建筑工程項(xiàng)目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性探究

丁 亮

(南京蘇夏工程設(shè)計(jì)有限公司)

建筑工程項(xiàng)目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性探究

丁 亮

(南京蘇夏工程設(shè)計(jì)有限公司)

近幾十年來(lái)我們國(guó)家建筑行業(yè)發(fā)展形勢(shì)極好，建筑鋼結(jié)構(gòu)也因其在建筑行業(yè)當(dāng)中的顯著優(yōu)勢(shì)而得到了相當(dāng)廣泛和充分的應(yīng)用，當(dāng)然，隨之而來(lái)的也會(huì)有各個(gè)方面的問(wèn)題，其中在建筑行業(yè)內(nèi)表現(xiàn)最為突出的一點(diǎn)就是穩(wěn)定性問(wèn)題。本文正是在這樣一種現(xiàn)實(shí)背景之下，對(duì)建筑工程項(xiàng)目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，旨在探究其穩(wěn)定性提高的措施和方法，希望能夠基于此來(lái)有效提高鋼結(jié)構(gòu)施工的安全性和施工效益，在節(jié)約施工成本的基礎(chǔ)之上進(jìn)一步保障其穩(wěn)定性和使用質(zhì)量。

建筑工程，施工項(xiàng)目，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，穩(wěn)定性

一、建筑工程項(xiàng)目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

建筑工程項(xiàng)目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則在穩(wěn)定性上的體現(xiàn)主要包含以下三點(diǎn)[1]：一是組成部分以及整個(gè)體系的這樣兩個(gè)不同層面的穩(wěn)定，二是剪力調(diào)整，三是強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)。通常都可以通過(guò)這樣三個(gè)方面的設(shè)計(jì)來(lái)保證鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在建設(shè)以及使用過(guò)程當(dāng)中都不會(huì)發(fā)生不良的失穩(wěn)狀況。

1 各個(gè)層面保證穩(wěn)定性

鋼結(jié)構(gòu)顯著的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)就是性能出眾，同時(shí)也正是這樣一個(gè)特點(diǎn)決定了其前期的工藝設(shè)計(jì)是十分復(fù)雜的，設(shè)計(jì)師不僅需要非常專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，同時(shí)還需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)密的檢測(cè)和測(cè)試，只有在各個(gè)方面完全達(dá)標(biāo)以后才能夠?qū)①|(zhì)量達(dá)標(biāo)的鋼結(jié)構(gòu)投入到大批量的生產(chǎn)和使用當(dāng)中去。與鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的技術(shù)參數(shù)較多，包括水平載荷系數(shù)、抗震強(qiáng)度或者是結(jié)構(gòu)的阻尼比等，這里以水平載荷系數(shù)為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，建筑只有處于完全理想狀態(tài)之下水平載荷才會(huì)為零，但這在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下是不可能實(shí)現(xiàn)的，風(fēng)載荷等都會(huì)從不同程度上在水平方向上對(duì)建筑的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，正是因?yàn)檫@樣一些客觀狀況，設(shè)計(jì)師就一定要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際環(huán)境情況來(lái)對(duì)水平荷載系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終避免建筑因?yàn)榉€(wěn)定性的原因而產(chǎn)生坍塌。

2 剪力調(diào)整問(wèn)題

剪力調(diào)整問(wèn)題也是鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中需要高度關(guān)注和重視的一個(gè)問(wèn)題，這主要是因?yàn)殡S著我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平和技術(shù)水平的持續(xù)提高，建筑樓層越來(lái)越高，建筑形式也越來(lái)越復(fù)雜，斜柱或者是不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)等異形結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的頻率非常之高，這毫無(wú)疑問(wèn)是對(duì)建筑穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提出了更高的要求。目前為止，我們國(guó)家在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)多采用簡(jiǎn)化的方式來(lái)進(jìn)行處理，如垂直構(gòu)件簡(jiǎn)化為柱子，斜構(gòu)件簡(jiǎn)化成斜桿等，通常情況下這樣一種簡(jiǎn)化并不會(huì)產(chǎn)生太大的問(wèn)題，但是在進(jìn)行框架柱剪力調(diào)整時(shí)就會(huì)有非常嚴(yán)重的影響，這主要是由斜柱的特點(diǎn)和作用來(lái)決定的，斜柱主要還是用作水平方向的支撐，但仍然需要承受豎直方向上一定的載荷，這樣一部分載荷產(chǎn)生的剪力是不能夠忽略的，因此，剪力調(diào)整問(wèn)題的良好處理將在相當(dāng)大程度上提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定程度。

3 強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)

強(qiáng)柱弱梁強(qiáng)調(diào)的是建筑設(shè)計(jì)中柱和梁的總體性問(wèn)題，這主要是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)在面臨較大的載荷時(shí)需要塑性鉸出在梁上而不是柱子上，這樣才能夠保證鋼結(jié)構(gòu)整體在使用過(guò)程當(dāng)中不會(huì)發(fā)生瞬間破壞，且在經(jīng)過(guò)一定的外力作用后仍然能夠在較短的時(shí)間內(nèi)迅速恢復(fù)初始形態(tài)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于這樣一些方面有明確要求和規(guī)定，強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)必須對(duì)其彈塑性進(jìn)行計(jì)算和分析，只有滿足上述要求時(shí)才能夠認(rèn)為其合格可用。

二、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的特點(diǎn)分析[2]

