建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性原則與設(shè)計要點

1、<p>　　建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性原則與設(shè)計要點</p><p>　　摘要：隨著時代的變化，有關(guān)設(shè)計單位和技術(shù)人員也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)在孜孜不倦的摸索中穩(wěn)定前進。文中對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計進行了探討，以供參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞： 鋼結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定設(shè)計 探討 </p><p>　　中

2、圖分類號：TU391 文獻標識碼： A </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　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)濟收益?？偠灾摻Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計在建筑工程中有著不可或缺的重要作用。 </p><p>　　一、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)

3、計的基本概念 </p><p>　　1、強度與穩(wěn)定的區(qū)別 </p><p>　　強度問題指結(jié)構(gòu)或者單個構(gòu)件在穩(wěn)定平衡狀態(tài)下由荷載所引起的最大應(yīng)力( 或內(nèi)力) 是否超過建筑材料的極限強度, 極限強度取決于材料的特性, 對混凝土等脆性材料取它的最大強度, 對鋼材則常取它的屈服點。穩(wěn)定問題則與強度問題不同,它主要是找出外荷載與結(jié)構(gòu)內(nèi)部抵抗力間的不穩(wěn)定平衡狀態(tài), 即變形開始急劇增長的狀態(tài), 從而設(shè)

4、法避免進入該狀態(tài), 它是一個變形問題。如軸壓柱,由于失穩(wěn), 側(cè)向撓度使柱中增加數(shù)量很大的彎矩,因而柱子的破壞荷載可以遠遠低于它的軸壓強度。顯然, 軸壓強度不是柱子破壞的主要原因。 </p><p>　　2、鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的分類 </p><p>　　(1)第一類穩(wěn)定問題或者具有平衡分岔的穩(wěn)定問題( 也叫分支點失穩(wěn)) 。完善直桿軸心受壓時的屈曲和完善平板中面受壓時的屈曲都屬于這一類。 </

5、p><p>　　(2)第二類穩(wěn)定問題或無平衡分岔的穩(wěn)定問題( 也叫極值點失穩(wěn)) 。由建筑鋼材做成的偏心受壓構(gòu)件, 在塑性發(fā)展到一定程度時喪失穩(wěn)定的能力, 屬于這一類。 </p><p>　　(3)躍越失穩(wěn)不同于以上兩種類型, 它既無平衡分岔點, 又無極值點, 它是在喪失穩(wěn)定平衡之后跳躍到另一個穩(wěn)定平衡狀態(tài)。區(qū)分結(jié)構(gòu)失穩(wěn)類型的性質(zhì)十分重要, 這樣才有可能正確估量結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力。隨著穩(wěn)定問題研究

6、的逐步深入, 上述分類看起來已經(jīng)不夠了。設(shè)計為軸心受壓的構(gòu)件, 實際上總不免有一點初彎曲,荷載的作用點也難免有偏心。因此, 要真正掌握這種構(gòu)件的性能, 一方面必須了解缺陷對它的影響( 其他構(gòu)件也都有個缺陷影響問題) , 另一方面就是深入對構(gòu)件屈曲后性能的研究。 </p><p>　　3、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計的原則 </p><p>　　根據(jù)穩(wěn)定問題在實際設(shè)計中的特點，有以下三項原則。 </

7、p><p>　　( 1)結(jié)構(gòu)整體布置必須考慮整個體系以及組成部分的穩(wěn)定性要求，目前結(jié)構(gòu)大多數(shù)是按照平面體系來設(shè)計的,如桁架和框架都是如此。保證這些平面結(jié)構(gòu)不致出平面失穩(wěn), 需要從結(jié)構(gòu)整體布置來解決, 亦即設(shè)計必要的支撐構(gòu)件。這就是說, 平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平面穩(wěn)定計算必須和結(jié)構(gòu)布置相一致。 </p><p>　　( 2)結(jié)構(gòu)計算簡圖和實用計算方法所依據(jù)的簡圖相一致, 這對框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計算十分重要。

8、目前設(shè)計單層和多層框架結(jié)構(gòu)時, 經(jīng)常不作框架穩(wěn)定分折而是代之以框架柱的穩(wěn)定計算。在采用這種方法時, 計算框架柱穩(wěn)定時用到的柱計算長度系數(shù), 應(yīng)通過框架整體穩(wěn)定分析得出, 才能使柱穩(wěn)定計算等效于框架穩(wěn)定計算。對單層或多層框架給出的計算長度系數(shù)有五條基本假定, 其中包括: 框架中所有柱子是同時喪失穩(wěn)定的, 即各柱同時達到其臨界荷載。按照這條假定, 框架內(nèi)各柱的穩(wěn)定參數(shù)桿件穩(wěn)定計算的常用方法, 往往是依據(jù)一定的簡化假設(shè)或者典型情況得出的, 設(shè)

9、計者必須確知所設(shè)計的結(jié)構(gòu)符合這些假設(shè)時才能正確應(yīng)用。在實際工程中, 框架計算簡圖和實用方法所依據(jù)的簡圖不一致的情況還可舉出以下兩種, 即附有搖擺拄的框架和橫梁受有較大壓力的框架。這兩種情況若按規(guī)范的系數(shù)計算, 都會導(dǎo)致不安全的后果。所以所用的計算方法與前提假設(shè)和具體計算對象應(yīng)該相一致。 </p><p>　　( 3)設(shè)計結(jié)構(gòu)的細部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計算必須相互配合, 使二者有一致性。結(jié)構(gòu)計算和構(gòu)造設(shè)計相符合, 一直

