概述鋼結構穩(wěn)定的特點及設計計算原則

1、<p>　　概述鋼結構穩(wěn)定的特點及設計計算原則</p><p>　　【摘要】只有處理好鋼結構的穩(wěn)定性問題，才能避免產生不必要的損失。本文介紹了鋼結構的穩(wěn)定性設計基本概念，設計的原則和特點，探討了設計步驟及思路。 </p><p>　　【關鍵詞】鋼結構 穩(wěn)定性 設計 </p><p>　　中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A 文章編號： </p>

2、;<p><b>　　一、 前言 </b></p><p>　　隨著我國鋼產量的快速增長，經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對綠色環(huán)保型建筑的不斷要求，鋼材應用于建筑主體結構是歷史所趨，對用鋼政策由限制用鋼到合理用鋼到積極用鋼，我國正在加速發(fā)展鋼結構產業(yè)化進程，發(fā)展以標準化、系列化、通用化，以專業(yè)化、社會化生產和商品化供應為基本方向的現(xiàn)代化體制。 </p><p>　　二

3、、鋼結構的穩(wěn)定性設計基本概念 </p><p>　　1、鋼結構的穩(wěn)定與強度的區(qū)別 </p><p>　　鋼結構的強度屬于應力問題，指在穩(wěn)定平衡的狀態(tài)下，對單個結構或構件施加由荷載引發(fā)的最大應力，是否突破建筑材料的強度極限。穩(wěn)定性則屬于變形問題，即找出結構內部抵抗力與外荷載之間的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，找出并設法避免鋼結構變形的急劇增長。 </p><p>　　2、鋼結構的失

4、穩(wěn)類型 </p><p>　　鋼結構的失穩(wěn)問題分為分支點失穩(wěn)、極值點失穩(wěn)和躍越失穩(wěn)。如完善直桿軸心受壓時的屈曲和平板中面受壓時的屈曲，屬于分支點失穩(wěn)；當建筑鋼材的偏心受壓構建材料塑像發(fā)展到一定程度失去穩(wěn)定能力時，屬于極值點失穩(wěn)；躍越失穩(wěn)是喪失平衡之后接著進入下一個穩(wěn)定平衡狀態(tài)。區(qū)分結構失穩(wěn)的性質能夠保證估量結構的穩(wěn)定承載力。 </p><p>　　三、鋼結構設計的原則。 </p>

5、;<p>　　1、結構計算簡圖和實用計算方法所依據(jù)的簡圖需要一致 </p><p>　　目前設計單層和多層框架結構時，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)，自應通過框架整體穩(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。但是在實際的建筑中，由于投資方的美觀和使用需要，施工單位會選擇不同類型的框架結構，隨著設計的深入，相應的建筑框架也

6、隨之復雜起來，設計師為了減少工作量，提高工作效率，需要適當?shù)暮喕嬎愎ぷ?，基于此，設計師需要設定一些典型條件。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，都會導致不安全的后果。所以所用的計算方法與前提假設和具體計算對象應該相一致。 </p><p>　　2、結構整體布置必須考慮整個體系以及組成部分的穩(wěn)定性

7、</p><p>　　目前結構大多數(shù)是按照平面體系來設計的。保證這些平面結構不致出平面失穩(wěn)，需要從結構整體布置來解決，即設計必要的支撐構件。同時由平面桁架組成的塔架，需要注意桿件的穩(wěn)定和橫隔設置之間的關系。 </p><p>　　3．鋼結構穩(wěn)定設計特點。 </p><p>　?。?）穩(wěn)定性整體分析：桿件能否保持穩(wěn)定牽涉到結構的整體。穩(wěn)定分析必須從整體著眼。 <

8、/p><p>　?。?)穩(wěn)定計算的其它特點：在彈性穩(wěn)定計算中，首先要做的就是二階分析，其次，普遍用于應力問題的迭加原理．在彈性穩(wěn)定計算中不能應用。 </p><p>　?。?)失穩(wěn)和整體剛度：現(xiàn)行規(guī)范通用的軸心壓桿的穩(wěn)定計算法是臨界壓力求解法和折減系數(shù)法。隨著新型鋼結構體系地不斷發(fā)展，對穩(wěn)定問題的研究要求也不斷地提高，之所以在設計中出現(xiàn)結構失穩(wěn)問題，另一個重要原因就是對新型結構穩(wěn)定知之甚少。

9、</p><p>　　四、設計步驟及思路 </p><p>　　1、結構選型與結構布置 </p><p>　　結構選型時，應考慮它們不同的特點。在輕鋼工業(yè)廠房中，當有較大懸掛荷載或移動荷載，就可考慮放棄門式剛架而采用網(wǎng)架?；狙捍蟮牡貐^(qū)，屋面曲線應有利于積雪滑落(切線5O度內需考慮雪載)，建筑允許時，在框架中布置支撐會比簡單的節(jié)點剛接的框架有更好的經(jīng)濟性。而屋面覆

