建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方法

孫亮

（河北 張家口 050000）

一、影響建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素分析

（一）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載強(qiáng)度的影響

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到其構(gòu)件承載強(qiáng)度的影響，其中也包括構(gòu)件材料的應(yīng)力強(qiáng)度、截面面積、截面形狀特征等。整體結(jié)構(gòu)的支撐力與抗扭力性能也十分重要，包括在建模設(shè)計(jì)中為了對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析所提的假設(shè)、數(shù)學(xué)模型、邊界條件以及目前技術(shù)水平難以在計(jì)算中反映的種種因素，所導(dǎo)致的理論值與實(shí)際值的差異，都是影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素，這些在穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)都是必須考慮的。

（二）軸力和彎矩的耦合效應(yīng)不能正確反映

目前鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中存在的問題是大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如何反映軸力和彎矩的耦合效應(yīng)。一般情況下，大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中取一個(gè)穩(wěn)定安全系數(shù)，不一定能真實(shí)的反應(yīng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，因此，預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定設(shè)計(jì)理論還很不完善的狀況下，整體與局部的穩(wěn)定性之間的相互作用關(guān)系也是值得研究的問題。

（三）穩(wěn)定性理論不完善

對于鋼結(jié)構(gòu)來說，其穩(wěn)定理論也不是十分完善。通常人們在設(shè)計(jì)時(shí)是從完善的角度思考，很多偶然因素并沒有考慮進(jìn)去，這往往對其穩(wěn)定性容易造成嚴(yán)重的影響。在實(shí)際工程施工中，因?yàn)榇蟛糠志窒抻诮Y(jié)構(gòu)參數(shù)的不確定性，會引起結(jié)構(gòu)響應(yīng)的顯著差異，所以，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)應(yīng)著眼于考慮隨機(jī)參數(shù)的結(jié)構(gòu)極值失穩(wěn)、干擾型屈曲、跳躍型失穩(wěn)問題的研究，才能確保鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用順利進(jìn)行。

二、建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的相關(guān)方法

（一）建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，要綜合考慮建筑的實(shí)際情況、以及在其使用過程中的一些具體的要求，以最大限度的確保所設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)可以很好的符合標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)滿足穩(wěn)定性和強(qiáng)度的前提下，最大可能的減少鋼材的使用量。通過減少材料使用量而減少結(jié)構(gòu)自重，從而達(dá)到在出現(xiàn)較大負(fù)荷的情況下，鋼結(jié)構(gòu)具備良好承載能力的目的。在開展施工的過程中，應(yīng)當(dāng)最大限度的減少不必要的安裝實(shí)踐和制造實(shí)踐，以便可以更好的運(yùn)輸和維護(hù)鋼結(jié)構(gòu)，使得總的成本能夠有效的降低。除此之外，所設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)還應(yīng)該具備一定的審美價(jià)值。

（二）設(shè)計(jì)方法

1.綜合考量

在布置建筑鋼結(jié)構(gòu)的形式時(shí)，需要綜合考量鋼結(jié)構(gòu)中不同組成部分所需求的穩(wěn)定性、以及建筑整體穩(wěn)定性能等多項(xiàng)內(nèi)容。目前在我國設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定形式時(shí)，通常將平面體系范圍作為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，例如框架結(jié)構(gòu)。所以在計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)平面穩(wěn)定的設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)確保其與計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置的方法相同，例如在計(jì)算前者時(shí)，應(yīng)考慮到是否增加計(jì)算支撐構(gòu)件受力強(qiáng)度等。

2.計(jì)算方法

實(shí)際計(jì)算時(shí)的計(jì)算方法所依據(jù)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)簡圖、應(yīng)與計(jì)算實(shí)體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所依據(jù)的簡圖保持一致。在一般情況下，分析框架所具有的穩(wěn)定性水平以及分析框架結(jié)構(gòu)的工作都比較粗糙，部分建筑工程甚至不進(jìn)行該項(xiàng)工作，僅僅是計(jì)算框架柱設(shè)計(jì)時(shí)的穩(wěn)定值。因?yàn)橛?jì)算桿件穩(wěn)定值時(shí)所依據(jù)的模型，均為假設(shè)模型或簡化模型，所以為了確保計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定值符合要求，則應(yīng)使計(jì)算方法所依據(jù)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)簡圖與計(jì)算結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性水平所依據(jù)的簡圖保持相同。

3.鋼結(jié)構(gòu)住宅的平面布置要對稱與規(guī)則

在設(shè)計(jì)住宅的鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意鋼結(jié)構(gòu)類型的住宅分為多層住宅與低層住宅兩種，別墅為低層住宅，而公寓則為多層住宅。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中提出，鋼結(jié)構(gòu)類型的住宅宜控制在12層以下，以滿足抗壓以及抗震要求。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置形式直接影響著建成后建筑的抗震性能，所以在布置鋼結(jié)構(gòu)平面時(shí)，力求做到對稱、規(guī)則布置，受力傳遞明確，避免在出現(xiàn)地震時(shí)，遭到較大的破壞。

4.應(yīng)用計(jì)算機(jī)做輔助工具

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件技術(shù)得到了較快的發(fā)展，因此，可以在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)作為輔助工具，并在計(jì)算機(jī)的幫助下完成整體穩(wěn)定以及平面構(gòu)件強(qiáng)度的計(jì)算；設(shè)計(jì)人員則只需計(jì)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，考慮合理的結(jié)構(gòu)布置及支撐設(shè)置。因此計(jì)算機(jī)的介入使得穩(wěn)定性設(shè)計(jì)過程變得相對方便，工作效率也得以提高。

5.加固方法

目前，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性加固的設(shè)計(jì)方式可以從改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形、調(diào)整荷載分布形式、加大結(jié)構(gòu)截面以及連接強(qiáng)度等幾個(gè)方面著手，進(jìn)一步的保證鋼結(jié)構(gòu)施工的穩(wěn)定進(jìn)行。

通常我們所說的改變鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固方法就是利用荷載分布狀況、邊界條件等，通過增設(shè)附加桿件和支撐點(diǎn)，對其施加預(yù)應(yīng)力，而進(jìn)一步的保證其穩(wěn)定性的方式。這種方式要考慮到空間協(xié)調(diào)因素的應(yīng)用，增加支撐點(diǎn)形成一定的空間結(jié)構(gòu)，通過提高剛度和承載力的方式提高其穩(wěn)定性，使之能承受大部分水平力，以減輕其它柱列的負(fù)荷，并在塔架等結(jié)構(gòu)中設(shè)置拉桿或適度張緊的拉索以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度。

在設(shè)計(jì)中還可以采用對受彎桿件改變其界面內(nèi)力的方式對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定加固。例如變鉸接為剛結(jié)，增加中間支座或?qū)⒑喼ЫY(jié)構(gòu)端部連接成為連續(xù)結(jié)構(gòu)，調(diào)整連續(xù)結(jié)構(gòu)的支座位置等。特別需要注意的是采用加大截面加固鋼構(gòu)件時(shí)，所選截面形式應(yīng)有利于加固技術(shù)，并要求考慮已有缺陷和損傷等狀況。