賈存華 邵秀紅 王亮

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)具有較高的穩(wěn)定性和抗震性能，被廣泛運用于建筑工程領(lǐng)域。但是，在現(xiàn)代工程史上發(fā)現(xiàn)了許多因鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)而產(chǎn)生的事故，為了確保工程的安全及質(zhì)量，強化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的穩(wěn)定性具有重要現(xiàn)實意義。在建筑工程設(shè)計過程中需要準確的掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性，以有效的提升工程質(zhì)量。本文對建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的穩(wěn)定性設(shè)計進行探討。

關(guān)鍵詞：建筑；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計；穩(wěn)定性設(shè)計

一、建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性概念及應(yīng)用優(yōu)勢

目前建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會受到自身強度和穩(wěn)定性的影響，鋼結(jié)構(gòu)強度主要是指在平衡狀態(tài)下所承受的最大應(yīng)力，需要保證其是否控制在材料的屈服點以內(nèi)。對于鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要是指對鋼結(jié)構(gòu)因為受到外界應(yīng)力的影響所發(fā)生的變形，從而會直接影響到整個性能，不能保障整體的性能。在實際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是至關(guān)重要的組成部分，其主要是指將鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計藍圖到鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的演變過程，對于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著關(guān)鍵性的影響。在建筑工程中，對于鋼結(jié)構(gòu)來講，其有著和磚混結(jié)構(gòu)以及混凝土結(jié)構(gòu)相同的優(yōu)勢。由于鋼結(jié)構(gòu)自重比較輕，很好的延性能夠使得建筑的抗震性能良好，這主要是由于地震力效應(yīng)在一些質(zhì)量比較小的狀況下會變的很小，地震效應(yīng)通常還會由于結(jié)構(gòu)自身有著很好的延性而減弱。另外，在傳統(tǒng)的建筑工程施工中為了能夠?qū)崿F(xiàn)對大跨度以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，這就產(chǎn)生了一些自重比較輕以及強度比較高的特點，在對開放式住宅的創(chuàng)造中就非常便利。在地域方面，鋼結(jié)構(gòu)能夠體現(xiàn)出其他相關(guān)結(jié)構(gòu)很難相比的優(yōu)勢。

二、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中穩(wěn)定性的重要性

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的穩(wěn)定性已經(jīng)成為建筑行業(yè)一個重要的問題，建筑安全問題頻發(fā)，建筑工程質(zhì)量得不到保證，這些不可回避的事故大都和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性程度存在密不可分的聯(lián)系。當前，在我國建筑行業(yè)里，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計缺乏穩(wěn)定性的現(xiàn)象比比皆是，為此我們必須弄清楚問題的根源。我認為出現(xiàn)這種情況主要有三者原因。第一，從工程設(shè)計人員的角度來看，可能設(shè)計者對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的含義缺乏正確的理解，對穩(wěn)定性的程度缺乏一個概念，由此設(shè)計不嚴密，從而出現(xiàn)問題。第二，從施工人員的角度來看，施工人員沒有遵守相關(guān)建筑規(guī)定，施工程序出現(xiàn)偏差，甚至偷工減料，造成工程質(zhì)量得不到保證。第三，從鋼材料本身來看，也有可能是鋼材料的選購不合格，不達標，鋼鐵質(zhì)量本身存在問題，其穩(wěn)定性程度不高。一旦發(fā)生失穩(wěn)的情況，便會造成較大的經(jīng)濟損失，建筑物倒塌，整個工程變成廢墟，甚至造成人身傷亡，所以我們要加大對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究，從而來保障工程的質(zhì)量，避免不必要的損失和傷亡。

三、建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計原則

建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計原則包括下面三點內(nèi)容：第一點是構(gòu)成部分及整體框架這兩個層面穩(wěn)定性的差異，第二點是剪力調(diào)整，第三點是強柱弱梁的設(shè)計。一般都能通過這三個方面的設(shè)計來保障鋼結(jié)構(gòu)在施工及使用時不會產(chǎn)生不穩(wěn)定的情況。

1.確保各個層面穩(wěn)定性。鋼結(jié)構(gòu)最明顯特性是其機能出色，然而這個特性使其出色的同時也決定了其前期的工程設(shè)計是很繁雜的，設(shè)計者不但要專業(yè)的數(shù)據(jù)整理，而且要對鋼結(jié)構(gòu)的各個工藝標準進行嚴厲的查驗，必須在每個方面達到標準后才可以把質(zhì)量過關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)投產(chǎn)到施工和使用中。由于鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)很多，其中包含結(jié)構(gòu)的阻尼比、水平載荷系數(shù)、抗震強度等等，下面以水平載荷系數(shù)作為例子來分析，建筑必須處在十分良好的狀況下水平載荷系數(shù)才是零，然而在實際的環(huán)境中是很難達到的，風載荷都會在不同的水準上對水平方向上的建筑穩(wěn)定性產(chǎn)生作用，由于這些現(xiàn)實情況，設(shè)計者需要依據(jù)本地的實質(zhì)環(huán)境狀況來設(shè)計水平載荷系數(shù)，最后防止建筑由于穩(wěn)定性的因素造成的破壞。

