受到影響。如果在實(shí)際使用當(dāng)中，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)了一定程度的變形，就會(huì)對(duì)內(nèi)力的分布產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響，甚至?xí)?duì)局部產(chǎn)生一定程度的弱化，從而對(duì)建筑物的整體承載能力產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

2 建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)原則

相關(guān)人員在開展建筑工程的時(shí)候，只有保障鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠擁有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，才能夠讓整體建筑擁有較高的安全性，相關(guān)人員必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中所有部件提高重視。

2.1 確保各個(gè)組成部分以及整體體系

在進(jìn)行建筑工程的過程中，相關(guān)人員必須對(duì)建筑工程特點(diǎn)進(jìn)行充分的分析，主要是因?yàn)榻ㄖこ藤|(zhì)量的好壞會(huì)受到鋼結(jié)構(gòu)好壞的影響，甚至?xí)?duì)建筑的安全產(chǎn)生影響。因此，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與鋼結(jié)構(gòu)的好壞產(chǎn)生直接聯(lián)系，相關(guān)人員在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)開展設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行嚴(yán)格的把控，避免鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)的情況。設(shè)計(jì)人員在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，由于前期具有一定程度的復(fù)雜性，所以設(shè)計(jì)人員可以使用一些先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備與專業(yè)的數(shù)據(jù)分析，嚴(yán)格檢查鋼結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)。只有對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行最為詳細(xì)的質(zhì)檢，才能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的使用。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)指標(biāo)檢查的時(shí)候，需要對(duì)很多方面開展檢查工作，比如鋼結(jié)構(gòu)的抗震強(qiáng)度系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)的阻尼比、水平荷載等。其中水平荷載在建筑工程的施工環(huán)境當(dāng)中，應(yīng)該保障豎向荷載為零，這樣才能夠讓水平荷載為零?？墒窃趯?shí)際施工當(dāng)中，荷載程度會(huì)有很多不同，特別是風(fēng)荷載，會(huì)對(duì)建筑水平的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

2.2 剪力調(diào)整問題

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，建筑物設(shè)計(jì)變得越來越復(fù)雜。在建筑工程當(dāng)中有不少建筑的設(shè)計(jì)是以不對(duì)稱為主，所以在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般都是使用斜柱開展建筑施工。相比于其他垂直部件，這種部件有更加分明的棱角，還有更嚴(yán)重的傾斜度。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)建筑構(gòu)件擁有更高的剪力要求。在實(shí)際的建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，很多設(shè)計(jì)人員為了便利，把垂直構(gòu)件改為柱子，把斜柱作為斜桿，這種設(shè)計(jì)雖然存在著一定的不合理性，但是卻不會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如果對(duì)框架柱進(jìn)行剪力調(diào)整，就會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響。除此之外，建筑豎直方向與水平方向都擁有支撐柱，這樣就可以把斜柱當(dāng)作水平方向的支撐柱子，使豎直方向缺乏支撐力度，對(duì)剪力計(jì)算造成嚴(yán)重的失誤，從而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性變得更差。

2.3 強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該注意柱與梁之間的整體性。只有對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行更加合理的設(shè)計(jì)，才能讓鋼結(jié)構(gòu)擁有較大承受力，一旦出現(xiàn)水平荷載較大與強(qiáng)震的時(shí)候，梁可以對(duì)壓力進(jìn)行絕大部分的承受，讓柱子承受較少的壓力，避免建筑受到壓力與強(qiáng)震的時(shí)候出現(xiàn)坍塌等情況。正是因?yàn)榱旱脑O(shè)計(jì)一定擁有較大的抗壓性，才能讓其恢復(fù)到原始的狀態(tài)，從而最大程度地減輕壓力，讓鋼結(jié)構(gòu)擁有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

3 建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析

3.1 靜力法

對(duì)于靜力法而言，其實(shí)就是把所有微小變形的結(jié)構(gòu)受力條件進(jìn)行結(jié)合，根據(jù)相關(guān)條件對(duì)其進(jìn)行微分方程平衡的建立。相關(guān)人員可以根據(jù)這些方程對(duì)臨界荷載進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。然而在實(shí)際的使用過程中，要想對(duì)相關(guān)平衡的微分方程進(jìn)行構(gòu)建，就必須在設(shè)定當(dāng)中遵守一定的規(guī)范，比如構(gòu)件應(yīng)該是截面的直桿，還應(yīng)該讓壓力保持之前的軸線進(jìn)行作用。