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了應(yīng)當(dāng)遵守基本的國(guó)家規(guī)范、章程以外，還需要和建筑設(shè)計(jì)工作進(jìn)行緊密的聯(lián)系和配合，具體來(lái)說(shuō)，就是要充分而全面的考慮到建筑的設(shè)計(jì)高度、抗震強(qiáng)度等多方面的因素，結(jié)合建筑自身的特點(diǎn)、使用功能、施工條件、環(huán)境條件、施工水平、荷載種類(lèi)和性質(zhì)、材料質(zhì)量與發(fā)展水平等多方面客觀條件，最終盡可能的選擇出最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)來(lái)，經(jīng)濟(jì)合理的同時(shí)保證安全高效。下文當(dāng)中先簡(jiǎn)要說(shuō)明鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。一是鋼結(jié)構(gòu)自身多樣性，根據(jù)建筑實(shí)際用途，通常會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有不同程度的安全要求和形式要求，而這樣一些要求的滿足都需要從鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)中體現(xiàn)出來(lái)，在對(duì)多種多樣鋼結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行考慮和設(shè)計(jì)時(shí)，還是有跡可循的，通常來(lái)說(shuō)，無(wú)論什么樣形式的鋼結(jié)構(gòu)，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中都需要特別注意其相關(guān)受壓部位，基于此來(lái)探究和分析鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性；與此同時(shí)還需要注意的事，即便部分鋼結(jié)構(gòu)本身不受壓，但是如果由于外力作用導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)變形的話，也同樣還是會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)由不受壓轉(zhuǎn)變成為受壓，這一點(diǎn)也是要考慮在內(nèi)的。其次就是鋼結(jié)構(gòu)自身具有整體性，這樣一點(diǎn)是毫無(wú)疑問(wèn)的，單一的鋼構(gòu)件完全不可能在大型建筑當(dāng)中發(fā)揮作用，因此都是通過(guò)科學(xué)的連接方式以整體的形式來(lái)保障安全性，這意味著對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析需要從整體角度來(lái)看，但仍然需要關(guān)注其微觀層面，包括部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括單一鋼構(gòu)件的受損狀況等，盡可能避免鋼結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性因小失大[3]。最后就是鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)性的特點(diǎn)，其實(shí)這一點(diǎn)和鋼結(jié)構(gòu)的整體性是息息相關(guān)的，正是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)整體性，所以其內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間功能作用的發(fā)揮和安全穩(wěn)定的保障都是息息相關(guān)的，部門(mén)部件的不安全因素將導(dǎo)致整體的安全威脅。尤其需要注意的事，鋼結(jié)構(gòu)依靠各種連接方式連接到一起，其連接部位是否存在缺陷是尤其需要注意的，否則影響面廣，對(duì)整體的影響更為復(fù)雜和難以排除。

三、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的影響因素

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)原則的提出實(shí)際上就是基于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的具體特點(diǎn)，因此下文中進(jìn)一步探究鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，具體包括三個(gè)方面：一是整體剛度與鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)之間的關(guān)系，這樣兩者之間的關(guān)系十分密切，鋼結(jié)構(gòu)剛度好壞直接由其整體構(gòu)成來(lái)決定，正是因?yàn)檫@樣，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性就成為了鋼結(jié)構(gòu)的重要問(wèn)題。二是鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性問(wèn)題，上文當(dāng)中已經(jīng)明確指出，無(wú)論是鋼結(jié)構(gòu)整體還是鋼結(jié)構(gòu)的組成部分，其性能都會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，因此在實(shí)際建設(shè)過(guò)程當(dāng)中，在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行處理時(shí)，就要把握整體觀念，并于此同時(shí)關(guān)注結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個(gè)層面的狀況，如發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)細(xì)小變形，就要考慮到這非常有可能對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的整體內(nèi)力分布帶來(lái)影響，最終影響整體的承載能力。最后就是鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定具有相關(guān)性的問(wèn)題，同樣是需要設(shè)計(jì)師予以一定關(guān)注的。

四、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的具體分析方法

在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行研究和分析時(shí)，都是基于外荷載作用的前提之下進(jìn)行的，因此對(duì)變形以及對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失穩(wěn)的必須同步進(jìn)行，下文當(dāng)中提出兩種常見(jiàn)的有效方法：一是靜力法，所謂靜力法，實(shí)際上就是利用靜力平衡方法，結(jié)合已經(jīng)發(fā)生了微小變形的鋼結(jié)構(gòu)受力條件來(lái)建立平衡微分方程，基于此獲得臨界載荷，從而對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行確定。二是動(dòng)力法，動(dòng)力法主要針對(duì)處于平衡狀態(tài)的結(jié)構(gòu)體系，這樣一種體系如果施加微小的干擾就會(huì)使其發(fā)生振動(dòng)，且這樣一種條件之下結(jié)構(gòu)變形或者是振動(dòng)加速度都和結(jié)構(gòu)荷載有密切關(guān)系，當(dāng)荷載比極限荷載值低時(shí)，加速度方向與變形方向相反，而荷載去除運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，則結(jié)構(gòu)又恢復(fù)到平衡狀態(tài)。

結(jié)語(yǔ)：社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，我國(guó)建筑行業(yè)也長(zhǎng)期處于良好的發(fā)展勢(shì)頭當(dāng)中，而建筑行業(yè)飛速發(fā)展?fàn)顟B(tài)下安全問(wèn)題也不容小視，建筑設(shè)計(jì)師必須要在這樣一個(gè)方面做足功夫。建筑中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)問(wèn)題，絕非簡(jiǎn)單的在施工階段付諸行動(dòng)即可，而是需要從設(shè)計(jì)階段就開(kāi)始做好各個(gè)方面的工作，是一項(xiàng)責(zé)任十分重大的任務(wù)，直接關(guān)系到人民群眾的生命和安全，以及整個(gè)建筑工程本身的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1] 吳文德.淺析鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（5）

[2] 陳銘，何莉莉.淺談鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2012（2）

[3] 文平軍.建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].江西建材，2014（23）

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1007-6344（2015）04-0155-01