2.做好剪力調(diào)整。當前國內(nèi)高層建筑的形式已經(jīng)越來越復(fù)雜，建筑的不對稱設(shè)計也已成為設(shè)計的潮流，因此，在建筑當中采用斜柱的現(xiàn)象也越來越多的出現(xiàn)在人們的視線當中。和傳統(tǒng)的垂直構(gòu)件比起來，斜柱的傾角比較明顯，因而也要求建筑構(gòu)件能夠承受一定的剪力。需要說明的是，不少建筑設(shè)計人員在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)時，往往會為了方便處理而將垂直構(gòu)件簡化成為柱子，將斜柱簡化成為斜桿，這種方式在一般情況下不會對建筑的整體穩(wěn)固性產(chǎn)生較大影響，但在對框架柱的剪力進行調(diào)整時，卻會產(chǎn)生非常嚴重的影響。這是因為斜柱的主要作用雖然是支撐水平方向的荷載，但其在豎直方向也需要承擔一定的荷載，如果忽視了豎直方向的荷載，則會導(dǎo)致計算出來的剪力存在一定的誤差，從而降低建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。有鑒于此，建筑設(shè)計師應(yīng)當重視剪力的調(diào)整，并充分考慮建筑施工的實際情況，對鋼結(jié)構(gòu)的不同程度剪力進行設(shè)計，從而充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.注重強柱弱梁的設(shè)計。強柱弱梁注重的是建筑設(shè)計中柱、梁的整體性問題，這是由于鋼結(jié)構(gòu)在面臨很大的載荷時需要塑性鉸出現(xiàn)在梁上而不是柱子上，這樣才可以確保鋼結(jié)構(gòu)整體在使用過程當中不會產(chǎn)生瞬間損壞，并且在經(jīng)過一定的外力作用后還能夠在很短的時間內(nèi)快速恢復(fù)原始形態(tài)。國家的標準對于這些方面有比較明了的規(guī)則和條件，強柱弱梁的設(shè)計必須對其彈塑性進行計算和分析，只有滿足以上要求時才能夠認為其合格可用。

四、建筑工程的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計要點

1.確保工程施工的合理性。在對建筑工程鋼結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，首先要加強對鋼結(jié)構(gòu)的科學、合理布置，從而在實際工作過程中首先對整體結(jié)構(gòu)或是局部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求，更好的實現(xiàn)穩(wěn)定性的有效提升。當前我國眾多建筑鋼結(jié)構(gòu)都是根據(jù)平面體系完成設(shè)計工作，因此在工程中所應(yīng)用的也基本都是框架結(jié)構(gòu)。為了保證這種平面結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中不出現(xiàn)失穩(wěn)的問題，就需要在結(jié)構(gòu)的整體上對其進行處理，借助適當增加必要支撐構(gòu)件的方式，對建筑工程整體的穩(wěn)定性進行提升。

2.實用計算方式和結(jié)構(gòu)計算簡圖保持一致性。在對建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計當中，相對于單層或者多層框架結(jié)構(gòu)實施設(shè)計中，通常需要采用框架柱來對其穩(wěn)定性加強計算，在這當中，不需要對框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性實現(xiàn)分析。應(yīng)用這種設(shè)計方式在一定意義上能夠確?？蚣苤姆€(wěn)定，并且還能夠?qū)﹂L度系數(shù)做好了解。在對框架整體穩(wěn)定性數(shù)據(jù)分析中，保證框架結(jié)構(gòu)在計算中科學合理。并且在計算中，設(shè)計人員還需要保證設(shè)計的結(jié)果和假設(shè)條件的滿足，并且在實際的應(yīng)用中，不會對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

3.建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計算需要和鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件的設(shè)計保持一致。在對構(gòu)件進行穩(wěn)定計算的過程中也應(yīng)該保證鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件設(shè)置的一致性，這也是當前建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中要想加強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，就要對不同強度的構(gòu)件有著不同的要求，因此我們在設(shè)計過程中也需要進行區(qū)別對待。

4.筒體結(jié)構(gòu)。在當前的建筑工程結(jié)構(gòu)中筒體結(jié)構(gòu)受力性能比較強，在外墻以及內(nèi)墻中都能夠形成強度比較高的抗彎剛度，所以其所承受的水平力也很好，并且還能夠起到兩道抗震防線的作用。這種結(jié)構(gòu)在應(yīng)用上我們比較熟悉的就是美國的希爾斯大廈，其不僅是美國現(xiàn)在最高的建筑，同時也是比較典型的多筒結(jié)構(gòu)類型。

五、結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的穩(wěn)定性是影響鋼結(jié)構(gòu)工程安全和質(zhì)量的重要因素之一。在實際設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)該明確結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性能，避免鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中出現(xiàn)的問題，要掌握鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的原則。根據(jù)工程的實際情況進行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計，避免在其使用過程中出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，引發(fā)重大的安全事故。

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