3.2 動(dòng)力法

對(duì)于動(dòng)力法而言，其實(shí)就是對(duì)處于平衡狀態(tài)的結(jié)構(gòu)體系，一旦在其中施加微小的干擾，必然讓其產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng)，在這樣的條件下，振動(dòng)加速度與結(jié)構(gòu)變形都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)荷載產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。如果荷載出現(xiàn)低于穩(wěn)定極限荷載值的情況，必然讓加速度與變形產(chǎn)生相反的方向。因此，在對(duì)其去除干擾之后，就能夠讓運(yùn)動(dòng)處于靜止的情況，讓結(jié)構(gòu)擁有較強(qiáng)的平衡狀態(tài)。臨界的狀態(tài)荷載通常都是鋼結(jié)構(gòu)的屈曲荷載，在鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率為零的情況下獲得。

4 建筑工程鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的計(jì)算方法

4.1 失穩(wěn)與整體剛度

在對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，可以對(duì)失穩(wěn)與整體剛度進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算規(guī)范當(dāng)中，最為常用的是計(jì)算軸心壓桿穩(wěn)定方法。主要是通過折減系數(shù)方法與臨界壓力求解法，其中臨界壓力都是通過歐拉公式得出。

4.2 整體分析其穩(wěn)定性

在建筑工程當(dāng)中，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會(huì)受到桿件的影響。因此，應(yīng)該保持穩(wěn)定性與杠桿之間有較強(qiáng)的聯(lián)系，設(shè)計(jì)人員在對(duì)穩(wěn)定性開展分析工作的時(shí)候，可以從鋼結(jié)構(gòu)整體下手。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，是通過各個(gè)杠桿組成的整體，一旦其中一個(gè)杠桿出現(xiàn)了變形與失穩(wěn)，就必然對(duì)其他剛性連接的桿件產(chǎn)生連帶影響。

4.3 穩(wěn)定計(jì)算的其他特點(diǎn)

相關(guān)人員在使用彈性穩(wěn)定計(jì)算的過程中，還需要對(duì)一些特點(diǎn)提高重視。主要是兩個(gè)方面，第一就是二階分析，對(duì)于柔性構(gòu)件而言十分重要，柔性構(gòu)件一旦出現(xiàn)了變形，就必然使鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部產(chǎn)生十分嚴(yán)重的變化，甚至?xí)a(chǎn)生極大的影響。另一方面就是不可以使用普通的計(jì)算原理，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。

5 高層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

由于鋼結(jié)構(gòu)有施工周期短、抗震性能好、承載力高等優(yōu)勢(shì)，尤其是城市當(dāng)中那些較高樓層的建筑。在對(duì)這些高層建筑進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，要保障節(jié)點(diǎn)連接良好，連接節(jié)點(diǎn)通常情況下有三個(gè)方面的要求：延性、耗能能力、強(qiáng)度。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該保障連接強(qiáng)度要高于相連構(gòu)件端部屈服承載力，讓其擁有較大的變形能力，從而對(duì)強(qiáng)度等方面進(jìn)行有效的彌補(bǔ)。鋼材自身就有較強(qiáng)的延性，但是無法在延性結(jié)構(gòu)當(dāng)中體現(xiàn)出來。因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對(duì)細(xì)部構(gòu)造進(jìn)行合理的使用，避免集中產(chǎn)生較大的約束應(yīng)力。

6 結(jié)束語

由于現(xiàn)代社會(huì)的經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，建筑行業(yè)得到相應(yīng)的提升，人民群眾對(duì)建筑工程的結(jié)構(gòu)安全性提出了更高的要求。對(duì)于建筑工程而言，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)對(duì)建筑工程有著十分重要的作用，對(duì)人民群眾的生命安全與工程的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直接的影響。相關(guān)人員應(yīng)該對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提高重視，并對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行合理的分析，制定有效的解決方案，讓鋼結(jié)構(gòu)擁有更高的穩(wěn)定性，保障建筑工程得到相應(yīng)的發(fā)展。