10、是結(jié)構(gòu)設(shè)計中大家都注意的問題。對要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節(jié)點連接, 應(yīng)分別賦與它足夠的剛度和柔度, 對桁架節(jié)點應(yīng)盡量減少桿件偏心這些都是設(shè)計者處理構(gòu)造細部時經(jīng)?？紤]到的。 </p><p>　　4、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計特點 </p><p>　　( 1) 鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn), 在形式上具有多樣化特點。有時, 某一部位從表面上看并不受壓或不是主要受壓, 但仍然會出現(xiàn)屈曲失穩(wěn)問題。例如在簡支鋼板梁的端部復(fù)

11、板處, 一般情況下彎曲正應(yīng)力較小, 比較大的是剪應(yīng)力。然而, 縱橫兩個方向的剪應(yīng)力相結(jié)合, 就可能形成較大的斜向壓應(yīng)力, 并導(dǎo)致復(fù)板局部失穩(wěn)。此外, 結(jié)構(gòu)的某些部位也有可能隨結(jié)構(gòu)變形由不受壓變?yōu)槭軌憾鴮?dǎo)致失穩(wěn)。 </p><p>　　(2) 對于結(jié)構(gòu)來說, 它是由各個桿件組成為一個整體的。當一個桿件發(fā)生失穩(wěn)變形后, 它必然牽動和它剛性連接的其他桿件。因此, 桿件的穩(wěn)定性不能就某一根桿件去孤立地分析, 應(yīng)當考慮其他

12、桿件對它的約束作用。這種約束作用是要從結(jié)構(gòu)的整體分析來確定的, 這就是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的整體性問題。 </p><p>　　(3) 穩(wěn)定的相關(guān)性, 指不同失穩(wěn)模式的偶合作用。例如, 單軸對稱的軸心受壓構(gòu)件, 當在對稱平面外失穩(wěn)時, 呈現(xiàn)既彎又扭的變形, 它是彎曲和扭轉(zhuǎn)的相關(guān)屈曲。另外, 局部和整體穩(wěn)定的相關(guān), 還常見于冷彎薄避型鋼構(gòu)件。其壁板的局部屈曲一般并不立刻導(dǎo)致整體構(gòu)件喪失承載能力, 但它對整體穩(wěn)定臨界力卻有影響。

13、對于存在缺陷的桿件來說, 局部和整體之間相互影響更具有復(fù)雜性。 </p><p>　　(4) 穩(wěn)定計算的其它特點: 在彈性穩(wěn)定計算中,除了需要考慮結(jié)構(gòu)的整體性外, 還要做二階分析,這種分析對柔性構(gòu)件尤為重要, 這是因為柔性構(gòu)件的大變形量對結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生了不能忽視的影響, 其次, 普遍用于應(yīng)力問題的迭加原理, 在彈性穩(wěn)定計算中不能應(yīng)用。 </p><p>　　二、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計要點 <

14、/p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性研究雖然取得了一定的進展，但也存在一些不容忽視的問題： </p><p>　　1、目前在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究中，梁- 柱單元理論已成為主要的研究工具。但梁- 柱單元是否能真實反映網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)還很難說，雖然有學(xué)者對梁- 柱單元進行過修正。主要問題在于如何反映軸力和彎矩的耦合效應(yīng)。 </p><p>　　2、在大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計中整體穩(wěn)定

15、與局部穩(wěn)定的相互關(guān)系也是一個值得探討的問題，目前大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計中取一個統(tǒng)一的穩(wěn)定安全系數(shù)，未反映整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性。 </p><p>　　3、預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定設(shè)計理論還很不完善，目前還沒有一個完整合理的理論體系來分析預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。 </p><p>　　4、鋼結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性研究中存在許多隨機因素的影響，目前結(jié)構(gòu)隨機影響分析所處理的問題大部分局限于確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)、隨

16、機荷載輸入這樣一個格局范圍，而在實際工程中，由于結(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。所以應(yīng)著眼于考慮隨機參數(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。從上面可以看出，我們的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論還是不夠完善，我們在設(shè)計中一般都是把鋼結(jié)構(gòu)看成是完善的結(jié)構(gòu)體系，針對上述問題我們可以看出在設(shè)計中我們沒有考慮一些隨機因素的影響。但是我們在考慮這些因素之前，應(yīng)該弄清楚這些隨機因素的來源，一般情況下把影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性隨機因素分為三類： &

17、lt;/p><p>　?。?）物理、幾何不確定性：如材料（彈性模量，屈服應(yīng)力，泊松比等）、桿件尺寸、截面積、殘余應(yīng)力、初始變形等。 </p><p>　?。?）統(tǒng)計的不確定性：在統(tǒng)計與穩(wěn)定性有關(guān)的物理量和幾何量時，總是根據(jù)有限樣本來選擇概率密度分布函數(shù),因此帶來一定的經(jīng)驗性。這種不確定性稱為統(tǒng)計的不確定性，是由于缺乏信息造成的。 </p><p>　?。?）模型的不確定

18、性：為了對結(jié)構(gòu)進行分析，所提的假設(shè)、數(shù)學(xué)模型、邊界條件以及目前技術(shù)水平難以在計算中反映的種種因素，所導(dǎo)致的理論值與實際承載力的差異，都歸結(jié)為模型的不確定性。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題區(qū)別于強度問題。在實際設(shè)計中, 設(shè)計人員應(yīng)該明確知道結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性能, 以免在設(shè)計過程中發(fā)生不必要的失穩(wěn)損失。 </p&g

19、t;<p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 吳文德.淺析鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計[J]. 吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報. 2008(08) </p><p>　　[2] 韓暢華.新型鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計研究[J]. 廣東科技. 2007(07) </p><p>　　[3] 郭東海.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計的探討[J]. 黑龍江