分析建筑工程项目中钢结构设计中的稳定性

2019-11-28孙玉玲

商品与质量 2019年47期

孙玉玲

杭萧钢构（河南）有限公司河南洛阳 471132

钢结构具备重量轻、抗震效果良好、绿色环保、产业化程度高、综合经济效益明显等各种优点，受到国内和国外建筑工程的高度重视。最近几年来，因为国家规章、钢铁生产、设计开发等多方面的优势，钢结构在工业厂房、大跨度、桥梁、板壳、平台、受动载作用等各方面的结构和拆装，能够移动结构等各个方面的快速发展和普遍使用。但是因为钢结构缺乏较强的耐火性、耐腐性以及稳定性的问题，现有设计方式具有一定缺陷，使得钢结构特别是高强度钢结构的发展受到一定程度的限制[1]。

1 钢结构稳定性设计的特点分析

钢结构稳定性设计有以下三个特点。第一，多样性。对于钢结构来说，失稳形式多种多样(弯曲失稳垮，扭转失稳等)，但其稳定性问题又普遍由受压构件失稳引起的。基于此，在受压构件的设计中，一定要保证受压构件的稳定。同时，钢结构受到形变的影响会使不受压部分转化为受压部分，因此在设计过程中对结构及局部构件的变形应严格控制。大跨度钢结构还应考虑温度对构件变形的影响；第二，相关性。这一特点主要指的是钢结构设计中不同模式的相互影响。一日_某一部分出现问题，则其他部分也会受到影响。换言之，钢结构整体与局部之间能够相互影响；第三，整体性。整体性设计的终极目标是指确保钢结构建筑在规定的使用年限内安全可靠。荷载、制造工艺、材料性能、安装方法、结构细节构造、使用环境及维护方式等多种因素决定了钢结构的整体性。

2 钢结构设计稳定性原则

2.1 强柱弱梁设计原则

若钢结构设计具有实效性，质量较高，则若水平承载过大或者需要强力荷载，塑性铰会出现在梁上，但若其设计质量较低，其会出现在柱子上。基于强柱弱梁设计原则能够增强钢结构抗压能力，以提高强力下的钢结构荷载能力，使其能够快速恢复到正常状态。目前钢结构稳定性在设计方面需要对其进行分析与计算，进而保证塑性铰能够呈现在梁上。需要构造与计算相一致，在设计时要求计算结构与实际构造相一致，特别是注意钢结构的抗震效果，要求其性能与建筑工程结构相符[2]。

2.2 整体稳定

厂房结构的纵向稳定主要依靠结构的纵向支撑系统来保证，例如，钢柱的柱间支撑，钢屋架的上/下弦水平支撑和垂直支撑等等。因此，在实际的钢结构设计稳定性计算时，需要重点考虑支撑系统能可靠地传递结构纵向的水平荷载(包括风荷载、地震荷载、吊车荷载等等)。而对于没有支撑的钢结构建筑来说，主要是靠构件自身及其节点的刚度来保证结构的整体稳定。所以在实际的计算中，应当按照支撑系统和结构自身刚度的实际情况来保证钢结构的整体稳定性。

2.3 局部稳定

换句话说，就是要在设计中保证构件木身的稳定性(构件高厚比、宽厚比，径厚比，长细比等满足规范要求)。在稳定性设计计算中，应当保证构件木身及其组成部份(杆件或板件)在荷载作用下不发生屈曲不失稳。

3 建筑工程中钢结构设计的要点

3.1 积极做好钢结构材料选择

建筑钢结构的使用环境相对特殊，其承载压力以及剪切力压力都相对较大，针对钢结构需求进行综合分析，而后再做好钢结构材料的科学选择，并保证焊接工艺符合施工建设需求，进行钢结构设计以及材料选择前对结构设计需求进行全面分析，并对钢材质量、性能以及焊缝结构质量需求进行了解，根据实际需求进行钢材选择，并对钢材的屈服强度以及拉伸性能等进行匹配设计[3]。

3.2 结构选型

在设计过程中，出于对钢结构稳定性的考虑，需要尽可能保证使用简单的结构形式。比如：(1)平面布置应避免平面不规则，平面布置简单、规则、对称是为了使结构的刚度中心和质量中心基木重合，这样可以避免地震时带来的扭转效应，避免扭转破坏。建筑平面不易采用角部重叠和细腰型结构布置。(2)竖向结构布置也要避免竖向不规则，竖向尽量不采用局部外凸和内部凹进去的结构形式，实现上下贯通，以此达到整体结构稳定及刚度连贯性的目的就以往的工程情况来看，T型或是L型和U型为较为常见的两种结构形式，拐角处常用伸缩缝隔开，使结构分开成简单的矩形形式，避免结构不均匀带来的扭转问题，提高了钢结构的稳定性。

3.3 建筑工程钢结构设计

（1）静力分析法。通过仿真分析了变形对结构应力状态的影响，建立了平衡微分方程，并经过推算得到临界负荷值。值得注意的是，建立方程具有两个条件：一是必须是直杆钢结构，二是受力应该与前一轴动作方式一致。（2）能量分析法。若是钢结构的承载能力仍然具有保守力，那么在时间应用过程中，有必要和容易产生变形的受力状况进行集合，构造一般势能，若是平衡状态，则可以计算一般势能。结合能驻值原理，将总势能从一阶变为零，得到平衡方程，计算了分岔屈曲载荷。（3）动力分析法。这种分析方式主要是在衡状态系统的基础上，对实际钢结构进行稳定性分析的方式。若是承载的数值不能有效满足自己荷载范围的限制，则变形方向和实际加速度方向相反[4]。