如何減小大跨度鋼結構廠房的應力變形

張 強

（山西榆次城建開發二公司，山西 晉中 030600）

引言

隨著現代企業的發展需求，大跨度鋼結構廠房以其重量輕、剛度大、節約材料成本、加工方便等優點越來越受到各個企業的青睞，此廠房的特點往往是具有一定的高度同時跨度比較大，在各層都會有很多不同的設備。然而鋼結構廠房的一個很明顯的問題就是如何減少廠房的應力變形問題，在建筑結構當中所使用的鋼材變形能力都很強，本文正是從大跨度鋼結構廠房從設計與分析兩個角度出發，闡述了大跨度鋼結構廠房在結構上如何減少應力變形、強調在設計的過程中如何選擇合理結構，在設計時一定要結合之前的工程實例，最大程度減少大跨度鋼結構工業廠房的應力變形使廠房結構更加的堅固、耐用。

1 大跨度鋼結構廠房的特點

大跨度的鋼結構同傳統的鋼筋混凝土結構相比具有很多的優勢，首先在材質的質地上更加的均勻；在加工制造方面簡化了很多的流程；同時運輸起來更加的便捷；自身具有很高的強度、本身的重量較輕；塑性和韌性好非常好；在空間上具有大跨度的優點，這就使其非常方便的使用在倉庫以及工業廠房等設施上。

大跨度鋼結構廠房由于使用的鋼材容易發生變形，當鋼結構受到強大的外力時，就會由于應力不足，而出現較大的變形。當鋼結構的應力不足而遭到破壞時，在失去穩定平衡之前的變形很小，也就是說大跨度鋼結構具有脆性破壞的特征，所以一旦應力不足就會出現結構失穩，而在出現問題之前并沒有明顯的變形，所以一般不會被發現，也就是說往往事故的發生會非常突然，所以很難去預防，將造成難以挽回的損失。

2 如何減少大跨度鋼結構廠房的應力變形

2.1 大跨度鋼構廠房應力變形產生的原因

設計工程師在對整個大跨度鋼結構廠房的線性結構分析中，通常都會假設結構的不會發生非常大的變形，整個結構對于力量的負載、位移之間的關系是線性的。如果整個結構的應力不過將會使得結構發生明顯的幾何形狀改變，所以說如果在對鋼結構廠房的穩定性進行分析時，一定要考慮應力變形對整個結構的影響，如果負載、位移之間的關系是非線性的，那么整個結構的應力變形就會有很大的不同，在這種狀態之下我們觀察兩者之間的關系曲線可以看出每一點所代表的都是一個平衡狀態，都是滿足平衡方程、協調方程和本構方程的，因此這個曲線我們又可以稱之為平衡路徑。在這個曲線上，如果負載是隨位移而進行變化，我們就可以說平衡狀態是穩定的；反之，則整個平衡狀態就是不穩定的。

在通常的狀態下，我們可以將大跨度鋼結構廠房的應力變形問題可以分為兩類。首先是大跨度鋼結構廠房具有分支點不穩定的問題，我們通常所說的直桿軸心受壓時的發生彎曲變形以及如何去完善平板中平面受壓時發生彎曲和變形的問題都是這一類的問題；其次是分支點不穩定的問題，例如鋼結構的偏心受壓構件，在它的塑性發展到某種程度的時候就會失去使應力無法承受而發生變形。在大跨度鋼結構廠房中，在軸心位置的構件，通常都會無法避免一些初彎矩，在負載的作用點上難免會出現偏心的狀況。所以說要對大跨度鋼結構廠房的應力變形進行類型分類，我們還要了解問題對構件具有的影響。

2.2 減少大跨度結構廠房的應力變形的具體實施細節

在進行大跨度廠房設計的時候考慮局部設計對整體應力變形的影響，大跨度鋼結構廠房設計的工程師在做廠房設計時，一定要參考之前的工程實例，對局部的設計要更加的細致。目前大跨度鋼結構的廠房結構大多都是參照平面體系來進行設計的，例如說桁架、框架等。所以要想減少大跨度鋼結構廠房的應力變形，我們一定要從局部到整體的布置方面來進行解決，在一些位置增加必要的支撐構件，來增加多點的支撐力，增大廠房的受力點，以最大程度的減少應力變形。

在進行大跨度鋼結構廠房的設計過程中，我們可以一定要將所使用的桿件穩定程度考慮進去，通過計算來增加桿件的穩定程度，在計算的過程中往往所依據的是假設的條件或一些典型的情況所得出來的，同時我們可以參考之前的工程，在已經成熟、成功的大跨度鋼結構廠房設計當中吸取更多的實際經驗，來獲得更真實的數據，在實際的設計當中如果廠房的結構同假設條件相符合才能正確應用。所以說在設計時要充分考慮未來大跨度鋼結構廠房的具體結構，這樣整個假設和技術才會更加的有效。

在大跨度鋼結構廠房的設計過程中要注意在結構的細部構造設計上同桿件的穩定計算上要注意二者的相互配合，只有這樣使二者才能一致性。例如梁的整體穩定性就和梁端連接構造關系密切，在設計中就要注意二者之間的聯系，同時由于大跨鋼結構廠房結構所使用的桿件數量是非常多的，所以說設計者們盡可能的簡化模型，但是即使是這樣其自由度也成也是非常反對的，所以說在進行結構構件設計之前，就不得不用有限元方法對整個鋼結構進行一個精確的數值分析。對于大跨度鋼結構廠房的分析通常都是從簡單模型開始，之后以此為整個設計的依據，再運用合理的分析模型以及求解方法，去進一步的分析模型，以找到最好的方式來減少應力變形。

3 大跨度鋼結構廠房現狀以及未來展望

通過上面的論述我們可以知道目前大跨度的鋼結構廠房在設計上已經有了非常成熟的發展，現在大多數的工程設計中都是在使用著一些普遍的設計方法，我們國家地域遼闊，所以不同的地域具有不同的特點，所以說在進行大跨度鋼結構廠房的時候還要考慮到地域性特點，例如說抗震、氣候、地質等都會對工程有一定程度的影響，也就是說在做設計時不能所有的工程都是同一個模式，一定要考慮結合當地的地理特點。另外，大跨度的鋼結構廠房相對于傳統的鋼筋混凝土結構體系造價要低一些，而且整個建筑空間具有很高的利用率，加工起來更加方便，一旦發生災害之后很容易修復，同時在施工方面，周期短、資金占用少、對環境破壞和污染也相對較少，由于使用的是鋼材所以回收和再生利用率高，這些都是鋼結構廠房的優勢，所以現代工廠設計中采用這一結構的越來越多，然而，如何減少大跨度鋼結構廠房的應力變形是一個急需解決的問題，本文針對此問題給出了一些建議，相信在未來設計者們，會逐步改善這一問題，使得大跨度鋼結構廠房具有更加廣泛的應用。