淺析鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)

1、<p>　　淺析鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：在各種類型的鋼結(jié)構(gòu)中，都會遇到穩(wěn)定問題。對于這個問題處理不好，將會造成不應(yīng)有的損失。本文站在如何提高鋼穩(wěn)定設(shè)計(jì)角度，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和鋼結(jié)構(gòu)體系，從“鋼體結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢和劣勢，鋼結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性研究存在問題，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)基本構(gòu)架和設(shè)計(jì)流程特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性設(shè)計(jì)問題的研究和數(shù)值控制方法”四個方面，深刻闡述了在建筑結(jié)構(gòu)中提高鋼體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定控制過程，

2、為對鋼型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提供了一個針對性的研究思路和方法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：鋼體結(jié)構(gòu)， 穩(wěn)定性，設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　引言： </b></p><p>　　穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)的一個突出問題。在各種類型的鋼結(jié)構(gòu)中，都會遇到穩(wěn)定問題。

3、對于這個問題處理不好，將會造成不應(yīng)有的損失。在我國1988年曾發(fā)生13.2 ×17.99m網(wǎng)架因腹桿穩(wěn)定不足而在施工過程中塌落的事故。從上可以看出，鋼結(jié)構(gòu)中的穩(wěn)定問題是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中以待解決的主要問題，一旦出現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)事故，不但對經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重的損失，而且會造成人員的傷亡，所以我們在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一定要把握好這一關(guān)。 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的基本概念 </p><p&

4、gt;　　1. 強(qiáng)度與穩(wěn)定的區(qū)別 </p><p>　　強(qiáng)度問題是指結(jié)構(gòu)或者單個構(gòu)件在穩(wěn)定平衡狀態(tài)下由荷載所引起地最大應(yīng)力（或內(nèi)力）是否超過建筑材料的極限強(qiáng)度，因此是一個應(yīng)力問題。極限強(qiáng)度的取值取決于材料的特性，對混凝土等脆性材料，可取它的最大強(qiáng)度，對鋼材則常取它的屈服點(diǎn)。 </p><p>　　穩(wěn)定問題則與強(qiáng)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

5、增長的狀態(tài)，從而設(shè)法避免進(jìn)入該狀態(tài)，因此，它是一個變形問題。 </p><p>　　2. 鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的分類 </p><p>　　2.1 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(diǎn)失穩(wěn)）。完善直桿軸心受壓時(shí)的屈曲和完善平板中面受壓時(shí)的屈曲都屬于這一類。 </p><p>　　2.2 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(diǎn)失穩(wěn)）。由建筑鋼材做成的偏

6、心受壓構(gòu)件，在塑性發(fā)展到一定程度時(shí)喪失穩(wěn)定的能力，屬于這一類。 </p><p>　　2.3 躍越失穩(wěn)是一種不同于以上兩種類型，它既無平衡分岔點(diǎn)，又無極值點(diǎn)，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)定問題研究的逐步深入，上述分類看起來已經(jīng)不夠了。設(shè)計(jì)為軸心受壓的構(gòu)件，實(shí)際上總不免有一點(diǎn)初彎曲，荷載的作用點(diǎn)也難免有偏心。因此，我們要

7、真正掌握這種構(gòu)件的性能，就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)設(shè)計(jì)的原則 </p><p>　　根據(jù)穩(wěn)定問題在實(shí)際設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)提出了以下三項(xiàng)原則并具體闡明了這些原則，以更好地保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)中構(gòu)件不會喪失穩(wěn)定。 </p><p>　　3.1 結(jié)構(gòu)整體布置必須考慮整個體系以

8、及組成部分的穩(wěn)定性要求 </p><p>　　目前結(jié)構(gòu)大多數(shù)是按照平面體系來設(shè)計(jì)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(jì)必要的支撐構(gòu)件。這就是說，平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算必須和結(jié)構(gòu)布置相一致。由平面桁架組成的塔架，基于同樣原因，需要注意桿件的穩(wěn)定和橫隔設(shè)置之間的關(guān)系。 </p><p>　　3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖和實(shí)用計(jì)算方法所依據(jù)的簡圖相一

9、致，這對框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算十分重要。 </p><p>　　目前設(shè)計(jì)單層和多層框架結(jié)構(gòu)時(shí)，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(jì)算。在采用這種方法時(shí)，計(jì)算框架柱穩(wěn)定時(shí)用到的柱計(jì)算長度系數(shù)，自應(yīng)通過框架整體穩(wěn)定分析得出，才能使柱穩(wěn)定計(jì)算等效于框架穩(wěn)定計(jì)算。然而，實(shí)際框架多種多樣，而設(shè)計(jì)中為了簡化計(jì)算工作，需要設(shè)定一些典型條件。GB50017- 2003 規(guī)范對單層或多層框架給出的計(jì)算長度系數(shù)采用了五條基本假定

