解析影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的一些因素

摘要：鋼結(jié)構(gòu)因其有較強(qiáng)的抗震性、自重較輕及強(qiáng)度高等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于建筑工程中。而各類鋼結(jié)構(gòu)中都會存在穩(wěn)定性問題，一旦處理不當(dāng)就會造成失穩(wěn)，引起人員傷亡和財產(chǎn)損失，給工程帶來巨大的損失。就此，本文對影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計因素進(jìn)行了較為深入的探究，希望能給同行人員提供一點參考。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性設(shè)計；影響因素

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步和社會的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)模與體系也得到了迅速的發(fā)展。伴隨逐漸增多的鋼結(jié)構(gòu)工程，對于使用鋼結(jié)構(gòu)理論的建筑設(shè)計也日趨科學(xué)化和體系化。鋼結(jié)構(gòu)和以前傳統(tǒng)的建筑材料相比，具有強(qiáng)度比較高、重量較輕和施工時間較短等特點，并可達(dá)到節(jié)能減排的作用。因此，建筑鋼材料被廣泛的應(yīng)用到建筑工程當(dāng)中。雖然其優(yōu)點不少，然而其穩(wěn)定性的控制也是鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計中需要解決的重要問題。就此，本文對影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的因素進(jìn)行了解析。

2 鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)分類

2.1 分支點

在其軸心的受壓構(gòu)件較為完好的情況下，當(dāng)端部受壓力時，其所承受壓力≤某個限值，但依然處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，那么此時鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面承受較為均勻的壓力，若軸線有狀況產(chǎn)生也僅僅為壓縮變形。而相反的是，若端部所受荷載壓力的時候，其所承受的壓力>限值，此時，其構(gòu)件便會發(fā)生彎曲性的變化，那么就會使得原來的軸心所受到的壓力平衡的形式發(fā)生一定程度上的改變，從而導(dǎo)致分支點出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。如圖1 所示，當(dāng)荷載有所增加時，在鋼結(jié)構(gòu)的平衡出現(xiàn)改變的同時，也會出現(xiàn)新的平衡形式而又造成失穩(wěn)。

2.2 極值點以及跳躍的失穩(wěn)

此失穩(wěn)主要是因為塑性擴(kuò)展至一定程度的時候，鋼材所做成的偏心受壓構(gòu)件便失去了其穩(wěn)定性能力，從而使得平衡的形式改變而產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。與分支點與極值點的失穩(wěn)有所不同，跳躍的失穩(wěn)則為當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件狀態(tài)失去其穩(wěn)定平衡之后，跳躍至其他的穩(wěn)定平衡狀態(tài)（見圖2）。在荷載q存在的條件下，荷載的曲線OA 成現(xiàn)穩(wěn)定的上升，而一旦達(dá)到最高點A時，又就會自動的跳躍至C，拱結(jié)構(gòu)下垂，因AB曲線不太穩(wěn)定，且BC曲線處于穩(wěn)定的上升階段，不存在極值點以及分支點，因此，可以斷定鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)了。

3影響鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性因素

3.1 構(gòu)件承載強(qiáng)度影響

構(gòu)件承載強(qiáng)度的影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，其中構(gòu)件材料的應(yīng)力、截面特征等，都對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有一定的影響。剛的整體結(jié)構(gòu)的支撐性能與抗彎曲性能對其也有一定的影響，設(shè)計建模也是為了對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，考慮種種因素（所提的假設(shè)、數(shù)學(xué)模型、技術(shù)水平及邊界條件）對其影響，，影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素還有計算的理論值與實際承載力出現(xiàn)的差異，在穩(wěn)定性設(shè)計時，這些影響因素都必須被考慮的。

3.2穩(wěn)定設(shè)計理論的影響

（1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計中如何反映軸力和彎矩的耦合效應(yīng)成為鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中最大的問題。在大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計中通常是取一個比較穩(wěn)定的安全系數(shù)，但不一定能夠看出網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)真的受力狀態(tài)，因此，在結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定設(shè)計理論還很不完善的狀況下，整體與局部間的穩(wěn)定性作用關(guān)系是值得研究的。

