淺析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點及穩(wěn)定性

1、    淺析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點及穩(wěn)定性    林允措摘要：鋼結(jié)構(gòu)因具有自重輕、強(qiáng)度高、工業(yè)化程度高等優(yōu)點，在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要分析了建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的注意要點及其穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計原則；設(shè)計要點；穩(wěn)定性引言：建筑鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中要著重注意的要點很多，而穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中突出且重要的因素，其決定了建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量、安全性能以及使用壽命。如果鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不能得到很好的保證，不僅會對建筑成本經(jīng)濟(jì)造成損失，更嚴(yán)重者將會威脅人們的生命財產(chǎn)安全。因此，對建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點及其穩(wěn)定性進(jìn)行探索和研究具有重要的現(xiàn)實意義。一、建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)

2、計原則1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要滿足所有部分的穩(wěn)定性要求。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時要從鋼結(jié)構(gòu)的整體受力進(jìn)行綜合考慮，既要滿足鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，也要滿足平面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此在結(jié)構(gòu)之間要設(shè)置必要的支撐結(jié)構(gòu)，保證結(jié)構(gòu)件在平面內(nèi)外都滿足要求。2、結(jié)構(gòu)計算簡圖要與實際情況相一致。目前在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常不針對框架而是針對框架柱進(jìn)行相關(guān)分析，這種方法是建立在特定的假設(shè)以及典型的條件的基礎(chǔ)上的，然而實際中框架的形式是多種多樣的，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時需綜合考慮實際框架形式進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析，在滿足相關(guān)假設(shè)及典型條件下才能使用。3、鋼結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算相一致。鋼結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的設(shè)計一直是設(shè)計時重點考慮的因素，例如對于是否傳

3、遞彎矩的節(jié)點要進(jìn)行區(qū)分，分別賦予不同的柔度及剛度以使其滿足相關(guān)要求。而當(dāng)涉及到穩(wěn)定性時，不同的結(jié)構(gòu)件又會有不同的要求，因此設(shè)計者要全面進(jìn)行考慮。二、建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點1、正確選用鋼材與焊縫質(zhì)量等級。按照國內(nèi)現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范要求，在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案中，應(yīng)明確標(biāo)注鋼材與焊縫質(zhì)量等級。一般情況下，鋼結(jié)構(gòu)建筑使用的鋼材要具有屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長率、冷彎試驗及硫、磷、碳含量檢測合格等特點。在抗震要求較高鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計時，鋼板的厚度應(yīng)40mm，在承受沿板厚方向的較大拉力時，要保證板厚方向的截面收縮率。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，焊接連接是基本的鋼結(jié)構(gòu)連接方法，焊縫質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到結(jié)構(gòu)的整體安全。因此，必須根據(jù)

4、結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的重要性與受力性能等，合理確定焊縫的質(zhì)量等級。2、結(jié)構(gòu)選型與布置。在鋼結(jié)構(gòu)選型與布置中，科學(xué)運(yùn)用概念設(shè)計對于早期迅速、有效的進(jìn)行設(shè)計方案構(gòu)思、比較與選擇具有較大的影響。選取的鋼結(jié)構(gòu)類型應(yīng)易于手算、定性正確、概念清晰，盡量避免在結(jié)構(gòu)分析階段出現(xiàn)繁瑣的運(yùn)算。目前，國內(nèi)常見的鋼結(jié)構(gòu)類型主要有：框架、輕鋼、平面架、塔桅、網(wǎng)架、索膜等，具體選用何種鋼結(jié)構(gòu)型式要深入分析其不同特點與優(yōu)劣勢。在鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部布置中，要注意區(qū)分單層建筑與多層建筑的差異，特別是在樓層平面主梁、次梁的布置中，應(yīng)注意荷載的計算，以及傳遞方向的設(shè)計，以保證鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體穩(wěn)定性、抗震性與安全性。3、保溫設(shè)計。在鋼結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計

5、中，"熱橋"與"冷橋"問題是較為常見的，針對各種設(shè)計問題可以采取以下解決措施：一是進(jìn)一步優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)建筑保溫材料的構(gòu)造，不但有利于提高建筑的熱環(huán)境性能，而且合理應(yīng)用玻璃、硅氣凝膠等新型節(jié)能墻體材料，也可以達(dá)到節(jié)能的效果；二是在保溫設(shè)計中，采取外保溫、中間保溫的設(shè)計方案，可以有效防止因蒸汽的滲透、積累，而導(dǎo)致保溫材料受潮的現(xiàn)象。4、地基結(jié)構(gòu)設(shè)計。地基結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重頭戲，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計也不例外。基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)該根據(jù)工程、水文地質(zhì)條件、荷載大小及其分布情況、建筑物體型及功能要求、相鄰建筑地基情況、施工條件等綜合因素來考慮，選擇合理的基礎(chǔ)形式。砌體結(jié)構(gòu)房屋應(yīng)采