10、，其中包括：“框架中所有柱子是同時(shí)喪失穩(wěn)定的，即各柱同時(shí)達(dá)到其臨界荷載”。按照這條假定，框架各柱的穩(wěn)定參數(shù)桿件穩(wěn)定計(jì)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)計(jì)者必須確知所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)符合這些假設(shè)時(shí)才能正確應(yīng)用。在實(shí)際工程中，框架計(jì)算簡圖和實(shí)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(jì)算，都會導(dǎo)致不安全的后果。所以所用的計(jì)算方法與前提假設(shè)和具體計(jì)算

11、對象應(yīng)該相一致。 </p><p>　　3.3 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算必須相互配合，使二者有一致性。結(jié)構(gòu)計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)相符合，一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(diǎn)連接，應(yīng)分別賦與它足夠的剛度和柔度，對桁架節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量減少桿件偏心這些都是設(shè)計(jì)者處理構(gòu)造細(xì)部時(shí)經(jīng)?？紤]到的。但是，當(dāng)涉及穩(wěn)定性能時(shí)，構(gòu)造上時(shí)常有不同于強(qiáng)度的要求或特殊考慮。 </p><p>

12、;　　4 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)特點(diǎn) </p><p>　　4.1 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(jì)算法是臨界壓力求解法和折減系數(shù)法。 </p><p>　　4.2 穩(wěn)定性整體分析：桿件能否保持穩(wěn)定牽涉到結(jié)構(gòu)的整體。穩(wěn)定分析必須從整體著眼。 </p><p>　　4.3 穩(wěn)定計(jì)算的其它特點(diǎn)：在彈性穩(wěn)定計(jì)算中，除了需要考慮結(jié)構(gòu)的整體性外，還有一些其他特點(diǎn)需要引

13、起重視，首先要做的就是二階分析，這種分析對柔性構(gòu)件尤為重要，這是因?yàn)槿嵝詷?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(jì)算中不能應(yīng)用。 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性研究存在問題 </p><p>　　1. 鋼體結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀 </p><p>　　鋼體結(jié)構(gòu)體系越來越廣的應(yīng)用在建筑和施工技術(shù)的發(fā)展的，鋼結(jié)構(gòu)

14、體系的穩(wěn)定性成為結(jié)構(gòu)體系的重要保證。現(xiàn)在在建筑領(lǐng)域，對鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的理論問題的研究范圍大，對于各種數(shù)值分析的穩(wěn)定分析也已較成熟。但對構(gòu)件整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的相互作用的理論和設(shè)計(jì)應(yīng)用上還有待更加深入的研究。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、大跨度網(wǎng)架拱結(jié)構(gòu)兩個方面為現(xiàn)今穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在主要問題。國內(nèi)外專家通過運(yùn)用牛頓- 拉斐遜迭代法、弧長法、廣義逆法、人工彈簧法、自動求解技術(shù)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的幾何非線性全過程分析，但對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力失穩(wěn)機(jī)理、穩(wěn)定準(zhǔn)則、動

15、力后屈曲、缺陷性敏感結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)和地震作用下的動力穩(wěn)定性研究，仍缺乏實(shí)質(zhì)性的突破。 </p><p>　　大跨度網(wǎng)架拱結(jié)構(gòu)作為一種新的大跨度結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性方面的研究成果很少。非線性有限元理論對大跨度網(wǎng)架拱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行了全過程跟蹤，得出一些具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的結(jié)論。但對斜拉空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性的研究十分有限，在計(jì)算數(shù)據(jù)方法上直接驗(yàn)算法和穩(wěn)定設(shè)計(jì)法的結(jié)合運(yùn)用仍然無法判定其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。 </p&g

16、t;<p>　　2. 鋼體結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性中存在問題研究 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性研究具體問題： </p><p>　　2.1 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究中梁-柱單元問題：梁- 柱單元在實(shí)際的建筑中是否能準(zhǔn)確計(jì)算網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，如何利用軸力和彎矩的產(chǎn)生耦合效應(yīng)。 </p><p>　　2.2 大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定的相互協(xié)調(diào)：大跨

17、度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中取一個統(tǒng)一的穩(wěn)定安全系數(shù)，并通過比例率數(shù)據(jù)系數(shù)來測算整體和局部的數(shù)據(jù)量比，但不能將規(guī)劃整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)。 </p><p>　　2.3 預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定設(shè)計(jì)理論的局限性：預(yù)張拉結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定設(shè)計(jì)理論仍停留在測量統(tǒng)計(jì)分析，缺乏建立完整精確的理論體系。 </p><p><b>　　結(jié)束語： </b></p><p>　

18、　在設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確的一些基本概念；其次，隨著新型結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員對其性能認(rèn)識的不足，從而導(dǎo)致構(gòu)件的失穩(wěn),本文就這個問題闡述了新型結(jié)構(gòu)現(xiàn)存的一些問題，并且針對一些問題論述了產(chǎn)生的原因?？傊挥猩钊肓私膺@些問題，才會使得鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論設(shè)計(jì)不斷地完善。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]《鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論與設(shè)計(jì)（第