（2）對于鋼結(jié)構(gòu)而言，其穩(wěn)定性理論也是不完善的，而人們在日常設(shè)計中，卻是從完善的角度出發(fā)，很多隨機(jī)因素并沒有考慮進(jìn)去，這樣就對穩(wěn)定性造成一定的影響。在實際的工程施工之中，因限于其結(jié)構(gòu)參數(shù)的不確定，而導(dǎo)致響應(yīng)上出現(xiàn)差異，所以，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計就應(yīng)著手于考慮隨機(jī)參數(shù)的結(jié)構(gòu)極值失穩(wěn)和干擾型屈曲以及跳躍型失穩(wěn)等的問題研究。

4 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計

4.1 基本準(zhǔn)則

a.鋼結(jié)構(gòu)在安排的時候，應(yīng)對整個的鋼結(jié)構(gòu)體系以及組成的穩(wěn)定性要求進(jìn)行詳細(xì)的考慮。由于當(dāng)前的諸多鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是以平面體系為主，因此，為了確保其平面結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)失穩(wěn)的狀況，平面的整體安排是整個設(shè)計的關(guān)鍵所在。如對框架及桁架的支撐構(gòu)建進(jìn)行加大。同時也要保證構(gòu)件穩(wěn)定的計算與結(jié)構(gòu)安排的相一致。

b.鋼結(jié)構(gòu)的計算簡圖要與實際的鋼結(jié)構(gòu)計算方式所規(guī)定的簡圖一樣。而在進(jìn)行單層和多層的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須進(jìn)行相應(yīng)的穩(wěn)定性計算，以此來獲取框架穩(wěn)定的柱長度系數(shù)，同時，通過穩(wěn)定性來進(jìn)行分析，以確保柱的穩(wěn)定計算和框架的穩(wěn)定性的計算相同。設(shè)計者在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計的時候必須滿足基本規(guī)范假設(shè)才能使用。

c.鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計和其穩(wěn)定性的計算要保持一致性。因確保鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和其構(gòu)建的穩(wěn)定性計算一致為設(shè)計中最為重要的問題之一，而在對穩(wěn)定性進(jìn)行考慮時，應(yīng)從不同強(qiáng)度的需求來對鋼結(jié)的構(gòu)構(gòu)造進(jìn)行考慮。

4.2 對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固

4.2.1 對結(jié)構(gòu)計算的圖形進(jìn)行必要的改變以加固鋼結(jié)構(gòu)

此加固的方式是把荷載分布的狀況與邊界的條件以及傳力途徑等性質(zhì)進(jìn)行必要的改變，以此來增加輔助桿件與支撐結(jié)構(gòu)并實行加固。在結(jié)構(gòu)的計算圖形中，加大輔助桿件與支撐，不但有助于結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)的增加，也對結(jié)構(gòu)的剛度增強(qiáng)有一定的幫助，再通過驗算等手段來鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的承載力與動力獲得一定程度上的提高。同時，減少鋼結(jié)構(gòu)的長細(xì)比，而使得鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性便的更強(qiáng)。

4.2.2 減輕及改變荷載的分布

通過受彎桿件荷載的改變，把單獨(dú)的集中端部支撐荷載承受轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€的端部支撐的荷載承受并進(jìn)行相應(yīng)的加固。在選取截面進(jìn)行加固之時，一定要注意到截面的形式，其須具有實際的加固缺陷與損傷滿足的加固要求，這樣才可使得鋼結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定。

4.2.3 對固件的連接進(jìn)行加固

通過采用焊縫或高強(qiáng)度的螺栓以及柳釘?shù)鹊姆绞綄摻Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的連接加固。在進(jìn)行加固連接的時候，一定要根據(jù)實際的工程鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的加固。比如鋼結(jié)構(gòu)的加固的原因與目的以及鋼結(jié)構(gòu)的實際受力情況與構(gòu)造等進(jìn)行分析之后，方可確定固件的連接方式。通常情況下，在采用焊縫的連接過程中，要注意選用已被確認(rèn)的焊接工藝和連接材料，才可以進(jìn)行焊接加固，從而確保鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，我國的建筑行業(yè)也是在不斷發(fā)展中飛速前進(jìn)。建筑的安全性能也更應(yīng)該引起建筑師的注意。建筑中鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計不是簡單的將建筑付諸于施工階段即可，它是一項責(zé)任十分重大的工作，直接關(guān)系到人民群眾的生命安全和建筑工程的經(jīng)濟(jì)收益。因此，在建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計單位和技術(shù)人員需要采用新的理念和方法，保障鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的安全性和穩(wěn)定性，使得我國的建筑事業(yè)在摸索中穩(wěn)步前進(jìn)。

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