6、用剛性基礎(chǔ)，如素混凝土條形基礎(chǔ)、毛石混凝土條形基礎(chǔ)等，若基礎(chǔ)寬度大于2.5m，需運(yùn)用柔性基礎(chǔ)，如鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)。當(dāng)為多層內(nèi)框架結(jié)構(gòu)時，因無地下室、荷載較大和地基較差等原因，為增加基礎(chǔ)的整體性，通常采用交叉梁條基。若上述基礎(chǔ)仍不能滿足基礎(chǔ)強(qiáng)度要求時，需要采用筏式基礎(chǔ)。當(dāng)為剪力墻結(jié)構(gòu)且無地下室或有地下室，地基較好，無防水要求時，應(yīng)選用交叉條形基礎(chǔ)，當(dāng)有防水要求時，可采用箱形基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)。三、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性加固1、改變結(jié)構(gòu)計算圖形。改變結(jié)構(gòu)計算圖形的加固方法是指采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節(jié)點性質(zhì)和邊界條件，增設(shè)附加桿件和支撐、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同工作等措施對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法。（1）對

7、結(jié)構(gòu)可采用下列增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度的方法進(jìn)行加固。（2）增加支撐形成空間結(jié)構(gòu)并按空間結(jié)構(gòu)驗算；加設(shè)支撐增加結(jié)構(gòu)剛度，或者調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率等以提高結(jié)構(gòu)承載力和改善結(jié)構(gòu)動力特性。（3）增設(shè)支撐或輔助桿件使結(jié)構(gòu)的長細(xì)比減少以提高其穩(wěn)定性。（4）在排架結(jié)構(gòu)中重點加強(qiáng)某一列柱的剛度，使之承受大部分水平力，以減輕其它柱列負(fù)荷。（5）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。2、對受彎桿件可采用下列改變其截面內(nèi)力的方法進(jìn)行加固。（1）改變荷載的分布，例如將一個集中荷載轉(zhuǎn)化為多個集中荷載。（2）改變端部支承情況，例如變鉸接為剛結(jié)。（3）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)。（4）調(diào)整連

8、續(xù)結(jié)構(gòu)的支座位置。（5）將結(jié)構(gòu)變?yōu)閾螚U式結(jié)構(gòu)。（6）施加預(yù)應(yīng)力。3、軸壓構(gòu)件的加固（1）穩(wěn)定系數(shù)中的缺陷，穩(wěn)定系數(shù)中的缺陷通過等效缺陷偏心系數(shù)e來表現(xiàn)，而根據(jù)力學(xué)缺陷的不同來區(qū)分a，b，c，d四種截面。因此，假如結(jié)構(gòu)分析中已經(jīng)更精確的考慮了幾何缺陷和截面焊接等缺陷，那么歐拉承載力可以直接應(yīng)用于設(shè)計公式，而不再需要復(fù)雜的穩(wěn)定系數(shù)。（2）軸壓下的扭轉(zhuǎn)屈曲絕大部分的對稱截面，和饒非對稱軸的單軸對稱截面，它們饒弱軸的彎曲屈曲臨界力都低于扭轉(zhuǎn)臨界力，因此此時軸壓下一般可以不用考慮扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)，而"十"字型的截面例外，需要通過局部穩(wěn)定來限制。（3）軸壓作用下的彎扭失穩(wěn)單軸對稱的截面饒對稱軸

9、總是發(fā)生彎扭屈曲，因為此時的臨界力最小，穩(wěn)定性差，因此需要按照規(guī)范的要求采用yz的長細(xì)比計算以考慮彎扭穩(wěn)定。非對稱截面則不宜用于軸壓。4、連接的加固與加固件的連接。鋼結(jié)構(gòu)連接方法，即焊縫、鉚釘、普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓連接方法的選擇，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)需要加固的原因、目的、受力狀況、構(gòu)造及施工條件，并考慮結(jié)構(gòu)原有的連接方法確定。鋼結(jié)構(gòu)加固一般宜采用焊縫連接、摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，有依據(jù)時亦可采用焊縫和摩擦型高強(qiáng)度螺栓的混合連接。當(dāng)采用焊縫連接時，應(yīng)采用經(jīng)評定認(rèn)可的焊接工藝及連接材料。四、結(jié)束語鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性直接影響著鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體質(zhì)量，加強(qiáng)對其的研究是非常有必要的。隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，對設(shè)計者的要求也越來越高，及時了解鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的新問題，有助于提高設(shè)計的質(zhì)量。總之，只有深入了解鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)知識和相關(guān)問題才能使鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論設(shè)計不斷完善。