10、蓋跨度較大的建筑中，可選擇構件受拉為主的懸索或索膜結構體系 高層鋼結構設計中，常采用鋼混凝土組合結構，在地震烈度高或很不規(guī)則的高層中，不應單純?yōu)榱私?jīng)濟去選擇不利抗震的核心筒加外框的形式。宜選擇周邊巨型SRC柱，核心為支撐框架的結構體系。我國半數(shù)以上的此類高層為前者。對抗震不利。結構的布置要根據(jù)體系特征，荷載分布情況及性質等綜合考慮。一般的說要剛度均勻。力學模型清晰。盡可能限制大荷載或移動荷載的影響范圍，使其以最直接的線路傳遞到基礎。柱間

11、抗側支撐的分布應均勻。其形心要盡量靠近側向力(風震)的作用線。否則應考慮結構的扭轉。結構的抗側應有多道防線。比如有支撐框架結構，柱子至少應能單獨承受1／4的總水平力?？蚣芙Y構的樓層平面次梁的布置，有時可以調整其荷載傳遞方向以滿足不同的要求。通常為了減小截面沿短向布置次梁，但是這會使主粱截面加大，減少了</p><p><b>　　2、預估截面 </b></p><p>

12、;　　結構布置結束后，需對構件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。根據(jù)荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1／20～1／50之間選擇。翼緣寬度根據(jù)梁間側向支撐的間距按1／b限值確定時，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復雜計算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構造規(guī)定預估。柱截面按長細比預估。通常50< <150，簡單選擇值在10

13、0附近。根據(jù)軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同，可選擇鋼管或H型鋼截面等。 </p><p><b>　　3、結構分析 </b></p><p>　　目前鋼結構實際設計中，結構分析通常為線彈性分析，新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能。這為更精確的分析結構提供了條件。并不是所有的結構都需要使用軟件：典型結構可查力學手冊之類的工具書直接獲得內力和變

14、形。簡單結構通過手算進行分析。復雜結構才需要建模運行程序并做詳細的結構分析。 </p><p><b>　　4、構件設計 </b></p><p>　　構件的設計首先是材料的選擇。比較常用的是0235(類似A3)和Q345(類似16Mn)。通常主結構使用單一鋼種以便于工程管理。經(jīng)濟考慮，也可以選擇不同強度鋼材的組合截面。當強度起控制作用時，可選擇Q345；穩(wěn)定控制時，

15、宜使用Q235．當前的結構軟件，都提供截面驗算的后處理功能。由于程序技術的進步，一些軟件可以將驗算時不通過的構件，從給定的截面庫里選擇加大一級。并自動重新分析驗算，直至通過，如sap2009等。這是常說的截面優(yōu)化設計功能之一。它減少了結構師的很多工作量。 </p><p><b>　　5、節(jié)點設計 </b></p><p>　　連接節(jié)點的設計是鋼結構設計中重要的內容之

16、一。在結構分析前，就應該對節(jié)點的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設計的節(jié)點與結構分析模型中使用的形式不完全一致，這必須避免 按傳力特性不同，節(jié)點分剛接，鉸接和半剛接。初學者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者。常用的參考書有豐富的推薦的節(jié)點做法及計算公式連接的不同對結構影響甚大。比如，有的剛接節(jié)點雖然承受彎矩沒有問題，但會產生較大轉動，不符合結構分析中的假定。會導致實際工程變形大于計算數(shù)據(jù)等的不利結果。 </p>

17、<p><b>　　6、圖紙編制 </b></p><p>　　鋼結構設計出圖分設計圖和施工詳圖兩階段，設計圖為設計單位提供，施工詳圖通常由鋼結構制造公司根據(jù)設計圖編制，有時也會由設計單位代為編制。由于近年鋼結構項目增多和設計院鋼結構工程師缺乏的矛盾，有設計能力的鋼結構公司參與設計圖編制的情況也很普遍。 </p><p>　　（1）設計圖：是提供制造廠編制

18、施工詳圖的依據(jù)。深度及內容應完整但不冗余。在設計圖中，對于設計依據(jù)、荷載資料(包括地震作用)、技術數(shù)據(jù)、材料選用及材質要求、設計要求(包括制造和安裝、焊縫質量檢驗的等級、涂裝及運輸?shù)?、結構布置、構件截面選用以及結構的主要節(jié)點構造等均應表示清楚，以利于施工詳圖的順利編制，并能正確體現(xiàn)設計的意圖。主要材料應列表表示 </p><p>　?。?）施工詳圖：又稱加工圖或放樣圖等。深度須能滿足車間直接制造加工。不完全相同

19、的另構件單元須單獨繪制表達，并應附有詳盡的材料表。設計圖及施工詳圖的內容表達方法及出圖深度的控制，目前比較混亂，各個設計單位之間及其與鋼結構公司之間不盡相同。 </p><p><b>　　結論 </b></p><p>　　鋼結構住宅是我國未來住宅的發(fā)展方向，它的穩(wěn)定性問題至關重要。在進行設計時，設計人員應加強結構構件的穩(wěn)定性能，加強對新型結構的認識和了解，并隨時分